Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 10/3/2020. / Ingeniero Civil Mecánico / Las baterías Ión-Litio resultan ser una alternativa muy eficiente para aplicaciones móviles. Sin embargo muchos aspectos de su desempeño y seguridad son fuertemente afectados por la temperatura de operación de las celdas al interior de la batería, entre estos aspectos destacan la vida útil y la eficiencia. Teniendo en cuenta lo anterior, el Centro de Energía (C.E.) de FCFM decidió investigar el comportamiento térmico de los arreglos de celdas Ión-Litio, con miras a la implementación de un software de optimización para el diseño de baterías, para lo cual generó diversos modelos de predicción de temperatura. Como objetivos de este trabajo se tiene la caracterización del comportamiento térmico de una batería, con ventilación forzada, en función de distintas condiciones de operación y de configuración. Asimismo se pretende contrastar los resultados experimentales con las simulaciones en fluidodinámica computacional (CFD) y el modelo paramétrico, ambos generados por el C.E. Junto con lo anterior, también se espera identificar y comparar en importancia los distintos factores que influyen en el aumento de la temperatura de las baterías. Lo anterior se logra por medio del diseño, construcción e implementación de un equipo capaz de medir la temperatura de las celdas para distintas disposiciones de estas, pudiendo variar el caudal de aire que fluye a través de la batería y midiendo la caída de presión. Para la experimentación se cuenta con 2 disposiciones de celdas distintas y se experimenta con 3 caudales distintos por disposición. Asimismo se generan repeticiones de experimentos para asegurar la existencia de resultados similares para condiciones similares. Posterior a la etapa de experimentación se analizan los datos obtenidos y validan o rechazan los modelos propuestos. Como resultados se tiene que el comportamiento térmico que rige el enfriamiento de las celdas no es el predicho por los modelos contrastados, comportamiento tipo decaimiento exponencial, existiendo una diferencia entre el modelo y el experimento de hasta 4 °C. Este enfriamiento sucede de manera más rápida de lo predicho y es regido por una función levemente distinta a la utilizada por los modelos. Asimismo también se tiene que la configuración de las celdas tuvo poca influencia en la velocidad promedio de enfriamiento, sin embargo esta si tuvo gran influencia en la homogeneidad de la temperatura dentro de la batería. En cuanto a los modelos contrastados, el modelo paramétrico mostró una tendencia distinta a la de los resultados obtenidos, lo cual significó su invalidez en la predicción. Por el otro lado, los resultados en las simulaciones de CFD tuvieron un error relativo de hasta un 138% invalidándolos también. Como principal trabajo futuro queda propuesta la creación de un modelo de enfriamiento que prediga con mayor certeza el decaimiento de temperatura de las celdas, para lo cual se propone el modelo fractal. Asimismo se hace necesaria la investigación de la velocidad óptima de ventilación del arreglo.

Ingeniero Civil Eléctrico / La necesidad de abastecer de energía a centros aislados de consumo a precios económicamente factibles ha dado pie al desarrollo de las micro redes, las cuales pueden suplir esta demanda utilizando diversos medios de generación, a través de las energías renovables, convencionales y acumuladores. Para controlarlas inteligentemente, se implementan sistemas de gestión de energía encargados de calcular las consignas óptimas para los distintos componentes de la micro red, los cuales se encuentran en pleno desarrollo y presentan múltiples aristas con opciones de mejora, entre ellas, la optimización de la vida útil de las baterías, componente esencial en ellas tanto por su costo de inversión como por su utilidad. Para medir el envejecimiento del banco de baterías, en esta memoria se utiliza un modelo de pesaje efectivo de consumo. Si suponemos que una batería puede entregar cierta cantidad definida de carga a lo largo de su vida útil, entonces se puede medir su estado de salud a través de un contador acumulativo de esta. El pesaje penaliza la utilización del banco a bajos niveles de estado de carga y premia su utilización a niveles altos, sumando una carga mayor o menor a la real respectivamente al conteo acumulativo, provocando que, sujeto a una optimización, se prefiera utilizar la batería en altos niveles de estado de carga para así alargar su vida útil. Para implementar esta