I Congreso de Postgrado fcfm: ingeniería, ciencias e innovación

84 Santiago, 10 al 12 de agosto, 2022 CARACTERIZACIÓN DE PELÍCULAS DE V2O5 MOLECULARMENTE FUNCIONALIZADAS, PARA SU USO COMO CÁTODO DE BATERÍAS DE LITIO Juan Fernández¹*, Samuel Hevia², Marcos Flores¹ 1 Department of Physics, FCFM, Universidad d Chile, Beauchef 850, Santiago, Chile. 2 Institute of physics. Pontificia Universidad Católica, Vicuña Mackenna 4860, Santiago, Chile *Email: juan.fernandeza.96@gmail.com RESUMEN Hoy en día, las investigaciones dirigidas a mejorar el desempeño de las baterías de litio han ido en aumento ya que se espera un aumento del 300% en la demanda de almacenamiento de energía para el 2030. En particular, se busca aumentar la capacidad de carga de las baterías y su eficiencia, para lo cual, las investigaciones se enfocan principalmente en el cátodo de la batería, ya que el desempeño de estas depende fuertemente de sus propiedades. Entre los materiales catódicos más utilizados se encuentran LiMnO2 y LiCoO2 , sin embargo, el V 2O5 ha atraído gran interés debido a su alta capacidad teórica de carga (294 mAh/g), por lo cual se busca aumentar la ciclabilidad de este material. Para cumplir con ello se han implementado varias estrategias, entre las cuales sobresale el recubrimiento de la superficie del cátodo para protegerla de la acción reductora del electrolito. En este trabajo se recubrió la superficie de V 2O5 con ácido 4-(fenilazo)benzoico (PPAB). Las superficies de V2O5 fueron preparadas mediante la evaporación de vanadio metálico por cañón de electrones, que fueron posteriormente oxidadas térmicamente en una atmosfera controlada de oxígeno. Luego a la mitad de las muestras se les depositó PPBA mediante inmersión con isopropanol. La composición química de la muestra fue analizada mediante espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X, comprobando la elaboración de V 2O5 y la presencia de la molécula luego de la inmersión en la solución. Además, la caracterización topográfica de la muestra se realizó mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y la caracterización eléctrica mediante AFM conductor (CAFM). De esta última caracterización se obtuvo una notable diferencia de conductividades entre la muestra prístina y la muestra funcionalizada con moléculas (a). Finalmente se utilizó el material elaborado como batería y se comprobó un aumento en la eficiencia para la muestra funcionalizada con moléculas (b). AGRADECIMIENTOS Se agradece el financiamiento a los proyectos MultiMat y fondecyt 1191779. REFERENCIAS [1] Shaqsi, A. Z. A. et al. Review of energy storage services. Energy Reports , 6, 288-306. [2] J-M Tarascon et al. Issues and challenges facing, pages 171–179. World Scientific, 2011. Nanotecnología Caracterización de películas de V 2 O 5 molecularmente funcionalizadas, para su uso como cátodo de baterías de litio. Juan Fernández 1* , Samuel Hevia 2 , Marcos Flores 1 1 Department of Physics, FCFM, Universidad de Chile, Beauchef 850, Santiago, Chile. 2 Institute of physics. Pontificia Universidad Católica, Vicuña Mackenna 4860, Santiago, Chile *Email: juan.fernandeza.96@g mail.com Hoy en día, las investigaciones dirigidas a mejorar el desempeño de las baterías de litio han ido en aumento ya que se espera un aumento del 300% en la demanda de almacenamiento de energía para el 2030. En particular, se busca aumentar la capacidad de carga de las baterías y su eficiencia, para lo cual, las investigaciones se enfocan principalmente en el cátodo de la batería, ya que el desempeño de estas depende fuertemente de sus propied s. Entre los materiales catódicos más utilizados se encuentran LiMnO 2 y LiCoO 2 , sin embargo, el V 2 O 5 ha atraído gran interés debido a su alta capacidad teórica de carga (294 mAh/g), por lo cual se busca aumentar la ciclabilidad de este material. Para cumplir con ello se han implementado varias estrategias, entre las cuales sobresale el recubrimiento de la superficie del cátodo para protegerla de la acción reductora del electrolito. En este trabajo se recubrió la superficie de V 2 O 5 con ácido 4-(fenilazo)benzoico (PPAB). Las superficies de V 2 O 5 fueron preparadas