Desenvolvimento de vitrocerâmicas com estrutura NASICON condutoras por íon sódio da família NaGe2(PO4)3
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Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13556 |
Resumo: | Sodium batteries have a promising future owing to the low cost and abundance of sodium in nature. This growing interest has led to the quest for materials to optimize and improve the operation of these devices. Among the components of batteries, electrolyte plays a fundamental role in terms of current density and battery life. In this context, materials with NASICON structures are promising candidates for solid electrolytes because their crystalline structure with open channels promotes high ionic conductivity. Synthesizing NASICON materials by the glass-ceramic route offers several advantages such as easy manufacturing into desired shapes or sizes, low porosity and good microstructural control. Considering the abovementioned factors, the objective of this work was to synthesize and characterize glass-ceramics of the Na1+xAlxGe2-x(PO4)3 and Na1+yGe2SiyP3-yO12 systems for application as solid electrolytes in sodium-ion batteries. The results indicated that the addition of aluminum and silicon improved the glass-forming ability of NAGP and NGSP precursor glasses. Moreover, a thermal analysis revealed the tendency for NAGP precursor glasses to nucleate homogeneously. All the glass-ceramics heat-treated at the crystallization temperature of the precursor glasses (Tx), presented a NASICON structure. The electrical characterization of the glass-ceramics indicated that increasing the aluminum and silicon content enhanced the material’s ionic conductivity because it led to an increase in charge carrier density. To analyze the effect of heat treatment on the microstructure and ionic conductivity, the most conductive compositions of each system (x = 0.8 and y = 0.8) were also crystallized in heat treatments at 800 and 900°C to improve the ionic conductivity. |
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In this context, materials with NASICON structures are promising candidates for solid electrolytes because their crystalline structure with open channels promotes high ionic conductivity. Synthesizing NASICON materials by the glass-ceramic route offers several advantages such as easy manufacturing into desired shapes or sizes, low porosity and good microstructural control. Considering the abovementioned factors, the objective of this work was to synthesize and characterize glass-ceramics of the Na1+xAlxGe2-x(PO4)3 and Na1+yGe2SiyP3-yO12 systems for application as solid electrolytes in sodium-ion batteries. The results indicated that the addition of aluminum and silicon improved the glass-forming ability of NAGP and NGSP precursor glasses. Moreover, a thermal analysis revealed the tendency for NAGP precursor glasses to nucleate homogeneously. All the glass-ceramics heat-treated at the crystallization temperature of the precursor glasses (Tx), presented a NASICON structure. The electrical characterization of the glass-ceramics indicated that increasing the aluminum and silicon content enhanced the material’s ionic conductivity because it led to an increase in charge carrier density. To analyze the effect of heat treatment on the microstructure and ionic conductivity, the most conductive compositions of each system (x = 0.8 and y = 0.8) were also crystallized in heat treatments at 800 and 900°C to improve the ionic conductivity.O futuro das baterias de sódio é promissor devido ao baixo custo e à abundância do sódio na natureza. Nesse sentido, o desenvolvimento de baterias de sódio tem motivado o interesse na procura de materiais que possam otimizar e melhorar o funcionamento desses dispositivos. Dentre os componentes de pilhas e baterias, o eletrólito desempenha um papel fundamental porque dele depende a densidade de corrente e a vida útil das baterias. Nesse contexto, os materiais NASICON (“Na Super Ionic Conductor”) são bons candidatos a eletrólitos sólidos devido a sua estrutura cristalina com túneis que favorece a condutividade iônica. O emprego da rota vitrocerâmica para esses compostos possui várias vantagens como facilidade de obtenção em formas e tamanhos desejados, baixa porosidade e um adequado controle de microestrutura. Levando em conta os fatores mencionados, o presente trabalho de pesquisa teve a finalidade de sintetizar e caracterizar vitrocerâmicas dos sistemas Na1+xAlxGe2-x(PO4)3 (NAGP) e Na1+yGe2SiyP3-yO12 (NGSP), a fim de serem aplicadas como eletrólitos sólidos em baterias de íon sódio. Os resultados mostraram que a formação dos vidros precursores nos sistemas NAGP e NGSP foi favorecida pela adição de alumínio e silício respectivamente, e foi evidenciado que todos os vidros NAGP apresentaram tendência à nucleação homogênea. Observou-se que todas as vitrocerâmicas tratadas termicamente na temperatura de cristalização dos vidros precursores (Tx), apresentaram a fase NASICON e os resultados da sua caracterização elétrica revelaram que o aumento de alumínio e de silício favoreceu a condutividade iônica devido ao incremento no número de portadores de carga. Finalmente, as composições mais condutoras de cada sistema (quando alumínio x =0,8 e silício y =0,8) foram tratadas termicamente em 800 e 900°C, a fim de otimizar a condutividade iônica.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: Código de Financiamento 001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessVitrocerâmicasEstrutura NASICONBateria de íon sódioCondutividade iônicaEspectroscopia de impedânciaGlass-ceramicsNASICON structureSodium-ion batteryIonic conductivityImpedance spectroscopyENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSDesenvolvimento de vitrocerâmicas com estrutura NASICON condutoras por íon sódio da família NaGe2(PO4)3Development of sodium-ion conducting glass-ceramics with NASICON-type structure based on the NaGe2(PO4)3 familyinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600901b2e03-1fc6-4525-8d1a-d61ea51a9dc4reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdfJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdfDissertações de Mestradoapplication/pdf3097651https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/1/Jairo%20Felipe%20Ortiz%20Mosquera%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf77948bc8d08bc3e110b6a563b90bf165MD51BCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBCO carta comprovante autoarquivamento .pdfBco Carta comprovante autoarquivamentoapplication/pdf403130https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf153471c4d2fb17373149b5731b5772f0MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdf.txtJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain167746https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/4/Jairo%20Felipe%20Ortiz%20Mosquera%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.txt24c50fcaf294cbb8ed38ced8ada94c7bMD54BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.txtExtracted texttext/plain1515https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.txt20ce73b82ca23f44491a584ee0278398MD56THUMBNAILJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdf.jpgJairo Felipe Ortiz Mosquera - Dissertação .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6213https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/5/Jairo%20Felipe%20Ortiz%20Mosquera%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20.pdf.jpg8f6edc9d2b9b2682026a9edd25a3038aMD55BCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10206https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13556/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20.pdf.jpg228226ef3fda62071bca3cfae7d62275MD57ufscar/135562023-09-18 18:32:04.856oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13556Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:04Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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