curva de pesaje efectivo y el costo de pérdida de vida útil asociado en el sistema de gestión de energía se utiliza una función escalonada por tramos regulada por restricciones lineales enteras mixtas. Se trabajan tres escenarios de los cuales se tienen datos de generación solar, eólica y demanda del pueblo de Huatacondo durante siete días pertenecientes a distintas estaciones del año. Para ellos se encontraron resultados favorables en cuanto a un balance entre una menor pérdida de vida útil del banco y un aumento del costo de operación y mantenimiento del equipo diésel de la micro red para sustentar esto de un 16% proyectando la operación a 10 años, equivalente a unos 16 millones de pesos. Se encuentra que al implementar el modelo de envejecimiento se deja de utilizar diésel para cargar el banco y se prefiere cargar solo con excedente de energías renovables, esto para no incurrir en un doble costo, el de carga de baterías con diésel y el de envejecimiento del banco por su utilización.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / En la actualidad existe un crecimiento acelerado en el número de dispositivos que utilizan la red para comunicarse, sumado a que la de manda por velocidades de transmisión más altas ha aumentado. Conjuntamente con este requerimiento, existe una exigencia tácita: dispositivos más autónomos, es decir, dispositivos que tengan baterías lo suficientemente eficiente para no tener que cargarlos frecuentemente. Esto ha creado la necesidad de contar con protocolos que utilicen eficientemente el ancho de banda disponible de Internet, además de que sean considerados con la batería de los equipos. Una de las soluciones que se han planteado es la de utilizar frecuencias más elevadas de comunicación, llegando en la actualidad a transmitir a frecuencias de decenas de Gigahertz. Una banda que tiene especial interés, es la banda de 60 Ghz (58 -61 GHz), pues es una banda no licenciada y provee una alta tasa de transmisión de datos. Esta tesis presenta un protocolo Media Access Control (MAC), orientado a las ondas milimétricas (ondas que trabajan a frecuencias entre 30 y 300 GHz), que mejora el desempeño del protocolo Process-Stacking Multiplexing Access (PSMA) y adaptarlo a una red centralizada. Aquí se propone el protocolo Variable Slot Time-Time Division Multiple Access (VST-TDMA). Este usa de forma más eficiente el ancho de banda pues no desperdicia tiempo, como si ocurre en Multiplexación por División de Tiempo (TDMA, Time Division Multiple Access). Además, es energéticamente eficiente y autosustentable, pues variará su tasa de transmisión dependiendo del estado de carga (SOC, State of Charge) de la batería del dispositivo. Para diseñar este, se mantuvo el funcionamiento general del protocolo PSMA, cuya idea central es la de agendar procesos, reservando el uso de canal a medida que los equipos que integran la red soliciten usarla, asignando a cada uno de ellos el tiempo exacto que requieran de utilización del canal. No obstante, el principal cambio que se añade es que la Estación Base (BS, Base Station) envía cíclicamente un broadcast, para para incorporar y/o sincronizar cualquier dispositivo que requiera acceder la red, o si la BS necesita enviar datos a alguno de los nodos. Seguidamente, se describirá el algoritmo que se usó para la estimación de los parámetros que condicionan el comportamiento de la batería. El principal resultado de VST-TDMA, es lo relacionado con la batería. En términos de desempeño en transferencia de datos, tiene un resultado similar a PSMA. No obstante, en lo relacionado a la energía, se puede notar que la información que se puede obtener de la batería permite que el protocolo decida en qué momento debe bajar su tasa de transferencia, para no degradarla, y de esta forma tenga mayor vida útil. Además, se llegó al hecho que el parámetro que condiciona principalmente a la batería es el parámetro α, logrando errores bajos en el caso de ser estimado con precisión. Como trabajo futuro, para empezar, se propone el implementar completamente el protocolo en Opnet, tanto desde el punto de vista de funcionamiento, como de la estimación de los parámetros que modelan la batería. De esta forma, será posible conocer el comportamiento más completo del protocolo. Finalmente, se podría implementar este protocolo con algún medio físico, y a las frecuencias a la cual fue diseñado. Se podría utilizar field-programmable gate array (FPGA), dónde se programaría el protocolo y se podría observar el comportamiento en un ambiente real.

