Nguyên liệu thô chính cho chất điện phân rắn—Zirconia
ZrO2 là vật liệu oxit có khả năng chịu nhiệt độ cao, độ cứng cao và ổn định hóa học tốt. Nó có điểm nóng chảy và điểm sôi cao nên có thể duy trì các tính chất vật lý và hóa học ổn định trong môi trường nhiệt độ cao. Ngoài ra, ZrO2 còn có hệ số giãn nở nhiệt thấp và tính chất cách điện tốt. Điều này làm cho nó trở thành một trong những nguyên liệu thô được ưa thích cho chất điện phân rắn LLZO.
Độ cứng cao: Độ cứng của ZrO2 chỉ đứng sau kim cương và có khả năng chống mài mòn cao.
Điểm nóng chảy cao: Điểm nóng chảy của ZrO2 rất cao (2715oC). Điểm nóng chảy cao và độ trơ hóa học làm cho ZrO2 trở thành vật liệu chịu lửa tốt.
Độ ổn định hóa học tuyệt vời: ZrO2 có khả năng chống chịu tốt với các hóa chất như axit và kiềm và không dễ bị ăn mòn.
Độ ổn định nhiệt tốt: ZrO2 vẫn có thể duy trì tốt các tính chất cơ học và ổn định hóa học ở nhiệt độ cao.
Độ bền và độ dẻo dai tương đối lớn: ZrO2, là vật liệu gốm, có độ bền lớn (lên tới 1500MPa). Mặc dù độ bền kém xa một số kim loại, nhưng so với các vật liệu gốm sứ khác, oxit zirconium có độ bền đứt gãy cao hơn và có thể chống lại tác động và ứng suất bên ngoài ở một mức độ nhất định.
Có nhiều quy trình điều chế ZrO2 khác nhau, bao gồm nhiệt phân, sol-gel, lắng đọng hơi, v.v. Trong số đó, nhiệt phân là một trong những phương pháp điều chế được sử dụng phổ biến nhất. Phương pháp này phản ứng zircon và các nguyên liệu thô khác với oxit kim loại kiềm hoặc kiềm thổ ở nhiệt độ cao để tạo ra zirconat, sau đó thu được bột ZrO2 thông qua rửa axit, lọc, sấy khô và các bước khác. Ngoài ra, hiệu suất của ZrO2 có thể được điều chỉnh bằng cách pha tạp các nguyên tố khác nhau để đáp ứng nhu cầu của các loại pin thể rắn khác nhau.
Ứng dụng của ZrO2 trong pin thể rắn chủ yếu được phản ánh trong các chất điện phân rắn oxit, chẳng hạn như oxit lithium lanthanum zirconium (LLZO) và oxit titan lithium lanthanum zirconium (LLZTO), tồn tại trong cấu trúc tinh thể loại garnet. Trong các chất điện phân rắn này, ZrO2 chiếm tỷ lệ rất quan trọng. Ví dụ, trong khối lượng LLZO trước khi thiêu kết, ZrO2 chiếm khoảng 25%. Ngoài ra, để giảm điện trở giao diện trong pin thể rắn và nâng cao hiệu quả di chuyển ion lithium, vật liệu điện cực dương và âm thường cần được phủ bằng các vật liệu như LLZO. Đồng thời, pin bán rắn oxit cũng cần chế tạo một lớp màng gốm bao gồm các vật liệu như LLZO, điều này càng làm tăng thêm lượng ZrO2 sử dụng trong pin thể rắn.
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ pin thể rắn và việc mở rộng các lĩnh vực ứng dụng của nó, nhu cầu về ZrO2 làm nguyên liệu thô điện phân rắn sẽ tiếp tục tăng. Trong tương lai, ZrO2 dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong lĩnh vực pin thể rắn bằng cách tối ưu hóa hơn nữa quá trình điều chế, điều chỉnh hiệu suất và giảm chi phí. Đồng thời, với sự xuất hiện liên tục của các vật liệu điện phân thể rắn mới, ZrO2 cũng sẽ phải đối mặt với sự cạnh tranh và thách thức gay gắt hơn. Tuy nhiên, với những đặc tính độc đáo và triển vọng ứng dụng rộng rãi, ZrO2 vẫn sẽ có một vị trí không thể thay thế trong lĩnh vực pin thể rắn.