Desarrollo de un cátodo basado en nanotubos de carbono recubiertos con pentóxido de vanadio para uso en baterías de litio

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dc.catalogadorpva
dc.contributor.advisorHevia, Samuel
dc.contributor.advisorCisternas Jiménez, Eduardo Antonio
dc.contributor.authorPicuntureo Jara, Matías
dc.contributor.otherPontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
dc.date.accessioned2025-04-15T16:59:16Z
dc.date.issued2025
dc.date.updated2025-04-10T20:07:32Z
dc.descriptionTesis (Doctor en Física)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2025
dc.description.abstractEl desarrollo de cátodos nanoestructurados representa un área de investigación crucial para mejorar el rendimiento de las baterías de ionesde litio. Esta tesis explora el uso de nanotubos de carbono verticalmente alineados (VA-CNT) como plantilla para la fabricación de cátodos basados en pentóxido de vanadio (V₂O₅), un material que destaca por su alta capacidad teórica de intercalación de litio. Se desarrolló un método de síntesis basado en la oxidación controlada de vanadio metálico depositado sobre VA-CNT crecidos directamente sobre electrodos de acero inoxidable. Se encontraron condiciones que permiten simultáneamente la oxidación del vanadio a V₂O₅ y la preservación de la matriz de VA-CNT. El nanomaterial híbrido VA-CNT/V₂O₅ exhibe una morfología tipo nanoesponja sobre la superficie del electrodo y presenta una notable respuesta electroquímica, alcanzando una capacidad específica de descarga reversible de 90 mAh/g a 0.5C, lo que representa un incremento de casi un 300% respecto a los 30 mAh/g desarrollados por el cátodo de V₂O₅ sin VA-CNT, en las mismas condiciones. Esta mejora se atribuye al transporte electrónico facilitado por la red de nanotubos y a las distancias reducidas de difusión iónica en la estructura nanoestructurada. La caracterización exhaustiva del material mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de dispersión de energía (EDX), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopía Raman permitió comprender en detalle su morfología, composición y estructura. Complementariamente, se realizaron cálculos basados en la teoría del funcional de densidad (DFT) para analizar los Imodos vibracionales del V₂O₅, modelar la interfaz CNT-V₂O₅, estudiar la oxidación de los CNT por V₂O₅ y calcular potenciales de intercalación de litio. Estos últimos resultados teóricos sugieren la formación de sitios favorables para la intercalación de litio en el modelo de la interfaz, lo que podría contribuir a la capacidad de almacenamiento de carga del sistema. La integración de resultados experimentales y teóricos proporciona una comprensión integral del sistema VA-CNT/V₂O₅ como material catódico, validando esta estrategia para la fabricación de cátodos nanoestructurados mediante la oxidación controlada de precursores metálicos.
dc.description.funderCONICYT-PFCHA
dc.description.funderMINECON-Chile
dc.description.funderFONDECYT
dc.description.funderFONDEQUIP EQM150101 (FE-SEM) y EQM170087 (XPS)
dc.description.version2030-04-11
dc.fechaingreso.objetodigital2025-04-10
dc.format.extentXXIV, 250 páginas
dc.fuente.origenAutoarchivo
dc.identifier.doi10.7764/tesisUC/FIS/103303
dc.identifier.urihttps://doi.org/10.7764/tesisUC/FIS/103303
dc.identifier.urihttps://repositorio.uc.cl/handle/11534/103303
dc.information.autorucInstituto de Física; Hevia, Samuel; 0000-0002-0517-5040; 1007445
dc.information.autorucInstituto de Física; Cisternas Jiménez, Eduardo Antonio; 0000-0003-3217-8260; 162075
dc.information.autorucInstituto de Física; Picuntureo Jara, Matías; S/I; 1092004
dc.language.isoes
dc.nota.accesocontenido completo
dc.rightsacceso abierto
dc.rights.licenseAtribución-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-SA 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.es
dc.subject.ddc510
dc.subject.deweyMatemática física y químicaes_ES
dc.subject.ods09 Industry, innovation and infrastructure
dc.subject.odspa09 Industria, innovación e infraestructura
dc.titleDesarrollo de un cátodo basado en nanotubos de carbono recubiertos con pentóxido de vanadio para uso en baterías de litio
dc.typetesis doctoral
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