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN / Mario Espinoza Sandoval [Parte I], Enrique Ardiles Monroy [Parte II] / Nuestro proyecto consiste en instalar una planta recuperadora de plomo, mediante el reciclaje de batería que utilizamos en los vehículos motorizados a lo largo de nuestro país. Para ello realizaremos una serie de procesos para recuperar el plomo de las baterías y transformarlas finalmente en lingotes de Plomo. La oportunidad se presenta al visualizar que Chile solamente posee una planta recicladora, la cual se encuentra en la segunda región de Antofagasta (ciudad de Calama), pero con la diferencia que su mercado de obtención de plomo principal, es el desecho de los ánodos de plomo de las mineras de la región, dejando en segundo lugar a las baterías como materia prima para el proceso de reciclaje. El mercado objetivo está en función del déficit de plomo a nivel mundial, principalmente para la producción de baterías de plomo / acido, ya que esta materia prima, es usada en un 90% para la producción de baterías. Bajo este contexto, vemos grandes posibilidades en el mercado local (Sudamérica, particularmente Brasil) y USA, para ser nuestros principales clientes con la importación de nuestro producto, más aun dejando como referencia clara, que ellos son grandes exportadores de baterías, y por ello grandes consumidores de plomo para su producción. La comercialización de nuestro producto, será en bruto, en formato de lingotes, con estado del 99,9% de pureza, lo cual es imperioso para la necesidad de los mercados extranjeros ya que corresponde al estándar de venta de este commodity. La ubicación propuesta para nuestra planta, será en Maipú, Región Metropolitana, esto debido a varios beneficios de operación y logística. Tendrá un área de ocupación de 10.000 mt2 y tendrá directa relación para la exportación del producto con el puerto de san Antonio, Valparaíso V Región.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / La integración a gran escala de fuentes de Energías Renovables no Convencionales (ERNC) en los sistemas eléctricos, afecta la seguridad, los requerimientos de reserva y la programación de unidades. Esto se debe a la incertidumbre y variabilidad de fuentes variables, como es el caso de la energía eólica y solar. Para enfrentar este problema, es necesario disponer de un respaldo suficiente y apropiado que permita abastecer la demanda y mantener la seguridad del sistema. En este contexto, una opción de respaldo son los sistemas de almacenamiento de energía, en particular aquellos denominados BESS (Battery Energy Storage Systems). El objetivo del presente trabajo de investigación es evaluar el desempeño de los BESS en el problema de predespacho de unidades de un sistema eléctrico con alto nivel de penetración de energía renovable. Primeramente, se identifican diversas metodologías de predespacho que incluyen sistemas de almacenamiento de energía, de las cuales se establece un modelo matemático general que permite caracterizar los sistemas de almacenamiento. Se estudia el funcionamiento y las características de operación de los distintos tipos de tecnologías de acumuladores con el fin de determinar las características más relevantes que influyen en la programación de operación. Los aspectos analizados son: autodescarga, profundidad de descarga, tasa de carga, tasa de descarga y algunos requerimientos como la carga completa. El modelo desarrollado se valida mediante la aplicación del problema de predespacho a una microrred y a un sistema eléctrico de potencia. Ambos sistemas incorporan fuentes de ERNC y un BESS. Con el objetivo de establecer la tecnología de acumulador adecuada en el cumplimiento de la función de manejo energético del BESS en el problema de predespacho se evalúan las tecnologías más representativas, las cuales son: ion litio, vanadio flujo redox, plomo ácido, sulfuro de sodio y níquel cadmio. Los resultados obtenidos indican que los costos de operación del sistema dependen de la tecnología de acumulador utilizada, la magnitud de las características de estas tecnologías y los requerimientos considerados. Se muestra además que las tecnologías más aptas para el manejo de la variabilidad propia de las ERNC, son los acumuladores de ion litio, sulfuro de sodio y flujo redox; las cuales generan menos costos respetando los parámetros de diseño. La formulación del problema de predespacho con integración de BESS que se propone en esta tesis permite obtener resultados cercanos a los de la operación real de los sistemas analizados. Además, mejora la utilización de los BESS durante la programación de unidades. Asimismo, el modelo permite determinar las magnitudes de las características de los sistemas de almacenamiento, con las cuales se puede obtener una respuesta más rápida y mayor capacidad de almacenamiento. Como trabajos futuros, se sugiere considerar variables como el estado de salud y los parámetros que influyen en la disminución de la vida útil del acumulador. Esto permitiría considerar aspectos de inversión y la selección de las características del BESS.