Síntesis de nanopartículas basadas en litio, azufre y carbono por el método de expansión supersónica de plasma térmico

Abstract

El litio es el metal más liviano de la tabla periódica, posee la mitad de la densidad del agua (0,534 g/cm3) y el menor potencial de reducción (-3,05 V). Esto significa que es el elemento químico con la mayor capacidad para liberar electrones. Por esta razón, es capaz de conducir la electricidad. Cuando cede su electrón más externo, el litio se queda cargado positivamente, se representa como Li+ y se le denomina ion litio. Su gran capacidad de ceder electrones hace de este metal un excelente material anódico para el funcionamiento de baterías eléctricas, lo cual es una gran ventaja, pero al mismo tiempo su mayor desventaja esto debido a que cede electrones a cualquier medio, como el aire y el agua. Esto significa que es un metal muy inestable, que se oxida rápidamente en contacto con el aire, y que en contacto con el agua reacciona de forma violenta. Esa es la razón por la que la historia de las baterías de litio no ha sido un camino exento de dificultades. Por esta razón, se han propuesto nuevos materiales de cátodo para eliminar el uso de litio metálico y aumentar la conductividad de las baterías. Entre los cuales se encuentra la producción de cátodos formados por nanopartículas de sulfuro de litio recubiertas con carbono para aumentar la conductividad, disminuir la generación de polisulfuros y disminuir la degradación del material anódico y catódico. En este trabajo de tesis se propuso la síntesis de nanopartículas compuestas por litio, azufre y carbono mediante un nuevo método denominado Expansión Supersónica de Plasma Térmico (ESTP), el cual sería capaz de producir nanopartículas con tamaños inferiores a 100 nm, en un proceso que consta de un solo paso, no utiliza solventes y se utilizan precursores sólidos en la fabricación de los compuestos. Las nanopartículas producidas por este método ESTP se caracterizaron mediante dispersión dinámica de luz para medir el tamaño de partícula, microscopía electrónica de barrido (SEM) y de transmisión de alta resolución (HR-TEM) para su análisis morfológico y difracción de rayos X para obtener su composición. Los resultados obtenidos en las condiciones experimentales utilizadas indicaron bajos rendimientos de Li2S. Además, no es posible afirmar que las nanopartículas sintetizadas estén compuestas efectivamente por Li2S. Sin embargo, este trabajo serviría como base para continuar el estudio de síntesis mediante el método ESTP hasta encontrar condiciones experimentales de síntesis más adecuadas, considerando variables adicionales como flujo de argón, que variaría la cantidad de plasma; extensión de los anillos de cobre, que permitirían confinar el plasma en una distancia mayor, entre otras. No obstante, se demostró que el método es capaz de producir Li2S con bajo rendimiento, partículas con tamaños nanométricos y con morfologías tipo core-shell. Considerando los resultados obtenidos, se postula el método ESTP como un posible candidato para la producción de nanopartículas basadas en litio, azufre y carbono.