Evaluación de supercapacitores basados en fibras de carbono modificadas con polianilina y óxido de manganeso

• Autor: Cerrón Calle, Gabriel Antonio
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2022
• Institución: Universidad Nacional de Ingeniería
• Repositorio: UNI-Tesis
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:cybertesis.uni.edu.pe:20.500.14076/28449
• Enlace del recurso: http://hdl.handle.net/20.500.14076/28449
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Carbón; Electrodos; Baterías; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#1.04.03

En las últimas décadas se han realizado avances significativos para la generación de sistemas energéticos renovables, sustentables, accesibles y estables. El desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía se divide en dos dispositivos: baterías y capacitores. Las baterías son dispositivos que almacenan elevada cantidad de energía, pero presentan baja potencia. Por otro lado, los capacitores son sistemas de elevada potencia, pero de baja energía almacenada respecto a las baterías. Recientemente, el desarrollo de supercapacitores (capacitores con elevada cantidad de energía) ha incrementado la aplicación de los capacitores en sistemas eléctricos. Sin embargo, los capacitores tienen limitaciones debido a los mecanismos de almacenamiento que presentan: capacitancia por doble capa eléctrica y pseudocapacitancia. Materiales carbonosos como fibra de carbón (FC) se caracterizan por mecanismos de doble capa eléctrica. Mientras que, polímeros conductores (i.e., polianilina) y óxidos metálicos (i.e., MnO2) presentan pseudocapacitancia. Supercapacitores preparados con materiales de bajo costo y con elevadas capacitancias son importantes para competir con sistemas ya establecidos en la industria. Esto se puede lograr empleando diferentes materiales que presenten una sinergia entre sus mecanismos de almacenamiento de energía. En este trabajo se presenta la preparación electroquímica por voltamperometría cíclica de polianilina (PANI) y óxido de manganeso (MnO2) sobre fibra de carbón (FC). La cantidad apropiada de material sobre la FC se evaluó variando la cantidad de ciclos y velocidad de barrido durante la electrosíntesis. La caracterización estructural y morfológica se realizó mediante difracción de rayos-X, espectroscopía Raman, espectroscopía infrarroja, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de energía dispersiva de rayos- X. Estas caracterizaciones confirman la presencia de PANI y MnO2 sobre la FC sin el uso de fijadores o aglutinantes. La evaluación electroquímica de los electrodos se realizó empleando voltamperometría cíclica y curvas de carga-descarga galvanostática en un sistema de tres electrodos. La capacitancia específica evaluada por voltamperometría cíclica en 0.5 mol L-1 H2SO4 a 5 mV s-1 de FC-PANI-MnO2 es 1.7 veces la capacitancia especifica de la FC con 276 F g-1. El efecto sinérgico de la PANI y el MnO2 se comprueba con los sistemas FC-PANI (244 F g-1) y FC-MnO2 (228 F g-1) evaluados a las mismas condiciones. La evaluación por carga- descarga galvanostática en 0.5 mol L-1 H2SO4 a 1 A g-1 de FC-PANI-MnO2 es 1.5 veces la capacitancia especifica de la FC con 380 F g-1.