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / Actualmente el uso de energías renovables está incrementando su popularidad. Como la disponibilidad de estos recursos puede ser limitada debido a factores ambientales, el uso de almacenadores de energía es algo que se debe considerar. En mercados eléctricos, el uso de sistemas de almacenamiento se vuelve interesante debido a que la posibilidad de obtener ganancias está latente. Esta investigación se enfoca en la integración de una estrategia de optimización de utilidades en conjunto con el modelo del proceso de degradación de una batería de ión-litio, para así cuantificar el beneficio económico que un usuario puede obtener dependiendo de cómo el almacenador sea operado. Dado que la operación del almacenador está sujeta a diferentes condiciones de mercado, es necesario analizar el proceso de degradación bajo estas condiciones. Esto significa que una batería no necesariamente trabajará completamente cargada o descargada en un ciclo de operación. En este sentido, definir apropiadamente un ciclo es importante puesto que el uso del almacenamiento de energía es altamente variable. El modelo de degradación fue creado utilizando información disponible en la literatura. Este modelo está basado dos sumandos, uno de los cuales tiene mayor impacto en el corto plazo de la vida útil, y el otro en el largo plazo. Además, una metodología que permite la estimación del proceso de degradación de las baterías cuando son utilizadas en condiciones de estado de carga variables también se incluye. En un primer enfoque, se utiliza información proporcionada por un fabricante, y con el apoyo de factores de escalamiento, es posible determinar el valor para la eficiencia de Coulomb para cada ciclo. Caracterizar el proceso de degradación según el estado de carga utilizado muestra hasta un 3.4% más de ciclos adicionales de uso. Posteriormente, se presenta otra metodología basada en algoritmos de similitud que incorpora la corriente de descarga, y los niveles del estado de carga como variables del modelo. Además, el efecto de la temperatura es incluido para ilustrar el efecto de la capacidad utilizable de la batería. Una vez que se establece el modelo, este se combina un algoritmo de programación lineal entera mixta que maximiza la utilidad obtenida de la venta de diferentes servicios. Distintas políticas de operación para el sistema almacenador fueron analizadas dando como resultados las horas de operación y el beneficio económico para cada caso. Es importante mencionar que no necesariamente operar el sistema de almacenamiento de forma libre asegurará el máximo beneficio económico para el dueño. Restringir el estado de carga puede significar hasta un 18% menos de utilidad bruta por año. Otros efectos externos tales como la intervención de un operador humano que modifique la estrategia, sensibilidad a cambios en la demanda o en los precios también son incluidos. El efecto de la temperatura también se incluye y la reducción en el beneficio económico es comparada con el caso donde las condiciones de temperatura están controladas. La temperatura puede afectar hasta en un 3% las utilidades esperadas para este caso.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Los dispositivos de almacenamiento de energía en particular las baterías de ion-litio han sido ampliamente utilizados en aplicaciones como: electrónica de consumo, vehículos eléctricos y sistemas de potencia con el fin de proveer confiabilidad, seguridad, rentabilidad y eficiencia; por esta razón es necesario analizar distintas configuraciones de packs modulares de baterías de acuerdo a los requerimientos de cada aplicación. En este sentido el objetivo del presente trabajo es desarrollar e implementar una estrategia de control capaz de manejar inteligentemente la energía de un pack modular de baterías de ion-litio minimizando su degradación con respecto a una métrica de desempeño dentro de la operación de una nano-red. La gestión de la energía de la nano-red se hace a través de un despacho económico con alto nivel de penetración de energía renovable que considera el rango de oscilación del estado de carga del pack modular de baterías en el contexto de su degradación; con el fin de definir una combinación óptima de las unidades de generación al mínimo costo de operación y alimentando la demanda eléctrica. Las simulaciones del caso de estudio se llevan a cabo a través de una plataforma económica-degradación que contempla el almacenamiento real de cada batería del pack a través de la actualización de su energía máxima durante todo el horizonte de evaluación. La métrica de desempeño denominado Caso Base utiliza una batería de 100Ah para alimentar la demanda eléctrica de la nano-red por una autonomía energética de 8 horas como máximo, la cual es comparada versus todos los casos de estudio propuestos: Caso Sobredimensionado utiliza una batería de 150Ah, pack modular de 2 baterías analizado en dos casos de estudio: Caso A de (80-40Ah) y Caso B de (100-50Ah), pack modular de 3 baterías de (80-40-20Ah) bajo dos políticas operacionales de restricción del estado de carga diferentes (PO1 y PO2). En todos los casos de estudio la política operacional permite entregar la misma energía que la métrica de desempeño así como también el costo de inversión de todas las configuraciones es comparable. Finalmente los resultados muestran que todos los casos propuestos suministran la demanda eléctrica de la nano-red durante todo el horizonte de evaluación; destacando que todas las configuraciones logran una duración extra respecto a la métrica de desempeño. Por ejemplo el pack modular de 3 baterías PO1 presenta una duración extra en las tres baterías de 22, 16 y 30 meses respectivamente teniendo una inversión superior en 620 USD respecto al Caso Base. En consecuencia se puede concluir que la decisión final de selección del diseño modular obedece al criterio del ejecutor del proyecto y a la necesidad del sistema, de tal forma que si la inversión del pack modular es superior en el corto plazo la degradación de las baterías será menor en el largo plazo lo que permite generar mayor rentabilidad.

