Síntesis de compuestos LiTi2 (PO4)3 tipo NaSICON con Silicio y Boro para su evaluación como Electrolito Sólido

• Autores: Naviana Leiva, Mario Blanco, Eduardo Palenque, Saúl Cabrera
• Localización: Revista Boliviana de Química, ISSN 0250-5460, Vol. 39, Nº. 3, 2022, págs. 1-14
• Idioma: español
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    Resumen Se ha sintetizado por reacciones en estado sólido compuestos de estructura tipo NaSICON (Sodium Superionic Conductor) LiTi2(PO4)3 con Si y B en su estructura. La estequiometría de composición es Li4Ti2P3SiB3O con estructura tipo vitro-cerámico. Se logró mantener y optimizar la formación mayoritaria de la fase cristalina conductora de iones por regulación de TiO2 y H3PO4 a temperaturas de síntesis menores a 1000°C. Esto, fue logrado mediante un riguroso control de la temperatura durante el enfriamiento lento para la obtención de la fase de interés, considerando el B como fundente y formador de red, a temperaturas de 600°C, 700°C y 800°C. Estas fases han sido caracterizadas estructural y micro-estructuralmente por difracción de rayos X de polvo (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM). El análisis estructural mediante el método de Rietveld y mapas de Fourier, muestran que el compuesto final cristaliza con estructura Rombohedral tipo NaSICON. Adicionalmente, se ha realizado el cálculo computacional de las propiedades termodinámicas para la obtención de las fases LiTi2 (PO4)3 y LiTiOPO4 por DFT para la predicción de la temperatura de síntesis obteniéndose un valor teórico de 695 °C que fueron comparados con los resultados experimentales de 700 °C.

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    Abstract Compounds with a NaSICON (Sodium Superionic Conductor) type structure LiTi2(PO4)3 with silicon and boron in their structure have been synthesized by solid-state reactions. The composition stoichiometry is Li4Ti2P3SiB3O with a glass-ceramic type structure. It was possible to maintain and optimize the majority formation of the ion-conducting crystalline phase by regulation of TiO2 and H3PO4 at synthesis temperatures below 1000°C. This was achieved by rigorous temperature control during slow cooling to obtain the phase of interest, considering boron as flux and network former, at temperatures of 600°C, 700°C and 800°C. These phases have been structurally and microstructurally characterized by X-ray powder diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Structural analysis using the Rietveld method and Fourier maps show that the final compound crystallizes with a NaSICON-type Rombohedral structure. Additionally, the computational calculation of the thermodynamic properties has been carried out to obtain the LiTi2 (PO4)3 and LiTiOPO4 phases by DFT for the prediction of the synthesis temperature, obtaining a theoretical value of 695 °C that were compared with the experimental results of 700°C.