RT info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
T1 New Battery Technology Concepts Based on Semi-Solid Electrodes
A1 Perez Antolin, Daniel
A2 Universidad de Burgos. Departamento de Química. Área de Química Analítica
A2 Universidad de Burgos. ICCRAM
K1 Electrodos semi-sólidos
K1 Batería inyectable
K1 Zinc - Óxido de manganeso
K1 Recuperación de litio
K1 Zinc - Aire
K1 Semi-Solid Electrodes
K1 Injectable Battery
K1 Zinc - Manganese Oxide
K1 Lithium Recovery
K1 Zinc - Air
K1 Química física
K1 Chemistry, Physical and theoretical
K1 2210.05 Electroquímica
AB El objetivo general de esta Tesis es desarrollar soluciones de baterías innovadoras basadasen electrodos semi-sólidos y demostrar su viabilidad en diferentes aplicaciones. Enparticular, las propiedades únicas de los electrodos semisólidos se explotan en diversastecnologías: baterías de ion litio, baterías Zn - MnO2, baterías Zn - aire y “ElectrochemicalIon Pumping”.Comprender la naturaleza de los electrodos semisólidos es de suma importancia para estatesis. 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 noestán fijados en un colector de corriente, se propone por primera vez como un conceptoinnovador para facilitar el proceso de reciclaje, permitiendo la reutilización de las celdasde la batería completa. La prueba de concepto se muestra para baterías inyectablesacuosas, así como su viabilidad en baterías inyectables no acuosas.En este trabajo, se explora la posibilidad de lograr baterías de alta densidad energéticabasadas en electrodos semisólidos de Zn-MnO2. Como solución para investigarelectrodos semi-sólidos de MnO2, un innovador sistema híbrido que combina flujo (ladonegativo) 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 queafectan al funcionamiento de la batería. La reacción espontánea entre zinc metálico y elelectrolito conduce a la evolución de iones de Zn e hidrógeno, desplazando el pH delelectrolito hacia condiciones alcalinas, lo que a su vez dificulta las reaccioneselectroquímicas reversibles en los electrodos positivo y negativo. La reacción deevolución de oxígeno (OER) en el electrodo positivo se propone como una estrategiasimple 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 seevalúa 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 unabatería alcalina de Zn-aire mecánicamente recargable, en la que los electrodos negativosgastados se sustituyen al final del proceso de descarga. En este estudio, se alcanzanelevadas densidades de energía con una tasa de utilización del material del 85 %. De estamanera, los electrodos semisólidos de Zn se convierten en un tipo de portador de energíaverde, 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 porprimera 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 delsistema mediante el simple reemplazo del electrodo semisólido. Los resultados muestranque EIPC demostró un buen desempeño electroquímico junto con una separación de ionescompetitiva, incluso para una solución que emula las salmueras típicas de Atacama.
YR 2022
FD 2022
LK http://hdl.handle.net/10259/7804
UL http://hdl.handle.net/10259/7804
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Burgos
RD 08-may-2024