Evaluación de la capacidad de separadores de electrodos de polipropileno, modificados con fluoruro de polivinilideno, quitosano y carbón para evitar la difusión de los polisulfuros de litio y mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías recargables de Li-S

Abstract

La presente tesis se enfoca en dar soluciones alternativas a los principales problemas que afectan las baterías de Li-S, mediante la modificación de los componentes internos. De tal forma, se pretende aprovechar todas las ventajas de este tipo de celdas y establecer las bases para una futura estrategia que pueda permitir su aplicabilidad en vehículos eléctricos y así poder contribuir con la disminución de la contaminación de los gases de efecto invernadero. Las estrategias se basaron principalmente en bloquear física y químicamente los polisulfuros de litio en la batería. Se modificó el lado del separador que tenía contacto con el cátodo, con recubrimientos de carbón-fluoruro de polivinilideno (C/PVDF) y con carbónquitosano (C/CTS). Ambos recubrimientos bloquearon físicamente la migración de los polisulfuros de litio; sin embargo, el recubrimiento de C/CTS tuvo la habilidad de también bloquear químicamente dichos compuestos. Mediante el tratamiento con plasma se logró la funcionalización del separador. Las señales del espectro infrarrojo indican la presencia de átomos de oxígeno, mientras que la reducción del ángulo de contacto indica que la superficie del separador obtuvo mayor polaridad haciendo así más afín la superficie de este hacia los recubrimientos. Además, por el aumento mostrado en el tamaño de las partículas de los recubrimientos, después de haberse corrido los 100 ciclos de carga/descarga y la presencia de señales de azufre en los espectros de rayos X de energía dispersiva; se determinó el atrapamiento físico y/o químico de los polisulfuros de litio por parte de ambos recubrimientos. Los resultados electroquímicos, muestran que la batería estándar tuvo una capacidad especifica de descarga inicial de 639 mAh/g y después de los 100 ciclos de carga/descarga esta fue de 500 mAh/g. Las baterías modificadas registraron capacidades de 1040 y 698 mAh/g para la batería con C/PVDF y para la celda con C/CTS fueron de 1309 y 833 mAh/g, respectivamente. El incremento en estos parámetros mejora el rendimiento electroquímico de las baterías y se atribuye a las propiedades de cada uno de los recubrimientos.

This thesis focuses on providing alternative solutions to the main problems that affect Li-S batteries, by modifying the internal components. From In this way, it is intended to take advantage of all the advantages of this type of cells and establish the bases for a future strategy that can allow its applicability in electric vehicles and thus being able to contribute to the reduction of greenhouse gas pollution greenhouse. The strategies were mainly based on physically and chemically blocking the lithium polysulfides in the battery. The side of the separator that had contact with the cathode, with carbon-polyvinylidene fluoride (C / PVDF) coatings and with charcoal chitosan (C / CTS). Both coatings physically blocked the migration of the lithium polysulfides; however, the C / CTS coating had the ability to also chemically block these compounds. By means of the plasma treatment, the functionalization of the separator was achieved. The signals from the infrared spectrum indicate the presence of oxygen atoms, while the reduction of the contact angle indicates that the surface of the separator obtained greater polarity thus making its surface more related to the coatings. In addition, by the increase shown in the particle size of the coatings, after havingafter the 100 charge / discharge cycles and the presence of sulfur signals in the spectra energy dispersive X-ray; the physical and / or chemical entrapment of the lithium polysulfides by both coatings. The electrochemical results show that the standard battery had a capacity specified initial discharge of 639 mAh / g and after 100 charge / discharge cycles this was 500 mAh / g. Modified batteries registered capacities of 1040 and 698 mAh / g for the battery with C / PVDF and for the cell with C / CTS were 1309 and 833 mAh / g, respectively. Increasing these parameters improves electrochemical performance of batteries and is attributed to the properties of each of the coatings.