Nanocarbons and Mediators for Energy Storage

Resum

Les fonts d'energia renovable són importants per canviar dels sistemes energètics nocius a opcions ecològiques a causa dels problemes ambientals causats per la industrialització i la creixent demanda de combustibles fòssils. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS, per les seves sigles en anglès) són crucials pel desenvolupament de les fonts d'energia renovable, que són inconsistents i depenen del temps i del clima. El creixement dels vehicles elèctrics també requereix nous ESS que puguin emmagatzemar i proporcionar alta energia i potència. L'emmagatzematge d'energia electroquímica és especialment important per a aquesta transició._x000D_ _x000D_ Aquesta tesi está centrada en la millora dels ESS mitjançant l'addició de nanocarbons i nanoòxids multiredox com a agents conductors dispersos en bateries de zinc-aire i bateries de flux redox de vanadi (VRFB). S'espera que els nanocarbons augmentin la superfície activa total, millorin la conductivitat elèctrica i construeixin xarxes de percolació per als electrons. Els nanoòxids multiredox, com els clústers de polioxometalat i l’oxohidròxid d’iridi, actuen com a mediadors redox i catalitzadors per a les reaccions d'oxigen, millorant l'eficiència i la reversibilitat del cicle de la bateria._x000D_ S'han utilitzat diverses tècniques de caracterització per entendre l'estructura, la composició i les propietats electroquímiques dels nanomaterials dins de la tesi així com mesures electroquímiques per avaluar el rendiment dels electròlits i ànodes modificats en VRFB i bateries de zinc-aire._x000D_ Per a les bateries de zinc-aire, la recerca destaca les millores significatives en les densitats de corrent i les reduccions en els sobretensions per a les reaccions redox d'oxigen aconseguides mitjançant la incorporació de nanocarbons com a agents conductors dispersos i partícules redox com a mediadors. El descobriment d'un efecte bipolar sobre les partícules conductores facilita mecanismes addicionals de transferència de càrrega, conduint a un rendiment electroquímic superior. Tot i que els intents inicials d'utilitzar un únic electròlit per a ambdues semicel·les de Zn i O2 no va tenir èxit a causa de les incompatibilitats de pH i la passivació del Zn, l'ús de suspensions basades en carboni mostra prometedors resultats en la millora de l'estabilitat del cicle mitjançant recobriments protectors sobre els ànodes de Zn._x000D_ En l'àmbit de les VRFB, la incorporació de nanopartícules Super P forma xarxes de percolació que disminueixen la resistència a la transferència de càrrega i les sobretensions mentre augmenten la densitat de corrent. L'estudi complet de la cel·la de flux redox subratlla la necessitat d'optimitzar la geometria de la cel·la per evitar embussos i millorar el flux d'electròlit, destacant el potencial de petites quantitats de carbon black com una alternativa econòmica als col·lectors tradicionals d'alt cost._x000D_ _x000D_ S'espera que aquests resultats contribueixin al desenvolupament de sistemes d'emmagatzematge d'energia més eficients i sostenibles, millorant la transició cap a fonts d'energia renovable i reduint els impactes ambientals.

Data del Ajut	2 de des. 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Dino Tonti (Director/a) & Maria Nieves Casañ Pastor (Director/a)