Nanomateriales para baterías de ión-li e ión-na basados en nuevos diseños arquitecturados
- Autores: María del Carmen López Luna
- Directores de la Tesis: José Luis Tirado Coello (dir. tes.), Gregorio Francisco Mario Ortiz Jimenez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Philippe Knauth (presid.), Carlos Pérez Vicente (secret.), Emilia Morallón (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
La energía es un bien fundamental para el desarrollo económico y social de cualquier país. Disponer de ella en las cantidades y tiempos requeridos, es determinante para garantizar el desarrollo de la economía. No obstante, el continuo crecimiento de la demanda energética está teniendo graves consecuencias para el medioambiente como el cambio climático, además de que se prevé el agotamiento de las fuentes de extracción de energía no renovables en las próximas décadas.
El abastecimiento de energía procedente de fuentes renovables solucionaría el problema del cambio climático y del agotamiento del petróleo, pero es necesario poner en sintonía la generación de energía con el consumo para evitar el desaprovechamiento energético. Para ello es necesario el uso de sistemas de almacenamiento de energía, como son, por ejemplo, las baterías.
No sólo es importante el uso de baterías en el área de las energías renovables, sino en la de los dispositivos portátiles, cada día más presentes en la sociedad y en mayor cantidad y de diferentes tipologías. En la era que se presenta en la que cada vez más dispositivos se usan ¿sin cables¿ o ¿inalámbricos¿ el uso de las baterías se hace cada vez más frecuente. Además, con la aparición de los nuevos vehículos híbridos y eléctricos, la investigación en baterías de alta densidad energética y de potencia, y buena retención de capacidad cobra mayor importancia, especialmente las basadas en la electroquímica del litio.
Algunos autores también señalan a las baterías de sodio como alternativa al litio, dado que se evita el problema de la limitada disponibilidad de las reservas de litio y de la dependencia de los países productores,1 obviando la diferencia de coste existente entre ambos.
Una celda electroquímica es un dispositivo capaz de convertir energía química almacenada en energía eléctrica mediante un proceso redox de sus materiales activos.2 Dados los problemas que originan las baterías de litio metal (disminución de la capacidad en el ciclado y el crecimiento dendrítico, que puede llegar a cortocircuitar la celda), se comienza a investigar la posibilidad de recuperar un concepto introducido algunas décadas antes por Armand,3,4 y experimentalmente demostrado por Lazzari y Scrosati,5 con el término de batería ¿mecedora¿ (¿rocking-chair¿). Este concepto implicaba la existencia de dos electrodos de intercalación entre los cuales los iones litio oscilaban en un movimiento de vaivén durante la carga y descarga de la celda mientras los electrones hacían lo mismo a través del circuito externo de la celda.6 El objetivo principal de esta tesis es encontrar materiales nanoarquitecturados que sirvan en el avance de la investigación de materiales anódicos, catódicos o electrolito para baterías de ión litio principalmente, aunque también se ha estudiado la aplicación a baterías de ión sodio en algún caso.
Para la síntesis de ánodos con tamaño de partícula nanométrico se ha utilizado principalmente la técnica de la electrodeposición debido a las ventajas que presentan los materiales sintetizados por estas rutas, ya que no requiere de aditivos, el material tiene muy buena adherencia al colector de corriente, y es fácil controlar el tamaño y la velocidad del depósito simplemente variando los parámetros de partida al hacer la electrodeposición.
Por otro lado se ha utilizado la técnica sol-gel para la síntesis de materiales sólidos conductores iónicos tipo NASICON, en concreto LiTi2(PO4)3 con diferentes sustituciones con hierro y/o calcio, y con formación de matriz carbonosa in situ para mejorar la conductividad electrónica del material obtenido, de aplicación en cátodos.
Mediante la combinación de técnicas de anodización y electrogeneración de base, se han formado unos ánodos de nt-TiO2 superficialmente modificados mediante la deposición de Li3PO4 en diferentes condiciones, y se ha ensamblado una batería tipo mecedora frente a LiFePO4 con interesantes resultados electroquímicos.
Por último, se han sintetizado sólidos conductores iónicos del tipo Li3¿xNaxPO4 mediante un método químico húmedo, para el avance en el estudio de posibles candidatos para futuros electrolitos sólidos.
