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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3912| Fabricación de nanofibras de carbono a base de poliacrilonitrilo (PAN) para baterías zinc-aire recargables Fabrication of carbon nanofiber based on polyacrylonitrile (PAN) for zinc-air batteries | |
| Norma Alicia Cota López | |
| HUGO JESUS TIZNADO VAZQUEZ FRANKLIN DAVID MUÑOZ MUÑOZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| nanofibras, electrohilado, carbono, PAN, batería Zn-aire Nanofiber, electrospinning, carbon, PAN, Zn-air battery | |
| Debido a la creciente preocupación a nivel mundial, en torno a los problemas medioambientales generados por el uso de baterías recargables de ion-Li, se requiere de otras alternativas. Es necesario crear una alternativa que utilice materiales abundantes e inocuos, como en las baterías de zinc-aire (ZABs). Estas baterías poseen una gran densidad energética teórica, bajo costo y son respetuosas con el medio ambiente. Sin embargo, las ZABs presentan desventajas, las cuales radican principalmente en el corto periodo de vida y en la baja velocidad de las reacciones redox. Mejorar la frontera de triple fase del electrodo de aire (capa difusora y catalítica) ayuda a combatir dichas problemáticas. En este trabajo nos enfocamos en optimizar la morfología y química de la capa difusora de gas (GDL). Se eligieron nanofibras de carbono porque su fabricación es sencilla, alta área superficial y ofrecen buen control de la porosidad; además, se implementó un dispositivo de batería zinc-aire. Esto permitió tener una buena difusión del O2 hacia la capa catalítica, mientras que sus propiedades hidrofóbicas filtraron el H2O(g) del aire, y retardó la evaporación del electrolito. La estructura alifática de poliacrilonitrilo (PAN) electrohilado tratado térmicamente evolucionó a una estructura aromática pre-grafítica. Estos tratamientos consistieron en la oxidación de la molécula del PAN en una atmósfera rica en oxígeno a 250 ℃, y en una posterior carbonización en atmósfera de N2 realizada a dos diferentes temperaturas, 800 ℃ (C4-8) y 900 ℃ (C2-9). Los análisis químicos y morfológicos de las nanofibras C2-9 presentaron una notable ventaja con respecto a C4-8, para su aplicación como GDL, debido a que tuvieron un menor diámetro de fibra promedio, mayor conductividad, alineamiento e hidrofobicidad. Por último, se ensamblaron tres ZABs con diferentes configuraciones, utilizando C2-9 cómo GDL, donde el mayor voltaje obtenido fue de 1.33 V. Due to the growing concern worldwide about the environmental problems generated using rechargeable Li-ion batteries, other alternatives are required. It is necessary to create an alternative that uses abundant and harmless materials, such as in zinc-air batteries (ZABs). These batteries have a high theoretical energy density, low cost and are environmentally friendly. However, ZABs have disadvantages, which lie mainly in the short life span and low speed of redox reactions. Improving the triple phase frontier of the air electrode (diffuser and catalytic layer) helps to combat these problems. In this work we focus on optimizing the morphology and chemistry of the gas diffuser layer (GDL). Carbon nanofibers were chosen because they are simple to manufacture, have a high surface area and offer good porosity control; In addition, a zinc-air battery device was implemented. This allowed good diffusion of O2 into the catalytic layer, while its hydrophobic properties filtered H2O(g) from the air and retarded the evaporation of the electrolyte. The aliphatic structure of heat-treated electrospun polyacrylonitrile (PAN) evolved into a pre-graphitic aromatic structure. These treatments consisted of the oxidation of the PAN molecule in an oxygen-rich atmosphere at 250 °C, and a subsequent carbonization in an atmosphere of N2 carried out at two different temperatures, 800 °C (C4-8) and 900 °C (C2-9). The chemical and morphological analyses of C2-9 nanofibers presented a notable advantage over C4-8, for their application as GDL, because they had a smaller average fiber diameter, higher conductivity, alignment, and hydrophobicity. Finally, three ZABs with different configurations were assembled, using C2-9 as GDL, where the highest voltage obtained was 1.33 V. | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Cota López, N.A. 2023. Fabricación de nanofibras de carbono a base de poliacrilonitrilo (PAN) para baterías zinc-aire recargables. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 61 pp. | |
| ENERGÍA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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