Tesis para optar al grado de Doctora en Ingeniería Eléctrica / La disponibilidad de energía es una de las limitaciones que presentan las Redes de Sensores Inalámbricas (WSN, Wireless Sensor Network). Tradicionalmente, las baterías han sido utilizadas para proveer energía a los nodos de sensores y al tener una vida útil limitada afectan el tiempo de vida de la red. Soluciones como el uso de baterías de gran tamaño o el reemplazo de ellas no son viables, debido al gran número de sensores que componen la red y a que pueden ser desplegados en zonas de difícil acceso. Esta situación ha motivado que las soluciones para la conservación de la energía en las WSNs se enfoquen en el desarrollo de técnicas que actúen a nivel de las capas física y de enlace de datos, como es el caso de los protocolos de Control de Acceso al Medio (MAC, Medium Access Control). Los protocolos MAC son una de las soluciones ampliamente estudiadas y utilizadas porque permiten un equilibrio entre la conservación de energía y otros parámetros críticos de la red, como el rendimiento, latencia, reducción de colisiones y mensajes de control. También tienen la facilidad de adaptarse a las nuevas aristas de trabajo que surgen al incorporar nuevas tecnologías como lo son los Dispositivos de Recolección de Energía (EHD, Energy Harvesting Device). Otro aspecto que está siendo considerado y estudiado en el diseño de los protocolos MAC es la información que se puede extraer de la batería, ya que al estimar la capacidad disponible de la misma, el mecanismo del Duty Cycling (DuC) puede ser ajustado con el propósito de aumentar la eficiencia energética y por lo tanto, extender la vida útil de la red. Es necesario desarrollar técnicas que incorporen un mecanismo de conservación de energía que integre información de la batería a través de indicadores como el Estado de Carga (SOC, State of Charge) y Estado de Salud (SOH, State of Health) para mejorar la eficiencia energética en WSN. La idea de incorporar información de la batería se debe a que la capa MAC está a cargo de controlar los modos de operación del nodo sensor, lo que está directamente relacionado con la cantidad de corriente exigida a la batería. Conocidos los perfiles de uso de la batería es posible estimar los indicadores SOC y SOH que se han utilizado ampliamente en diversas aplicaciones para conocer la cantidad de energía disponible en la batería y la degradación que ha sufrido la misma. En este trabajo se propuso el desarrollo de un protocolo que actúa en la subcapa MAC y que considera la información de la batería para tomar decisiones con respecto al tiempo activo y de reposo del nodo de sensor, con la finalidad de promover el uso eficiente de la energía y extender la vida útil de la red. Los resultados obtenidos validan esta nueva propuesta de algoritmo y establecer pautas para guiar el diseño de protocolos MAC que se centren en minimizar el consumo de energía teniendo en cuenta los dispositivos de recolección de energía y la información de la batería.

