Sinterização com cristalização concorrente de vitrocerâmicas condutoras iônicas via flash sintering

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)