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Las baterías de ion-litio representan la tecnología de almacenamiento energético dominante en el sector de la electrónica portátil y cuentan con potencial para dar soporte a las futuras generaciones de vehículos eléctricos y redes de distribución de gran escala vinculadas a fuentes renovables. Sin embargo, la transición hacia modelos energéticos sostenibles y las nuevas aplicaciones microelectromecánicas reclaman sistemas que permitan almacenar una mayor cantidad de energía, junto con especificaciones de seguridad más rigurosas. Algunas rutas para atender estos desafíos son el empleo de nuevas composiciones de electrodos y electrolito, el desarrollo de diseños que maximicen la cantidad de los materiales que intervienen en la reacción electroquímica o acorten las distancias para la difusión iónica, y la utilización de baterías de estado sólido que no requieren de electrolitos líquidos inflamables. En este contexto, la fabricación aditiva, comúnmente conocida como impresión 3D, representa un grupo de tecnologías de fabricación que está revolucionando la industria actual gracias a su capacidad para generar componentes en geometrías variadas y complejas, con una creciente cantidad de materiales y aplicaciones compatibles, entre ellos, los del ámbito del almacenamiento electroquímico. Este trabajo emplea la tecnología de impresión 3D más extendida en el mundo, la fabricación de filamentos fundidos, seguida de un posterior tratamiento térmico de debinding y sinterizado para lograr componentes primarios de baterías de ion-litio (electrodos y electrolito sólido) de naturaleza cerámica y en un amplio rango de geometrías inviables para los procesos de fabricación convencionales. La tesis implica todo un proceso de desarrollo, caracterización y optimización, desde la formulación de los filamentos necesarios para la impresión 3D hasta la obtención de electrodos cerámicos de LTO y LCO que prescinden de aglutinantes poliméricos como los usados en electrodos convencionales y manifiestan un alto aprovechamiento de su capacidad teórica: 96 % y 92 %, respectivamente. Además, explotando el potencial de la impresión 3D, se demuestra la fabricación de electrodos cilíndricos autosoportados, electrodos interdigitados destinados a dispositivos de pequeña escala, electrodos mallados de porosidad preconfigurada y elevado espesor para lograr sistemas de alta densidad de energía, y electrolitos sólidos con geometrías corrugadas para la maximización de la superficie. |
