Almacenamiento de energía eléctrica en materiales carbonosos y materiales compuestos carbón/polímero conductorsupercondensadores y almacenamiento electroquímico de hidrógeno

Resumen

El objetivo de esta Tesis es la preparación y caracterización de materiales carbonosos porosos útiles para el almacenamiento de energía eléctrica tanto en forma electrostática como farádica. En la primera parte de la Tesis se analiza la capacidad de los condensadores electroquímicos basados en materiales carbonosos porosos dependiendo de sus propiedades tecturales y químicas. Es importante destacar que en este capítulo se estudia el comportamiento de los materiales a una densidad de corriente muy pequeña, para así, estudiar el proceso global de carga/descarga independientemente de la cinética del mismo. Complementariamente, se analiza la pérdida de capacidad que tiene lugar en los materiales carbonosos porosos cuando la velocidad del proceso es elevada. Se ha relacionado esta pérdida de capacidad con la textura porosa del material y la distribución de tamaños de poro. En la segunda parte del trabajo se analiza la contribución farádica a la capacidad de ciertas especies químicas presentes en el material carbonoso estudiado. En este punto se describe la contribución de los grupos oxigenados superficiales a la capacidad mediante las reacciones de oxidación/reducción que les son propias. Además, se describe el comportamiento de los materiales compuestos material carbonoso/polianilina, habiéndose polimerizado esta última electroquímicamente sobre el material carbonoso. Se ha demostrado que, en general, los materiales compuestos carbón/polianilina presentan mejor comportamiento como supercondensadores que la suma de los componentes por separado. Puesto que desde el punto de vista aplicado, es mucho más sencillo preparar la polianina químicamente que electroquímicamente, una vez que se ha comprobado el efecto sinérgico existente entre el carbón y la polianilina para esta aplicación, se han preparado materiales compuestos carbón/polianilina, habiéndose polimerizado esta última químicamente. Los electrodos se prepararon a partir de un solo material carbonoso de área específica elevada y polianilina, utilizando dos métodos diferentes: mezclado directo y polimerización sobre el carbón. La última parte de la Tesis estudia la aplicación del carbón activado para el almacenamiento de energía eléctrica de forma farádica. Se trata de la electrodescomposición del agua en medio alcalino en condiciones catódicas. El agua se reduce en el cátodo a hidrógeno, que es retenido en la estructura del carbón. Este proceso ha sido estudiado con anterioridad, pero la novedad de este trabajo, es la aportación de la evidencia experimental (mediante Raman in-situ) de que el hidrógeno retenido forma un enlace C-H con los sitios más reactivos de la estructura carbonosa.