Tesis doctoral de Ignacio Cameán
Las baterías de ión-litio son sistemas de almacenamiento de energía de alto rendimiento, bajo coste y versátiles que se utilizan en múltiples aparatos portátiles. El atractivo inherente a una batería de ión-litio es la utilización de electrodos de intercalación que son capaces de insertar de forma reversible iones litio dentro de su estructura. Estas baterías utilizan como ánodos materiales de carbono, generalmente, grafitos sintéticos. El objetivo final de esta tesis doctoral es utilizar materiales grafíticos preparados a partir de diferentes precursores (antracitas, concentrados de inquemados de cenizas volantes procedentes de la combustión de carbón y nanofibras de carbono generadas en la descomposición catalítica de gas metano para la producción de hidrógeno) como ánodos en baterías de ión-litio. Todos ellos fueron grafitizados en el intervalo de temperaturas 1800-2900 ºc. Los materiales grafíticos preparados fueron caracterizados, determinándose sus propiedades estructurales (grado de orden estructural y de orientación de los microcristales), texturales (área superficial y porosidad) y eléctricas (conductividad), todas ellas relacionadas con su comportamiento como ánodo en las baterías de ión-litio que se evaluó en función de los parámetros electroquímicos de la batería (capacidad reversible e irreversible, ciclabilidad y eficacia). Además, se estudió la relación entre dichos parámetros y las propiedades de los materiales. Finalmente, se llevó a cabo un estudio comparativo de las propiedades electroquímicas de los materiales grafíticos con las correspondientes a grafitos sintéticos que están siendo utilizados como ánodos en baterías de ión-litio comerciales. las prestaciones de las baterías, en cuanto a capacidad reversible, ciclabilidad, capacidad irreversible y eficacia del ciclado, empleando como electrodos de trabajo materiales grafíticos preparados a partir de los concentrados de inquemados de cenizas volantes y de las nanofibras de carbono, y grafitos sintéticos de referencia que se usan en la manufactura de dichas baterías son totalmente comparables. Por tanto, la utilización de estos materiales grafíticos como ánodos en las baterías de ión-litio es, en principio, viable. La capacidad reversible de la batería tiende a aumentar con el orden estructural del material siendo por tanto un factor determinante para la optimización de estos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica. Sin embargo, cuando se emplean materiales grafíticos con elevado grado de desarrollo de la estructura cristalina, otros factores no estructurales, tales como la morfología y el tamaño de partícula también influyen en la capacidad reversible suministrada por la batería. En general, la ciclabilidad de las baterías con los materiales preparados a partir de los diferentes precursores es excelente, con independencia del grado de orden estructural del material considerado. Una vez formada la capa pasivante, la intercalación/desintercalación de los iones litio en este tipo de materiales grafíticos transcurre de forma casi totalmente reversible, siempre que el área superficial y la porosidad se mantengan por debajo de unos límites. La eficacia del ciclado de la batería mejora al aumentar el grado de orden estructural del material, tanto por lo que respecta al valor inicial como al número de ciclo al cual dicha eficacia alcanza ~ 100 %, lo cual está directamente relacionado con la disminución de la porosidad/área superficial.
Datos académicos de la tesis doctoral «Preparación de materiales grafíticos: aplicación como ánodos en baterías de ión-litio«
- Título de la tesis: Preparación de materiales grafíticos: aplicación como ánodos en baterías de ión-litio
- Autor: Ignacio Cameán
- Universidad: Oviedo
- Fecha de lectura de la tesis: 03/03/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Ana Beatriz García Suárez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: angel Linares solano
- isabel Suelves laiglesia (vocal)
- flaviano Garcia alvarado (vocal)
- María rosa Palacin peiro (vocal)