Matéria-prima essencial para eletrólitos sólidos – Zircónia

O ZrO2 é um material óxido com resistência a altas temperaturas, elevada dureza e boa estabilidade química. Possui um elevado ponto de fusão e ponto de ebulição, pelo que pode manter propriedades físicas e químicas estáveis ​​em ambientes de alta temperatura. Além disso, o ZrO2 apresenta também um baixo coeficiente de expansão térmica e boas propriedades de isolamento elétrico. Isto torna-o uma das matérias-primas preferidas para o eletrólito sólido LLZO.

Alta dureza: A dureza do ZrO2 só perde para o diamante e tem uma elevada resistência ao desgaste.

Ponto de fusão elevado: O ponto de fusão do ZrO2 é muito elevado (2715℃). O elevado ponto de fusão e a inércia química fazem do ZrO2 um bom material refractário.

Excelente estabilidade química: o ZrO2 tem uma boa resistência a produtos químicos como ácidos e álcalis e não é facilmente corroído.

Boa estabilidade térmica: o ZrO2 pode ainda manter boas propriedades mecânicas e estabilidade química a altas temperaturas.

Resistência e tenacidade relativamente grandes: o ZrO2, como material cerâmico, apresenta uma grande resistência (até 1500MPa). Embora a tenacidade esteja muito atrás de alguns metais, em comparação com outros materiais cerâmicos, o óxido de zircónio tem uma tenacidade à fratura mais elevada e pode resistir até certo ponto ao impacto externo e à tensão.

Existem vários processos de preparação para o ZrO2, incluindo a pirólise, sol-gel, deposição de vapor, etc. Este método reage o zircão e outras matérias-primas com óxidos de metais alcalinos ou alcalino-terrosos a alta temperatura para gerar zirconato e, em seguida, obtém pó de ZrO2 através de lavagem ácida, filtração, secagem e outras etapas. Além disso, o desempenho do ZrO2 pode ser regulado dopando diferentes elementos para satisfazer as necessidades das diferentes baterias de estado sólido.

A aplicação de ZrO2 em baterias de estado sólido reflete-se principalmente em eletrólitos sólidos de óxido, como o óxido de lítio-lantânio-zircónio (LLZO) e o óxido de lítio-lantânio-zircónio-titânio (LLZTO), que existem nas estruturas cristalinas do tipo granada. Nestes eletrólitos sólidos, o ZrO2 ocupa uma proporção muito importante. Por exemplo, na massa de LLZO antes da sinterização, o ZrO2 representa cerca de 25%. Além disso, para reduzir a resistência da interface em baterias de estado sólido e melhorar a eficiência da migração de iões de lítio, os materiais dos elétrodos positivos e negativos têm frequentemente de ser revestidos com materiais como o LLZO. Ao mesmo tempo, as baterias semi-sólidas de óxido também têm de construir uma camada de diafragma cerâmico composto por materiais como o LLZO, o que aumenta ainda mais a quantidade de ZrO2 utilizada nas baterias de estado sólido.

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de baterias de estado sólido e a expansão dos seus campos de aplicação, a procura de ZrO2 como matéria-prima de eletrólito sólido continuará a crescer. No futuro, espera-se que o ZrO2 desempenhe um papel mais importante no campo das baterias de estado sólido, otimizando ainda mais o processo de preparação, regulando o desempenho e reduzindo os custos. Ao mesmo tempo, com o contínuo surgimento de novos materiais eletrolíticos de estado sólido, o ZrO2 também enfrentará uma concorrência e desafios mais intensos. No entanto, com as suas propriedades únicas e amplas perspetivas de aplicação, o ZrO2 terá ainda uma posição insubstituível no campo das baterias de estado sólido.