Efecto del dopaje con metales alcalinotérreos sobre las propiedades eléctricas de los electrolitos sólidos Li6.4Al0.2La3-xAxZr2O12.

Abstract

La creciente demanda de dispositivos de almacenamiento de energía más seguros y de alto rendimiento ha impulsado la investigación de electrolitos sólidos inorgánicos, capaces de mejorar la seguridad y la densidad energética de las baterías de ion-litio. Entre estos materiales, el óxido cerámico tipo granate Li7La3Zr2O12 (LLZO) destaca por su elevada conductividad iónica (10^-4-10^-3 S/cm), excelente estabilidad química frente al litio metálico y amplia ventana de estabilidad electroquímica (0-5 V). La fase cúbica del LLZO, de mayor conductividad que la tetragonal, puede estabilizarse mediante dopantes aliovalentes en los sitios de Li, La y Zr, los cuales favorecen la formación de vacancias de litio y facilitan el transporte iónico. En este trabajo se sintetizaron, mediante el método Pechini, composiciones de LLZO codopadas con Al y metales alcalinotérreos, Li6.4Al0.2La3-xAxZr2O12 (x = 0 y 0.2; A = Ba, Ca y Sr), con el propósito de analizar el efecto de estas sustituciones sobre la estructura cristalina, la morfología, la densidad relativa y la conductividad iónica total. El análisis por difracción de rayos X confirmó la formación de la fase cúbica tipo granate en todas las muestras sintetizadas. Asimismo, las pastillas sinterizadas a 1100 °C durante 12 h alcanzaron densidades relativas superiores al 85 %. Entre las composiciones estudiadas, Li6.6Al0.2La2.Ba0.2Zr2O12 presentó el mejor desempeño, con una conductividad iónica total de 3.73 × 10^-4 S/cm a 50 °C. En conjunto, estos resultados demuestran que el codopaje con metales alcalinotérreos constituye una estrategia efectiva para mejorar la densificación y la conductividad iónica del LLZO, lo que favorece su aplicación como electrolito en baterías de ion-litio de estado sólido de próxima generación.

Keywords: Energía; LLZO; Dopaje