El titanato de litio es un compuesto con la fórmula química Li 2 TiO 3 . Es un polvo blanco con un punto de fusión de 1,533 ° C (2,791 ° F). [4]
Nombres | |
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Otros nombres Metatitanato de litio | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
Tarjeta de información ECHA | 100.031.586 |
PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
Li 2 TiO 3 | |
Masa molar | 109,76 |
Apariencia | Polvo blanco [1] |
Densidad | 3,43 g / cm 3 [2] |
Punto de fusion | 1.533 ° C (2.791 ° F; 1.806 K) [1] |
Estructura [3] | |
Monoclínico, mS48 , No. 15 | |
C2 / c | |
a = 0,505 nm, b = 0,876 nm, c = 0,968 nm α = 90 °°, β = 100 °°, γ = 90 °° | |
Volumen de celosía ( V ) | 0,4217 nm 3 |
Unidades de fórmula ( Z ) | 8 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El titanato de litio es el componente del ánodo de la batería de titanato de litio de recarga rápida . También se utiliza como aditivo en esmaltes de porcelana y cuerpos aislantes cerámicos a base de titanatos. Se utiliza con frecuencia como fundente debido a su buena estabilidad. [5] En los últimos años, junto con otras cerámicas de litio, los guijarros de metatitanato han sido objeto de esfuerzos de investigación sobre materiales de reproducción de tritio en aplicaciones de fusión nuclear. [6]
Cristalización
La fase de titanato de litio más estable es el β-Li 2 TiO 3 que pertenece al sistema monoclínico . [7] Una fase cúbica a alta temperatura que exhibe un comportamiento de tipo solución sólida se denomina γ-Li 2 TiO 3 y se sabe que se forma reversiblemente por encima de temperaturas en el rango de 1150-1250 ° C. [8] Una fase cúbica metaestable, isoestructural con γ-Li 2 TiO 3 se denomina α-Li 2 TiO 3 ; se forma a bajas temperaturas y se transforma en la fase β más estable a 400 ° C. [9]
Usos en sinterización
El proceso de sinterización consiste en tomar un polvo, ponerlo en un molde y calentarlo por debajo de su punto de fusión . La sinterización se basa en la difusión atómica, los átomos de la partícula de polvo se difunden en las partículas circundantes formando finalmente un material sólido o poroso.
Se ha descubierto que los polvos de Li 2 TiO 3 tienen una alta pureza y una buena capacidad de sinterización. [10]
Usos como cátodo
Pilas de combustible de carbonato fundido
El titanato de litio se utiliza como cátodo en la capa uno de un cátodo de doble capa para las pilas de combustible de carbonato fundido . Estas celdas de combustible tienen dos capas de material, la capa 1 y la capa 2, que permiten la producción de celdas de combustible de carbonato fundido de alta potencia que funcionan de manera más eficiente. [11]
Baterías de iones de litio
Li 2 TiO 3 se usa en el cátodo de algunas baterías de iones de litio , junto con un aglutinante acuoso y un agente conductor. Se utiliza Li 2 TiO 3 porque es capaz de estabilizar los agentes conductores del cátodo de alta capacidad; LiMO 2 (M = Fe, Mn, Cr, Ni). Li 2 TiO 3 y los agentes conductores (LiMO 2 ) se colocan en capas para crear el material del cátodo. Estas capas permiten que se produzca la difusión de litio.
Batería de titanato de litio
La batería de titanato de litio es una batería recargable que es mucho más rápida de cargar que otras baterías de iones de litio. Se diferencia de otras baterías de iones de litio porque utiliza titanato de litio en la superficie del ánodo en lugar de carbono. Esto es ventajoso porque no crea una capa de interfaz de electrolito sólida, que actúa como una barrera para la entrada y salida de iones de litio hacia y desde el ánodo. Esto permite que las baterías de titanato de litio se recarguen más rápidamente y proporcionen corrientes más altas cuando sea necesario. Una desventaja de la batería de titanato de litio es una capacidad y un voltaje mucho más bajos que la batería de iones de litio convencional. La batería de titanato de litio se utiliza actualmente en vehículos eléctricos de batería y otras aplicaciones especializadas.
