Efecto del co-dopaje de Al e Y en la microestructura y conductividad iónica de los óxidos tipo granate Li6.4+xAl0.2La3Zr2-xYxO12

Abstract

Las baterías de iones de litio (LIBs) son la tecnología de almacenamiento de energía dominante para dispositivos portátiles y vehículos eléctricos. Estas baterias ofrecen mayor densidad de energía y una seguridad en comparación con las LIBs convencionales de electrolitos líquidos. Entre los diversos electrolitos sólidos inorgánicos, los óxidos tipo granate Li7La3Zr2O12 (LLZO) han atraído un interés significativo para las baterías de litio de estado sólido de próxima generación. Este estudio investiga el efecto de la temperatura de sinterización y co-dopaje de Al-Y en los sitios de Li y Zr sobre sus propiedades estructurales y eléctricas. Se sintetizaron muestras de Li6.4+xAl0.2La3Zr2-xYxO12 (x = 0, 0.05, 0.1, 0.2 , y 0.3) mediante el método Pechini. La evolución de las fases se examinó mediante difracción de rayos X (DRX), mientras que la microestructura y las propiedades de transporte iónico se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía Raman, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y espectroscopía de impedancia. Los resultados de DRX revelaron que tanto las muestras de LLZO dopadas con Al como las co-dopadas con Al-Y cristalizaron en la fase cúbica tras la calcinación a 850 °C. Además, la estabilidad de la fase cúbica de LLZO no se vio afectada después de la sinterización entre 1100 y 1200 °C. Los análisis de Raman y XPS confirmaron la presencia de Li2CO3 en la superficie de las pastillas. Las observaciones por MEB indicaron que el co-dopaje de Al-Y, junto con temperaturas de sinterización más altas, mejoraron la densificación del LLZO. Entre las composiciones investigadas, la muestra Li6.4+xAl0.2La3Zr2-xYxO12 sinterizada a 1200 °C exhibió la conductividad iónica más alta, con un valor de 0.16 mS cm⁻¹. Esto demuestra que la optimización de la composición, la microestructuray las condiciones de sinterización afectan significativamente la densidad relativa y la conductividad iónica de los electrolitos sólidos tipo LLZO.

Keywords: LLZO; electrolito-solido; LIBs