Síntesis y caracterización de óxidos de titanio como electrodos negativos en baterías recargables

Abstract

La estructura de esta memoria se divide en los siguientes bloques: una parte introductoria en la que se mencionan algunos materiales que ya se han empleado en baterías recargables de ion-Li e ion-Na y donde se explican las técnicas aplicadas en el estudio de los óxidos de titanio de esta investigación. El segundo bloque reúne todos los resultados de los tres sistemas estudiados, TiO2(H) vs Na+/Na, TiO2-r vs. Li+/Li y TiO2-r vs. Na+/Na. En el capítulo 4 se recogen los resultados del sistema TiO2 con estructura hollandita, también etiquetado como TiO2(H), frente a Na+/Na. El estudio de difracción de rayos X in situ realizado durante el primer ciclo de descarga-carga revela que la inserción/desinserción de sodio dentro de la estructura hollandita inicialmente ocurre en una región monofásica, aunque va acompañada de una disminución de simetría de tetragonal, grupo espacial I4/m, a monoclínica, grupo espacial I2/m, a medida que progresa la inserción de sodio. En el capítulo 5 se estudia la evolución estructural que experimenta el TiO2 con estructura rutilo durante la inserción de Li+ en el rango de potencial 3.0-1.0 V realizando un estudio estructural detallado mediando experimentos PITT y difracción de rayos X en condiciones ex situ de electrodos post-mortem. También se determinan las contribuciones capacitivas y faradaicas a la capacidad específica del material frente a litio. El capítulo 6 recoge los resultados obtenidos tras los ensayos de ciclabilidad galvanostáticos y potenciostáticos aplicados sobre el sistema TiO2-r vs. Na+/Na, además de determinar el coeficiente de difusión de Na+ en TiO2 nano-rutilo (TiO2-r). Con la intención de mejorar las propiedades electroquímicas de TiO2-r, se modificó la composición del electrodo aumentando el contenido en carbón conductor, siendo el resultado principal una mayor capacidad y mejorada ciclabilidad.