Estudo da influência do ferro, fósforo, potássio, tântalo e flúor nas propriedades do TiNb2O7

Resumo

Recentemente, os óxidos à base de nióbio têm atraído crescente interesse como uma escolha potencial para a tecnologia de baterias de íons de lítio. O óxido misto de nióbio e titânio, na composição do TiNb₂O₇, tem sido considerado um candidato promissor para os materiais anódicos de baterias de íons de lítio de nova geração. Entretanto, seus precursores requerem um severo e oneroso processo de purificação, uma vez que são processados a partir de minérios complexos. Além do custo de purificação, essas etapas resultam em quantidades significativas de efluentes ácidos e alcalinos, que geram custos adicionais para seu tratamento. A presente pesquisa foi idealizada para compreender a influência dos contaminantes comumente encontrados nos minérios ou inseridos nas rotas de processo para obtenção dos óxidos de nióbio. O ferro, potássio, fósforo, tântalo e flúor, foram inseridos no processo de síntese do TiNb₂O₇, a partir de soluções ultrapuras. Os óxidos mistos obtidos foram submetidos a caracterizações pela técnica de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e, finalmente, aplicados em baterias de íon lítio para a avaliação da influência no desempenho eletroquímico. Os resultados mostraram que, apesar do impacto na formação do composto, a presença de ferro até 2.000 ppm na síntese não foi prejudicial ao processo em geral, enquanto a  presença de fósforo e potássio resultou em sérios problemas nas etapas de preparação dos eletrodos. Já a presença de tântalo promoveu aumentos importantes no desempenho da bateria, atribuídos à formação de óxidos misto de alta pureza (TiNb₂O₇ e TiTa₂O₇).