Síntesis de polvo reproductor de titanato de litio
El polvo de Li 2 TiO 3 se prepara más comúnmente mezclando carbonato de litio , solución de nitrato de Ti y ácido cítrico seguido de calcinación , compactación y sinterización . El material nanocristalino creado se utiliza como polvo reproductor debido a su alta pureza y actividad. [11] [12]
Cría de tritio
Las reacciones de fusión, como las del reactor demostrador termonuclear ITER propuesto , son alimentadas por tritio y deuterio . Los recursos de tritio son extremadamente limitados en su disponibilidad, con recursos totales estimados actualmente en veinte kilogramos. Los guijarros de cerámica que contienen litio se pueden utilizar como materiales reproductores sólidos en un componente conocido como manta reproductora enfriada con helio para la producción de tritio. La manta de reproducción constituye un componente clave del diseño del reactor ITER. En tales diseños de reactores, el tritio es producido por neutrones que abandonan el plasma e interactúan con el litio en la capa. Li 2 TiO 3 junto con Li 4 SiO 4 son atractivos como materiales de reproducción de tritio porque exhiben alta liberación de tritio, baja activación y estabilidad química. [6]
Ver también
- Batería de Litio
Referencias
- ^ a b "Síntesis basada en solución de materiales de fase mixta en el sistema Li 2 TiO 3 -Li 4 SiO 4 " (PDF) . Revista de materiales nucleares . 456 : 151-161. 2014. arXiv : 1410.7128 . doi : 10.1016 / j.jnucmat.2014.09.028 .
- ^ Van Der Laan, JG; Muis, RP (1999). "Propiedades de los guijarros de metatitanato de litio producidos por proceso húmedo". Revista de materiales nucleares . 271–272: 401–404. Código Bibliográfico : 1999JNuM..271..401V . doi : 10.1016 / S0022-3115 (98) 00794-6 .
- ^ Claverie J., Foussier C., Hagenmuller P. (1966) Bull. Soc. Chim. P. 244-246
- ^ Materiales de fase mixta en el sistema Li4SiO4 Li2TiO3 Journal of Nucl Materials
- ^ "Hoja de datos de titanato de litio" . Código del producto: LI2TI03 . Termogrado. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2011 . Consultado el 24 de junio de 2010 .
- ^ a b Hanaor, DAH; Kolb, MHH; Gan, Y .; Kamlah, M .; Knitter, R. (2014). "Síntesis basada en solución de materiales de fase mixta en el sistema Li 2 TiO 3 -Li 4 SiO 4 ". Revista de materiales nucleares . 456 : 151-161. arXiv : 1410.7128 . Código bibliográfico : 2015JNuM..456..151H . doi : 10.1016 / j.jnucmat.2014.09.028 .
- ^ Vijayakumar M .; Kerisit, S .; Yang, Z .; Graff, GL; Liu, J .; Sears, JA; Burton, SD; Rosso, KM; Hu, J. (2009). "Estudio combinado de 6,7Li NMR y dinámica molecular de difusión de Li en Li 2 TiO 3 ". Revista de Química Física . 113 (46): 20108–20116. doi : 10.1021 / jp9072125 .
- ^ Kleykamp, H (2002). "Equilibrios de fase en el sistema Li-Ti-O y propiedades físicas de Li2TiO3". Ingeniería y Diseño de Fusión . 61 : 361–366. doi : 10.1016 / S0920-3796 (02) 00120-5 .
- ^ Laumann, Andreas; Jensen, Ørnsbjerg; Kirsten, Marie; Tyrsted, Christoffer (2011). "Estudio de difracción de rayos X de sincrotrón in situ de la formación de Li 2 TiO 3 cúbico en condiciones hidrotermales". EUR. J. Inorg. Chem . 2011 (14): 2221–2226. doi : 10.1002 / ejic.201001133 .
- ^ Sahu, B. S; Bhatacharyya, S .; Chaudhuri, P .; Mazumder, R. (2010) "Síntesis y sinterización de polvo reproductor cerámico Li 2 TiO 3 de tamaño nanométrico preparado por técnica de autocombustión" . Departamento de Ingeniería Cerámica; Instituto Nacional de Tecnología, Rourkela.
- ^ a b Prohaska, Armin y col. (1997) Patente de Estados Unidos 6.420.062 " Cátodo de doble capa para celdas de combustible de carbonato fundido y método para producir el mismo"
- ^ Shrivastava, A .; Makwana, M .; Chaudhuri, P .; Rajendrakumar, E. (2014). "Preparación y caracterización de la cerámica de metatitanato de litio por el método de combustión de solución para TBM LLCB indio". Ciencia y tecnología de fusión . 65 (2): 319–324. doi : 10.13182 / FST13-658 .