Obtenção de eletrólito sólido vitrocerâmico NaSICON do sistema Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ via power ramp flash crystallization (PRFC)

dc.contributor.advisor-co1Campos, João Vitor
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6088346462110926
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-0683-3826
dc.contributor.advisor1Rodrigues, Ana Candida Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4499231813051400
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1689-796X
dc.contributor.authorHoffmann, Evaldo da Cruz
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8406128592962998
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0000-3821-7617
dc.contributor.refereeRodrigues, Ana Candida Martins
dc.contributor.refereeJesus, Lilian Menezes de
dc.contributor.refereeFerreira, Eduardo Bellini
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4499231813051400
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/1731168664454710
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7703580367293028
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-1689-796X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-6265-5542
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-8144-9720
dc.date.accessioned2026-09-25T11:09:00Z
dc.date.issued2026-09-15
dc.description.abstractLithium-ion batteries dominate electronics and vehicles due to their high density and durability, but concerns about safety, lithium scarcity, and high cost are driving the search for alternatives. Solid-state sodium-ion batteries are emerging as promising options; this combination is seen as a sustainable and viable solution to replace lithium without loss of storage capacity. One of the main challenges to enabling this technology is obtaining materials with high ionic conductivity, via synthesis methods that are fast, reliable, and energy-efficient. This work seeks to contribute in this context by exploring the improvement of glass-ceramics of the NaSICON family (“Na Super Ionic Conductor”) of the composition group Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ, known for their crystalline structure favorable to ion transport, which generates excellent ionic conductivity at high temperatures (300 °C). For this, an innovative electric-field-assisted crystallization technique with controlled power increase will be employed. This technique is called power ramp flash crystallization (PRFC). The hypothesis is that it is possible to crystallize NaSICON glass-ceramics in a few minutes using this technique, maintaining or even improving their conductive properties, resulting in materials with ionic conductivity equal to or higher than those obtained by conventional crystallization methods. The samples were crystallized with a power ramp of 0.5 mW mm⁻³ s⁻¹ and variation in final power (22 to 39 mW mm⁻³) and hold time (60 and 300 s). The results demonstrated high conductivities on the order of 10⁻⁵ S cm⁻¹ at 250 °C, similar to values obtained by conventional crystallization. Impedance spectroscopy revealed notable differences in the resistive behavior of the grain and grain boundary between samples obtained via PRFC and conventional crystallization. The results indicate that the PRFC technique is very promising for producing the crystalline phase in reduced processing times.eng
dc.description.resumoAs baterias de íons lítio dominam a eletrônica e veículos por sua alta densidade e durabilidade, mas preocupações com segurança, escassez de lítio e custo elevado impulsionam buscas por alternativas. As baterias de íons sódio em estado sólido surgem como opções promissoras, esta combinação é vista como solução sustentável e viável para substituir o lítio sem perda de capacidade de armazenamento. Um dos principais desafios para viabilizar essa tecnologia é a obtenção de materiais com alta condutividade iônica, via métodos de síntese que sejam rápidos, confiáveis e energeticamente eficientes. Este trabalho busca contribuir nesse contexto, explorando o aprimoramento de vitrocerâmicas da família NaSICON (“Na Super Ionic Conductor”) do grupo de composições Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ, conhecidas pela estrutura cristalina favorável ao transporte de íons que gera excelente condutividade iônica em altas temperaturas (300°C). Para isso, será empregada uma técnica inovadora de cristalização assistida por campo elétrico com controle no incremento da potência. Esta técnica é chamada power ramp flash crystallization (PRFC). Tem-se como hipótese que é possível cristalizar vitrocerâmicas NaSICON em poucos minutos utilizando tal técnica, mantendo ou até melhorando suas propriedades condutoras, resultando em materiais com condutividade iônica igual ou superior aos obtidos por métodos convencionais de cristalização. As amostras foram cristalizadas com rampa de potência de 0,5mWmm-3s-1 e variação na potência final (22 a 39 mWmm-3) e no tempo de patamar (60 e 300s). Os resultados demonstraram condutividades elevadas na casa de 10-5 S×cm-1 a 250°C, similares aos valores obtidos por cristalização convencional. A espectroscopia de impedância revelou diferenças notáveis no comportamento resistivo do grão e contorno de grão, entre amostras obtidas por PRFC e por cristalização convencional. Os resultados indicam que a técnica PRFC é bastante promissora para a produção da fase cristalina, em tempos reduzidos de processamento.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.952641/2024-00
dc.identifier.citationHOFFMANN, Evaldo da Cruz. Obtenção de eletrólito sólido vitrocerâmico NaSICON do sistema Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ via power ramp flash crystallization (PRFC). 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/20.500.14289/24749.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24749
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.07.552
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectEletrólitos Sólidospor
dc.subjectNaSICONeng
dc.subjectPower Ramp Flash Crystallizationeng
dc.subjectCondução por Íons de Sódiopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.subject.ods11. Cidades e Comunidades Sustentáveis
dc.titleObtenção de eletrólito sólido vitrocerâmico NaSICON do sistema Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ via power ramp flash crystallization (PRFC)por
dc.title.alternativeSynthesis of NaSICON glass-ceramic solid electrolytes in the Na(₁₊ₓ)Ge₂(SiO₄)ₓ(PO₄)₃₋ₓ system via power-ramp flash crystallization (PRFC)eng
dc.typeDissertação

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Evaldo da Cruz Hoffmann - Dissertação.pdf
Size:
4.07 MB
Format:
Adobe Portable Document Format