Keywords: Baterías de Ni, materiales catódicos, nano-cebollas de carbono Ni-based batteries, cathode materials, carbon nano-onions Bateries de Ni, materials catòdics, nano-cebes de carboni

Title in different languages: Materiales para cátodos de Ni modificados con nano-cebollas de carbono para baterías de Ni y un futuro sostenible Carbon nano-onion-modified Ni-cathode materials for Ni-based batteries and a sustainable future Materials per a càtodes de Ni modificats amb nano-cebes de carboni per a bateries de Ni i un futur sostenible

Subject areas: Ingeniería química Chemical engineering Enginyeria química

Confidenciality: No

Academic year: 2019-2020

Student: Andreo Acosta, Andrés Alberto

Department: Enginyeria Química

Access Rights: info:eu-repo/semantics/openAccess

Work's public defense date: 2020-09-09

TFM credits: 24

Project director: Fragoso Sierra, Alex

Abstract: Baterías de Ni tales como las de Ni-Fe, Ni-Zn y Ni-MH fueron utilizadas extensamente durante el anterior siglo desde su invención debido a su buena eficiencia, gran potencia de salida y su carácter seguro y ecológico. Sin embargo, su relativamente corto ciclo de vida y las inestabilidades de sus materiales las apartaron de una futura producción y comercialización a gran escala, en favor de otros sistemas como las baterías de Li-ion o Pb-ácido. Con el objetivo de superar estas limitaciones, en este trabajo analizamos la mejora en el rendimiento como consecuencia del uso de nanocebollas de carbono (CNOs) en comparación con otros materiales de carbono, tales como polvo de grafito, en el diseño y fabricación de materiales catódicos. De esta manera, fabricamos compuestos de CNOs/Ni(OH)2 para modificar electrodos de carbono vítreo (GCEs) que mejoraron la señal electroquímica hasta un factor de 10 en estudios de voltametría cíclica, así como la capacidad específica de los electrodos de 20.4 a 72.3 mAh=g, con una retención de la capacidad del 62.6% a una velocidad de 10 C después de 5 ciclos. Además, analizamos y comparamos el distinto papel que juegan varias síntesis de hidróxidos de níquel y en el rendimiento electroquímico y su comportamiento como materiales catódicos activos para las mencionadas baterías de Ni. Ni-based batteries like Ni-Fe, Ni-Zn and Ni-MH were extendedly used in the previous century since their invention due to their great efficiency, high output power and eco-friendly and safe character. Nonetheless, their relatively low cycle life and material instabilities set them aside from the future large-scale production and commercialisation in favour of other systems such as the Li-ion and Pb-acid batteries. In order to overcome these limitations, in the current work we analyse the improvement in performance derived from the use of carbon nano-onions (CNOs) compared to other carbon materials, e.g. graphite powder, in the design and fabrication of cathode materials. In these terms, we fabricated CNOs/Ni(OH)2 composites-modified glassy carbon electrodes (GCEs) that enhanced the electrochemical signal by a maximum factor of 10 in cyclic voltammetry studies, and the specific capacity of the electrodes from 20.4 to 72.3 mAh=g, with a capacity retention of 62.6% at a rate of 10 C after 5 cycles. Moreover, we further analyse and compare the distinct role of several syntheses of and nickel hydroxides in the electrochemical performance and behaviour as the cathode active materials for the mentioned Ni-based batteries. Bateries de Ni com ara les de Ni-Fe, Ni-Zn i Ni-MH van ser utilitzades extensament durant l’anterior segle des de la seva invenció causa de la seva bona eficiència, gran potència de sortida i el seu caràcter segur i ecològic. No obstant això, la seva relativament curt cicle de vida i les inestabilitats dels seus materials les van apartar d’una futura producció i comercialització a gran escala, en favor d’altres sistemes com les bateries de Li-ió o Pb-àcid. Amb l’objectiu de superar aquestes limitacions, en aquest treball analitzem la millora en el rendiment com a conseqüència de l’ús de nanocebollas de carboni (CNOs) en comparació amb altres materials de carboni, com ara pols de grafit, en el disseny i fabricació de materials catòdics . D’aquesta manera, fabriquem compostos de CNOs/Ni(OH)2 per modificar elèctrodes de carboni vitri (GCEs) que van millorar el senyal electroquímica fins a un factor de 10 en estudis de voltametria cíclica, així com la capacitat específica dels elèctrodes de 20.4 a 72.3 mAh=g, amb una retenció de la capacitat de 62.6% a una velocitat de 10 C després de 5 cicles. A més, analitzem i comparem el diferent paper que juguen diverses síntesi d’hidròxids de níquel i en el rendiment electroquímic i el se

Subject: Enginyeria química

Entity: Universitat Rovira i Virgili (URV)

Language: Anglès

Education area(s): Nanociència, Materials i Processos - Tecnologia Química de Frontera 

Title in original language: Carbon nano-onion-modified Ni-cathode materials for Ni-based batteries and a sustainable future

Creation date in repository: 2021-07-30