Síntesis y sinterización de zirconato de litio monoclínico dopado con hierro (Li2Zr1-xFexO3)

GAMBA, MARTINA; MONTES, LUCIANA; OSETTI, NICOLAS; YASNÓ, JUAN PABLO; GOMEZ, SOFIA; MOREIRA TOJA, RAMIRO; CONCONI, SUSANA; FRECHERO, MARISA; SUAREZ, GUSTAVO

Encuentro; 1° Encuentro Nacional sobre Litio ?Hacia una política para el desarrollo integral?; 2021

Foro Interuniversitario de Especialistas en Litio de la Argentina

El zirconato de litio monoclínico es ampliamente investigado por sus aplicaciones en el campo de la energía. Su uso como electrolito sólido está limitado por su baja conductividad iónica y la densidad final de los materiales, parámetros que pueden mejorarse mediante la incorporación de un dopante. El objetivo de este trabajo es obtener pastillas sinterizadas con pureza de fase del zirconato de litio monoclínico dopado con hierro y estudiar su influencia en la densidad final de los materiales. Se sintetizaron polvos de Li2Zr1-xFexO3 (con x=0; 0,03; 0,06; 0,1) por reacción en estado sólido de Li2CO3, m-ZrO2 y Fe2O3 en una etapa isotérmica de 12h a 1050 °C (para x=0,03; 0,06; 0,1) y 12h a 1000 °C (para x=0). Además, se obtuvieron polvos precursores mediante un tratamiento térmico de 3h a 800 °C de las mismas mezclas reactivas. Se conformaron piezas por prensado uniaxial a 100 MPa de los polvos precursores y de los polvos sintetizados. Las piezas conformadas se sinterizaron a 1050 °C y 1100 °C durante 12 horas. Se analizaron las densidades por el método de Arquímedes, las fases presentes por DRX-Rietveld y las microestructuras por microscopía electrónica de barrido. Los difractogramas de las pastillas sinterizadas con x=0,06 y x=0,1 evidenciaron la presencia de Li2FeZrO4 como subproducto en la superficie. Las intensidades de los picos asociados a esta fase disminuyeron conforme disminuye el contenido de hierro añadido como dopante, hasta desaparecer para la muestra con x = 0,03, que presenta la fase buscada de forma pura. Para esta muestra, el refinamiento de Rietveld del difractograma de la pastilla molida condujo a parámetros de celda compatibles con la presencia de Fe3+ en el sitio del Zr4+. Además, la presencia de hierro promovió un aumento en la densidad y el crecimiento de grano en las pastillas sinterizadas a partir de los polvos precursores. Mientras que el LZO presentó una densidad de 69% respecto a la densidad teórica del material (DT) y un tamaño medio de grano de 2,9 µm, la muestra con x=0,1 presentó una densidad del 87% respecto a la DT y un tamaño medio de grano de 5,1 µm.