Manganese Oxide Nanomaterials for Enhanced Electrochemical Energy Storage
El creixement exponencial del desenvolupament tecnològic i del consum energètic ha portat la humanitat a enfrontar-se a un dels majors desafiaments del segle XXI: la creixent demanda global d'energia. Davant d'aquesta situació, el desenvolupament de tecnologies energètiques sostenibles i e...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:322162 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/322162 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Nanomaterials Nanomaterials, Energy Storage Nanomateriales Ciències Experimentals |
| Sumario: | El creixement exponencial del desenvolupament tecnològic i del consum energètic ha portat la humanitat a enfrontar-se a un dels majors desafiaments del segle XXI: la creixent demanda global d'energia. Davant d'aquesta situació, el desenvolupament de tecnologies energètiques sostenibles i eficients esdevé una prioritat. En aquest context, els sistemes avançats d'emmagatzematge d'energia electroquímica exerceixen un paper fonamental, especialment en aplicacions com l'electrònica portàtil, els dispositius vestibles i les xarxes energètiques. Aquesta tesi se centra en el disseny, la síntesi i la caracterització de nous nanomaterials d'òxids metàl.lics (MONs, per les seves sigles en anglès), basats principalment en manganès, amb l'objectiu de millorar el rendiment electroquímic dels dispositius d'emmagatzematge d'energia. El manganès ha estat seleccionat per la seva abundància, baix cost, versatilitat química i excel.lents propietats electroquímiques. En primer lloc, es desenvolupa una bateria Zn-MnO2 utilitzant un compost de MnO2 i nanotubs de carboni com a càtode, a més d'emprar sulfat d'alumini com a electròlit. Aquesta configuració mostra una elevada densitat energètica (~730 Wh/kg) i un voltatge de sortida d'1,75 V, atribuïda a mecanismes sinèrgics d'intercalació i reaccions redox. Tanmateix, s'identifiquen limitacions estructurals pròpies del MnO2, com la distorsió Jahn-Teller i la seva baixa conductivitat electrònica. Per superar aquestes limitacions, es proposa el dopatge del MnO2 amb ions de zinc, cosa que permet estabilitzar l'estructura del càtode, inhibir la distorsió Jahn-Teller i millorar la cinètica del transport iònic. Les bateries muntades amb aquest material presenten una excel.lent estabilitat ciclable, mantenint gairebé el 100 % de la capacitat després de 6.000 cicles a alta densitat de corrent. La investigació s'amplia a l'estudi de bateries de sofre-liti (LSBs, per les seves sigles en anglès), on s'introdueix una espinela dopada amb cobalt (MnFe2O4) com a additiu catalític en el càtode de sofre. Aquesta estructura tridimensional robusta millora l'adsorció d'espècies de sofre i accelera la transferència de càrrega, resultant en una capacitat inicial més gran (1302 mAh/g) i millor ciclabilitat. Finalment, es desenvolupen nanoheteroestructures MnxOy@Ni(OH)2 mitjançant un mètode col.loïdal controlat per lligands. Aquestes estructures mostren una elevada àrea superficial i una activitat electrocatalítica excel.lent envers la reacció d'evolució d'oxigen (OER), assolint un sobretensió de 299 mV i una baixa resistència de transferència de càrrega (9 Ω), fet que les converteix en candidates prometedores per al seu ús en bateries d'aire metàl.lic (MABs, per les seves sigles en anglès). En conjunt, aquesta tesi contribueix al desenvolupament de materials de càtode més eficients, estables i sostenibles per a futures generacions de dispositius d'emmagatzematge d'energia electroquímica. |
|---|