Synthesis of SiO2 nanowires via vapor- liquid-solid (VLS) method for their application in Li-ion batteries

Autor: Gómez Maartínez, Arancha
Přispěvatelé: Morant Zacarés, Carmen, UAM. Departamento de Física Aplicada
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Biblos-e Archivo. Repositorio Institucional de la UAM
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Popis: Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Aplicada. Fecha de lectura: 28-10-2016
Silica nanowires (SiO2NWs) have attracted considerable attention over the last decades due to their diverse properties and broad range of applications. Among them, it is well-known their capacity to emit strong blue light as well as their versatility as biosensor, since silica can be easily functionalized in order to respond to several targets. Other less-known applications include their potential use in energy conversion, storage devices, field effect transistors or gas sensors. In particular, the present study aims at exploring the suitability of the SiO2NWs as anode in Li-ion batteries. To this end, an extensive work was carried out in order to get SiO2NWs grow via a vapor-liquid-solid (VLS) method, on conductive substrate instead of conventional Si substrates. Accordingly, this study can be divided into two sequential sections. In the first part, an in-depth study of the SiO2NWs synthesis is carried out in order to understand the mechanism of SiO2NWs growth as well as the role of the different elements involved in the process. Based on these results, a variety of intermediate elements are assessed as new support-materials for the SiO2NWs growth, among them: titanium nitride (TiN) coatings, carbon nanofibers and silica and carbon microspheres. Finally, a new configuration is designed, in which the Si source is separated from the sample. In this way, SiO2NWs are successfully grown using stainless steel and Cu foils as substrates. In the second part, an extensive study of the electrochemical response of the SiO2NWs directly grown on Cu foils was performed in a half-cell configuration. This study comprises galvanostatic cycling, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Likewise, Cu foils of two different thicknesses are also evaluated as current collectors.
Durante las últimas décadas, los nanohilos de sílice (SiO2NWs) han suscitado un gran interés gracias a sus diversas propiedades y numerosas aplicaciones. Entre ellas destacan su capacidad para emitir luz azul así como su versatilidad como biosensor, puesto que la sílice es fácilmente funcionalizable con el fin de reaccionar ante diversos compuestos. Otras aplicaciones, quizá menos conocidas, son la conversión y el almacenamiento de energía, los transistores de efecto campo o los sensores de gas. En concreto, el trabajo que se presenta tiene como objetivo valorar la idoneidad de los SiO2NWs como ánodos en baterías de ion Li. Para ello, se dedicó un gran esfuerzo a conseguir sintetizar los SiO2NWs mediante el método vapor-líquido-sólido (VLS), sobre sustratos conductores en lugar de los convencionales sustratos de Si cristalino. En consecuencia, este estudio puede dividirse en dos secciones secuenciales. En la primera parte se lleva a cabo un estudio en profundidad del proceso de síntesis de los SiO2NWs con el fin de comprender el mecanismo de crecimiento así como la función de los diferentes elementos presentes en el proceso. Con base a estos resultados, se analiza la posibilidad de crecer los SiO2NWs sobre una serie de sustratos y estructuras adicionales, entre estos: recubrimientos de nitruro de titanio (TiN), nanofibras y microesferas de carbono, y microesferas de sílice. Por último, se proyecta una nueva disposición en la que la fuente de Si está alejada del sustrato, mediante la cual se consigue crecer los SiO2NWs sobre láminas de Cu y de acero inoxidable. En la segunda parte se realiza un estudio electroquímico completo de los SiO2NWs crecidos directamente sobre láminas de Cu usando una configuración de media celda. Este estudio comprende ciclos galvanostáticos, voltametría cíclica y espectroscopia electroquímica de impedancia. Así mismo, también son evaluados dos espesores distintos de la lámina de Cu usada como colector de corriente.
este trabajo se ha realizado gracias a la financiación de:La Universidad Autónoma de Madrid mediante la Ayuda para Formación de Personal Investigador (2012). El Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, mediante los proyectos “ENE2014-57977-C2-1-R” y “MAT2010-19804”.
Databáze: OpenAIRE
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