Magíster en Gestión para la Globalización / El objetivo de la presente tesis es presentar un plan de negocios para la implementación de una fábrica de baterías de litio en Chile enfocada en la venta de baterías de litio al mercado latinoamericano y norteamericano. Esto implica definir las especificaciones de la batería que se va a vender en función de futuras necesidades de los clientes, como definir las especificaciones de la fábrica necesaria para realizar la manufactura de la batería. La oportunidad de negocio se presenta ante diversos factores. Por una parte se espera una demanda de baterías de litio de 183 GWh para el 2023 y de 336 GWh para el 2026 a nivel mundial lo que representa más de 5 veces la capacidad actual en menos de 10 años. Esta se ve empujada por la fuerte penetración de vehículos eléctricos. A su vez se estima que en Latinoamérica la demanda generada solo por Vehículos eléctricos será 5GWh el 2023 y crecerá a 12GWh al 2026 y continuará su expansión. Por otra parte, no existen fábricas importantes de baterías de litio en Sudamérica que suplan la demanda futura. Esto abre la oportunidad para que desde Chile se supla la demanda considerando su emplazamiento conectado a pocos días de grandes centros de consumo, su estabilidad económica y política, sus tratados de libre comercio con múltiples economías y su conexión a Asia desde el Pacífico. A su vez posee producción de litio que permite realizar contratos a largo plazo y asegurar el suministro. El mercado objetivo para este proyecto se estima en 16GWh anual al 2026 equivalente a 2.4 billones de dólares. El proyecto considera una inversión de 879.5 millones de dólares que serán invertidos en un periodo de 5 años, partiendo el año 2021 e iniciando su operación el año 2023. Posteriormente continúa la expansión de la fábrica hasta fines del año 2025. La operación del proyecto se considera en un periodo de 23 años. Esta construcción por fase le dará flexibilidad para adecuarse a cambios bruscos de demanda proyectada. El proyecto posee un VAN de $2,2 billones de USD y una TIR del 31%, probando en un primer esfuerzo la viabilidad financiera del proyecto. El análisis de sensibilidad muestra que el proyecto es muy sensible tanto al costo de las materias primas como a la proyección del precio futuro, siendo necesario usar la tecnología más moderna y flexible para adoptar nuevos cambios tecnológicos, como también siendo necesario generar contratos a suministro a largo plazo para eliminar el riesgo del costo de la materia prima. El componente internacional está enfocado por una parte en traer empresas fabricantes de baterías de litio del extranjero a Chile y posteriormente vender baterías en Latinoamérica y Norteamérica. Las principales recomendaciones consideran centrar esfuerzos en generar una agenda política para el fomento a la inversión y al desarrollo del mercado interno considerando metas de penetración de vehículos eléctricos. Logrado esto entonces se puede presentar una oferta atractiva a potenciales inversionistas. A posteriori será necesario entablar relaciones con potenciales proveedores para disminuir los riesgos de suministro. En una siguiente iteración será necesario evaluar la forma óptima de insertarse en la cadena de valor con el fin de minimizar el riesgo de inversionistas y generar dinámicamente la industria.

[EN] The outstanding physico-chemical properties of graphene have gained considerable interest of the scientific community in last years due to the wide variety of applications in which this material could be used. In this doctoral thesis new nanomaterials based on graphene has been developed and their uses in fields such as Li-ion batteries, photocatalytic generation of hydrogen and photovoltaics have been studied. It has been shown that grapene oxide can be combined with other layered materials such as hydrotalcites and, after chemical reduction by pyrolysis, it is possible to obtain hybrid materials (metal oxides-reduced graphene oxide) that can be employed as anodes in Li-ion batteries, since they exhibit interesting properties derived from the combination of their components (chapter 3). A new way to prepare iron oxide nanoparticles embedded in a graphenic matrix has been presented, showing that this composite exhibits a high capacity of energy storage and durability when it is used as an anode in Li-ion batteries (chapter 4). It has been demonstrated that, although graphene oxide acts as an active photocatalysts under UV irradiation, this can be sensitized with dyes and, in particular, with ruthenium tris-2,2'-bipiridine, which can provide photoactivity under visible light for the generation of hydrogen from water (chapter 5). A new method to prepare phosphorous doped graphene has been described. This nanomaterial acts as a photocatalyst and, under certain conditions, is able to generate considerable amount of hydrogen from water using a UV-Vis