Avances en el procesamiento de cerámicos basados en oxido de circonio y litio

NICOLÁS GABRIEL ORSETTI; JUAN PABLO YASNÓ; MARTINA GAMBA; GABRIEL LORENZO; GUSTAVO SUÁREZ

La Plata

Jornada; V Jornadas de Química Inorgánica Prof. Aymonino; 2022

CEQUINOR

Los compuestos pertenecientes al sistema binario Li2O-ZrO2 (Li2ZrO3, Li6Zr2O7 y Li8ZrO6) poseen gran interés para el desarrollo de materiales con potenciales aplicaciones energéticas. El objetivo de este trabajo es presentar el estado actual de nuestra investigación sobre los circonatos de litio, mostrando los resultados más relevantes en torno a la obtención y procesamiento de estos compuestos para conformar materiales densos para baterías de Li.El m-Li2ZrO3 (LZO) puro y cristalino fue obtenido a partir de la reacción en estado sólido entre Li2CO3 y ZrO2, siguiendo una ruta de procesamiento desarrollada por nuestro grupo de trabajo. A su vez, actualmente estamos estudiando la obtención de m-Li6Zr2O7 a partir de residuos de ZrO2 dental, cuyos resultados son prometedores. A partir de la optimización del procesamiento coloidal acuoso del LZO obtenido, fue posible conformar materiales de alta densidad y microestructura ordenada, características que resultan adecuadas para su aplicación como electrolitos sólidos en baterías de litio. Las suspensiones acuosas de LZO se procesaron mecánicamente en un molino planetario de alta energía (Fritsch Pulverisette 7), y a partir de ellas se conformaron piezas utilizando la técnica de colado en moldes de yeso (slip casting). Las piezas resultantes se sinterizaron empleando distintos tratamientos térmicos (1050-1250 °C; 3-15 h). También se estudió el efecto de adicionar 3% p/p de Li2CO3 y LiOH en las suspensiones para compensar la pérdida de Li por volatilización a altas temperaturas. Las piezas sinterizadas fueron caracterizadas en base a su composición y microestructura (DRX, SEM y densidad por método de Arquímedes).Los resultaron obtenidos muestran que piezas de LZO con elevada densidad (93% DT) y microestructura ordenada, formada por granos de entre 1-2 μm, se obtuvieron a partir del tratamiento térmico a 1200 °C durante 15 horas. Tiempos y temperaturas inferiores a estos valores resultaron en piezas con menor densidad. Temperaturas superiores comprometen la pureza del material debido a la formación de ZrO2, producto de la volatilización de Li, por lo cual se concluyó que 1200 °C podría ser la temperatura óptima de sinterización del material. La adición de Li2CO3 y LiOH en las suspensiones resultó en piezas de menor densidad, pero reduciendo su contenido de ZrO2.El método utilizado en este trabajo representa la etapa inicial para formular suspensiones cerámicas aptas para el colado de cintas (tape casting), técnica empleada en la fabricación de electrolitos sólidos. A su vez, este procedimiento podría resultar potencialmente útil para la obtención de otros cerámicos de Li, tales como los titanatos, aluminatos y silicatos, con potenciales aplicaciones energéticas.