Avances en baterías de zincdesarrollo de nuevos geles poliméricos y caracterización y evaluación de electrodos de zinc/bi2o3

Resumen

Resumen de la tesis: Las baterías recargables han estado en el centro de atención de los investigadores en la búsqueda de fuentes de energía renovables, sostenibles, baratas y cómodas. Hasta la fecha, la batería de iones de litio son las más comercializadas hasta el momento y se han utilizado para alimentar dispositivos electrónicos y vehículos híbridos y eléctricos. Sin embargo, en la actualidad, las baterías de iones de litio no satisfacen las expectativas de energía y los requisitos de energía, junto con los problemas de seguridad en los que están involucrados, limita su uso en servicios críticos. Las baterías de metal y aire se han convertido en sistemas alternativos o complementarios por sus altas densidades de energía y una configuración de celda simple. Por otro lado, el óxido de bismuto es un semimetal con enlace covalente. El Bi2O3 manifiesta una capacidad práctica comparable al valor teórico, capacidad de descarga excepcional y buena “ciclabilidad”. Sin embargo, excepto como aditivo en los ánodos de baterías alcalinas para suprimir la evolución del hidrógeno, la aplicación de bismuto y sus óxidos en baterías se ha ignorado durante décadas. En este trabajo ánodos de zinc con distintas cantidades de óxido de bismuto han sido estudiados espectroscópica y electroquímicamente. En este sentido, además, últimamente se ha abierto una nueva línea de investigación utilizando Bi2O3 como material activo en los ánodos de zinc-aire. Los electrolitos poliméricos gelificados para sistemas electroquímicos (GPEs) se desarrollaron para reemplazar los electrolitos líquidos con el fin de evitar fugas y problemas de seguridad, entre otros, durante su funcionamiento. Los GPEs de PVA dopados con KOH se han estudiado y probado exhaustivamente en baterías, pero apenas se han probado en baterías de zinc-aire. En este trabajo se ha utilizado un amplio espectro de técnicas experimentales en la caracterización de los GPEs. Es de destacar el cambio en los valores de conductividad obtenidos en geles de PVA-KOH cuando han sido sumergidos en disolución de KOH concentrada (12M). A partir de los resultados experimentales posteriores, este trabajo examina, basándose en el mecanismo de Grotthus, los buenos valores de conductividad para estos GPEs y el rendimiento de éstos en baterías de zinc-aire. En la misma línea, se han investigado GPEs de PVdF-HFP en baterías de Zn -MnO2 con distintos líquidos iónicos y diferentes cantidades en sal de triflato. Los ánodos de zinc de estas baterías fueron analizados en distintos estados de carga-descarga, por medio de espectroscopia fotoelectrónica de rayos de X de alta energía, difracción de rayos X y XPS convencional. Se evidenció la presencia de Zn(OH)2 previamente a la formación de la capa pasivante de ZnO , durante la descarga, y antes de la formación del Zn metal, durante la recarga. Este hecho nos permitió proponer un mecanismo de reacción en el electrodo, y al mismo tiempo, mediante ATR-FTIR confirmar la migración del anión triflato. Además, en este documento, se establecerá una descripción detallada de las baterías metal-aire, específicamente para las baterías zinc-aire, incluidos los principios básicos de funcionamiento y los últimos avances en su desarrollo. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/