Doctorado en Ciencias con mención en Química

Obtención de cátodos libres de cobalto LiMnFePO4/C del tipo olivino dopados con Mg2+ y NI2+ para baterías de ion litio de nueva generación El incremento de la demanda energética de los últimos años ha provocado el uso masivo de combustibles fósiles a nivel global, lo que ha generado un aumento significativo en las emisiones de los gases de efecto invernadero (CO2, CH4, entre otros). Como respuesta a ello, se han implementado diversas políticas gubernamentales y privadas para fomentar el desarrollo de las energías renovables, como la energía solar, eólica, geotérmica, entre otras. Sin embargo, la mayoría de estas fuentes energéticas son intermitentes y requieren sistemas de almacenamiento, como las baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio (LIBs) son sistemas clave para el almacenamiento energético y han revolucionado el mercado de los autos eléctricos, dispositivos móviles entre otros. Sin embargo, el uso de cobalto en los cátodos ha generado preocupaciones en términos de sostenibilidad, debido a su limitada disponibilidad a nivel global, así como a los problemas sociales y el impacto ambiental asociado con su extracción. En respuesta, diversos estudios han explorado el desarrollo de materiales alternativos libres de cobalto, como los olivinos del tipo LiFePO4, LiMnPO4 y LiFeMnPO4. Estos cátodos se consideran más respetuosos con el medio ambiente, ofrecen una buena densidad energética, alta capacidad específica y excelente estabilidad estructural durante los procesos de carga y descarga de las baterías. No obstante, los compuestos LiFePO4, enfrentan limitaciones estructurales y electroquímicas a nivel molecular, como la baja conductividad electrónica (~10?¹° S cm?¹), lenta difusión de iones de litio (~10?¹4 cm² s?¹) problemas estructurales asociados al manganeso durante los ciclos de carga y descarga. Para superar estas limitaciones, se han propuesto diversas estrategias, como el recubrimiento de estos materiales con compuestos carbonosos (grafito, grafeno, óxido reducido de grafeno), la reducción del tamaño del material a nivel nanométrico y el dopaje iónico con metales de transición (Mg²?, Ni²?, Ca²?, Co²?) con la finalidad de mejorar las propiedades estructurales y electroquímicas de los olivinos. En este proyecto se pretende desarrollar nuevos materiales del tipo olivino, Li1?2?M?Mn0.4Fe0.6PO4/C y LiMn0.4??M?Fe0.6PO4/C dopados con iones Mg²? y Ni²?, para obtener cátodos funcionales que puedan ser aplicados en el desarrollo de baterías de iones de litio de nueva generación.. Estos materiales serán sintetizados mediante procesos hidrotermales y mecano-síntesis, los cuales están alineados con los principios de la química verde. Posteriormente, serán caracterizados a nivel molecular y elemental utilizando técnicas instrumentales avanzadas, como la difracción de rayos X (DRX), microscopías electrónicas (SEM y TEM), y espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), entre otras. Finalmente, los materiales serán ensamblados en baterías de iones de litio para evaluar sus propiedades electroquímicas mediante técnicas como carga-descarga, voltamperometría cíclica e impedancia electroquímica Los materiales propuestos aún son escasamente estudiados, sin embargo, en base a recientes estudios computacionales y antecedentes experimentales el dopaje iónico permite modificar la disposición molecular del litio y de los iones (Fe²?, Mn²?) a nivel intersticial en el compuesto LiMnFePO4, sin alterar la estructura cristalina de tipo olivino, mejorando la velocidad de difusión de los iones de litio como la conductividad electrónica del material permitiendo obtener cátodos funcionales para baterías de iones de litio de nueva generación. La propuesta promueve la investigación en baterías de iones de litio en el Perú. Se alinea con las políticas de desarrollo sostenible y economía circular. Representa un avance pionero en innovación tecnológica del sector energético.

HUAHUASONCCO CONDORI ,WILBER