Table of Contents:
  • El objetivo del presente trabajo es el estudio de la utilización de los nanotubos de carbono (CNT) como agregados en electrodos negativos de baterías de níquel/hidruro metálico (Ni/MH). Este trabajo se realizó en el marco de la tesis de la carrera de maestría en ingeniería del Instituto Balseiro dependiente de la Universidad Nacional de Cuyo y financiado por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), en las instalaciones del grupo Física de Metales del Centro Atómico Bariloche (CAB). Se utilizaron nanotubos de carbono producidos por el método de deposición química de vapor (CVD) comprados a la empresa estadounidense Cheaptubes, los cuales se han caracterizado, purificado e incorporado al ánodo de una batería de Ni/MH. Se caracterizaron seis tipos de nanotubos de carbono con el fin de elegir el más adecuado para la adición al electrodo negativo de una batería de Ni/MH. Los nanotubos de pared múltiple con un diámetro de 30-50 nm fueron los elegidos después de estudios de HRTEM, EDS, AA, XRD, SEM, IR y AG. Éstos fueron purificados mediante digestión asistida por reflujo empleando tres soluciones diferentes, luego fueron analizados nuevamente para escoger el que presentó mejores resultados después del tratamiento de purificación. Posteriormente los CNT elegidos antes y después de ser purificados se incorporaron al electrodo de trabajo mediante dos métodos: mezcla manual y molienda mecánica. Esta última se llevó a cabo con los nanotubos que presentaron mejores características después de su purificación, realizando moliendas a seis tiempos diferentes en un molino de alta energía. Las características electroquímicas fueron evaluadas mediante ciclos de carga/descarga y rate capability. La conformación de los electrodos fue caracterizada por SEM. Se prepararon dos aleaciones tipo AB_5 por fundición en horno de inducción. Se purificaron CNT comerciales y se prepararon electrodos negativos con las aleaciones solas y agregados de CNT. Se obtuvo una mejora del 19% en la capacidad del electrodo preparado con nanotubos purificados con ácido sulfúrico en comparación con los nanotubos sin purificar, pero ésta disminuyó en comparación con la de la aleación. Se observó que el método de molienda mecánica implementado bajo las condiciones experimentales seleccionadas no es el adecuado para mejorar el desempeño electroquímico de los electrodos puesto que la introducción de defectos y la disminución del tamaño de cristalita de la aleación disminuyeron su capacidad, lo que podría haberse mejorado mediante el recocido de las muestras que ayuda a la eliminación de defectos y al crecimiento de tamaño de grano. En el capítulo 1 se hace una introducción sobre los nanotubos de carbono, los tipos, las propiedades y aplicaciones, entre otros. Así como también una descripción de las baterías, enfocándose en las tipo Ni/MH. En el capítulo 2 se describen las diferentes técnicas de caracterización tanto química como estructural y los procedimientos realizados en este trabajo. En el capítulo 3 se describen los procesos de purificación y la caracterización realizada antes y después de someter los nanotubos a estos tratamientos. Con los datos obtenidos se pudo estudiar la morfología de los nanotubos, si están o no agrupados en haces, su tamaño, pureza y otras características generales de las muestras, permitiendo seleccionar un tipo de nanotubos y aplicarlos al electrodo de trabajo. En el capítulo 4 se realiza un análisis de la influencia del agregado de los nanotubos seleccionados al electrodo negativo de una batería de Ni/MH, realizando una comparación con un electrodo conformado por una aleación tipo AB_5 sola. Por último, en el capítulo 5 se presentan las conclusiones generales del trabajo y perspectivas a futuro.