Modelización termodinámica de la estructura y conductividad iónica de vidrios de fosfato y oxinitruros

• Autores: Alberto López Grande
• Directores de la Tesis: Francisco Muñoz Fraile (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 162
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    En los últimos años, los vidrios de fosfato han adquirido una creciente relevancia debido a su potencial como electrolitos en baterías de estado sólido. Estas baterías representan una prometedora alternativa a las tradicionales, gracias a su alta densidad de energía, mayor seguridad y estabilidad frente a altas temperaturas. Los vidrios de fosfato presentan propiedades iónicas y estructurales únicas que los convierten en una opción atractiva como electrolitos en baterías de estado sólido. Es importante mencionar también las capas delgadas (amorfas) de oxinitruros de litio y fósforo, conocidas como LiPON, que contribuyen a mejorar la conductividad iónica y la durabilidad química del material. Estas capas ya se emplean comercialmente en microbacterias de estado sólido.

    Por consiguiente, la modelización de la estructura y las propiedades fisicoquímicas de estos vidrios y oxinitruros se presenta como un área de gran interés para la investigación en baterías de estado sólido. Su estudio puede tener un impacto significativo en el desarrollo de materiales más eficientes y seguros para aplicaciones de almacenamiento de energía.

    En el contexto de esta Tesis doctoral, se plantea una hipótesis fundamental: es factible predecir la estructura de distintos vidrios y otros sólidos amorfos mediante la modelización termodinámica de la interacción de los óxidos reaccionantes que conforman el sistema vítreo. Esta modalización permitiría, a su vez, prever la conductividad iónica de dichos materiales, abriendo nuevas perspectivas para el avance en este campo. A lo largo de la Tesis se presentan los resultados de la modelización de la estructura y las propiedades fisicoquímicas de los vidrios de fosfato y oxinitruros utilizando las leyes fundamentales de la química y la termodinámica, así como la validación de dicha modelización mediante la comparación de los resultados obtenidos con medidas experimentales. Partiendo del punto anterior, se presenta también la predicción de la conductividad iónica de estos materiales y la comparación de dicha predicción con los resultados obtenidos a partir de medidas experimentales

  • English

    In recent years, phosphate glasses have gained increasing relevance due to their potential as electrolytes in solid-state batteries. These batteries ofer a promising alternative to traditional ones, thanks to their high energy density, improved safety, and stability at high temperatures. Phosphate glasses exhibit unique ionic and structural properties that make them an attractive option as electrolytes in solid-state batteries. It is also worth mentioning the thin layers (amorphous) of lithium and phosphorus oxynitrides, known as LiPON, which enhance the ionic conductivity and chemical durability of the material. These layers are already commercially used in micro solid-state batteries.

    Therefore, modeling the structure and physicochemical properties of these phosphate glasses and oxynitrides presents an area of great interest for solid-state battery research. Such investigations can have a signifcant impact on the development of more efcient and safer materials for energy storage applications.

    In the context of this doctoral thesis, a fundamental hypothesis is proposed: it is feasible to predict the structure of diferent glasses and other amorphous solids through thermodynamic modeling of the interaction of the reacting oxides that form the glass system. This modeling would, in turn, enable the prediction of the ionic conductivity of these materials, opening new perspectives for advancements in this feld. Throughout the thesis, the results of modeling the structure and physicochemical properties of phosphate-based glasses and oxynitrides using the fundamental laws of chemistry and thermodynamics are presented. The validation of this modeling is carried out by comparing the obtained results with experimental measurements. Building on the previous point, the prediction of the ionic conductivity of these materials is also presented, and this prediction is compared with the results obtained from experimental measurements