Resumen de la tesis que presenta Paola Yurem Pérez Gómez como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Óptica con orientación en Optoelectrónica
Interferómetros de fibra óptica usando polímeros curables por UV para el monitoreo de electrodos a base de Si en baterías ion de litio
Resumen aprobado por:
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Dr. Daniel Jauregui Vazquez
Codirector de tesis
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Dr. Jassiel Rolando Rodriguez Barreras
Codirector de tesis
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Resumen en español
Las baterías recargables de ion de litio son dispositivos caracterizados por tener una gran capacidad y alta eficiencia energética, comparadas con otros tipos de baterías secundarias. Por esta razón, el interés en el desarrollo de estos dispositivos ha aumentado considerablemente, enfocando recientes estudios en áreas de oportunidad que aún presentan un potencial de mejora en estas baterías, como son su estabilidad térmica y deformación mecánica. Debido a esto, el presente estudio plantea monitorear de manera in situ la temperatura de baterías recargables de ion de litio durante los ciclos de carga-descarga a diferentes tasas de corriente mediante sensores de fibra óptica fabricados a base de polímero curables por radiación UV. El trabajo comenzó con la evaluación de los sensores para generar sensibilidad a la temperatura. Una vez evaluados, se fabricaron las baterías CR-2032 en configuración de media celda con electrodo de material activo 30% en peso de silicio y 70% en peso de grafeno, adaptadas para introducir dichos sensores. Por último, se aplicaron diferentes densidades de corrientes a la batería para producir los ciclos galvanostáticos de carga y descarga, mientras se monitoreó la temperatura entre 2.5-20 minutos. El resultado permitió observar cambios de temperatura de aproximadamente 5 °C durante los ciclos. Finalizando de esta manera, que es posible observar con interferómetros de fibra óptica el efecto en la temperatura que tienen las reacciones exotérmicas ligadas al desplazamiento de iones entre los electrodos a base de Si en baterías recargables de ion de litio.
Palabras clave: sensor interferométrico de fibra óptica a base de polímero curables por radiación UV, batería recargable de ion de litio, monitoreo in situ de temperatura
Resumen en inglés
The rechargable lithium-ion battery are devices characterized by having large capacity and high energy efficiency, compared to other types of secondary batteries. Hence, interest in developmentof these devices had increased considerably, focusing recent studies on areas of opportunity that still present potential for improvement in these batteries, as their thermal stability and chemomechanical stress. Due to this, the present research proposes monitoring rechargable lithium-ion batteries temperature in situ during charge-discharge cycles at different current rates througth optic fiber sensors UV-cured polymer based. This work starts evaluating sensors to generate temperature sensibility. Once they were evaluated, were manufactured CR-2032 half cell configuration batteries with 30% by weight of silicon and 70% by weight of graphene on their electrode active material, adapted to introduce those sensors. Finally, different density currents were applyed througth batteries to produce galvanostatic charge-discharge cycles, while temperature was monitoring between 2.5-20 minutes. The result showed temperature changes of approximately 5 °C during the cycles. This demonstrates that fiber optic interferometers can be used to observe the effect on temperature of exothermic reactions linked to the movement of ions between Si-based electrodes in rechargeable lithium-ion batteries.
Palabras clave: interferometric optic fiber sensor UV-cured polymer based, rechargeable lithium-ion battery, in situ temperature monitoring