Carbon supported aluminium trifluoride nanoparticles functionalized lithium manganese oxide for the development of advanced lithium ion battery system

Magister Scientiae - MSc (Chemistry)A novel lithium ion (Li-ion) battery cathode material has been investigated for potential mobile technology energy storage applications. I have successfully synthesized Lithium Manganese oxide (LMO), reduced Graphene Oxide (rGO) and Aluminium trifluoride (AlF3). The cathode coated nanocomposite was compiled of the aforementioned materials to give [AlF3LiMn2O4-rGO]. A single-phase spinel was observed from X-ray diffraction (XRD) studies with a high intensity (111) plane which indicates good electrochemical activity. No alterations to the crystal structure were observed after forming the composite nano-cathode material. Fourier transfer infrared (FTIR) spectroscopy showed the vibrational spectrum of LiMn2O4 with a with asymmetric MnO6 stretching confirming that the spinel was formed

Obtención de materiales catódicos basados en los sistemas LiCoO2 y LiMn2O4 con aplicación en baterías secundarias

1 recurso en línea (87 páginas) : ilustraciones color, tablas, figuras.The magnitude of the environmental impact has been significant in recent years due to natural and anthropogenic effects, for the reason that other energy alternatives have been created to mitigate the effect of the use of hydrocarbons in these means of transport, allowing advancement in the design of electric cars that work by means of electrochemical accumulators. This project was limited to the synthesis and characterization of olycline and spinel polycationic oxides in LiCoO2 and LiMn2O4 systems, through the polymerizationcombustion method with citric acid, to obtain solids with conductive properties as cathode components in advanced systems (cellular, computers, cameras) and sustainable energy generation. To achieve this objective, is to implement a series of characterization techniques, which enable the evaluation of the chemical aspects specified in infrared spectroscopy (FTIR), visible ultraviolet (UV-Vis), thermogravimetric analysis (TGA-DTA), reduction analysis programmed temperature (TPR-H2) and adsorption isotherms (BET-N2). In a similar way, the most relevant aspects have been evaluated from the point of view of the chemical technique, X-ray analysis (XRD), X-ray photoelectronic spectroscopy (XPS) and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) were performed. The best characterized materials were tested by means solid state impedances (IS), to establish the efficiency of the synthesis process and identify key aspects related to the potential applications of these oxides in the manufacture of lithium-ion batteries, during the development of the project, was relevant the participation of the Universitat Jaume I (UJI) from Spain, which contributes with the characterization for some samples of current research. The project looked to provide new technical knowledge to the process of synthesis of new ceramic materials, alternative systems at high levels of reliability, as an alternative system for the production of clean energy based on the use of new technologies that use electrochemical accumulators. Finally, the proposal was framed within the possibilities for the identification of new instruments that allow a future in the construction of electrochemical systems of autonomous and sustainable functioning, seeking the final implementation and the transfer of the technology derived from the present investigation.La magnitud de la afectación ambiental ha ido creciendo significativamente en los últimos años por efectos naturales y antropogénicos, dentro de los cuales tenemos la contaminación producida por los automóviles, por esta razón, se han creado alternativas energéticas para mitigar el efecto del uso de hidrocarburos en estos medios de transporte, permitiendo avanzar en el diseño de autos eléctricos que funcionan por medio de acumuladores electroquímicos. En este contexto, este proyecto se basa en la síntesis y caracterización de óxidos policatiónicos tipo olivina y espinela basados en los sistemas LiCoO2 Y LiMn2O4, mediante el método de polimerización-combustión con ácido cítrico, para obtener sólidos con propiedades conductoras para el diseño de componentes catódicos en sistemas avanzados (celulares, computadoras, cámaras) y sostenibles de generación energética. Para lograr este objetivo se pretenden implementar una serie de técnicas de caracterización, que posibiliten evaluar los aspectos químicos de estructura y de reactividad basadas en espectroscopía infrarroja (FTIR), ultravioleta visible (UV-Vis), análisis termogravimétrico (TGA-DTA), análisis de reducción a temperatura programada (TPR-H2) y de isotermas de adsorción (BET-N2). De forma similar se pretende evaluar los aspectos más relevantes desde el punto de vista químico-estructural basados en técnicas de caracterización por espectroscopía Raman, difracción de rayos X (XRD), espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y microscopía electrónica de trasmisión de alta resolución (HR-TEM). Los sólidos más relevantes fueron sometidos a pruebas de impedancias de estado sólido (IS), para establecer la eficacia del proceso de síntesis e identificar aspectos clave relacionados con las aplicaciones potenciales de estos óxidos en la fabricación de baterías de ión-litio. Durante el desarrollo del proyecto se contó con el apoyo de la Universitat Jaume I (UJI), de España, la cual contribuyó con algunas técnicas de caracterización para el análisis de los materiales aquí planteados. De esta forma, el proyecto buscó aportar conocimientos específicos al proceso de síntesis de nuevos materiales cerámicos, cuyas composiciones han provisto altos niveles de confiabilidad, estabilidad y conducción, como sistema alternativo para la producción de energía limpia basada en el aprovechamiento de las nuevas tecnologías utilizando acumuladores electroquímicos.Bibliografía: páginas 86-87.MaestríaMagíster en Químic

Obtención de materiales catódicos basados en los sistemas LiCoO2 y LiMn2O4 con aplicación en baterías secundarias

