Estudio de nuevos electrolitos inorgánicos para su uso en baterías recargables basadas en sodio

Abstract

El aumento del consumo energético en los últimos años hace necesario el diseño de dispositivos para el almacenamiento y distribución de energía a mediana y gran escala. En este contexto las baterías recargables juegan un papel importante debido a que son dispositivos versátiles y con poco mantenimiento. Adicionalmente, con el uso de las baterías recargables se podría reducir el consumo de combustibles fósiles de manera considerable si, por ejemplo, encuentra su aplicación en vehículos eléctricos. En los últimos años, las baterías de ion litio han dominado el mercado de las baterías recargables debido a que son dispositivos que presentan elevada densidad de energía y de potencia. Sin embargo, dada la escasez de este metal y su elevado coste, el diseño de nuevas baterías basadas en litio, sobre todo a gran escala, resulta difícil y costoso. La presente tesis doctoral se centra en el diseño de nuevas baterías recargables basadas en sodio (como alternativa a las baterías basadas en litio), empleando nuevos electrolitos inorgánicos basados en amoníaco líquido. Las propiedades de estos amoniatos líquidos (elevada concentración en la sal de sodio y elevada conductividad específica), los hacen especialmente atractivos para el desarrollo de nuevas baterías de ion sodio y metal sodio. En lo que respecta a las baterías de metal sodio, se estudia el proceso de depósito y disolución de sodio metálico sobre sodio y sobre otros sustratos, prestando especial atención a la eficiencia culómbica asociada al proceso así como a la morfología y distribución de las partículas del sodio electrodepositado. En lo que refiere a las baterías de ion sodio, se estudian materiales de inserción basados en óxidos de metales de transición, analizándose cómo afecta la morfología de las partículas del electrodo de trabajo al proceso de inserción de sodio y, por consiguiente, a la capacidad específica del mismo. Finalmente, en la presente tesis doctoral se estudian dos compuestos orgánicos basados en una estructura tipo antraquinona como material activo en el electrodo positivo de la batería.