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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34788| Título: | Efeito da dupla dopagem no eletrólito cerâmico Li5+2y+xLa3-xAxNb2- yByO12 (a: Bário e b: Ítrio) para aplicação em baterias toda em estado sólido |
| Título(s) alternativo(s): | Double doping effect on Li5+2y+xLa3-xAxNb2-yByO12 ceramic electrolyte (a: Barium and b: Yttrium) for application in all solid-state batteries |
| Autor(es): | Franchetti, Marianne Gabriella dos Santos |
| Orientador(es): | Domingues, Roberta Carolina Pelissari Rizzo |
| Palavras-chave: | Material cerâmico Eletrólitos Baterias elétricas Condutividade elétrica Ceramic materials Electrolytes Electric batteries Electric conductivity |
| Data do documento: | 22-Jun-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | FRANCHETTI, Mariane Gabriela dos Santos. Efeito da dupla dopagem no eletrólito cerâmico Li5+2y+xLa3-xAxNb2- yByO12 (a: Bário e b: Ítrio) para aplicação em baterias toda em estado sólido. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | Baterias de íons lítio que consistem basicamente em um cátodo, ânodo e eletrólito, vêm sendo amplamente estudadas devido a sua utilização em dispositivos eletrônicos, por apresentarem alta densidade de energia, elevada condutividade lítioiônica, estabilidade química e elevada eficácia nos processos de carga e descarga. A possibilidade de atingir altas densidades de energia, faz com que o estudo dessas baterias seja cada vez mais interessante devido a sua possível aplicação em veículos elétricos e dispositivos de armazenamento de energia. Entretanto, essas baterias estão sujeitas a reações de decomposição que podem causar riscos à segurança, como explosões e incêndios. Uma alternativa para este problema é a substituição do eletrólito líquido pelo eletrólito sólido, com estrutura do tipo Garnet, que são candidatos promissores para uso em baterias toda em estado sólido, devido a sua alta estabilidade com o lítio metálico e ampla janela eletroquímica. Com isso, um aspecto que oferece um elevado impacto na condutividade iônica é a dopagem, que pode ser realizada em todos os cátions da estrutura, sendo que diferentes efeitos serão provocados dependendo do sítio e do elemento dopado. Alguns dos possíveis efeitos causados pela dopagem são: aumento da condutividade iônica, estabilidade da estrutura Garnet, criação de vacâncias de Li+, aumento da desordem na distribuição e aumento da sinterabilidade, dentre outros. Assim, este estudo tem como objetivo investigar a influência do Bário e Ítrio na composição (Li5+2y+xLa3-xAxNb2-yByO12; A= Ba com x= 0,05-0,25 e B = Y com Y= 0,5 e 0,75). Para a obtenção dos pós cerâmicos, foram utilizados como materiais de partida os óxidos e carbonatos de interesse. O processo de síntese utilizado foi o de reação em estado sólido, que consiste na mistura mecânica em um moinho de alta energia, com etapas de moagem e calcinação. Os compactos do material foram sinterizados em diversas condições, envolvendo taxas de aquecimento, temperaturas e tempos de patamar. As composições com estrutura Garnet desejada e valores de condutividade da ordem de 10-4 S.cm, foram obtidos pelo processo de síntese. Todas as etapas de síntese e caracterização foram realizadas no Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica (ISI-EQ), que dispõe de infraestrutura adequada, uma vez que já pesquisa e desenvolve materiais com finalidade de aplicação em baterias de íons lítio. |
| Abstract: | Lithium-ion batteries, which basically consist of a cathode, anode and liquid electrolyte, have been studied due to their use in electronic devices, as they have high energy density, high lithium-ion conductivity, chemical stability and high efficiency in charge and discharge processes. Considering the use of these batteries at electric vehicles and energy storage devices, to clarify the possibility of them reaching high energy densities seems to be fundamental. Meantime, these batteries are subject to decomposition reactions, resulting in safety risks such as explosions and fires. An alternative to this problem is the substitution of the liquid electrolyte for the solid electrolyte, with Garnet-like structure, which are promising candidates to be used in all-solid-state batteries, due to their high stability with metallic lithium and a wide electrochemical window. Thus, an aspect that offers a high impact on ionic conductivity is doping, which can be performed on all cations of the structure, with different effects being caused depending on the site and the doped element. Some of the possible effects caused by doping are: increased ionic conductivity, stability of the garnet structure, creation of Li+ vacancies, increased distribution disorder and increased sinterability, among others. This study aims to investigate the influence of Barium and Yttrium in the composition (Li5+2y+xLa3-xAxNb2-yByO12; A= Ba with x= 0.05-0.25 and B = Y with y=0.5 and 0.75). To obtain the ceramic powders, oxides and carbonates of interest were used as raw materials. The synthesis process used was the solid-state reaction, which consists of mechanical mixing in a high-energy mill, with grinding and calcination steps. The material compacts were sintered under various conditions, involving heating rates, temperatures and holding times. The desired Garnet structure compositions and conductivity values of the order of 10-4 S.cm was obtained through the synthesis process. All synthesis and characterization steps were carried out at the Instituto SENAI de Inovação em Eletroquímica (ISI-EQ), which has adequate infrastructure, since it already researches and develops materials for the purpose of application in lithium-ion batteries. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34788 |
| Aparece nas coleções: | CT - Química |
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