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El metazirconato de litio (Li2ZrO3) es un material cerámico con múltiples aplicaciones energéticas y podría presentar un rol fundamental en el camino hacia una matriz energética con cero emisiones de CO2 [1]. Entre sus usos más estudiados en la actualidad, el Li2ZrO3 ha sido implementado como nano-recubrimiento de electrodos y electrolitos sólidos, tanto en baterías de ion-Li como en baterías de Li de estado sólido. Este material podría mitigar la generación de interfases muy resistivas entre los electrodos y el electrolito, reducir la formación de dendritas en el ánodo, aumentar la ciclabilidad de la batería y su rendimiento electroquímico [2,3].El objetivo de este trabajo es estudiar el comportamiento coloidal de suspensiones acuosas de m-Li2ZrO3 (estructura monoclínica), preparadas mediante un tratamiento mecánico de alta energía, para obtener piezas de elevada densidad mediante la técnica de colado en moldes de yeso (slip casting). El trabajo se centra en la optimización de las variables de procesamiento coloidal, como el tiempo de molienda, la concentración de dispersante y el contenido de sólidos en suspensión, analizando las distribuciones de tamaño de partícula y las curvas de viscosidad en estado estacionario de las suspensiones.Tomando como partida los trabajos publicados por Yasnó et al. [4,5], se sintetizó m-Li2ZrO3 puro a partir de la reacción en estado sólido entre Li2CO3 (Cicarelli, 99 %) y m-ZrO2 (Tosoh, 99.9 %), en relación molar 1.05:1. Para ello, se trató mecánicamente la mezcla de reactivos en un molino de bolas, durante 20 horas a 60 rpm, utilizando alcohol etílico comercial (96 % v/v) como medio líquido y esferas de zirconia de 5 mm de diámetro como medio mecánico de molienda. La mezcla resultante se secó en una estufa a 110 °C hasta sequedad total, y se molió y tamizó manualmente hasta obtener un polvo homogéneo pasante malla #100 (150 μm). Posteriormente, el polvo obtenido se trató térmicamente en dos etapas isotérmicas de 3 horas cada una (rampas de 5 °C/min), la primera a 800 °C y la segunda a 1000 °C. La pureza del m-Li2ZrO3 sintetizado se comprobó mediante difracción de rayos X de polvo (DRX, Bruker, Advance D8).A partir del polvo sintetizado, se prepararon suspensiones de m-Li2ZrO3 en medio acuoso alcalino, adicionando un dispersante comercial basado en polimetacrilato de amonio (Dolapix CE64) y ajustando el pH entre 9-10 mediante el agregado de NH4OH. De forma secuencial, en un vaso de precipitados se adicionó agua destilada, con el pH ajustado, luego el dispersante y por último m-Li2ZrO3 en polvo. La adición del polvo se realizó con asistencia de un sonicador de punta y agitación magnética. Finalmente, las suspensiones se molieron en un molino planetario de alta energía (Fritsch Pulverisette 7, Premium line), a una velocidad de 800 rpm, utilizando esferas de zirconia de 5 mm, en una relación másica polvo-esferas 1:2. Para determinar la concentración óptima de dispersante y el contenido máximo de m-Li2ZrO3, se prepararon suspensiones con 1,0 a 10,0 % en peso respecto al sólido (% p/s) de dispersante y con 41 a 74 % p/p de m-Li2ZrO3 en suspensión.El seguimiento del proceso de molienda de alta energía se realizó tomando muestras a distintos tiempos y determinando los parámetros de tamaño de partícula característicos (D10, D50 y D90) con un analizador por dispersión dinámica de la luz (DLS, Brookhaven, NanoBrook 90Plus). Se determinó como punto final de molienda de las suspensiones al tiempo en el cual se determinó el menor tamaño de partícula.Las curvas de flujo en estado estacionario de las suspensiones, luego de 10 min de molienda y antes de ser coladas, fueron determinadas en el rango de velcocidades de deformación (ϒ) de 1-1000 seg-1, empleando un viscosímetro rotacional (Haake Viscotester, VT550), por medio de las geometrías de cilindros doble-gap y cilindros concéntricos, a 25 °C. Las medidas de esfuerzo (τ) y viscosidad aparente (η) se tomaron tan pronto se alcanzó la condición de estado estacionario en cada valor de ϒ, incrementado este valor de a pasos constantes dentro del rango de trabajo mencionado.A partir de las suspensiones acuosas de m-Li2ZrO3 se consolidaron discos circulares de 3 cm de diámetro por slip-casting. Los discos consolidados se retiraron del molde luego de 72 horas de secado a temperatura ambiente y se secaron en la estufa durante 24 h a 110 °C.Las piezas en verde se sinterizaron en atmósfera de aire a 1150 °C, durante 12 horas. Se utilizaron dos rampas de calentamiento, la primera de 2 °C/min desde temperatura ambiente hasta 700 °C, y la segunda de 5 °C/min desde 700 °C hasta la temperatura final. A su vez, mesetas de 30 min a 150, 300, 600 y 650 °C fueron requeridas durante la primera rampa de calentamiento para prevenir la formación de fisuras debido a la combustión del dispersante. Las densidades de las piezas en verde y sinterizadas se determinaron por el método de Arquímedes usando keroseno como fluido de inmersión.Como resultado, a partir de suspensiones con 45 % p/p de m-Li2ZrO3 en agua y realizando ensayos con distintas cantidades de Dolapix CE64, se determinó que 10 % p/s de este último optimiza el procesamiento coloidal del m-Li2ZrO3 en agua. A partir de esta concentración, se logró un tamaño medio de partícula de 0,6 μm, luego de 30 minutos de molienda, y el sistema alcanzó el mínimo de viscosidad. Las curvas de viscosidad presentaron un comportamiento pseudoplástico y se ajustaron al modelo de ley de la potencia (Ostwald-de-Waele). Por otra parte, aumentando el contenido de m-Li2ZrO3 en suspensión hasta el 63 % p/p se redujo el tamaño medio de partícula a 0,5 μm, luego de 30 minutos de molienda, sin evidenciarse un gran incremento en la viscosidad del sistema. Suspensiones con mayor contenido de sólidos resultaron muy viscosas, dificultando su colado en los moldes de yeso. La suspensión compuesta por 63,1 % p/p de m-Li2ZrO3, 30,6 % p/p de agua y 6,3 % p/p de Dolapix CE64 resultó en piezas con una densidad en verde del 60% con respecto a la densidad teórica del material (DT). Finalmente, la densidad se incrementó hasta el 93% DT luego del tratamiento térmico de sinterización.

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