Sinterização com cristalização concorrente de vitrocerâmicas condutoras iônicas via flash sintering

• Processo: 21/06509-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Ana Candida Martins Rodrigues
• Beneficiário: João Vitor Campos
• 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/18168-7 - Cristalização ultra-rápida de condutores iônicos com estrutura NaSICON de alta entropia para baterias de estado sólido, BE.EP.PD
• Assunto(s): Técnicas de caracterização elétrica Caracterização estrutural Vitrocerâmica Sinterização Cristalização Espectroscopia de impedância Compostos com estrutura NASICON Eletrólitos poliméricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: all solid-state battery | Impedance spectroscopy | Nasicon | solid-state electrolyte | super-ionic conductors | caracterização elétrica de materiais

Resumo

Os materiais com estrutura NASICON (acrônimo em inglês de "Na Super Ionic Conductor") têm demonstrado potencial para aplicação como eletrólitos para próxima geração de baterias. Isso porque, eletrólitos sólidos ("Solid-State Electrolyte" - SSE) permitem a utilização de catodos de alta tensão ("high-voltage cathodes") e anodos metálicos, que resultam em uma bateria com maior densidade de energia e são mais seguros do que os eletrólitos líquidos (inflamáveis) usados atualmente. Dentre os principais desafios para o uso em escala das baterias no estado sólido ("all solid-state batteries"), destaca-se a elevada resistência elétrica na interface eletrólito/eletrodo. Essa elevada resistência de interface pode estar relacionada a diversos fatores como: baixo contato interfacial, degradação interfacial devido a difusão mútua e falhas mecânicas nos contatos (e.g., trincas e poros). A rota de síntese via vitrocerâmica (fusão do vidro precursor, seguida de tratamento térmico para cristalização controlada) tem-se demonstrado promissora na obtenção de materiais com estrutura NASICON com elevada densificação e condução iônica. Todavia, uma outra alternativa ainda pouco explorada para esses materiais é a técnica de flash-sintering - técnica que consiste em aplicar um campo elétrico diretamente na amostra, forçando a passagem de corrente elétrica através desta; aquecendo-a rapidamente por efeito Joule. Trabalhos recentes mostraram aumento na condutividade iônica de materiais sinterizados via flash-sintering e também a possibilidade de unir duas cerâmicas em um sistema multicamadas aplicando a flash-joining (variação da técnica de flash-sintering para união de materiais). Tendo isso em vista, tem-se como hipótese que a sinterização com cristalização concorrente usando a flash-sintering possa otimizar a condutividade iônica de materiais com estrutura NASICON e que a técnica flash-joining possa ser utilizada para otimizar a interface entre o material do catodo (e.g., LiFePO4 e LiCoO2) e o material de eletrólito com estrutura NASICON. Propõe-se estudar os seguintes compostos Na2AlTi(PO4)3 (NATP), Na1,8Al0,8Ge1,2(PO4)3 (NAGP), Na1+xTi2SixP3-xO12 (NATSP) e Li1,3Al0,3Ti1.7(PO4)3 (LATP) individualmente, e também, propõe-se estudar a aplicação da flash-joining em sistemas multicamadas contendo material LiCoO2/LATP/LiCoO2, podendo-se variar também a composição dos eletrodos. Para isso, amostras dos compostos supracitados serão preparadas via rota vitrocerâmica utilizando a flash-sintering, pela primeira vez, como método de sinterização com cristalização concorrente. Além disso, sistemas multicamadas serão sinterizados e unidos via flash-joining. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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LAVAGNINI, ISABELA R.; CAMPOS, JOAO, V; JESUS, LILIAN M.; LOBO, ANDERSON O.; GHOSE, SANJIT K.; RAJ, RISHI; PALLONE, ELIRIA M. J. A.. In-situ synchrotron X-ray diffraction of hydroxyapatite-zirconia composite during conventional and flash sintering. Journal of the European Ceramic Society, v. 44, n. 7, p. 10-pg., 2024-02-24. (19/14677-9, 21/06509-9, 19/03786-1, 22/10604-0)

FÁBULO RIBEIRO MONTEIRO; JOÃO VITOR CAMPOS; GUSTAVO CÉSAR DACANAL; LILIAN MENEZES JESUS; ADILSON LUIZ CHINELATTO; ELIRIA MARIA DE JESUS AGNOLON PALLONE; RAFAEL VIEIRA DE SOUSA. Optimizing flash sintering outcomes using response surface methodology. Cerâmica, v. 71, 2025-02-28. (18/19370-6, 19/14677-9, 21/06509-9, 23/18168-7, 15/07319-8)

CAMPOS, JOAO, V; LAVAGNINI, ISABELA R.; DE SOUZA, THALIA D.; SILVA, LAIS D.; JESUS, LILIAN M.; BRADTMUELLER, HENRIK; ZANOTTO, EDGAR D.; RODRIGUES, ANA C. M.. Power ramp flash crystallization of a lithium silicate-based glass for dental applications: Structural insights and mechanical properties. ACTA MATERIALIA, v. 284, p. 13-pg., 2024-12-10. (23/18168-7, 22/13532-0, 13/07793-6, 21/06509-9, 19/26399-3, 23/18171-8)

YOON, BOLA; CAMPOS, JOAO, V; LAVAGNINI, ISABELA R.; AVILA, VIVIANA; GARDNER, JAMES M.; GHOSE, SANJIT K.; JESUS, LILIAN M.. Phase evolution during conventional and reactive flash sintering of (Mg,Ni,Co,Cu,Zn)O via in situ X-ray diffraction. Journal of the American Ceramic Society, v. 107, n. 2, p. 12-pg., 2023-10-24. (18/19370-6, 21/06509-9, 19/03786-1)

LAVAGNINI, ISABELA R.; CAMPOS, JOAO, V; JESUS, LILIAN M.; PALLONE, ELIRIA M. J. A.. Influence of forming methods on the microstructure of 3YSZ flash-sintered ceramics. MATERIALIA, v. 22, p. 6-pg., 2022-04-19. (18/19370-6, 18/04331-5, 21/06509-9)

YOON, BOLA; AVILA, VIVIANA; LAVAGNINI, ISABELA R.; CAMPOS, JOAO V.; JESUS, LILIAN M.. Reactive Flash Sintering of Ceramics: A Review. ADVANCED ENGINEERING MATERIALS, v. N/A, p. 19-pg., 2022-09-14. (18/19370-6, 19/03786-1, 21/06509-9)

CAMPOS, JOAO, V; LAVAGNINI, ISABELA R.; ZALLOCCO, VINICIUS M.; FERREIRA, EDUARDO B.; PALLONE, ELIRIA M. J. A.; RODRIGUES, ANA C. M.. Flash sintering with concurrent crystallization of Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 glass. ACTA MATERIALIA, v. 244, p. 10-pg., 2023-01-01. (13/07793-6, 19/14677-9, 21/06509-9, 21/12412-8)