Lithium-Ion Batteries (LIBs) are no stranger to the everyday-portable-electronics users. Their high energy density and cycle life place these devices to the must-have list of an extensive selection of applications. To date, very intensive research on anode materials has been done, with special focus on carbon-based nanostructured materials to focus on surface area and conductivity improvement, for further implementation of LIBs in higher-rate performance systems. Furthermore, the environmental impact of these devices has become a crucial matter to take into account when investigating on the field. This project presents an approach to synthesize nanostructured crystallites using a very simple, versatile and cheap two-phase hydrothermal method for tunable particle properties. Anatase TiO2 nanoparticles have been synthesized as anode material, for its abundance, great structural stability, low volume change, non-toxicity and safety. Its poor conductivity, however, has been mended with a carbon coating of the TiO2 nanoparticles under N2 annealing at temperatures of 500, 600 and 700°C. Coating effects and size effects have been tested with an air-sintered carbon-free TiO2 and a commercial TiO2 (P25) control samples, respectively. XRD, TEM and BET characterization techniques confirm the obtaining of mesoporous carbon-coated anatase TiO2 nanospheres of estimated 4 nm in size covered in a single carbon layer. Coin cells have been assembled using the as-prepared materials and an electrochemical analysis of the galvanostatic charge/discharge curves and the EIS have been conducted, showing a better performance of TiO2@C-500 over the other materials. Improved capacity, coulombic efficiency and capacity retention for long cycle life battery performance.

Las baterías de iones de litio (LIB, siglas en inglés) no son algo extraño para el consumidor diario de electrónica portable. Su gran densidad de energía y vida de ciclo sitúan estos dispositivos en el top de los más recurrentes en una vasta selección de aplicaciones. Hasta la fecha, se he dedicado mucha investigación al estudio de los materiales para ánodo, con especial enfoque en los materiales basados en carbono, para centrarse en la mejora del área de superficie y la conductividad que dará lugar a baterías de alto rendimiento. Además, el impacto medioambiental que de estos dispositivos supone un tema crucial a tener en cuenta al realizar su estudio. Este proyecto presenta un enfoque para sintetizar cristales nanoestructurados utilizando un método hidrotermal bifásico muy simple, versátil y económico para la obtención de partículas con propiedades ajustables. Las nanopartículas de Anatasa TiO2 se han sintetizado como material de ánodo, por su abundancia, gran estabilidad estructural, pequeños cambios en volumen, no toxicidad y seguridad. A pesar de su pobre conductividad, se ha podido arreglar con un recubrimiento de carbono sobre las nanopartículas de TiO2 bajo una atmosfera de N2 a temperaturas de 500, 600 y 700 ° C. Los efectos de recubrimiento y los efectos de tamaño se han probado con un TiO2 sin capa de carbono y con muestras comerciales TiO2 (P25) como pruebas de control, respectivamente. Las técnicas de caracterización XRD, TEM y BET confirman la obtención de nanoesferas mesoporosas de TiO2 de anatasa recubiertas de una única capa de carbono de un tamaño estimado de 4 nm. Las baterías se han ensamblado utilizando los materiales preparados y se ha llevado a cabo un análisis electroquímico de las curvas galvanostáticas de carga / descarga y un EIS, que muestran un mejor rendimiento de TiO2 @ C-500 sobre los otros materiales. Capacidad mejorada, mejor eficiencia coulómbica y retención de capacidad dan lugar a una batería con rendimiento de larga duración.

Les bateries d'ions de liti (LIB, sigles en anglès) no són res nou per al consumidor diari d'electrònica portable. La seva gran densitat d'energia i vida de cicle situen aquests dispositius en el top dels més recurrents en una vasta selecció d'aplicacions. Fins a la data, s'hi ha dedicat molta investigació a l'estudi dels materials per ànode, amb especial deteniment en els materials basats en carboni, per la millora de l'àrea de superfície i la conductivitat que donaran lloc a bateries d'alt rendiment. A més, l'impacte mediambiental que aquests dispositius suposa, es un tema crucial a tenir en compte al realitzar-ne el seu estudi. Aquest projecte se centra en la síntesi de cristalls nanoestructurats utilitzant un mètode hidrotermal bifàsic molt simple, versàtil i econòmic per a l'obtenció de partícules amb propietats ajustables. Les nanopartícules d'anatasa TiO2 s'han sintetitzat com a material d'ànode, per la seva abundància, gran estabilitat estructural, canvis menors en el volum, no toxicitat i seguretat. Malgrat la seva pobra conductivitat, aquesta s'ha pogut arreglar amb un recobriment de carboni sobre les nanopartícules de TiO2 sota una atmosfera de N2 a temperatures de 500, 600 i 700 ° C. Els efectes de recobriment i els efectes de mida s'han provat amb un TiO2 sense capa de carboni i amb mostres comercials de TiO2 (P25) com a control, respectivament. Les tècniques de caracterització XRD, TEM i BET confirmen l'obtenció de nanoesferes mesoporoses de anatasa TiO2 recobertes d'una única capa de carboni d'una mida estimada de 4 nm. Les bateries s'han acoblat utilitzant els materials preparats i s'ha dut a terme un anàlisi electroquímic de les corbes galvanostàtiques de càrrega / descàrrega i un EIS, que mostren un millor rendiment de TiO2 @ C-500 sobre els altres materials. Capacitat millorada, millor eficiència coulòmbica i retenció de capacitat donen lloc a una bateria amb rendiment de llarga durada.