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Preparação de vitrocerâmicas condutoras por íon sódio com estrutura NASICON contendo Sc

Processo: 17/24531-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de fevereiro de 2018
Vigência (Término): 30 de setembro de 2019
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica
Pesquisador responsável:Ana Candida Martins Rodrigues
Beneficiário:Lucas de Almeida Silva
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
Assunto(s):Condutividade iônica   Compostos com estrutura NASICON   Vitrocerâmica   Escândio

Resumo

O desenvolvimento de baterias de alta performance é de extrema importância para o avanço da indústria eletrônica, de comunicação e da informação. Todavia, para o desenvolvimento e otimização do desempenho das mesmas, aspectos relacionados ao custo, segurança, reciclabilidade e eficiência devem ser melhorados. Os eletrólitos são componentes essenciais às baterias com grande influência, por exemplo, em sua vida útil. Eletrólitos líquidos podem causar diversos problemas em pilhas e baterias, como vazamentos ou curto circuito interno, que provocam acidentes. Assim, as baterias com eletrólitos sólidos são a alternativa de maior segurança, pois são a prova de vazamento e não inflamáveis. Uma classe importante de eletrólitos sólidos são aqueles com estrutura Nasicon. De fato, a estrutura Nasicon, acrônimo de Sodium Super Ionic Conductor é composta de tetraedros (PO4) unidos por vértices a octaedros AO6 onde A é um elemento em coordenação octaédrica, por exemplo, Zr, Ti e Ge. Essa sucessão de tetraedros e octaedros unidos por vértices cria canais tridimensionais nos quais o íon alcalino pode se movimentar. A fórmula genérica dos compostos Nasicon pode ser escrita como: AxM'xM2-x(PO4)3, onde A é um íon alcalino, M é um metal de transição com valência 4+ ou 3+ e M´ é um metal de transição com valência 3+. Devido à possibilidade de substituição de cátions, em especial de M4+ por cátions M3+, esta estrutura aceita um grande número de elementos químicos em larga extensão de soluções sólidas. Os materiais Nasicon sinterizados tornaram-se atraentes para utilização como eletrólitos sólidos devido a sua boa estabilidade química e elevada condutividade iônica. No entanto, muitas vezes, a síntese pela rota clássica de reação em estado sólido seguida de sinterização, leva a materiais com elevada porosidade. Por outro lado, a síntese destes materiais pela rota vitrocerâmica, conhecida desde os trabalhos pioneiros de J. Fu (1997), leva a materiais com baixa porosidade, característica que, segundo este autor, é a principal vantagem das vitrocerâmicas. Recentemente, foi relatada na literatura a síntese, via reação de estado sólido, de um composto Nasicon contendo escândio (Sc), e elevada condutividade iônica (ÃNa = 6.9 x 10-4 S.cm-1 à 25°C). Assim, o principal objetivo do presente projeto de Iniciação Científica, é alterar o processamento de obtenção do eletrólito sólido contendo Sc. Propomos o uso da rota "cristalização de vidros" para a obtenção de uma vitrocerâmica com estrutura NASICON contendo o elemento escândio (Sc) no lugar do íon M objetivando a obtenção de um material com microestrutura densa e elevada condutividade iônica. A caracterização estrutural será realizada por Difração de Raios X para identificação das fases. A caracterização microestrutural será realizada por microscopia eletrônica de varredura. A caracterização elétrica será realizada pela técnica de Espectroscopia de Impedância (EI), em uma ampla faixa de temperatura, a fim de se obter, além dos valores de condutividade iônica a certa temperatura, a energia de ativação de condução. (AU)