Los titanatos de litio son compuestos químicos de litio , titanio y oxígeno . Son óxidos mixtos y pertenecen a los titanatos . Los titanatos de litio más importantes son:
Otros titanatos de litio, es decir óxidos mixtos del sistema Li 2 O–TiO 2 , son:
El metatitanato de litio es un compuesto con la fórmula química Li2TiO3 . Es un polvo blanco con un punto de fusión de 1533 °C (2791 °F). [4] También se utiliza como aditivo en esmaltes de porcelana y cuerpos aislantes cerámicos basados en titanatos. Se utiliza frecuentemente como fundente debido a su buena estabilidad. [6] En los últimos años, junto con otras cerámicas de litio, los guijarros de metatitanato han sido objeto de esfuerzos de investigación hacia materiales de reproducción de tritio en aplicaciones de fusión nuclear. [7]
La fase de titanato de litio más estable es β-Li 2 TiO 3 que pertenece al sistema monoclínico . [8] Una fase cúbica de alta temperatura que exhibe un comportamiento de tipo solución sólida se conoce como γ-Li 2 TiO 3 y se sabe que se forma de manera reversible por encima de temperaturas en el rango de 1150-1250 °C. [9] Una fase cúbica metaestable, isoestructural con γ-Li 2 TiO 3 se conoce como α-Li 2 TiO 3 ; se forma a bajas temperaturas y se transforma en la fase β más estable al calentarla a 400 °C. [10]
El proceso de sinterización consiste en tomar un polvo, colocarlo 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 y finalmente forman un material sólido o poroso.
Se ha descubierto que los polvos de Li2TiO3 tienen una alta pureza y buena capacidad de sinterización. [11]
El titanato de litio se utiliza como cátodo en la capa uno de un cátodo de doble capa para celdas de combustible de carbonato fundido . Estas celdas de combustible tienen dos capas de material, capa 1 y capa 2, que permiten la producción de celdas de combustible de carbonato fundido de alta potencia que funcionan de manera más eficiente. [12]
El Li2TiO3 se utiliza en el cátodo de algunas baterías de iones de litio , junto con un aglutinante acuoso y un agente conductor. El Li2TiO3 se utiliza porque es capaz de estabilizar los agentes conductores de alta capacidad del cátodo; LiMO2 ( M =Fe, Mn, Cr, Ni). El Li2TiO3 y los agentes conductores (LiMO2 ) se disponen en capas para crear el material del cátodo. Estas capas permiten la difusión del litio.
La batería de titanato de litio es una batería recargable que se carga mucho más rápido 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 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 que tiene una capacidad y un voltaje mucho menores que la batería de iones de litio convencional. La batería de titanato de litio se utiliza actualmente en vehículos eléctricos a batería [ cita requerida ] y otras aplicaciones especializadas.
Las reacciones de fusión, como las que se llevan a cabo en el reactor termonuclear de demostración propuesto para el ITER , se alimentan con tritio y deuterio . Los recursos de tritio son extremadamente limitados en su disponibilidad, y actualmente se estima que su total asciende a veinte kilogramos. Los guijarros cerámicos que contienen litio se pueden utilizar como materiales reproductores sólidos en un componente conocido como manta reproductora refrigerada con helio para la producción de tritio. [ 13] La manta reproductora constituye un componente clave del diseño del reactor del ITER. En dichos diseños de reactores, el tritio se produce por neutrones que salen del plasma e interactúan con el litio en la manta. El Li2TiO3 junto con el Li4SiO4 son atractivos como materiales reproductores de tritio porque presentan una alta liberación de tritio, baja activación y estabilidad química. [7]
El polvo de Li2TiO3 se prepara más comúnmente mediante la mezcla de carbonato de litio , solución de nitrato de titanio y ácido cítrico , seguida de calcinación , compactación y sinterización . El material nanocristalino creado se utiliza como polvo reproductor debido a su alta pureza y actividad. [14] [12] [ 15]
