Desempenho e evolução microestrutural de eletrodo de estado sólido de cerâmicas do sistema SiO2-Li2O-Bi2O3

Abstract

Cerâmicas completamente cristalinas ou vitrocerâmicas são materiais que, de uma forma geral, não apresentam condutividade eletrônica ou iônica significativa, mas quando formados por uma composição e/ou um arranjo cristalográfico favorável, podem se tornar condutoras para aplicações em baterias de estado sólido, eletrodos, sistemas fotovoltaicos, componentes eletrônicos, entre outros. Nesta tese a composição em óxidos e os métodos de obtenção de cerâmicas do sistema SiO2-Li2O Bi2O3 foram estudados para obtenção de condutividade elétrica. Materiais cristalinos foram obtidos a partir da solidificação das composições fundidas e suas propriedades foram estudadas pela análise de variáveis de resposta como condutividade elétrica, estabilidade química e física. O procedimento experimental foi estruturado em duas etapas; processamento e caracterização, tanto das composições quanto das cerâmicas obtidas. Na etapa de processamento, após a fusão, o fluxo de trabalho se dividiu em dois métodos de têmpera, por splat-cooling e quenching, onde o material obtido na têmpera lenta (splat-cooling) seguiu diretamente para o corte e polimento, enquanto o material obtido na têmpera rápida (quenching) passou por outros procedimentos até também ser direcionado ao corte e polimento. As microestruturas foram determinadas pelas técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por estereoscopia, que mostraram a formação de fases como Bi2O3, Li2SiO3 e Li4SiO4, com morfologias diversas em função dos diferentes tratamentos térmicos. Para análise do comportamento térmico, as composições foram submetidas aos ensaios de calorimetria exploratória diferencial/termogravimetria (DSC/TG), análise térmica diferencial/termogravimetria e espectroscopia ao infravermelho com transformada de Fourier dos gases desprendidos (DTA/TG+FTIR) e dilatometria ótica, sendo possível determinar as temperaturas características e subprodutos gasosos destes tratamentos. A condutividade elétrica foi mensurada pela técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), entre 25 e 200 °C num intervalo de frequência de 10 MHz a 1 Hz, regime ac. Foram obtidos valores de condutividade entre 2,99×10-12 Scm-1 a 7,45×10-6 Scm-1 nos materiais processados por sínter-cristalização e de 2,80×10-12 Scm-1 a 3,44×10-7 Scm-1 nos materiais processados por splat-cooling, mostrando que os diferentes processos influenciam de forma significativa a propriedade de condutividade.