Estudio de las propiedades electroquímicas de óxidos de vanadio preparados por pulverización catódica reactiva para su potencial aplicación como cátodos en baterías de litio

Abstract

Se investigó el rol de los defectos en películas delgadas de óxido de vanadio amorfo (a-VOx) depositadas mediante pulverización catódica reactiva para su aplicación como cátodos en baterías de ion litio. Se estudio la incidencia de introducción de vacancias de oxígeno en el óxido metálico para su estudio electroquímico. Para lograr esto, las muestras se sometieron a un tratamiento en una atmósfera reductora para inducir vacancias de oxígeno en el óxido metálico, con el objetivo de mejorar la estabilidad estructural. Se identificaron las condiciones para la deposición de a-VOx, con un enfoque particular en el flujo de oxígeno y el espesor de la película. La investigación demostró que el flujo de oxígeno tiene un impacto significativo en la composición química, la rugosidad de la superficie y la capacidad de la batería. El aumento del flujo de oxígeno durante la deposición condujo a un aumento gradual en la capacidad de carga y descarga. La muestra con el mayor flujo de oxígeno (VOx-3.0) exhibió la más alta capacidad, alcanzando 298 mAh/g. Este comportamiento se atribuyó con un mayor contenido de V+5 en el material. Para mejorar la estabilidad estructural, se introdujeron defectos en el a-VOx mediante un tratamiento en atmósfera reductora con diferentes porcentajes de H2 (2%, 4%, 6% y 8% de H2). Este tratamiento, incrementó la concentración de V+4 (muestra VOx-3.0/8%H2), lo cual se encuentra relacionado con la formación de vacancias de oxígeno en las películas de óxido de vanadio. La introducción de defectos a través del tratamiento reductor tuvo un impacto directamente en la capacidad y la ciclabilidad. La disminución de la capacidad de carga en las muestras con tratamiento en ambiente reductor es atribuida a la formación de enlaces V-OH. La presencia de estos enlaces podría hacer menos favorable la intercalación de iones litio en sitios cercanos a estos hidrógenos. Se observa una capacidad inicial más baja y una mejor estabilidad cíclica, donde a 50 ciclos a 1 C, la muestra VOx-3.0 a 8% de H2 es la que presenta la capacidad más alta a 213 mAh/g en ambiente reductor.