Desarrollo de materiales a bases de dióxido de titanio para empleo como electrodos negativos en baterías de ion litio

• Autores: Chauque, Susana
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cámara, Osvaldo Raul; Visintín, Arnaldo; Oliva, Fabiana Yolanda; Perez, Jorge Daniel; Granados, Alejandro Manuel; Chialvo, Abél César; Vaca Chávez, Fabián
• Materia: Oxido de titanio; Óxidos; Titanio; Baterias electricas; Litio; Electrodos; Electroquímica; Corrosión; Células de combustión
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2017
Chauque, Susana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Cámara, Osvaldo Raul. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Visintín, Arnaldo. Universidad Nacional de Jujuy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy; Argentina.
Oliva, Fabiana Yolanda. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Perez, Jorge Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Granados, Alejandro Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Chialvo, Abél César. Universidad Nacional del Litoral. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Química Aplicada del Litoral; Argentina.
Vaca Chávez, Fabián. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.
En la búsqueda de síntesis de materiales activos para electrodos negativos a base de dióxido de titanio, simple, de bajo costo y con gran eficiencia energética, se han investigado a lo largo de esta tesis, diferentes abordajes para la optimización de los métodos de preparación de los mismos. En dicha búsqueda, la espinela de Li4Tis012 (LTO), presentó grandes ventajas en capacidad específica, reversibilidad, estabilidad y ciclabilidad respecto a otros titanatos de metales alcalinos. Sin embargo, una desventaja de este material es la propiedad aislante inherente del óxido de titanio, que va en detrimento de los requerimientos de un alto rendimiento en potencia para las BILs con ánodos de LTO. Se analizó el efecto de la molienda energética sobre el LTO sintetizado por el método cerámico y por el método sol-gel (ambos calcinados a 950°C durante 24h), obteniéndose respuestas electroquímicas diferentes. En el primer caso, se observó una pérdida de cristalinidad significativa con el aumento del tiempo de molienda, y una consecuente disminución en la capacidad específica. Entretanto, el LTO preparado por el método sol-gel ofreció una mayor resistencia a la molienda energética, obteniéndose tamaños de partícula menores, exponiendo una mayor área superficial y un incremento en la capacidad específica (~100% de la capacidad). Se determinó que el tamaño de partícula y cristalinidad juegan un rol fundamental en la respuesta electroquímica en estos sistemas. Para evitar post-tratamientos adicionales que implican un incremento en el costo global de síntesis, se optimizaron los métodos de síntesis de LTO (temperatura final y tiempo de calcinado), con el fin de obtener tamaños de partícula menores desde el inicio. Se observó que la temperatura final de síntesis influye directamente en la cristalinidad, pureza y tamaño de partícula de los materiales preparados, factores que son requerimientos básicos para el buen rendimiento de estos materiales a ser utilizados como electrodos negativos en BILs. En ambas optimizaciones de los métodos de síntesis, se concluyó que la temperatura óptima de calcinado es de 700°C y 8 horas de tratamiento térmico. Se mejoró la conductividad intrínseca de los titanatos de metales alcalinos preparados, optimizando métodos de hibridización de los mismos empleando diferentes precursores carbonosos como sacarosa y C preparado por el método de Hummer. Se observó que, el recubrimiento de las partículas con material carbonoso con un cierto grado de cristalinidad incrementa el 100 % la capacidad específica del material prístino. Otra estrategia en la búsqueda de obtener baterías más seguras utilizando LTO cómo material de ánodo fue estudiar la respuesta electroquímica del LTO sin ningún post-tratamiento, empleando como solvente electrolítico líquidos iónicos, debido a sus ventajas interesantes por sobre los solventes orgánicos. Se determinó que la naturaleza del aglutinante empleado es de extrema importancia, debiéndose reemplazar al PVDF por algún aglutinante con mayor conductividad iónica. Cuando se utilizó PDDA-LI como aglutinante, se obtuvo la mejor respuesta electroquímica del LTO, debido a que es mejor conductor iónico, presentó mayor número de transporte de litio y la mejor interacción con el líquido iónico empleado (Pipl,4Tf2N). Finalmente, se evaluaron dos prototipos de BILs empleando como cátodo LiFeP04 comercial. Si bien el valor de capacidad absoluta obtenida es dependiente del área ofrecida, se observó en todos los casos una excelente reversibilidad en los procesos de carga y descarga, correspondiente con las características discutidas que presenta el LTO como ánodo. Los ánodos que se emplearon para el montaje de las BILs soportan un ciclado de hasta 500 ciclos (a 0,5 C) manteniendo el 80% de la capacidad específica inicial haciendo de este material un promisorio material de ánodo para celdas de baterías para sistemas estacionarios.
Chauque, Susana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Cámara, Osvaldo Raul. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Visintín, Arnaldo. Universidad Nacional de Jujuy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Materiales avanzados y Almacenamiento de Energía de Jujuy; Argentina.
Oliva, Fabiana Yolanda. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Perez, Jorge Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Granados, Alejandro Manuel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Chialvo, Abél César. Universidad Nacional del Litoral. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Química Aplicada del Litoral; Argentina.
Vaca Chávez, Fabián. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.