Electrodos de materiales carbonosos dopados para aplicaciones energéticas

Abstract

Los materiales carbonosos han sido ampliamente estudiados y utilizados en diferentes aplicaciones debido a que poseen excelentes propiedades, tales como alta área superficial específica, distribución de tamaños de poro y química superficial fácilmente modificable, resistencia química y térmica elevadas, baja densidad; además de permitir la posibilidad de obtener diferentes estructuras y conformaciones. Una de las áreas donde juegan un papel importante es en la producción y almacenamiento de energía eléctrica, donde en dispositivos como las pilas de combustible y los supercondensadores resaltan por presentar elevadas potencias y por ser ambientalmente limpios. Sin embargo, aspectos como la porosidad, la química superficial y la conductividad deben tenerse en cuenta en el momento de elegir el tipo de material carbonoso a utilizar ya que impactan directamente en su desempeño y eficiencia. Una manera de mejorar estas características es el uso de materiales carbonoso dopados. Este dopado puede darse por la presencia de heteroátomos como el nitrógeno, y puede obtenerse mediante la carbonización de un precursor que ya posea nitrógeno en su estructura. Es por esto que se ha seleccionado un polímero rico en nitrógeno como el polipirrol (PPy) como precursor para producir materiales carbonosos porosos dopados con dicho heteroátomo. El polipirrol es uno de los polímeros conductores más ampliamente estudiados para aplicaciones electroquímicas, ya que posee características como: alta conductividad y alta estabilidad ambiental y térmica. En esta tesis se ha sintetizado el PPy a través de métodos químicos y electroquímicos. Posteriormente, se ha tratado térmicamente para producir dos diferentes materiales carbonosos. Adicionalmente, se obtuvieron materiales híbridos mediante la adsorción de diferentes concentraciones del monómero de pirrol sobre una fibra de carbón activada comercial. Luego de ser sometidos a una oxidación química del monómero, se prepararon materiales dopados con nitrógeno mediante carbonización a dos temperaturas diferentes.