mediante la evaporación de vanadio metálico por cañón de electrones, que fueron posteriormente oxidadas térmicamente en una atmosfera controlada de oxígeno. Luego a la mitad de las muestras se les depositó PPBA mediante inmersión con isopropanol. La composición química d la muestra fue analizada mediante espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X, comprobando la elaboración de V2O5 y la presencia de la lécula luego de la inmersión en la solución. Además, la caracterización topográfica de la muestra se realizó mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) y la caracterización eléctrica mediante AFM conductor (C- AFM). De esta última caracterización se obtuvo una notable diferencia de conductividades entre la muestra prístina y la muestra funcionalizada con moléculas (a). Finalmente se utilizó el material elaborado como batería y se comprobó un aumento en la eficiencia para la muestra funcionalizada con moléculas (b). -2 -1 0 1 2 -6 -4 -2 0 2 4 6 Borde C-Molec Terrazas C-Molec Borde S-Molec Terrazas S-Molec Voltaje (V) Corriente (nA) 0 20 40 60 80 100 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 V2O5 V2O5 + Molec Eficiencia coulombiana Número de ciclo ͳǣ Ȍ ǡ Ȍ Agradecimientos: Se agradece el financiamiento a los proyectos MultiMat y fondecyt 1191779. Referencias ǡ Ǥ Ǥ Ǥ Ǥ ǡ ǡ ʹͺͺǦ͵Ͳ͸Ǥ Ȍ Ȍ Ȍ Nanotecnol gía Caracterización de películas de V 2 O 5 molecularmente fu cionalizad s, para su uso com cátodo de baterías de litio. Juan Ferná dez 1* , Samuel Hevia 2 , Marcos Flo es 1 1 Department of Physics, FCFM Universidad de Chile, Beauchef 850, Santiago, Chile. 2 Institute of physics. Pontificia Universidad Católica, Vicuñ Mackenna 4860, Santiago, Chile *Email: juan.fernandeza.96@gmail.co Hoy en día, las investigaciones dirigidas a mejor r el desempeño de las baterías de litio han id en aumento ya que se esp ra un aumento del 300% en la demanda de almac n iento de e ergía para el 2030. En particular, se busca aumentar la capacidad de carga de las baterías y su eficiencia, para lo cual, las investigaciones se e focan prin ipalmente en l cátodo de la bat rí , y que el des mpeño de estas depende fu rtemente de sus pro ie a es. Entr los materiales catódicos más utilizados se encuentran LiMnO 2 y LiCoO 2 , sin embargo, el V 2 O 5 ha atraído gran inte és debido a su alta cap cidad teórica d carga (294 mAh/g), por lo cual se b sca aument r la ciclabilidad de este material. Para cumplir con ello se han implementado vari s estrategias, entre las cuales sobresale el recubrimiento de la sup rficie d l cáto o para protegerla d la acción reducto a el electro ito. En este trabajo se recubrió la superficie de V 2 O 5 con ácid 4-(fenilazo)benzoico (PPAB). Las superficies de V 2 O 5 fueron pr paradas me i nte la evaporación de va a io metálico por añón de electron s, que fueron posteriormente oxidadas térmicamente en una atmosfera cont olada de oxígeno. Lu g a la mit d de las mu stras se les depositó PPBA mediante inmersió con sopr pan l. La composición química de la stra f analizada mediante spectroscopía de fotoel ctron s emitidos por rayos X, c mprobando la elab r ción d V2O5 y la presencia de la molécula luego de la inmersió en la solución. Además, la caracterización topográfica de la mu stra se realizó med ante microscopía de fuerza atómica (AFM) y la caracterización elé trica med ante AFM conductor (C- AFM). De esta última caracterización se obtuvo una n table diferencia d conductividades entre la muestra prí tina y la muestra f ncionalizada con moléculas (a). Finalmente se utilizó el material elaborado c mo batería y s comprobó un aume to en la eficiencia para l muestra f ncionalizada con moléculas (b). -2 -1 0 1 2 -6 -4 -2 0 2 4 6 Borde C-Molec Terrazas C-Molec Borde S-Molec Terrazas S-Molec Voltaje ( ) Corriente (nA) 0 20 40 60 80 100 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 V2O5 V2O5 + Molec Eficiencia coulombiana Número de ciclo ͳǣ Ȍ ǡ Ȍ Agradecimientos: Se agrad ce el financiamie to a los proyectos MultiMat y fondecyt 1191779. Referencias ǡ Ǥ Ǥ Ǥ Ǥ ǡ ǡ ʹͺͺǦ͵Ͳ͸Ǥ Ȍ Ȍ Ȍ Figura 1: a) curvas IV de las muestras, b) eficiencia coulombiana F Í S I CA Y A S T ROF Í S I CA 05