Title

Efecto del tratamiento térmico en el almacenamiento de energía de nano-dispositivos basados en películas delgadas de YSZ

Effect of thermal annealing in the energy storage of YSZ thin film based nano-devices

Author

Alejandro Mendoza Gómez

Contributor

HUGO JESUS TIZNADO VAZQUEZ (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

En el presente trabajo de tesis se busca mejorar la capacidad de almacenamiento de energía de una batería de estado sólido basada en películas delgadas Au-YSZ-Ru. Para mejorarla es necesario incrementar la conductividad iónica (movimiento de iones a través de vacancias) del electrolito de YSZ. En la literatura se reporta que el efecto de los tratamientos térmicos en óxidos es generar vacancias de oxígeno. Sin embargo, no se cuenta con un control cuantitativo de la generación de vacancias. Una de las propuestas para controlar la concentración de vacancias es variar el presupuesto térmico (temperatura + tiempo de permanencia) del horneado. Existe un tiempo de permanencia que genera un máximo en la concentración de vacancias de oxígeno, pero al exceder este tiempo la concentración disminuye. Las vacancias de oxígeno de cada muestra generadas por el tratamiento térmico son de diferente naturaleza debido a que cuentan con diferente energía de activación. Se obtuvo la mejor capacidad de almacenamiento de energía para la muestra sometida a 4 horas de tratamiento térmico, la cual cuenta con la mayor concentración de vacancias de oxígeno y la menor energía de activación. Sin embargo, una concentración de vacancias de oxígeno similar no indica que la capacidad de almacenaje será la misma. Existe un mecanismo de conductividad adicional a la conductividad iónica que parece ser responsable de esta diferencia. Posiblemente, este tipo de conductividad ocurre por medio de protones de hidrógeno. La concentración de protones es proporcional a la concentración de grupos OH, la cual fue máximo después de 8 horas de tratamiento térmico.

In the present thesis work we’re looking to improve the energy storage capacity of a solid state battery based on Au-YSZ-Ru thin films. To improve it, it’s necessary to increase the ionic conductivity (movement of ions through vacancies) of the YSZ electrolyte. It’s reported in the literature that the effect of thermal annealing in oxides is to generate oxygen vacancies. However, there is no quantitative control of the generation of vacancies. One of the proposals to control the concentration of vacancies is to vary the thermal budget (temperature + residence time) of the baking. There is a residence time that generates a maximum in the concentration of oxygen vacancies, but the concentration decreases when this time is exceeded. The oxygen vacancies generated by the heat treatment for each of the samples are of a different nature due to the fact that they have different activation energy. The best energy storage capacity was obtained for the sample subjected to 4 hours of heat treatment, which has the highest concentration of oxygen vacancies and the lowest activation energy. However, a similar oxygen vacancy concentration does not indicate that the storage capacity will be the same. There’s a conductivity mechanism additional to ionic conductivity that appears to be responsible for this difference. Possibly, this type of conductivity occurs by means of hydrogen protons. The proton concentration is proportional to the concentration of OH groups, which was maximum after 8 hours of thermal annealing.

Publisher

CICESE

Publish date

2021

Publication type

Master thesis

Format

application/pdf

Language

Spanish

Citation suggestion

Mendoza Gómez, A. 2021. Efecto del tratamiento térmico en el almacenamiento de energía de nano-dispositivos basados en películas delgadas de YSZ. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 55 pp.

Source repository

Repositorio Institucional CICESE

Downloads

42

Comments



You need to sign in or sign up to comment.