Estudio del efecto del aglomerante y catalizadores en el rendimiento de baterías Litio aire
Las baterías de litio-aire presentan una elevada densidad energética (11428 Wh Kg-1) cercana a la densidad teórica de la gasolina, como sistemas “almacenadores" de energía. Sin embargo, su eficiencia real es mucho menor que el valor teórico debido principalmente a problemas con reacciones no de...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2018 |
| País: | Chile |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.anid.cl:10533/235104 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/10533/235104 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ciencias Naturales Ciencias Químicas Electroquímica |
| Sumario: | Las baterías de litio-aire presentan una elevada densidad energética (11428 Wh Kg-1) cercana a la densidad teórica de la gasolina, como sistemas “almacenadores" de energía. Sin embargo, su eficiencia real es mucho menor que el valor teórico debido principalmente a problemas con reacciones no deseadas que generan sobrepotenciales debido a la descomposición o acumulación de especies insolubles en el cátodo. Las baterías litio aire están compuestas por un ánodo de litio metálico y un cátodo compuesto por una mezcla de carbono y un aglomerante. Esta mezcla puede o no contener un catalizador. A través de este cátodo de carbono ingresa un flujo continuo de oxígeno y ocurre la reacción de reducción de oxigeno la cual lleva a la formación de Li2O2 y/o Li2O como producto principal. Las acumulaciones de estos productos contribuyen a la pasivación del cátodo, por lo que para disminuir este efecto se espera que, durante el proceso de carga, la mayor cantidad de estas especies se oxiden. En estos sistemas, el uso de catalizadores cumple un rol fundamental, ya que estos podrían facilitar tanto la reacción de reducción de oxígeno en la descarga como la evolución en la carga. En cuanto a los aglomerantes, se ha encontrado que algunos sufren reacciones indeseadas de descomposición como ocurre con el polímero PVDF, el cual experimenta una reacción de deshidrofluoración química llevando a la formación de H2O2 y LiF(s). El H2O2 en presencia de un catalizador podría conducir a la formación de LiOH(s). Estos productos no deseados se acumulan y bloquean el cátodo afectando la eficiencia y durabilidad de la batería. En este proyecto se comparó el efecto de usar PVDF y Nafion como aglomerantes y tres catalizadores, Co3O4, CoPc y -MnO2 encontrándose que los tres catalizadores permiten que ocurra el proceso de carga luego de una descarga completa en presencia de PVDF y en el caso del Nafion disminuyen los sobrepotenciales de los procesos de carga y descarga aumentando la ciclabilidad de la batería. Por otra parte se determinó que ocurre la descomposición del solvente generando carbonatos de litio que pasivan el cátodo. El mejor sistema encontrado fue el de la combinación Nafion/CoPc que permitió 11 ciclos de carga y descarga consecutivos con una capacidad cercana a 2 mA h, con una significativa reducción en el sobrepotencial. |
|---|