Materiales vítreos con aplicación en dispositivos de estado sólido de interés para las energías "Limpias" : conductores iónicos nanodimensionados - Di Prátula, Pablo Emmanuel (2017)
En este trabajo de tesis se estudió en profundidad la relación entre la respuesta eléctrica y las características estructurales de tres familias de electrolitos vítreos. Las dos primeras desarrolladas sobre matrices de TeO2 presentaron conductividad mixta (una iónica-polarónica y la otra iónica por la coexistencia de dos iones). Con la tercera familia se puso un fuerte énfasis en el diseño de una matriz a base de óxidos de fósforo y bismuto, ambos compuestos de bajo costo y bajo impacto ambiental. Sobre esta matriz se logró obtener un excelente conductor de Li+. La primer familia de electrolitos de fórmula general xCu2O (1-x)(0.5V2O5 0.5MoO3) 2TeO2 permitió determinar que la configuración electrónica del ión modificador es clave para comprender las interacciones con los componentes de la matriz vítrea y para establecer el tipo de respuesta eléctrica obtenida. De la segunda familia, cuya fórmula general es: 0.7 (xZnO (1-x)Li2O) 0.3(0.5MoO3 0.5V2O5)2TeO2 se ha logrado establecer que la incorporación del ZnO permite reforzar la conductividad iónica del Li+. Del estudio de la difracción de Rayos X, la densidad y otras cantidades estructurales derivadas se pudo poner en evidencia la correlación entre las modificaciones estructurales inducidas por los cationes cinc en esta matriz y la respuesta eléctrica obtenida. La mejora sustancial observada en la conductividad (aproximadamente 1 orden de magnitud) fue debido a la incorporación de un pequeño porcentaje de Zn2+ en la estructura. Por último, y como se mencionó antes, con la tercer familia de electrolitos vítreos se hizo un esfuerzo adicional para conseguir un material a base de componentes menos perjudiciales para el medio ambiente. Se obtuvieron vidrios a base de óxidos de fósforo y bismuto y hemos logrado obtener un electrolito sólido con una notable conductividad de Li+. A partir de los resultados de la respuesta eléctrica se ha discutido el origen del comportamiento no-Debye de la relajación. Las características estructurales estudiadas por difracción de Rayos X, densidad y FTIR han sido correlacionadas con el comportamiento eléctrico observado. Del trabajo realizado pudimos establecer que una de las composiciones de esta familia se presenta como un excelente candidato para ser aplicado a baterías de estado sólido. Adicionalmente, se analizó el envejecimiento de este material dado su potencial interés tecnológico. Hemos finalizado esta tesis con el inicio del desarrollo de un prototipo de batería ensamblado con materiales completamente originales desarrollados en este grupo de trabajo.