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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4109| Diseño de un electrolito en película delgada para el almacenamiento de energía Design of a thin film electrolyte for energy storage | |
| JORGE LUIS VAZQUEZ ARCE | |
| HUGO JESUS TIZNADO VAZQUEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| almacenamiento de energía, electrolito, película delgada, YSZ, ALD energy storage, electrolyte, thin film, YSZ, ALD. | |
| La presente tesis aborda la investigación y análisis de dispositivos de almacenamiento de energía basados en electrolitos de Zirconia estabilizada con itria (YSZ) y su dopaje con dióxido de titanio (TiO2) para mejorar el rendimiento general. La metodología incluyó la fabricación de dispositivos Ru/YSZ/Au y la caracterización de sus propiedades eléctricas a través de técnicas como la cronoamperometría, galvanostática y la voltametría cíclica. En cuanto a las condiciones de operación, la temperatura y el voltaje de operación son factores cruciales que pueden mejorar la movilidad iónica y las reacciones óxido-reducción (redox) en los electrodos metálicos. La relación temperatura y voltaje se estudió detalladamente, revelando que el aumento de la temperatura promueve la movilidad iónica de oxígeno, mientras que la modulación del voltaje de carga afecta las reacciones redox en los electrodos. También se identificó que cargar lentamente los dispositivos es un factor clave para mejorar la densidad de energía almacenada ya que permite completar un mayor número de reacciones redox. Además, se destacó que los campos eléctricos intensos introducen mecanismos adicionales de conducción como la memresistencia, cuya identificación y comprensión son esenciales para optimizar su rendimiento. Con respecto al electrolito, la segunda parte de la tesis se centró en el dopaje de YSZ con TiO2 y su impacto en las propiedades del electrolito. Se observó aumento en el tamaño de grano, disminución del band gap y aumento del índice de refracción y coeficiente de extinción. Contrario a las expectativas convencionales de que la incorporación de TiO2 muestra una disminución en la conductividad iónica, atribuida a la propensión del TiO2 a segregarse hacia los límites de grano de YSZ, la técnica de depósito atómico de capas (ALD) a temperaturas más bajas que otras técnicas, evita la segregación de átomos de Ti, demostrando ser una estrategia efectiva para introducir átomos de dopaje de manera uniforme resilientes a la segregación. En conclusión, tanto el YSZ nanoestructurado como el YSZ dopado con TiO2 demostraron ser electrolitos viables para dispositivos de almacenamiento de energía de película delgada. La tesis ofrece perspectivas valiosas sobre la optimización de dispositivos basados en YSZ y señala la importancia de considerar factores operativos clave para maximizar su rendimiento en aplicaciones prácticas. This thesis addresses the research and analysis of energy storage devices based on yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolytes and their doping with titanium dioxide (TiO2) to enhance overall performance. The methodology included the fabrication of Ru/YSZ/Au devices and the characterization of their electrical properties through techniques such as chronoamperometry, galvanostatic, and cyclic voltammetry. Concerning operating conditions, temperature and operating voltage are crucial factors that can enhance ionic mobility and redox reactions at the metallic electrodes. The temperature-voltage relationship was studied in detail, revealing that increasing the temperature promotes the ionic mobility of oxygen, while modulating the charging voltage affects the redox reactions at the electrodes. It was also identified that slow charging of the devices is a key factor in improving the stored energy density as it allows the completion of a larger number of redox reactions. Furthermore, it was highlighted that intense electric fields introduce additional conduction mechanisms such as memristance, whose identification and understanding are essential to optimizing their performance. Regarding the electrolyte, the second part of the thesis focused on doping YSZ with TiO2 and its impact on the electrolyte properties. An increase in grain size, a decrease in the band gap, and an increase in the refractive index and extinction coefficient were observed. Contrary to conventional expectations that the incorporation of TiO2 would show a decrease in ionic conductivity, attributed to the tendency of TiO2 to segregate at the grain boundaries of YSZ, the atomic layer deposition (ALD) technique at temperatures lower than other techniques prevents the segregation of Ti atoms, proving to be an effective strategy to introduce doping atoms uniformly resistant to segregation. In conclusion, both nanostructured YSZ and TiO2-doped YSZ proved to be viable electrolytes for thin-film energy storage devices. The thesis offers valuable insights into the optimization of YSZ-based devices and underscores the importance of considering key operational factors to maximize their performance in practical applications. | |
| CICESE | |
| 2024 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Vazquez Arce, J.L. 2024. Diseño de un electrolito en película delgada para el almacenamiento de energía. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 71 pp. | |
| ELECTROLITOS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| tesis_Jorge Luis Vazquez Arce_15 abril 2024.pdf | Descripción completa de la tesis | 6.48 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |