Elaboración, caracterización e hidruración de materiales para electrodos negativos de baterías
Las baterías de Ni‐MH permiten acumular y liberar energía eléctrica mediante una re‐acción electroquímica donde los materiales activos que intervienen son el hidróxido de Níquel en el electrodo positivo, el cual está ampliamente estudiado, y una aleación metálica capaz de almacenar hidrógeno en form...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2010
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/167/1/1Cuscueta.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Las baterías de Ni‐MH permiten acumular y liberar energía eléctrica mediante una re‐acción electroquímica donde los materiales activos que intervienen son el hidróxido de Níquel en el electrodo positivo, el cual está ampliamente estudiado, y una aleación metálica capaz de almacenar hidrógeno en forma de hidruro en el electrodo negativo.
En esta tesis doctoral se planteó como objetivos generales estudiar nuevas aleaciones absorbedoras de hidrógeno y construir los dispositivos (prototipos de batería de Ni‐MH) y equipos (galvanostato) que permitan llevar a cabo los estudios necesarios, tanto en la inves‐tigación sobre los electrodos como en el desarrollo industrial de baterías.
Para eso, primero se propuso aprender diversas técnicas que permitan fabricar y carac‐terizar un material y correlacionar sus resultados. Se estudió un compuesto obtenido luego de sinterizar la mezcla de polvos de la aleación LaNi_4,7Al_0,3 y Cu, utilizados como material activo y ligante mecánico respectivamente. Los resultados mostraron que el desempeño electroquímico fue afectado debido al prolongado tratamiento térmico, el cual provocó cam‐bios en la composición de la aleación debido a la interdifusión de Ni y Cu. Los resultados obtenidos por la técnica de espectroscopía mecánica permitieron comprobar la fragmenta‐ción de las partículas que se produce durante la hidruración electroquímica. Además se pudo apreciar el arrastre de dislocaciones con hidruros segregados en sus núcleos y la preci‐pitación y disolución de hidruros.
Posteriormente se fabricó en forma satisfactoria y se estudió la aleación LmNi_4Co_0,31Mn_0,31Al_0,42 (Lm = Mischmetal rico en La). Esta aleación es interesante por su reducido contenido de Co, elemento que ha demostrado mejorar notablemente el desempeño electroquímico, pero que presenta una notable incidencia en el costo de la batería. Durante el estudio de la aleación también se optimizó el tamaño inicial de partícula para la preparación de los electrodos. Los resultados de la caracterización electroquímica mostraron que la alea‐ción estudiada presenta una capacidad de descarga superior a una típica aleación comercial, con la ventaja de su reducido contenido de Co, por lo que presenta atractivas perspectivas para ser utilizada en electrodos comerciales.
También se estudió la influencia del Mg en la aleación La_1‐xMg_xNi_3,8Co_0,3Mn_0,3Al_0,4 (0<x<0,2), la cual también presenta reducido contenido de Co. El objetivo fue analizar si la sustitución de La por Mg mejoraba el desempeño electroquímico de la aleación. El agregado de Mg, a aleaciones madre previamente fabricadas, se realizó mediante la técnica de aleado por molienda mecánica. Este proceso originó un reducido tamaño inicial de partícula que determinó un buen comportamiento electroquímico en estabilidad cíclica y en “rate capabili‐ty”, pero con una reducida capacidad de descarga.
Además, con el objetivo de probar diferentes materiales como almacenadores electro‐químicos de energía, se analizaron electrodos fabricados con carbón activado, el cual se destaca por su elevada área superficial, conocido proceso de fabricación y reducido costo. Se determinaron las características superficiales mediante la obtención del área superficial y la distribución del tamaño de los poros. Se realizó la caracterización electroquímica de diversos electrodos y se determinaron posibles aplicaciones y usos del carbón activado como almace‐nador de energía.
Con el objetivo de analizar en forma controlada algunas variables propias de un desa‐rrollo comercial, se fabricaron prototipos de batería de Ni‐MH. Se estudiaron y
caracterizaron 3 diseños, explicando las dificultades y errores que surgieron y la forma en que se resolvieron. Se presenta un dispositivo final que tiene la posibilidad de extender el estudio a variables que no se pueden considerar en una celda de laboratorio.
Posteriormente se muestran resultados de pruebas realizadas en los prototipos desarrollados. Con la finalidad de determinar el desempeño como separador eléctrico de una batería de Ni‐MH, se estudiaron materiales de fibra de vidrio, construidos con distintas estructuras y tipos de vidrios. También se presentan los resultados de como afecta al desem‐peño electroquímico de una batería, la presión con que es compactado el sistema electrodos y separador. Se utilizan masas de diferente peso para regular con precisión la compactación entre electrodos. Además se caracterizó la presión interna de gases producidos en el prototi‐po durante sobrecargas, y se determinan condiciones de uso que optimizan el desempeño, manteniendo la seguridad del usuario.
Por último y como parte de una necesidad en el laboratorio, pero también con posibles aplicaciones comerciales o didácticas, se desarrolla el diseño completo y la construcción de un galvanostato, equipo utilizado para estudiar el desempeño de baterías. El mismo es to‐talmente configurable mediante un software de PC, presenta 4 canales independientes de trabajo, 4 rangos de corriente (0,3 – 3A) y un amplio rango de lectura de potencial (‐10 a 10 V). Se describen en forma detallada las especificaciones técnicas.
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