ESTUDIO DE LA ELECTRODEPOSICIÓN DE ESTAÑO SOBRE POLIPIRROL PARA EL DESARROLLO DE ÁNODOS PARA BATERÍAS IÓN-LITIO

Abstract

El objetivo general de la investigación se centra en el estudio de los procesos electroquímicos relacionados con la generación de electrodos modificados con depósitos de estaño sobre polipirrol (Ppy), con el propósito de avanzar en el desarrollo de nuevos ánodos para baterías de ión litio. Como objetivo específico se plantea estudiar las condiciones para la obtención de depósitos micro y nanoestructurados sobre diferentes sustratos, incluyendo aspectos tales como mecanismos de nucleación y modos de crecimiento de las nuevas fases, la morfología de los depósitos obtenidos y la respuesta electroquímica de los nuevos electrodos como ánodos en baterías de ion litio.

Uno de los problemas fundamentales involucrados en el desarrollo de baterías de ión litio está relacionado con el mejoramiento de las propiedades de los ánodos para evitar que constituyan el elemento limitante en la performance de la batería en lo que respecta a capacidad y ciclabilidad. Los materiales anódicos empleados en la actualidad parten, del carbono, el cual posee una capacidad específica baja, entre otros aspectos a mejorar. Una posibilidad de duplicar la capacidad de los ánodos de las baterías es el empleo de estaño como tal o en forma de óxido o compuestos intermetálicos. Más aún, debido a su carencia de toxicidad el estaño resulta además muy atractivo desde un punto de vista medioambiental.
Entre las cuestiones a resolver con los electrodos de estaño esta la gran variación de su volumen vinculado a la intercalación-desintercalación de los iones litio durante el funcionamiento de la batería, lo cual conduce a una progresiva destrucción de la estructura del electrodo y una disminución notable de su capacidad. Por consiguiente, resulta de suma importancia establecer las condiciones para la formación de un depósito de estaño con una gran área de interacción y estabilidad mecánica. En este sentido, obtener depósitos ramificados y nanoestructurados de estaño y algunas de sus aleaciones abre notables posibilidades para el desarrollo de ánodos para baterías de ion litio, particularmente empleando como soporte matrices de alta tridimensionalidad que permitan un incremento de la relación área/volumen y faciliten el transporte de materia hacia los centros activos para la intercalación de litio. 
En este sentido, se estudió la electrodeposición de estaño sobre electrodos de cobre modificados con una película de Ppy, en solución sulfúrica de sulfato de estaño a temperatura ambiente,  empleando técnicas electroquímicas.  El voltamperograma cíclico de estaño en la película de Ppy (Figura 1) muestra un pico catódico ancho aproximadamente a -0.53 V frente a SCE y un pico anódico a -0.44 V. La reducción de Sn (II) está aparentemente controlada por difusión. Las imágenes SEM de los estudios cronoamperométricos muestran la formación de estructuras nanómetricas en las primeras etapas del proceso de deposición (-0.51 V), y para potenciales más catódicos (-0.55V) las partes externas de las estructuras metálicas comienzan desde un punto muy delgado y crecen para obtener una forma dendrítica (Figura 1).