https://hdl.handle.net/10259/4855 2026-04-17T15:30:54Z 2026-04-17T15:30:54Z Perez Antolin, Daniel https://hdl.handle.net/10259/7804 2026-02-12T13:03:20Z 2022-01-01T00:00:00Z

New Battery Technology Concepts Based on Semi-Solid Electrodes Perez Antolin, Daniel El objetivo general de esta Tesis es desarrollar soluciones de baterías innovadoras basadas en electrodos semi-sólidos y demostrar su viabilidad en diferentes aplicaciones. En particular, las propiedades únicas de los electrodos semisólidos se explotan en diversas tecnologías: baterías de ion litio, baterías Zn - MnO2, baterías Zn - aire y “Electrochemical Ion Pumping”. Comprender la naturaleza de los electrodos semisólidos es de suma importancia para esta tesis. Al evaluar la viscosidad de los electrodos, se demostró su naturaleza tixotrópica. Esto hace posible inyectar esto electrodos dentro de una celda preensamblada. Además, las propiedades iónicas y eléctricas de diferentes formulaciones de electrodos semisólidos se investigan a través de espectroscopía de impedancia electroquímica, demostrando la posibilidad de ajustar las propiedades cambiando su composición: contenido de carbón, electrolito y aditivos. La batería inyectable, en la que los materiales de los electrodos positivo y negativo no están fijados en un colector de corriente, se propone por primera vez como un concepto innovador para facilitar el proceso de reciclaje, permitiendo la reutilización de las celdas de la batería completa. La prueba de concepto se muestra para baterías inyectables acuosas, así como su viabilidad en baterías inyectables no acuosas. En este trabajo, se explora la posibilidad de lograr baterías de alta densidad energética basadas en electrodos semisólidos de Zn-MnO2. Como solución para investigar electrodos semi-sólidos de MnO2, un innovador sistema híbrido que combina flujo (lado negativo) y electrodo inyectable (lado positivo) permite ampliar la vida útil de la batería. Adicionalmente, se investigan los cambios de pH que ocurren dentro del electrolito y que afectan al funcionamiento de la batería. La reacción espontánea entre zinc metálico y el electrolito conduce a la evolución de iones de Zn e hidrógeno, desplazando el pH del electrolito hacia condiciones alcalinas, lo que a su vez dificulta las reacciones electroquímicas reversibles en los electrodos positivo y negativo. La reacción de evolución de oxígeno (OER) en el electrodo positivo se propone como una estrategia simple para restaurar el pH inicial con un protocolo de carga. Curiosamente, el Mn2+ disuelto en el electrolito como aditivo, juega un papel importante en la corrección del pH. Usando un indicador de pH disuelto en el electrolito, el efecto del voltaje flotante se evalúa in operando, lo que permite optimizar su valor para que el pH se mantenga estable. En esta Tesis, se proponen electrodos semi-sólidos de Zn para revivir el concepto de una batería alcalina de Zn-aire mecánicamente recargable, en la que los electrodos negativos gastados se sustituyen al final del proceso de descarga. En este estudio, se alcanzan elevadas densidades de energía con una tasa de utilización del material del 85 %. De esta manera, los electrodos semisólidos de Zn se convierten en un tipo de portador de energía verde, ya que pueden generarse en otros lugares utilizando fuentes renovables, almacenarse, transportarse y usarse fácilmente para producir electricidad. La última tecnología en la que se implementan electrodos semi-sólidos es el denominado “Electrochemical Ion Pumping Cell” (EIPC) para la extracción de Li. Se propone por primera vez un nuevo concepto de EIPC basado en el uso de electrodos semisólidos, permitiendo una regeneración sencilla y económica después de llegar a su fin de vida. Siguiendo esta idea, se realiza una prueba de concepto de una regeneración efectiva del sistema mediante el simple reemplazo del electrodo semisólido. Los resultados muestran que EIPC demostró un buen desempeño electroquímico junto con una separación de iones competitiva, incluso para una solución que emula las salmueras típicas de Atacama.; Energy Storage Systems have become essential element in our modern society as power source for number for applications ranging from power electronics to buffering energy for implementing energy generated from intermittent renewable sources. Among the various energy storage systems, batteries are attracting increasing attention since they offer a good compromise of energy efficiency, energy density and cost. Thus, a variety of battery technologies have been developed over the last decades with the aim of improving their key performance indicators (KPIs). Despite the great efforts devoted to this field, many challenges remain in terms of sustainability, energy and power density, eco-friendliness, recyclability, etc. The overall aim of this Thesis is to develop innovative battery solutions based on semisolid electrodes and demonstrate their feasibility in different applications. In particular, the unique properties of semi-solid electrodes are exploited in various technologies, i.e. lithium-ion batteries, zinc – manganese dioxide batteries, zinc – air batteries and electrochemical ion pumping system. These properties are easily tunable by changing the formulation of different semi-solid electrodes (rheology, ionic conductivity, and electrical conductivity), and the design of new battery cells prototypes.

