Preparación, caracterización y modelado de nanocompósitos poliméricos para sistemas de almacenamiento de energía.

Abstract

Es imperativo avanzar hacia fuentes de energía renovable y tecnologías de almacenamiento para abordar los desafíos ambientales y energéticos de nuestro tiempo. Las fuentes de energía tradicionales agotan recursos finitos y emiten contaminantes. En contraste, las energías renovables, como la solar y la eólica, son inagotables y producen cero emisiones. Sin embargo, su intermitencia requiere soluciones de almacenamiento eficientes, como baterías de ion-litio. Esta tesis buscar aportar a resolver esta problemática, desde la ciencia de materiales, a lo largo de sus ocho capítulos. El primero es una breve introducción al problema de investigación, los objetivos y la estructura de la tesis. Los siete capítulos siguientes exploran diversos trabajos de investigación relacionados con materiales para baterías de ion-litio. En el segundo capítulo, se analiza un electrolito sólido polimérico basado en poliacrilonitrilo (PAN) y LiClO4 con dimetilsulfóxido (DMSO) como plastificante, centrándose en las variaciones de conductividad iónica con la temperatura y los cambios estructurales asociados. Los capítulos 3, 4 y 5 se enfocan en mejorar la conductividad iónica de esta matriz polimérica mediante aditivos moleculares y nanoestructuras cerámicas, resultando en un considerable aumento en el caso de los segundos. En el capítulo 6, el trabajo se centró en obtener un poliéster mediante polimerización de ácido cítrico y etilenglicol, aprovechando el agua liberada en la reacción de condensación para progresivamente hidrolizar un alcóxido de titanio y obtener nanopartículas de TiO2 (anatasa) homogéneamente dispersadas en la matriz polimérica. En este último caso, la fuente de litio es una sal de Li2CO3 donde los aniones carbonato son descompuestos térmicamente y eliminados del medio de reacción, por lo que el electrolito obtenido es considerado como conductor ‘single ión’.Los capítulos 7 y 8 investigan materiales para electrodos, incluyendo el estudio del efecto de la adición de pequeñas cantidades de sal de cobalto en la síntesis del LiFePO4 (fase olivina), estudiando su desempeño electroquímico como cátodo en una celda tipo Swagelok y la simulación computacional de nanoestructuras bidimensionales de ZnO como potenciales materiales para ánodos de baterías de ion-litio.