Estudio del sistema Li₅₊ₓLa₃₋ₓSrₓNb₂O₁₂: preparación y caracterización de nuevos conductores iónicos de litio con estructura tipo granate para su utilización como electrolitos en baterías de estado sólido

La gran demanda de baterías ha sido muy estudiada en los últimos años. Por ello las baterías más comunes usan un electrólito líquido, sin embargo, la posibilidad de explotar, orientó el desarrollo hacia los electrolitos sólidos. Se desarrollo la estructura “perovskita”, pero presenta un problema de reducción por lo que los granates han cobrado importancia ya que no presentan este problema. A este grupo pertenece nuestro sistema. El sistema es Li₅₊ₓLa₃₋ₓSrₓNb₂O₁₂, donde la sustitución parcial ha sido de x = 0, 0.5, 1, 1.5 y 2. Caracterizado por la adición del catión Li⁺ para mantener la electro-neutralidad, aumentando así el número de portadores. Se estableció el ratio de solubilidad en x = 2. Se realizó un análisis mediante rayos x, consiguiendo identificar la simetría de los compuestos siendo esta cúbica con grupo espacial Ia-3d (#230) para los compuestos de X = 0, 0.5, 1 y 1.5 y tetragonal con I41/acd (#142) para el compuesto x = 2. Se aprecia un distanciamiento de las distancias interatómicas debido a que el radio del Sr² ⁺ es mayor que el del La³ ⁺, lo que incrementa los parámetros de red así como el volumen de la celda unidad. Mediante microscopía electrónica de barrido se obtuvo información de la fase obtenida y de la superficie. Se realizó un análisis composicional en la superficie de cada compuesto para contrastarla con la evolución teórica. Por último se realizó el estudio de la propiedad de conductividad a diferentes temperaturas. En la que se procedió a un análisis individual de cada compuesto y una breve comparación al final de la energía de activación. Los resultados obtenidos mostraron que al ir incrementando la cantidad de Sr se obtienen mejores conductividades. Se debe a que la conducción en x > 1 está gobernada por “bulk”, lo que implica una reducción en la energía de activación.The fast growth of lithium batteries demand has required a large investment and a deep research during the past few years. It is known that the most common battery works by a liquid electrolyte; however, this presents the possibility of blowing up. As a consequence, there is a trend to produce solid electrolytes. The best solid electrolyte is the “perovskita” type, which has a reduction problem. Finally, the garnet-type has been another way to solve this problem. Our system belongs to this type. The system is Li₅₊ₓLa₃₋ₓSrₓNb₂O₁₂, where the partial substitution has been x = 0, 0.5, 1, 1.5 and 2. It is characterized by adding a Li⁺ cation in order to keep the electro-neutrality, therefore incrementing the number of carriers. The maximum solubility was set at x = 2. Firstly, an X-Ray analysis was done in order to identify the symmetry of the compounds. For x = 0, 0.5, 1 y 1.5, the obtained symmetry was cubic with a space group Ia-3d (#230). However, for x = 2, the symmetry was tetragonal with I41/acd (#142). It appreciated longer interatomic distances because the Sr² ⁺ radius is longer than La³ ⁺ one. That’s why lattice parameters increased as well as the unit cell volume. Secondly, information about the phase and the surface was obtained by scanning electron microscopy. To complete the information about the system, a compositional analysis was performed to compare the real evolution with the theoretical one. Finally, a conductivity analysis showed how the system behaved at different temperatures. This analysis was done sample by sample and all the samples were compared by activation energy. All the obtained results have shown that by increasing the quantity of Sr, the conductivity measurements are improved. The conduction at x > 1 samples is directed by “bulk” so that activation energy can be reduced.Ingeniería Industria