Estudio de la movilidad local y a larga distancia en conductores iónicos de Litio con estructura tipo Perovskita y NASICON

Memoria presentada por Wilmer Oswaldo Bucheli Erazo para optar al grado de Doctor en Química Física, en la Facultad de Ciencias de la Universidad Autónoma de Madrid en 2013En las últimas décadas el número de trabajos centrados en encontrar alternativas que permitan resolver las necesidades actuales de fuentes de energías ligeras, económicas, no contaminantes y fiables ha aumentado considerablemente. Aunque en la actualidad las fuentes fósiles y nucleares sean las principales proveedoras de energía, la conciencia ambiental y lo limitado de algunos recursos ha fortalecido la búsqueda de nuevas formas de generación, almacenamiento y distribución de energía. Los electrolitos sólidos debido a su capacidad de transportar carga al interior de su estructura por medio de iones, han llamado la atención para su uso en dispositivos electroquímicos tales como celdas de combustible y baterías recargables. La investigación generada en torno a estos materiales se ha dirigido principalmente hacia tres campos: 1. El estudio de los mecanismos de transporte y difusión en materiales. 2. La optimización de las propiedades de transporte presentadas por materiales iónicos. 3. El estudio de dispositivos para generación y almacenamiento de energía. Nuestro trabajo se ha centrado en los dos primeros puntos, para lo cual se han escogido materiales cristalinos con estructura conocida que presentan altos valores para la conducción del ion Litio y que sirven de referencia a la hora de entender el fenómeno de conducción. Estos materiales son sistemas de la familia La2/3-xLi3xTiO3 (LLTO) con estructura tipo Perovskita y muestras Li1+xTi2-xAlx(PO4)3 (LTAPO) con estructura tipo NASICON. Además se abordara la sustitución de Lantano por un catión más grande (Sr2+) en la familia LLTO. El estudio comparativo de estas dos familias nos permitirá analizar algunos de los problemas planteados sobre la dinámica de los portadores en conductores iónicos rápidos. El objetivo principal de este proyecto ha sido estudiar los mecanismos de conducción en los dos tipos de compuestos, analizando el efecto que tiene el aumento/disminución del contenido en vacantes y/o portadores de carga, así como la distribución de ambos. La comparación de compuestos tipo Perovskita y NASICON tiene como objeto analizar la influencia que tiene la estructura sobre la conductividad; en particular, se busca identificar los sitios estructurales ocupados por los iones Litio, así como la existencia de cuellos de botella que puedan limitar la movilidad de los iones Litio a larga distancia. Para este estudio se han utilizado las técnicas de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) y Espectroscopia de Impedancia (IS); su uso nos permite comprender mejor el movimiento de los iones a nivel microscópico y macroscópico. En una etapa final se analizara los factores estructurales que favorecen la movilidad de los iones Litio en estas dos estructuras; para lo cual nos basaremos en estudios estructurales previos realizados con Difracción de Rayos X (DRX) y Difracción de Neutrones (DN). Con la implementación de medidas IS en el rango de altas frecuencias y bajas temperaturas, se podrá estudiar la presencia del régimen NCL en los dos tipos de materiales, explicando las condiciones requeridas para la existencia de esta contribución.N