Investigación

Estudio de la conductividad del sistema amorfo Li₂S–Sb₂S₃–P₂S₅

Z. Nagamedianova y E.M. Sánchez

Laboratorio de Investigación del Vidrio, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Nuevo León,
e–mail: infolabiv@yahoo.com

Recibido el 5 de enero de 2006
Aceptado el 27 de abril de 2007

Resumen

Existe un gran interes hacia los vidrios sulfuros debido a la alta conductividad inherente del ion litio en estos compuestos, dada la polarizabilidad del ion sulfuro. En el presente trabajo se presenta un estudio sistemático de la conductividad del sistema vitreo Li₂S–Sb₂S₃–P₂S₅ y se discute su posible aplicación en baterías de estado sólido. La síntesis de vidrios fue realizada por el método de fusión–templado y su amorficidad fue confirmada mediante el uso de difracción de rayos X (DRX), microscopía y calorimetría diferencial de barrido (CDB). La conductividad de estos vidrios fue analizada por medio de espectroscopía de impedancia (EI). La conductividad iónica de las muestras alcanzó valores del orden de μS/cm a temperatura ambiente, que permite ubicarlos como electrolitos sólidos de litio. Además, se reportan los valores de energía de activación y factor preexponencial de acuerdo al modelo de conductividad lineal tipo Arrhenius y por otro lado se ajustaron los datos de impedancia con un modelo de circuito equivalente del tipo R(RQ)(RQ). Los resultados son comparables a otros tiovidrios de litio basados en P₂S₅, SiS₂, GeS₂, As₂S₃ etc. Aunque las conductividades iónicas obtenidas no son suficientes para aplicaciones en baterías tradicionales, estos nuevos vidrios podrían ser utilizados en microbaterias de estado sólido de litio en forma de las películas delgadas.

Descriptores: Baterías de litio; conductores iónicos sólidos; vidrios sulfuros; espectroscopía de impedancia.

Abstract

There is a great interest in sulfide glasses because of their high lithium ion conductivity. This work presents the study of new glasses based on Li₂S–Sb₂S₃–P₂S₅ system which are ionic lithium conductors with possible application in solid state batteries of lithium. The synthesis of glasses has been performed by classical quenching technique and glassy nature was confirmed by various techniques as X–Ray Diffraction (XRD), Microscopy and Differential Scanning Calorimetry (DSC). Conductivities have been determined by Impedance Spectroscopy (IS). Some compositions of high lithium content have presented ionic conductivities close to 10^–6 S/cm at room temperature that permits to consider them as solid lithium conductors. In addition, the values of activation energy, E_a, pre–exponential factors, gσ₀, and circuit equivalent model R(RQ)(RQ) were reported. The results are comparable to those ones of other lithium glasses based on P₂S₅, SiS₂, GeS₂, As₂S₃ etc. Despite ionic conductivities are insufficient for application on common batteries, those new glasses based on Li₂S–Sb₂S₃ and prepared as thin films could be used on solid state microbatteries of lithium.

Keywords: Lithium batteries; solid ionic conductors; sulfide glasses; impedance spectroscopy.

PACS: 82.47.–a; 82.47.Aa

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Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento al National Science Foundation y al Consejo Nacional de Ciencias y Tecnología por el apoyo recibido para la realización de esta investigación a través de los proyectos NSF–CONACYT 35998U, CONACYT46919 y del Programa PAICYT–UANL.

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