ESTUDIO DE LAS FRONTERAS DE GRANOS EN PELÍCULAS DE DIAMANTES POLICRISTALINOS CON HIDROGENO Y NITRÓGENO PARA ELECTRODOS DE BATERÍAS DE IONES DE LITIO
· Determinar por simulación y experimentación el comportamiento de la frontera de granos en películas de diamantes policristalinos (UNCD) con hidrógeno y nitrógeno para electrodos de baterías de iones de litio.
Hoy día el almacenamiento de energía de manera eficiente es fundamental ante la alta demanda energética para el desarrollo tecnológico; por lo tanto, se hace necesario optimizar las baterías de iones de litio mejorando las condiciones y combinaciones de los materiales en sus electrodos; de manera, que la densidad energética aumente, al igual que la vida útil de la batería.
Basado en las investigaciones de Cheng et al, (2014) se demostró que el diamante ultrananocristalino crecido con Nitrógeno (N-UNCD) forma una capa protectora en el ánodo de grafito incrementando la vida útil baterías. Se espera que las fronteras de granos de las películas de diamantes policristalinos juegan un rol importante en la liteación del ánodo. de Obaldía et el.(2021) demostró empíricamente que las fronteras de granos de las películas policristalinas están compuestas de dos enlaces no satisfechos por cada celda única de diamante. No cabe duda de que las características de la frontera de granos en las películas de diamante policristalino juegan un papel importante en el comportamiento mejorado de los electrodos de iones de litio. El entendimiento teórico del comportamiento en las fronteras de granos es de importancia para poder determinar las mejores condiciones para desarrollar nuevos electrodos basados en películas de diamantes policristalinos. Las fronteras de granos de diamante policristalino ha sido simulados utilizando la teoría de la densidad de funciones (DFT, por sus siglas en inglés) como se demuestran en las investigaciones de Shenderova, Brenner, Omeltchenko, & Su (2000), Milas, Qi, Sheldon, & Shenoy (2011) y Cheng et al. (2014). Estos estudios están basados en entender los parámetros mecánicos como el estrés y propagación de brechas en los diamantes. Nuestro interés es determinar por medio de éste método las propiedades eléctricas y ópticas como la conductividad y la banda prohibida variando la cantidad de hidrógeno, nitrógeno y vacancias utilizando el simple modelo físico presentado por de Obaldía et al. (2021). La teoría de la densidad de funciones (DFT) ha sido utilizado con éxito por el grupo de investigación del Dr. Ching, por ejemplo, las investigaciones de Miranda et al. (2019), Ching-Prado(2018) y Fabrega et al. (2019).
En resumen, la propuesta de esta investigación es estudiar, por medio de simulaciones, las propiedades eléctricas de las fronteras de granos en películas de diamantes policristalinos intercambiando la razón de hidrogeno, nitrógeno y vacancias en los enlaces disponible. Se tomará como referencia el modelo empírico que predice que cada celda unitaria en la superficie de los granos de diamantes posee dos sitios disponibles que pueden ser satisfechos con Hidrógenos, Nitrógenos. Se estudiará también la introducción de vacancias. Estas simulaciones se compararán con data empírica. El desarrollo de la metodología de simulación de fronteras de granos puede expandirse posteriormente a predecir la incorporación del Litio en estas fronteras de granos para determinar su eficacia en la formación de electrodos basados en películas de diamante policristalino.