Publication: Estudio del sistema La¹⁄₂+x⁄₂Li¹⁄₂-x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃ (0<x<1): caracterización estructural y análisis de conductividad iónica
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Publication date
2015-02
Defense date
2015-03-01
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Abstract
En este trabajo experimental se llevará a cabo la síntesis de diversos compuestos cerámicos que pertenecen al sistema La₀.₅₊x⁄₂Li₀.₅₋x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃. Se trata de unos materiales de estructura tipo perovskita basados en el conductor iónico rápido o superconductor iónico Li₀.₅ La₀.₅TiO₃, con diferentes cantidades de litio y titanio sustituidas por lantano y aluminio. Con estas sustituciones se intenta encontrar materiales con mejor conductividad iónica para su utilización como electrolitos sólidos en aplicaciones electroquímicas como las baterías de litio en estado sólido. Adicionalmente con el estudio de estos sólidos iónicos se pretende dar a conocer sus propiedades y constituir la base que permita la realización de otras posibles investigaciones. Para sintetizar muestras de estos compuestos no analizados hasta ahora, se procederá con el método cerámico, partiendo de reactivos en polvo y realizando varios ciclos de calentamiento y compresión. A continuación se efectuará una caracterización estructural de los materiales estudiados y finalmente un análisis de sus propiedades conductivas. La caracterización estructural se logrará gracias a la utilización de las técnicas de microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Se comprobará si los átomos de las muestras están dispuestos según la estructura tipo perovskita deseada y se analizarán los parámetros de red. Así mismo, se estudiarán las distintas fases existentes en las muestras así como su composición y la posible presencia de defectos. Para conocer la conductividad iónica de estos materiales se hará uso de un analizador de impedancias, estudiando las variables complejas de corriente alterna. Se utilizarán circuitos equivalentes y sus representaciones generadas por software, para simular el comportamiento conductor de las muestras sometidas a un potencial. El estudio de la conductividad se realizará en el rango de temperaturas de 22°C a 400°C, de manera descendente.
In this experimental study, the synthesis of five ceramic compounds belonging to the La₀.₅₊x⁄₂Li₀.₅₋x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃ system will be carried out. These perovskite structured materials are based on the lithium ion fast conductor Li₀.₅ La₀.₅TiO₃, each with a different amount of lithium and titanium substituted by lanthanum and aluminum respectively. Employing the atomic substitution of the structure of a known fast ion conductor, the intention is to find materials with high conductivity for uses in diverse electrochemical applications. Additionally, the study of the properties of these ionic solids will establish a starting point for other possible future investigations. For the synthesis of samples of these compounds not previously analyzed, the ceramic method will be employed. The procedure will involve several heating and compression cycles of powder reactants. Once these materials have been synthesized, their structural properties and ionic conductivity will be studied. The structural characterization will be possible thanks to the use of scanning electron microscopy and X-ray diffraction. These complementary techniques will provide the values of the cell parameters of the materials as well as allow to check if the atoms are indeed arranged as the desired perovskite crystal. Furthermore, the existing phases of the samples and their chemical compositions will be studied as well as the possible presence of impurities. The analysis of the ionic conductivity of these ceramic compounds will be conducted using the complex impedance method. The equivalent circuits and their representations generated by software will help simulate the behavior of these materials under electrical potential. The ionic conductivity of these compounds will be determined in the range of temperatures (20°C , 400°C) in a descending manner.
