Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Síntesis electroquímica y caracterización de recubrimientos de zinc reforzados con nanopartículas de TiO2 con potencial alto desempeño ante la corrosión
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-26) Huamaní Pastor, Ricardo Josue; Camargo León, Magali Karina
Los recubrimientos zinc son ampliamente empleados para proteger piezas a base de acero de bajo carbono contra la corrosión debido a que pueden actuar como barrera y ánodo de sacrificio. Sin embargo, el zinc es un metal relativamente blando por lo que su resistencia a la abrasión debe ser mejorada si se desea prolongar el tiempo de vida útil. Los recubrimientos compuestos consisten de una matriz metálica con micro/nano partículas de segunda fase dispersas. Son una alternativa prometedora para mejorar las propiedades anticorrosivas y las propiedades mecánicas (dureza, abrasión). El método de de la electro codeposición consiste en depositar electrolíticamente un recubrimiento compuesto a partir de un baño de deposición que contiene partículas de segunda fase en dispersión. La morfología, estructura cristalina, dureza y de resistencia a la corrosión estarán en relación a la cantidad y naturaleza de las partículas incorporadas, así como a su distribución en la matriz metálica. En esta investigación se estudió la electrodeposición del recubrimiento compuesto de Zn-TiO2 a partir de baños basados en ZnCl2 con nanopartículas de TiO2 en dispersión. Para mejorar el porcentaje de incorporación partículas se propuso el uso de aditivos tiolados como L-cisteína, Nacetilcisteína como posibles moléculas de anclaje entre la matriz metálica y las nanopartículas. La tiourea también fue estudiada como aditivo para fines comparativos. Se estudió la deposición galvanostática de Zn y Zn-TiO2 sin y con aditivos en una celda electrolítica con condiciones hidrodinámicas controladas. Se estudió la influencia de la variación de densidad de corriente, así como de la concentración de los aditivos de baño. Los recubrimientos Zn-TiO2 con L-cisteína y N-acetilcisteína eran más compactos en comparación con los recubrimientos sin aditivos o con tiourea. Por otro lado, los mayores porcentajes de incorporación de partículas fueron de 1,15% p/p (con L-cisteína) y 1,00% p/p (con Nacetilcisteína) a una concentración de aditivo en el baño de 1,00 g/L y con una densidad de corriente baja (2 A/dm2). Para estos recubrimientos, la orientación cristalina preferente (textura) de zinc fueron hacia los planos piramidales (101) y (102); mientras que para el depósito con tiourea la textura preferente era la del plano(112), similar al observado en los depósitos preparados sin aditivos de baño. El recubrimiento de Zn-TiO2 con aditivo de N-acetilcisteína 1,00 g/L presentó una menor velocidad de corrosión en NaCl 3,5% (1,10 μA/cm2). Esto puede deberse a un mayor grado de compactación en la morfología del recubrimiento y/o a diferencias presentes en la microestructura como consecuencia del uso de dicho aditivo.
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Chemomechanical study of silicon composite anodes for lithium-ion batteries
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-12-15) Rojas Dávalos, Christopher Alcides; Camargo León, Magali Karina
El sillico (Si) es considerado uno de los candidatos que puede reemplazar al grafito en ánodos de baterías de ion litio debido a su capacidad para almacenar mayor energía y, por ende, de mejorar sus rendimientos. No obstante, el alto estrés mecánico causado por su alta variación volumétrica durante los ciclos de carga y descarga sumado a su baja conductividad eléctrica viene siendo un impedimento para su amplio uso. Por tal motivo, los composites a base de silicio son estudiados en esta tesis con el fin de mejorar su viabilidad comercial. Este trabajo de investigación se enfoca en la síntesis de composites MXeno Ti3C2 - silicio como ánodos para baterías de iones de litio así como su caracterización electroquímica. El MXeno Ti3C2 es un material dos dimensional cuya buena resistencia mecánica y conductividad pueden aportar a solucionar los problemas de los ánodos de Si. La caracterización de los materiales de partida (partículas de Si y MXeno Ti3C2) consistió en el estudio de su morfología por microscopía electrónica de barrido (SEM), distribución de tamaños por dispersión dinámica de luz (DLS), composición química por espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y microestructura por difracción de rayos X (XRD). Distintas composiciones de materiales de electrodo fueron preparados mediante una suspensión aplicada sobre una lámina de cobre por la técnica del recubrimiento con cuchilla y caracterizados mediante microscopia óptica y SEM. Asimismo, se prepararon semiceldas con dichos electrodos para ser sometidos a ciclos de carga y descarga a distintas corrientes. Los procesos electroquímicos fueron estudiados mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Los resultados revelaron que la adición de partículas de Ti3C2 promueve que los electrodos puedan alcanzar el 80% y 89% de su capacidad teórica cuando el Ti3C2 representa el 20% y 40% de la masa del material activo del electrodo, respectivamente, en comparación al 56% alcanzado por el electrodo de Si puro. Esta mejora es explicada por una reducción de la resistencia a la transferencia de carga observada en los resultados de EIS. Finalmente, el electrodo con 20 % en peso de Ti3C2 (640 mAh/g) obtuvo la mejor capacidad específica tras 100 ciclos de carga y descarga, por encima de lo obtenido por el electrodo de Si puro (572 mAh/g).

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