Síntesis, caracterización estructural y electroquímica de nuevos titanatos con estructura ramsdellita y sus prestaciones como electrodos en baterías de litio

Resumen

La energía es en la actualidad uno de los ámbitos con más repercusión tanto desde el punto de vista económico como social y medioambiental. El incremento exponencial en los últimos años de los sistemas electrónicos portátiles y vehículos eléctricos ha originado una fuerte demanda de nuevas baterías recargables. Además, el desarrollo de las energías renovables como alternativa a los combustibles fósiles y posible solución a los problemas medioambientales convierten el almacenamiento de energía en una necesidad prioritaria. Las baterías de ion litio son los dispositivos de almacenamiento de energía más utilizados. En la búsqueda de nuevos materiales que mejoren las prestaciones de las baterías recargables de litio, los materiales basados en titanio han sido investigados como candidatos a ánodos en baterías de ion litio. Entre ellos, los titanatos de litio con estructura ramsdellita han sido propuestos como electrodos negativos en baterías de ion litio. Dado el interés que presentan estos compuestos como electrodos para baterías recargables de ion litio, en esta tesis se plantea la posibilidad de sustituir parcialmente el titanio en las ramsdellitas Li2Ti3O7 y LiTi2O4 por otros metales de transición, con objeto de obtener nuevos electrodos. En esta trabajo se ha llevado a cabo, a través de una reacción de estado sólido, la síntesis de titanatos de litio con estructura ramsdellita en los que el titanio se ha sustituido parcialmente por otros metales de transición como cromo, hierro o manganeso. Las muestras obtenidas han sido caracterizadas mediante diversas técnicas experimentales y se ha realizado asimismo el estudio de las propiedades electroquímicas en pilas experimentales para evaluar las prestaciones de estos compuestos como posibles electrodos de baterías recargables de litio. Además, se ha realizado un estudio computacional a partir de primeros principios sobre la estabilidad de la estructuras tipo ramsdellita con respecto a la estructura tipo espinela.