Este Trabajo de Fin de Máster trata sobre la síntesis y estudio de zeolitas para su potencial uso como electrolito en baterías de estado sólido. Los sistemas de almacenamiento de energía son elementos clave en la transición energética actual, y la búsqueda de tecnologías más seguras y eficientes en este campo ha impulsado investigaciones como esta. Las zeolitas son materiales cristalinos microporosos con propiedades fascinantes, que les confieren un amplio abanico de aplicaciones, como la catálisis química o la separación de gases. También, debido a sus propiedades, podrían emplearse como electrolito sólido en baterías, puesto que su estructura permite el transporte selectivo de iones y, además, presentan una alta estabilidad térmica y química y una muy baja conductividad electrónica. A partir de estudios previos, en este trabajo se ha tratado de sintetizar membranas de zeolitas tipo FAU, para posteriormente ser intercambiadas con litio (Li+) y determinar su potencial como electrolitos sólidos. Para tal fin, se han variado distintos parámetros del proceso de síntesis para obtener la estructura más favorable para este uso, y se ha medido algunas propiedades claves de electrolitos, como la conductividad iónica. Durante esta síntesis se obtienen también cristales de zeolitas en polvo, los cuales también han sido intercambiados y valorados como electrolito. Se ha conseguido un método para obtener membranas zeolíticas de tipo FAU sobre un soporte de acero inoxidable, aunque con un carácter heterogéneo y cierta fragilidad. Estos resultados pueden sentar las bases para refinar y mejorar el diseño de membranas zeolíticas con el futuro objetivo de poder integrarse en baterías de estado sólido.

[EN] This master’s thesis focuses on the synthesis and study of zeolites for their potential use as solid electrolytes in solid-state batteries. Energy storage systems are key components in the current energy transition, and the pursuit of safer and more e\icient technologies in this field has driven research such as the one presented here. Zeolites are microporous crystalline materials with fascinating properties that grant them a wide range of applications, including chemical catalysis and gas separation. Due to their properties, they could also be used as solid electrolytes in batteries, as their structure enables selective ion transport, and they exhibit high thermal and chemical stability and low electronic conductivity. Based on previous studies, this work aims to synthesize FAU-type zeolite membranes, which are then ion-exchanged with lithium (Li+) to assess their potential as solid electrolytes. To this end, various synthesis parameters have been modified in order to obtain the most suitable structure for this application, and key electrolyte properties, such as ionic conductivity, have been measured. During the synthesis process, zeolite crystals are also obtained and have likewise been evaluated as electrolytes. A method has been developed to grow FAU-type zeolite membranes on stainless steel supports, although the resulting membranes show a heterogeneous character and some fragility. These findings may lay the groundwork for refining and improving the design of zeolite membranes with the future goal of integrating them into solidstate batteries.

Trabajo Fin de Máster. Curso 2024-25. Universidad Autónoma de Madrid. Máster de Energías y Combustibles para el Futuro

Ares, Jose Ramón; tutor

Peer reviewed