Estudio de materiales carbonosos aplicables en baterías de litio | Tesis del Doctorado en Física

Tribunal Especial

Titulares:

Dra. Melina Vanesa COZZARIN (Facultad de Ciencias Exactas - UNLP)

Dr. Oscar Alejandro OVIEDO (FCQ - UNC)

Dr. Jorge Carlos TRINCAVELLI (FAMAF)

Día: lunes 3 de julio de 2023

Horario: 16.00 horas

Lugar: Aula 31 - FAMAF

Resumen: En las últimas décadas los sistemas de almacenamiento y transporte de energía han cobrado gran relevancia debido a la actual transición energética. Entre estos sistemas se destacan las baterías de litio a causa de sus características sobresalientes, como su elevada densidad energética y potencial operativo. No obstante, las baterías de Ion-Litio con ánodo de grafito, que actualmente dominan el mercado, han alcanzado los límites teóricos de su desarrollo. Por lo tanto, es necesario estudiar y producir sistemas de almacenamiento mejorados que ofrezcan una mayor densidad energética, sean respetuosos con el medio ambiente y viables económicamente. El objetivo principal de esta tesis se centra en investigar y desarrollar materiales innovadores aplicables en baterías, con el fin de mejorar sus características y promover su aplicabilidad. Se llevaron a cabo entonces estudios sobre diversos materiales a base de carbono aplicables en baterías de litio, incluyendo baterías de Ion-Litio, Litio-Azufre y Litio-Oxígeno. Los materiales carbonosos cumplen roles clave como ánodos, cátodos e “interlayers” dentro de los sistemas mencionados anteriormente y despiertan un gran interés debido a su destacada conductividad, resistencia mecánica y versatilidad estructural. Para el análisis y estudio de los mismos, se utilizaron diversas técnicas experimentales y computacionales, como SEM, DRX, espectroscopía Raman, XPS, RMN, ciclado galvanostático, DFT, entre otras. De acuerdo a los objetivos generales de la tesis, se investigó la utilización de biocarbones obtenidos a partir de residuos de la industria cervecera para la fabricación de electrodos en baterías de Ion-Litio y Litio-Azufre. Se emplearon métodos de síntesis sencillos y escalables, obteniendo como resultado materiales con elevadas capacidades específicas para el caso del ánodo de Ion-Li y áreas superficiales competitivas para el caso del cátodo de Li-S. Por otro lado, se llevaron a cabo estudios sobre materiales carbonosos porosos para su aplicación como cátodos en baterías de Li-O. Se sintetizaron entonces carbones con distribuciones de tamaño de poro definidas y se estudió la dinámica del electrolito confinado en ellos mediante espectroscopia RMN. Los resultados mostraron que las distribuciones de tamaño de poro modificaban drásticamente las interacciones entre los materiales carbonosos y el electrolito. Por último, se realizaron estudios sobre carbones fluorados para la protección del litio metálico mediante la utilización de cálculos de primeros principios. Las simulaciones de estas estructuras en interacción con átomos de litio indicaron que la presencia de defectos es crucial para la estabilidad de dichos materiales.