Desarrollo de materiales para cátodos y electrolitos de baterías de ion sodio

• Autores: Cristina Santamaria Olivera
• Directores de la Tesis: Bernardo Herradón García (dir. tes.), José Manuel Amarilla Álvarez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 311
• Títulos paralelos:
  • Development of cathode and electrolyte materials for sodium ion batteries
• Tribunal Calificador de la Tesis: Javier Adrio Sevilla (presid.), David González Rodríguez (secret.), Elisabet Castillo Martínez (voc.), Yolanda Pérez Cortés (voc.), José María Navas Antón (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Orgánica por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Electroquímica
  • Química
    • Química orgánica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • El uso de energía limpia es un imperativo para la sociedad actual. El efecto invernadero es el principal responsable del cambio climático, el reto más importante al que se enfrenta la humanidad, principalmente causado por el uso de energía procedente de combustibles fósiles. Hoy en día, la generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables se considera una de las estrategias más poderosas para superar estos graves peligros. Por desgracia, las fuentes de energía renovables son intermitentes y no cumplen los criterios de producción a demanda. Para superar este inconveniente, tanto la comunidad científica como la tecnológica están de acuerdo en que es obligatorio disponer de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (EES, del inglés electric energy storage) eficientes, seguros y baratos, capaces de almacenar energía en horas valle para suministrarla en los picos de demanda. Entre las distintas tecnologías de almacenamiento de energía, las baterías recargables son uno de los dispositivos tecnológicos más competitivos para impulsar la transición hacia una sociedad con cero emisiones mediante la integración de fuentes de energía renovables y limpias en la red eléctrica. Su éxito radica en su alta eficiencia de conversión y su bajo impacto ambiental. Para los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica estacionarios, son necesarias baterías secundarias con un ciclo de vida largo, alta seguridad, capacidad de tasa rápida y bajo coste. Aunque los recientes avances en la tecnología de las baterías de ion litio han permitido, sobre todo, notables progresos en los dispositivos portátiles y en la electrificación del transporte; su escasez, coste y desigual distribución en la corteza terrestre dificultan su aplicación en los sistemas EES de gran tamaño. Para hacer frente a este reto, es necesario investigar nuevas tecnologías más eficientes, seguras y baratas que hagan posible la implementción de las renovables en la red energética, contribuyendo significativamente a la transición energética. Por todo ello, el objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido contribuir al desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía procedente de fuentes renovables con una gestión eficiente de los recursos, reduciendo la generación de compuestos químicos responsables del cambio climático. La investigación propuesta se guió por preceptos medioambientales sostenibles. Cabe destacar que: 1. La batería propuesta está basada en sodio, más barato, abundante y homogéneamente distribuido en la corteza terrestre en comparación con el litio. Con esta propuesta se pretende preservar el escaso litio disponible, que debería utilizarse preferentemente en dispositivos portátiles y no en sistemas estacionarios de almacenamiento masivo de electricidad. 2. Los materiales de los electrodos se componen de elementos químicos abundantes y baratos. Los materiales de cátodo seleccionados son óxidos laminares ricos en manganeso. El manganeso es el séptimo metal más abundante en la corteza terrestre. Sus compuestos son baratos y tienen un bajo impacto tanto en la salud humana como en los ecosistemas. 3. Los electrolitos se basan en líquidos iónicos (LI) o mezclas eutectoides (ME). Además de sus propiedades fisicoquímicas excelentes, estos compuestos presentan características útiles, principalmente: bajo coste y, presumiblemente, escasos efectos tóxicos, así como bajo impacto ambiental. Por otro lado, también se han desarrollado electrolitos quasi-sólidos tipo gel, con el principal objetivo de aumentar, aún más, la seguridad de las baterías de ion sodio