Evaluación dedl comportamiento de fenomenos de conducción iónica del LiFePO4/C para su aplicación como cátodos en celdas de ión-litio

Abstract

Dentro de las líneas de investigación del área de Ciencia de Materiales, Catálisis y Petroquímica en el IIQ-UMSA, se está desarrollando la síntesis y caracterización de materiales electroactivos, siendo el caso del material catódico de fosfatos de hierro y litio (LFP) de gran interés por su potencial aplicación a celdas de ion litio, fundamentalmente orientadas a sistemas de generación de energías renovables. La presente tesis de maestría, se ha centrado en la evaluación del comportamiento electroquímico (carga/descarga, ciclo de vida, y C - rate), y de la conductividad iónica (espectroscopia de impedancia electroquímica) en función de la variación del tamaño de partícula en materiales tipo LFP. La regulación del tamaño ha sido desarrollada por dos rutas de síntesis: A proceso hidrotermal (en función de la variación del tipo de precursor de litio: acetato de litio, hidróxido de litio y carbonato de litio) donde se obtienen partículas del orden de 0.45, 0.75, 0.95 y 3.5 micrómetros, y B una nueva ruta denominada "solvo/atrano" (la cual utiliza agentes quelantes retardadores de reacción - complejos atrano, y como solvente la trietanolamina), estas condiciones permite generar una alta dispersión de los núcleos de crecimiento y regular el tamaño de los cristales de LFP, en base a un mecanismo de maduración de Ostwald, concretándose partículas de un orden nanométrico (51nm). Las propiedades electroquímicas fueron evaluadas mediante procesos galvanostáticos y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIE). La capacidad especifica de los materiales catódicos LFP aumenta (36 a 155 mAhg-1) cuando el tamaño de partícula disminuye (3.500 a 51nm), en consistencia con una disminución del "número de microdominios cristalinos/tamaño de partícula nMC/TP". No se encontró pérdida de capacidad especifica en la evaluación de ciclo de vida, pero a descargas altas de velocidad (9C) solo son superadas por los materiales nanométricos. La evaluación de la conductividad iónica confirma que el material nanométrico (51 nm) presenta el mayor coeficiente de difusión (4.34e-12 cm2s-1), consistente con la menor relación nMC/TP, y mostrando la menor impedancia, con forme incrementa el tamaño (hasta 950 nm) y la relación nMC/TP el coeficiente de difusión disminuye (hasta 8.45e-14 cm2s-1). Finalmente, se puede concluir que los materiales catódicos de LFP nanométricos obtenidos presentan la más alta capacidad específica y el mejor comportamiento a altas tasas de descarga, en sinergia a su baja relación "nMC/TP", por tanto, tiene un mejor desempeño electroquímico en relación a los materiales de mayor tamaño (micrométrico). Los materiales ______________________________________________________Universidad Mayor de San Andrés

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nanométricos de LFP obtenidos tiene alto potencial para su aplicación en LIB de alta densidades de poder (W/Kg) y alta densidad de energía (Wh/Kg) orientadas a energías renovables y EV.