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Desarrollo de electrodos y electrolitos para baterías sólidas de ión litio en lámina delgada obtenidos por sol-gel
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Santa, V. Drevi Fredy, John |
| Copyright Year | 2015 |
| Abstract | Las microbaterias de ion litio tienen un interes creciente en aplicaciones de baja potencia en una sociedad donde el numero de sistemas electronicos portatiles crece rapidamente. Las baterias recargables comerciales estan basadas en electrolitos liquidos, que presentan diversas restricciones respecto al tamano, seguridad y a la necesidad de separadores. Se ha realizado un importante esfuerzo en el desarrollo de microbaterias de ion-Li con todos sus componentes en estado solido para aplicaciones en el control de edificios inteligentes, medicina y otras aplicaciones de caracter medioambiental. Dentro de los posibles anodos, la espinela Li4Ti5O12 tiene como principales ventajas su excelente reversibilidad y ciclado que son de un cambio volumetrico minimo durante los ciclos de carga-descarga. Sus principales desventajas son un relativamente elevado potencial (1,55 V) y una reducida conductividad electronica. Se han preparado recubrimientos de la espinela Li4Ti5O12 utilizando el metodo de inmersion-extraccion sobre sustratos de cuarzo recubiertos previamente con oro. Los reactivos de partida han sido isopropoxido de titanio y acetato de litio. Se ha estudiado la influencia de la concentracion del precursor de litio y del tratamiento termico (temperatura y tiempo) sobre la estructura cristalina y el comportamiento electroquimico de los electrodos sintetizados. Los resultados de Difraccion de Rayos X en angulo rasante presentan la fase espinela sin impurezas tras la optimizacion de los diferentes parametros de sintesis y procesamiento de capas. Los perfiles de concentracion realizados con XPS y ToF-SIMS muestran una distribucion homogenea de elementos a lo largo del espesor salvo en la zona superficial donde se aprecia un aumento de litio y una reduccion de titanio. La caracterizacion electroquimica presenta el tipico par de picos de oxidacion-reduccion entre 1,5 y 1,6 V (frente Li+/Li) correspondiente a la insercion-extraccion de tres atomos de litio en la estructura del Li4Ti5O12. Las curvas de carga-descarga presentan asimismo una zona de voltaje constante en torno a 1,55 V (Li+/Li) y un buen comportamiento al ciclado a diferentes intensidades de corriente. El analisis por RBS presenta composiciones proximas a Li4Ti5O12 para electrodos recien preparados y tras un proceso de carga, y una composicion cercana a Li7Ti5O12 tras un proceso de descarga. Por otro lado, uno de los campos de investigacion mas activos en el campo de las baterias de ion-Li es el desarrollo de electrolitos solidos eficientes. Tanto la conductividad ionica como la eficiencia del dispositivo dependen del electrolito y este delimita las aplicaciones de las baterias. El electrolito es un conductor solido de Li+ de naturaleza polimerica, inorganica (materiales vitreos, ceramicos y vitroceramicos) o hibrida organico-inorganica. El principal inconveniente es que la conductividad ionica de estos materiales esta por debajo de la de los electrolitos liquidos (10-3 S/cm a temperatura ambiente). La sintesis del material hibrido se basa en la adecuada combinacion de un componente organico (monomeros), inorganico (alcoxidos o alquilalcoxidos) e hibrido (alquilalcoxidos polimerizables), utilizando el metodo sol-gel y la ciencia de polimeros. En este trabajo, se han sintetizado electrolitos hibridos organico-inorganicos en forma de lamina delgada por la ruta sol-gel en los sistemas GPTMS (3-glicidoxipropil trimetoxisilano) – TEOS (tetraetil ortosilicato), GPTMS –VINIL (trivinil etoxisilano) – EGDE (etilenglicol diglicidil eter), GPTMS – TMES (trimetiletoxisilano) – EGDE (etilenglicol diglicidil eter) o TPTE (trimetilpropano triglicidil eter) y TEOS – PEG (polietilenglicol). Se ha variado tanto la relacion organico/inorganico, el precursor de Li, atetato de litio (AcLi), trifluorosulfinimida de Litio (LiTFSA) o triflato de litio (LiOTf), asi como la relacion de litio incorporado al sistema. Se ha caracterizado el material estructural y quimicamente. Ademas, se ha determinado la conductividad ionica y, la ventana electroquimica y el numero de transporte. La maxima conductividad ionica a temperatura ambiente es del orden de ~10-6 S cm-1 en el sistema TEOS/GPTMS, de 5,3x10-7 S cm-1 en el sistema GPTMS/VINIL/EGDE, de 1,3x10-5 S cm-1 en el sistema GPTMS/TMES/EGDE, de 1,6x10-6 S cm-1 GPTMS/VINIL/TPTE y de 5,4x10-5 S cm-1 en el sistema TEOS/PEG. Las ventanas de estabilidad electroquimica se situan en el intervalo 0-6 V (frente Li+/Li) y son mucho mas amplias que las observadas en electrolitos solidos polimericos debido a la presencia de la red inorganica. El numero de transporte ionico ha sido en todos los casos ≤ 0,1, un valor bajo para este tipo de materiales debido en gran parte a la movilidad del contraanion. |
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| Ending Page | 1 |
| Page Count | 1 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/676123/velez_santa_fredy.pdf?isAllowed=y&sequence=4 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