lamp as an irradiation source. The values of hydrogen generation rate obtained are comparable to those of the most active organic heterogeneous photocatalysts described in the state of the art (chapter 6). A new method to prepare a p-n heterojunction has been presented, which is based on the combination of boron doped graphene and nitrogen doped graphene. This heterojunction is able to generate higher photocurrent and photovoltage than the separated semiconductor components (chapter 7). / [ES] Las extraordinarias propiedades físico-químicas del grafeno han despertado el interés de la comunidad científica en los últimos años debido a las múltiples aplicaciones en las que se podría usar este material. En esta tesis doctoral se han desarrollado nuevos nanomateriales basados en grafeno y se ha estudiado su uso en campos como las baterías de ion-Li, la producción fotocatalítica de hidrógeno y la fotovoltaica. Se ha demostrado que el óxido de grafeno se puede combinar con otros materiales laminares como las hidrotalcitas y que, tras su reducción química por pirólisis, es posible obtener materiales híbridos (óxidos metálicos/óxido de grafeno reducido) que pueden ser empleados como ánodos en baterías de ion-Li, ya que poseen interesantes propiedades derivadas de la combinación de sus componentes (capítulo 3). Se ha presentado una forma novedosa de preparar nanopartículas de óxido de hierro embebidas en una matriz grafénica, estableciendo que este composite posee una elevada capacidad de almacenamiento de carga y durabilidad cuando es empleado como ánodo en baterías de ion-Li (capítulo 4). Se ha comprobado que, aunque el óxido de grafeno es un fotocatalizador activo con luz ultravioleta, éste se puede sensibilizar con colorantes y, en particular, con rutenio tris-2,2'-bipiridilo, el cual le proporciona fotoactividad frente a la luz visible para la generación de hidrógeno a partir de agua (capítulo 5). Se ha descrito un método novedoso de preparar grafeno dopado con fósforo. Este nanomaterial se comporta como fotocatalizador y bajo ciertas condiciones, es capaz de generar cantidades importantes de hidrógeno a partir de agua utilizando lámpara de UV-Vis, midiéndose valores de velocidad de generación de hidrógeno que son comparables con los de los fotocatalizadores orgánicos heterogéneos más activos descritos en el estado del arte (capítulo 6). Se ha presentado una forma novedosa de preparar una heterounión p-n basada en la combinación de grafeno dopado con boro y grafeno dopado con nitrógeno. Esta heterounión es capaz de generar mayor fotocorriente y fotovoltaje que los componentes semiconductores por separado (capítulo 7). / [CAT] Les extraordinàries propietats fisico-químiques del grafè han despertat l'interès de la comunitat científica en els últims anys a causa de les múltiples aplicacions en les que es podria fer servir aquest material. En aquesta Tesi doctoral s'han desenvolupat nous nanomaterials basats en grafè i s'ha estudiat el seu ús en camps com les bateries d'ió-Li, la producció fotocatalítica d'hidrogen i la fotovoltaica. S'ha demostrat que l'òxid de grafè es pot combinar amb altres materials laminars com les hidrotalcites i que, després de la seva reducció química per piròlisi, és possible obtenir materials híbrids (òxids metàl¿lics / òxid de grafè reduït) que poden ser utilitzats com ànodes en bateries d'ió-Li, ja que posseeixen interessants propietats derivades de la combinació dels seus components (capítol 3). S'ha presentat una forma nova de preparar nanopartícules d'òxid de ferro embegudes en una matriu grafénica, establint que aquest composite té una elevada capacitat d'emmagatzematge de càrrega i durabilitat quan és utilitzat com a ànode en bateries d'ió-Li (capítol 4). S'ha comprovat que, tot i l'òxid de grafè és un fotocatalitzador actiu amb llum ultraviolada, aquest es pot sensibilitzar amb colorants i, en particular, amb ruteni tris-2,2'-bipiridil, el qual li proporciona fotoactivitat enfront de la llum visible per a la generació d'hidrogen a partir d'aigua (capítol 5). S'ha descrit un mètode nou de preparar grafè dopat amb fòsfor. Aquest nanomaterial es comporta com fotocatalitzador i sota certes condicions, és capaç de generar quantitats importants d'hidrogen a partir d'aigua utilitzant llum d'UV-Vis, mesurant valors de velocitat de generació d'hidrogen que són comparables amb els dels fotocatalitzadors orgànics heterogenis més actius descrits en l'estat de l'art (capítol 6). S'ha presentat una forma nova de preparar una heterounió p-n basada en la combinació de grafè dopat amb bor i grafè dopat amb nitrogen. Aquesta heterounió és capaç de generar major fotocorrent i fotovoltatge que els components semiconductors per separat (capítol 7). / Latorre Sánchez, M. (2015). Nanomateriales basados en grafeno y su aplicación en nuevos sistemas de energía [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54135 / TESIS