Publicado

2018-04-01

Obtention and characterization of lithium superionic conductors using the glass-ceramic method

Obtención y caracterización de conductores superiónicos de litio utilizando la ruta vitrocerámica

Palabras clave:

glass-ceramics, lithium ion batteries, impedance spectroscopy, superionic conductors, Li2O·Al2O3·TiO2·P2O5 system (en)
vitrocerámicas, baterías de ion litio, espectroscopía de impedancia, conductores superiónicos, sistema Li2O·Al2O3·TiO2·P2O5 (es)

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Autores/as

This paper proposes the glass-ceramics method for obtaining lithium ion (Li+) solid electrolytes. This technique provides high chemical and microstructural homogeneity as well as low porosity. Glass samples were subjected to either single or double heat treatments, between 700 °C and 1000 °C, in order to obtain the glass-ceramics. Differential Scanning Calorimetry – DSC – results evidenced the possibility of fabricating these ceramics from glass in the system Li2O·Al2O3·TiO2·P2O5. Samples observed by Scanning Electron Microscopy – SEM – showed a finely grained microstructure which was homogeneously distributed and non-porous. X-ray Diffraction – XRD – patterns showed the formation of the high conducting phase LiTi2(PO4)3. A high ionic conductivity, in the order of 10-3 S/cm at 1000 °C, was measured by Impedance Spectroscopy – IS. It suggests that the synthesis method used in this research is useful for fabricating lithium ion glass-ceramics and opens up a new alternative for manufacturing different electrical ceramics.
Este artículo propone la ruta vitrocerámica para obtener electrolitos sólidos por ion litio (Li+). Esta técnica provee alta homogeneidad química y microestructural, así como baja porosidad. Muestras vítreas fueron sometidas a tratamientos térmicos, simples y dobles, entre 700 °C y 1000 °C, para obtener las vitrocerámicas. Resultados de calorimetría diferencial de barrido – DSC – evidenciaron la posibilidad de fabricar estas cerámicas a partir de vidrios del sistema Li2O·Al2O3·TiO2·P2O5. Muestras observadas por microscopía electrónica de barrido – SEM – mostraron una microestructura de granos finos, homogéneamente distribuidos y sin porosidad. Patrones de difracción de rayos-x – XRD – permitieron verificar la formación de la fase altamente conductora LiTi2(PO4)3. Una conductividad iónica alta, del orden de 10-3 S/cm a 1000°C, fue medida utilizando espectroscopía de impedancia – IS. Lo anterior sugiere que el método de síntesis, utilizado en este trabajo, es útil para fabricar vitrocerámicas de ion litio y abre una nueva alternativa para fabricar diferentes cerámicas eléctricas.

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