En este trabajo experimental se llevará a cabo la síntesis de diversos compuestos cerámicos que pertenecen al sistema La₀.₅₊x⁄₂Li₀.₅₋x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃. Se trata de unos materiales de estructura tipo perovskita basados en el conductor iónico rápido o superconductor iónico Li₀.₅ La₀.₅TiO₃, con diferentes cantidades de litio y titanio sustituidas por lantano y aluminio. Con estas sustituciones se intenta encontrar materiales con mejor conductividad iónica para su utilización como electrolitos sólidos en aplicaciones electroquímicas como las baterías de litio en estado sólido. Adicionalmente con el estudio de estos sólidos iónicos se pretende dar a conocer sus propiedades y constituir la base que permita la realización de otras posibles investigaciones. Para sintetizar muestras de estos compuestos no analizados hasta ahora, se procederá con el método cerámico, partiendo de reactivos en polvo y realizando varios ciclos de calentamiento y compresión. A continuación se efectuará una caracterización estructural de los materiales estudiados y finalmente un análisis de sus propiedades conductivas. La caracterización estructural se logrará gracias a la utilización de las técnicas de microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Se comprobará si los átomos de las muestras están dispuestos según la estructura tipo perovskita deseada y se analizarán los parámetros de red. Así mismo, se estudiarán las distintas fases existentes en las muestras así como su composición y la posible presencia de defectos. Para conocer la conductividad iónica de estos materiales se hará uso de un analizador de impedancias, estudiando las variables complejas de corriente alterna. Se utilizarán circuitos equivalentes y sus representaciones generadas por software, para simular el comportamiento conductor de las muestras sometidas a un potencial. El estudio de la conductividad se realizará en el rango de temperaturas de 22°C a 400°C, de manera descendente.
In this experimental study, the synthesis of five ceramic compounds belonging to the La₀.₅₊x⁄₂Li₀.₅₋x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃ system will be carried out. These perovskite structured materials are based on the lithium ion fast conductor Li₀.₅ La₀.₅TiO₃, each with a different amount of lithium and titanium substituted by lanthanum and aluminum respectively. Employing the atomic substitution of the structure of a known fast ion conductor, the intention is to find materials with high conductivity for uses in diverse electrochemical applications. Additionally, the study of the properties of these ionic solids will establish a starting point for other possible future investigations. For the synthesis of samples of these compounds not previously analyzed, the ceramic method will be employed. The procedure will involve several heating and compression cycles of powder reactants. Once these materials have been synthesized, their structural properties and ionic conductivity will be studied. The structural characterization will be possible thanks to the use of scanning electron microscopy and X-ray diffraction. These complementary techniques will provide the values of the cell parameters of the materials as well as allow to check if the atoms are indeed arranged as the desired perovskite crystal. Furthermore, the existing phases of the samples and their chemical compositions will be studied as well as the possible presence of impurities. The analysis of the ionic conductivity of these ceramic compounds will be conducted using the complex impedance method. The equivalent circuits and their representations generated by software will help simulate the behavior of these materials under electrical potential. The ionic conductivity of these compounds will be determined in the range of temperatures (20°C , 400°C) in a descending manner.
En este trabajo experimental se llevará a cabo la síntesis de diversos compuestos cerámicos que pertenecen al sistema La₀.₅₊x⁄₂Li₀.₅₋x⁄₂Ti₁₋ₓAlₓO₃. Se trata de unos materiales de estructura tipo perovskita basados en el conductor iónico rápido o superconductor iónico Li₀.₅ La₀.₅TiO₃, con diferentes cantidades de litio y titanio sustituidas por lantano y aluminio. Con estas sustituciones se intenta encontrar materiales con mejor conductividad iónica para su utilización como electrolitos sólidos en aplicaciones electroquímicas como las baterías de litio en estado sólido. Adicionalmente con el estudio de estos sólidos iónicos se pretende dar a conocer sus propiedades y constituir la base que permita la realización de otras posibles investigaciones. Para sintetizar muestras de estos compuestos no analizados hasta ahora, se procederá con el método cerámico, partiendo de reactivos en polvo y realizando varios ciclos de calentamiento y compresión. A continuación se efectuará una caracterización estructural de los materiales estudiados y finalmente un análisis de sus propiedades conductivas. La caracterización estructural se logrará gracias a la utilización de las técnicas de microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Se comprobará si los átomos de las muestras están dispuestos según la estructura tipo perovskita deseada y se analizarán los parámetros de red. Así mismo, se estudiarán las distintas fases existentes en las muestras así como su composición y la posible presencia de defectos. Para conocer la conductividad iónica de estos materiales se hará uso de un analizador de impedancias, estudiando las variables complejas de corriente alterna. Se utilizarán circuitos equivalentes y sus representaciones generadas por software, para simular el comportamiento conductor de las muestras sometidas a un potencial. El estudio de la conductividad se realizará en el rango de temperaturas de 22°C a 400°C, de manera descendente.
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Keywords
Conductividad iónica, Compuestos cerámicos