Estudio del óxido de bismuto, y otros óxidos metálicos, como electrodos positivos en baterías de zinc
[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. En la sociedad actual, las baterías recargables se encuentran en el centro de atención de numerosos grupos de investigación, ya que son unos de los pilares fundamentales en la búsqueda de fuentes de energía altern...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad Politécnica de Cartagena(UPCT) |
| Repositorio: | Repositorio Digital UPCT |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.upct.es:10317/13492 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10317/13492 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Química Electroquímica Transmisión de energía Electrolitos Baterías Química-Física 2210 Química Física |
| Sumario: | [SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. En la sociedad actual, las baterías recargables se encuentran en el centro de atención de numerosos grupos de investigación, ya que son unos de los pilares fundamentales en la búsqueda de fuentes de energía alternativas, sostenibles, económicas y fiables. Actualmente, son las baterías de iones de litio las que más se comercializan, y se encuentran presentes en multitud de dispositivos electrónicos portátiles (smartphones, ordenadores portátiles, tabletas, etc.) y vehículos híbridos y eléctricos (coches, motos, patinetes, bicicletas, etc.). No obstante, estas baterías no terminan de cumplir con las expectativas en lo referente a requisitos de energía. Esto, unido a los problemas de seguridad que llevan asociadas, hace que su uso se resienta en servicios fundamentales. Es por ello por lo que surge la necesidad de encontrar un tipo de batería alternativa con una buena densidad de energía, un precio asequible y buena seguridad. Es aquí donde las baterías basadas en zinc (baterias de zinc con distintos óxidos metálicos o baterías de zinc-aire) toman importancia, ya que presentan una alternativa real a las baterías comercializadas actualmente. El óxido de bismuto (Bi2O3) presenta unas propiedades muy interesantes tales como su alta capacidad práctica, que se aproxima en gran medida a la capacidad teórica. Su excepcional reversibilidad redox, hace que presente una más que notable capacidad de ciclabilidad y una capacidad de descarga elevada. Sin embargo, el empleo del óxido de bismuto ha quedado relegado durante mucho tiempo a un mero aditivo en ánodos para suprimir la evolución de hidrogeno. En el presente trabajo se han estudiado electrodos confeccionados principalmente con este material, empleándolos en baterías de zinc con diferentes electrolitos, mediante ensayos espectroquímicos y electroquímicos. Así, se ha conseguido establecer una línea de investigación en la que el Bi2O3 se utiliza como material principal en baterías recargables de zinc. Para lograr baterías recargables polivalentes y seguras, los electrolitos de geles poliméricos (GPEs) juegan un papel fundamental, ya que serán los encargados de sustituir a los electrolitos líquidos a fin de prevenir posibles fugas y problemas de seguridad que puedan ocasionarse durante el funcionamiento de la batería. Se han empleado para este trabajo GPEs principalmente de PVA dopados con KOH para emplearlos en las baterías. Se ha comprobado que estos geles son perfectamente funcionales a la hora de ser empleados en diferentes tipos de baterías, logrando muy buenos resultados tanto de conductividad como de ciclabilidad, lo que pone de manifiesto la resistencia de este material y su aplicación real en dispositivos. A la hora de desarrollar una batería, hay que analizar el comportamiento de la misma a largo plazo. Normalmente esto se hace ciclando la misma durante un periodo de tiempo, pero sin saber que ocurre cuando falla. Para monitoriza el comportamiento durante el ciclado es imprescindible obtener información de los electrodos por separado. Esto se ha conseguido con muy buenos resultados gracias a la incorporación de un pseudoelectrodo de referencia, pudiendo detectar qué está causando el fallo de la batería en tiempo real y actuar en consecuencia. Por ello, resulta de gran ayuda a la hora de trabajar, el disponer de un equipo capaz de monitorizar los dos electrodos de la batería, que nos permitirá un avance más rápido y eficiente en la investigación. En este trabajo además se ha trabajado con materiales basados en RuO2 provenientes de descomposición térmica de unos precursores, que poseen demostradas actividades catalíticas tanto en la reacción de reducción de oxígeno (ORR), como en la reacción de evolución del oxígeno (OER). Estos se han probado como catalizadores en baterías de Zn-Aire, logrando unos resultados muy prometedores. |
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