Ingeniería y Ciencia de los Materiales

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Chemomechanical study of silicon composite anodes for lithium-ion batteries
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-15) Rojas Dávalos, Christopher Alcides; Camargo León, Magali Karina
El sillico (Si) es considerado uno de los candidatos que puede reemplazar al grafito en ánodos de baterías de ion litio debido a su capacidad para almacenar mayor energía y, por ende, de mejorar sus rendimientos. No obstante, el alto estrés mecánico causado por su alta variación volumétrica durante los ciclos de carga y descarga sumado a su baja conductividad eléctrica viene siendo un impedimento para su amplio uso. Por tal motivo, los composites a base de silicio son estudiados en esta tesis con el fin de mejorar su viabilidad comercial. Este trabajo de investigación se enfoca en la síntesis de composites MXeno Ti3C2 - silicio como ánodos para baterías de iones de litio así como su caracterización electroquímica. El MXeno Ti3C2 es un material dos dimensional cuya buena resistencia mecánica y conductividad pueden aportar a solucionar los problemas de los ánodos de Si. La caracterización de los materiales de partida (partículas de Si y MXeno Ti3C2) consistió en el estudio de su morfología por microscopía electrónica de barrido (SEM), distribución de tamaños por dispersión dinámica de luz (DLS), composición química por espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y microestructura por difracción de rayos X (XRD). Distintas composiciones de materiales de electrodo fueron preparados mediante una suspensión aplicada sobre una lámina de cobre por la técnica del recubrimiento con cuchilla y caracterizados mediante microscopia óptica y SEM. Asimismo, se prepararon semiceldas con dichos electrodos para ser sometidos a ciclos de carga y descarga a distintas corrientes. Los procesos electroquímicos fueron estudiados mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados revelaron que la adición de partículas de Ti3C2 promueve que los electrodos puedan alcanzar el 80% y 89% de su capacidad teórica cuando el Ti3C2 representa el 20% y 40% de la masa del material activo del electrodo, respectivamente, en comparación al 56% alcanzado por el electrodo de Si puro. Esta mejora es explicada por una reducción de la resistencia a la transferencia de carga observada en los resultados de EIS. Finalmente, el electrodo con 20 % en peso de Ti3C2 (640 mAh/g) obtuvo la mejor capacidad específica tras 100 ciclos de carga y descarga, por encima de lo obtenido por el electrodo de Si puro (572 mAh/g).
Synthesis, characterization and corrosion resistance of electroless Ni-P and Ni-P-SiC coatings: a comparative study
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-08-06) Camargo León, Magali Karina; Díaz Tang, Isabel; Flores Merino, Santiago Eleodoro
Electroless Ni-P coatings have been widely used due to their good combination of properties such as hardness, wear resistance and corrosion resistance. The addition of dispersed hard micro-particles into the Ni-P matrix has led to the development of composite coatings. Ni-P composite coatings exhibit an improved hardness and wear resistance properties; however, there is still a disagreement among researches on the corrosion behavior of composite Ni-P coatings. The present investigation involves the synthesis, characterization and a comparative study of the corrosion resistance in NaCl 3,5% of electroless Ni-P and Ni-P-SiC deposits obtained by either prepared or commercial electrolytic nickel/hypophosphite based baths. The characterization of deposits involved studies about morphology by SEM, chemical composition by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOS), microstructure by X-ray diffraction (XRD) and hardness. All deposits showed an amorphous micro-structure and high phosphorus content (10-14 wt%). Ni-P-SiC deposits showed an increased hardness (802 HV-815 HV) in comparison with Ni-P deposits (469 HV-626 HV). The techniques used to study the corrosion resistance in NaCl 3,5% were linear polarization resistance (LPR), Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). These techniques agreed to show the better corrosion resistance of Ni-P-SiC coatings over the Ni-P coatings. This fact can be ascribed to the decrease in the effective metallic area available for corrosion. Ni-P-SiC deposits exhibited higher polarization resistance (Rp) values (103-66 kΩ.cm2) in comparison with Ni-P deposits (46-55 kΩ.cm2). Also, the corrosion current density values of Ni-P-SiC deposits (0,17-0,65 µA/cm2) were lower than Ni-P deposits (0,71-1,08 µA/cm2). Concerning to the mechanism by which the Ni-P and Ni-P-SiC become corroded, EIS experiments demonstrated that the corrosion process involved a charge transfer mechanism in all the cases. Tafel plots also corroborated this mechanism since of all deposits showed a Tafel behavior.