1 recurso en línea (87 páginas) : ilustraciones color, tablas, figuras.The magnitude of the environmental impact has been significant in recent years due to natural and anthropogenic effects, for the reason that other energy alternatives have been created to mitigate the effect of the use of hydrocarbons in these means of transport, allowing advancement in the design of electric cars that work by means of electrochemical accumulators. This project was limited to the synthesis and characterization of olycline and spinel polycationic oxides in LiCoO2 and LiMn2O4 systems, through the polymerizationcombustion method with citric acid, to obtain solids with conductive properties as cathode components in advanced systems (cellular, computers, cameras) and sustainable energy generation. To achieve this objective, is to implement a series of characterization techniques, which enable the evaluation of the chemical aspects specified in infrared spectroscopy (FTIR), visible ultraviolet (UV-Vis), thermogravimetric analysis (TGA-DTA), reduction analysis programmed temperature (TPR-H2) and adsorption isotherms (BET-N2). In a similar way, the most relevant aspects have been evaluated from the point of view of the chemical technique, X-ray analysis (XRD), X-ray photoelectronic spectroscopy (XPS) and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) were performed. The best characterized materials were tested by means solid state impedances (IS), to establish the efficiency of the synthesis process and identify key aspects related to the potential applications of these oxides in the manufacture of lithium-ion batteries, during the development of the project, was relevant the participation of the Universitat Jaume I (UJI) from Spain, which contributes with the characterization for some samples of current research. The project looked to provide new technical knowledge to the process of synthesis of new ceramic materials, alternative systems at high levels of reliability, as an alternative system for the production of clean energy based on the use of new technologies that use electrochemical accumulators. Finally, the proposal was framed within the possibilities for the identification of new instruments that allow a future in the construction of electrochemical systems of autonomous and sustainable functioning, seeking the final implementation and the transfer of the technology derived from the present investigation.La magnitud de la afectación ambiental ha ido creciendo significativamente en los últimos años por efectos naturales y antropogénicos, dentro de los cuales tenemos la contaminación producida por los automóviles, por esta razón, se han creado alternativas energéticas para mitigar el efecto del uso de hidrocarburos en estos medios de transporte, permitiendo avanzar en el diseño de autos eléctricos que funcionan por medio de acumuladores electroquímicos. En este contexto, este proyecto se basa en la síntesis y caracterización de óxidos policatiónicos tipo olivina y espinela basados en los sistemas LiCoO2 Y LiMn2O4, mediante el método de polimerización-combustión con ácido cítrico, para obtener sólidos con propiedades conductoras para el diseño de componentes catódicos en sistemas avanzados (celulares, computadoras, cámaras) y sostenibles de generación energética. Para lograr este objetivo se pretenden implementar una serie de técnicas de caracterización, que posibiliten evaluar los aspectos químicos de estructura y de reactividad basadas en espectroscopía infrarroja (FTIR), ultravioleta visible (UV-Vis), análisis termogravimétrico (TGA-DTA), análisis de reducción a temperatura programada (TPR-H2) y de isotermas de adsorción (BET-N2). De forma similar se pretende evaluar los aspectos más relevantes desde el punto de vista químico-estructural basados en técnicas de caracterización por espectroscopía Raman, difracción de rayos X (XRD), espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) y microscopía electrónica de trasmisión de alta resolución (HR-TEM). Los sólidos más relevantes fueron sometidos a pruebas de impedancias de estado sólido (IS), para establecer la eficacia del proceso de síntesis e identificar aspectos clave relacionados con las aplicaciones potenciales de estos óxidos en la fabricación de baterías de ión-litio. Durante el desarrollo del proyecto se contó con el apoyo de la Universitat Jaume I (UJI), de España, la cual contribuyó con algunas técnicas de caracterización para el análisis de los materiales aquí planteados. De esta forma, el proyecto buscó aportar conocimientos específicos al proceso de síntesis de nuevos materiales cerámicos, cuyas composiciones han provisto altos niveles de confiabilidad, estabilidad y conducción, como sistema alternativo para la producción de energía limpia basada en el aprovechamiento de las nuevas tecnologías utilizando acumuladores electroquímicos.Bibliografía: páginas 86-87.MaestríaMagíster en Químic

Fragmented Carbon Nanotube Macrofilms as Adhesive Conductors for Lithium-Ion Batteries

Polymer binders such as poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and conductive additives such as carbon black (CB) are indispensable components for manufacturing battery electrodes in addition to active materials. The concept of adhesive conductors employing fragmented carbon nanotube macrofilms (FCNTs) is demonstrated by constructing composite electrodes with a typical active material, LiMn₂O₄. The adhesive FCNT conductors provide not only a high electrical conductivity but also a strong adhesive force, functioning simultaneously as both the conductive additives and the binder materials for lithium-ion batteries. Such composite electrodes exhibit superior high-rate and retention capabilities compared to the electrodes using a conventional binder (PVDF) and a conductive additive (CB). An <i>in situ</i> tribology method combining wear track imaging and force measurement is employed to evaluate the adhesion strength of the adhesive FCNT conductors. The adhesive FCNT conductors exhibit higher adhesion strength than PVDF. It has further been confirmed that the adhesive FCNT conductor can be used in both cathodes and anodes and is proved to be a competent substitute for polymer binders to maintain mechanical integrity and at the same time to provide electrical connectivity of active materials in the composite electrodes. The organic-solvent-free electrode manufacturing offers a promising strategy for the battery industry