Processamento ultrarrápido do eletrólito sólido Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ pela técnica de reactive flash sintering
| dc.contributor.advisor-co1 | Jesus , Lilian Menezes de | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1731168664454710 | |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0002-6265-5542 | |
| dc.contributor.advisor1 | Rodrigues, Ana Candida Martins | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4499231813051400 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0003-1689-796X | |
| dc.contributor.author | Campos, Leonardo Jesus de | |
| dc.contributor.authorlattes | https://lattes.cnpq.br/1446190205368762 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0009-0009-1227-1274 | |
| dc.contributor.referee | Almeida, Juliana Mara Pinto de | |
| dc.contributor.referee | Bradtmüller, Henrik | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/7830925338249360 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/6765554058795910 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0003-4809-6278 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-7971-2163 | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-31T14:44:04Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-28 | |
| dc.description.abstract | Solid-state sodium batteries have attracted increasing interest due to the abundance and low production cost of sodium, as well as the potential for improved safety compared to batteries employing flammable liquid electrolytes. Among the most promising solid electrolytes is Na3Zr2Si2PO12 (NZSP), a member of the NaSICON family, which exhibits high ionic conductivity. However, its conventional processing requires calcination and sintering steps at high temperatures and long dwell times, promoting sodium and phosphorus volatilization and increasing energy consumption. In this work, Reactive Flash Sintering (RFS) was investigated as an alternative route to promote both NaSICON phase formation and densification of NZSP in a single processing step. The effects of the maximum applied power, dwell time, and power ramp rate on phase formation, microstructure, and electrical properties were systematically evaluated. The results demonstrated that the processing condition of 150 mW mm-3, combined with a power ramp rate of 30 mW mm-3 min-1 and a dwell time of 15 min, enabled the production of samples with a relative density of approximately 96%, a total ionic conductivity of 1.14 ± 0.11 mS cm-1, and an activation energy of 0.30 ± 0.01 eV. In comparison, conventionally processed samples exhibited lower conductivity (0.75 ± 0.02 mS cm-1) and higher activation energy (0.35 ± 0.01 eV). The use of sacrificial powder during conventional sintering, aiming to reduce the loss of volatiles, such as sodium or phosphorus, at high temperatures, increased the conductivity to values comparable to those obtained by RFS, indicating that the main advantage of the electric field-assisted process is associated with the reduction of volatile species losses during processing. The results demonstrate, for the first time, the feasibility of producing NZSP electrolytes by Reactive Flash Sintering directly from unreacted precursor powders, highlighting the potential of this technique as a rapid and energy-efficient route for the fabrication of solid electrolytes. | eng |
| dc.description.resumo | As baterias de estado sólido baseadas em sódio têm despertado crescente interesse devido à abundância do sódio, baixo custo de produção e ao potencial de maior segurança quando comparadas às baterias com eletrólitos líquidos inflamáveis. Entre os eletrólitos sólidos mais promissores destaca-se o Na3Zr2Si2PO12 (NZSP), pertencente à família NaSICON, que apresenta elevada condutividade. Entretanto, seu processamento convencional requer etapas de calcinação e sinterização em altas temperaturas e longos tempos de tratamento térmico, favorecendo a volatilização de sódio e fósforo e aumentando o consumo energético. Neste trabalho foi investigada a técnica de Reactive Flash Sintering (RFS) como rota alternativa para promover a formação da fase NaSICON e a densificação em uma única etapa. Foram avaliados os efeitos da potência máxima aplicada, tempo de patamar e taxa de rampa de potência sobre a formação de fases, microestrutura e propriedades elétricas. Os resultados demonstraram que a condição de 150 mW mm-3, com taxa de rampa de 30 mW mm-3 min-1 e patamar de 15 min, possibilitou a obtenção de amostras com densidade relativa de aproximadamente 96%, condutividade total de 1,14 ± 0,11 mS cm-1 e energia de ativação de 0,30 ± 0,01 eV. Em comparação, amostras processadas convencionalmente apresentaram menor condutividade (0,75 ± 0,02 mS cm-1) e maior energia de ativação (0,35 ± 0,01 eV). A utilização de pó de sacrifício durante a sinterização convencional, visando diminuir a perda de voláteis a altas temperaturas, elevou a condutividade para valores equivalentes aos obtidos por RFS, indicando que a principal vantagem do processamento assistido por campo elétrico está associada à redução das perdas de voláteis durante o processamento. Os resultados demonstram, pela primeira vez, a viabilidade da obtenção do eletrólito NZSP por RFS a partir de pós precursores não reagidos, evidenciando o potencial da técnica como uma rota rápida e energeticamente eficiente na obtenção de eletrólitos sólidos. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorshipId | 88887.992023/2024-00 | |
| dc.identifier.citation | CAMPOS, Leonardo Jesus de. Processamento ultrarrápido do eletrólito sólido Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ pela técnica de reactive flash sintering. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24441. | * |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/24441 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.center | Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | |
| dc.relation.uri | https://doi.org/10.1016/j.mtla.2026.102856 | |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Baterias de estado sólido | por |
| dc.subject | Condução por íons sódio | por |
| dc.subject | Reactive flash sintering | eng |
| dc.subject | NaSICON | eng |
| dc.subject | Eletrólitos sólidos | por |
| dc.subject | Solid-state batteries | eng |
| dc.subject | Sodium-ion conduction | eng |
| dc.subject | Reactive flash sintering | eng |
| dc.subject | NaSICON | eng |
| dc.subject | Solid electrolytes | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | |
| dc.subject.ods | 7. Energia limpa e acessível | |
| dc.title | Processamento ultrarrápido do eletrólito sólido Na₃Zr₂Si₂PO₁₂ pela técnica de reactive flash sintering | por |
| dc.title.alternative | Ultrafast processing of the Na3Zr2Si2PO12 solid electrolyte via reactive flash sintering | eng |
| dc.type | Dissertação |
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