First principles simulations of sodium-based battery materials

Resumen

Las baterías de sodio son un grupo prometedor de dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica para aplicaciones donde el peso y volumen de la batería no es tan importante, por ejemplo en baterías estacionarias para la recolección de energía residual en fuentes renovables. Esta tesis trata de responder a una variedad de preguntas abiertas en baterías basadas en sodio. Para esto, usamos métodos de simulación basados en primeros principios, tales como la teoría funcional de densidad.La tesis está dividida en cinco capítulos. Los dos primeros capítulos introducen la motivación, características generales, y métodos teóricos presentes en el manuscrito. En los tres siguientes capítulos se desarrollan las temáticas de la tesis. En el tercer capítulo se analizan las propiedades energéticas, electrónicas y magnéticas de pequeños agregados de superóxidos alkalinos, presentes en los productos de descarga de las baterías de Na-aire. También se analiza la selección de diferentes disolventes electrolíticos como estrategia para mejorar la eficiencia de dichas baterías. En el cuarto capítulo se analiza la energética de las transformaciones de fase P2 ¿ O2 mediante mecanismos de deslizamiento de capas en óxidos laminares de metales de transición. Estas transformaciones de fase plagan los procesos de carga y descarga en baterías de Na-ión, de modo que encontrar estrategias para bloquear tales transformaciones es de sumo interés tecnológico. Por último, en el quinto capítulo analizamos las propiedades magnéticas del material polianiónico NaFePO4, que es otro compuesto alternativo para los cátodos de las baterías de Na-ión. Particularmente, se buscan indicios de que este compuesto permita albergar propiedades magnetoeléctricas, que pueden llegar a ser parasíticas en aplicaciones prácticas.