2022-01-01T00:00:00Z Domi, Brixhilda https://hdl.handle.net/10259/5700 2026-02-12T13:03:48Z 2021-01-01T00:00:00Z

Physicochemical and toxicological assessment of commercial 2D nanomaterials Domi, Brixhilda Los nanomateriales bidimensionales (nanomateriales 2D) son considerados materiales de nueva generación con múltiples aplicaciones. Estos nanomateriales se caracterizan por tener una estructura en forma de capas en las que una dimensión tiene un tamaño nanométrico, estando formada por una o unas pocas capas de espesor atómico. El aumento de su producción y uso a nivel mundial implica una preocupación por la seguridad respecto al uso y exposición frente a estos nanomateriales. En esta tesis se aborda el estudio físico-químico y toxicológico de diferentes nanomateriales 2D comerciales como óxido de grafeno, disulfuros de metales de transición como MoS2 y WS2 y nitruro de Boro utilizando ensayos in vitro con distintitos modelos celulares y biomoléculas. Los resultados obtenidos arrojan luz sobre la seguridad y toxicología de estos nanomateriales 2D, permitiendo comprender y minimizar los riesgos de desarrollo de aplicaciones y dispositivos que los utilicen.; Los nanomateriales bidimensionales (2D) han atraído una atención significativa como materiales de próxima generación. Las propiedades físico-químicas conferidas por una estructura en forma de capas con un espesor de átomos han dado lugar a su utilización en múltiples aplicaciones. En la última década se han realizado numerosos trabajos de investigación encaminados a evaluar la diferente toxicidad de estos nanomateriales. Sin embargo, la mayoría de estos trabajos se centran en nanopartículas sintetizadas en pequeña escala en laboratorio, sin ahondar en aspectos claves, como la caracterización físico-química de las nanopartículas, las dosis relevantes o la duración de la exposición. El objetivo principal de esta tesis es aumentar nuestra comprensión de las interacciones biológicas entre nanomateriales 2D y sistemas biológicos. Para ello se han utilizado diferentes nanomateriales disponibles comercialmente para evaluar la nanotoxicología asociada con los mismos en diferentes modelos celulares in vitro.

2021-01-01T00:00:00Z Marty Roda, Marta https://hdl.handle.net/10259/4856 2026-02-12T13:02:47Z 2018-01-01T00:00:00Z

A Multidisciplinary approach to DNA Nano/Bio-Physics Marty Roda, Marta El ADN es una molécula altamente dinámica donde los pares de bases, que contienen información genética, pueden sufrir grandes fluctuaciones. La estructura del ADN ha sido ampliamente estudiada y conocida. Sin embargo, la comprensión de su dinámica, que influye de manera determinante en los procesos biológicos, es limitada. La tesis está dedicada al estudio de estas dinámicas durante la desnaturalización térmica del ADN, que consiste en la separación completa de las cadenas que forman la doble hélice del ADN. Hemos explorado el melting del ADN con diferentes técnicas, experimentales y teóricas y lo hemos estudiado en muestras ordenadas, como fibras de ADN. Se ha propuesto: un modelo teórico para el estudio de la dinámica; Caracterización física la transición de desnaturalización del ADN; Un método de síntesis para el diseño de fragmentos de ADN con secuencia controlada, para estudiar su flexibilidad, y caracterización de las fibras de A-DNA mediante microscopía AFM-RAMAN.; DNA is a highly dynamic molecule where base pairs, which contain genetic information, can suffer large fluctuations. The structure of DNA has been widely studied and it is well-known. However, the understanding of its dynamics, which has a decisive influence on biological processes, is limited. The thesis is dedicated to the study of these dynamics during the thermal denaturation of DNA, which consists on the complete separation of the strands that form the double helix of DNA. We have explored the melting of DNA with different experimental and theoretical techniques and although is has been widely studied in solution, we have studied it in ordered samples, such as DNA fibers. It has been proposed: a theoretical model for the study of dynamics; Physical characterization of DNA denaturing transition; A synthesis method for the design of DNA fragments with controlled sequence, to study their flexibility, and characterization of A-DNA fibers by AFM-RAMAN microscopy.

2018-01-01T00:00:00Z