Estudio de materiales basados en grafeno para su uso como ánodos en baterías de li-ón

Abstract

En la presente memoria de Tesis Doctoral convergen dos de los temas más estudiados en la Ciencia de Materiales en los últimos años, como lo resalta la prestigiosa revista Materials Today1. Las baterías de Li-ión son los dispositivos de almacenamiento de energía más utilizados en la moderna sociedad de consumo de tecnología e información. Este tipo de baterías ha llegado a desplazar a las baterías alcalinas, las de Cadmio y las de Níquel – hidruro metálico, en dispositivos móviles; además se perfilan como la opción más prometedora para alimentar los vehículos híbridos y eléctricos. El grafeno, y en particular sus propiedades vienen sorprendiendo a la comunidad científica desde los trabajos pioneros de Geim y Novoselov en 2004. Miles de artículos de investigación2 han sido publicados desde entonces en diferentes temáticas y aplicaciones. En esta Tesis se emplean nanoláminas de grafeno (GNS) como electrodos en baterías de Li-ión, comenzando desde el estudio de este material preparado mediante diferentes rutas de síntesis y su evaluación en semiceldas frente a Li metálico, hasta la optimización del material para poder usarlo en configuración de celdas completas enfrentándolo a materiales catódicos comerciales. Esta última es sin duda la mayor aportación que la presente memoria ofrece al conocimiento del grafeno y su aplicación en batería de Li-ión. Los resultados obtenidos en los diferentes trabajos que conforman la memoria han sido divididos en tres partes: i) el estudio en semiceldas, ii) el posterior paso a celdas completas...

In this PhD memory, converge two of the most studied topics in Materials Science in recent years, as highlighted by the prestigious magazine Materials Today3. The Li-ion batteries are the most commonly used energy storage devices in the consumer’s modern society of information and technology. These batteries have replaced to the Cd-Ni and Ni-metal hydride batteries in mobile devices. They are also arising as the most promising option to provide energy for hybrid and electric vehicles. The graphene and specially its properties are surprising to the scientific community since the pioneering work of Geim and Novoselov in 2004. Thousands of research articles4 have been published since then, in different fields and applications. In this memory, graphene nanosheets (GNS) are used as electrodes in Li-ion batteries, starting from the study of this material obtained by different synthesis routes and the evaluation of its electrochemical properties against Li metal (half cell configuration) followed by its optimization to be used in full cell configuration against commercial cathode materials. The latter is undoubtedly a significant contribution since, to our knowledge, no reports have been published so far on the electrochemical behavior of graphene in real Li-ion batteries. The results obtained in the different studies that are part of this memory have been divided into three parts: i) the study in half cells, ii) the subsequent study in full cells and, iii) using graphene nanosheets in combination with iron oxide. 3Jhonatan...