Desarrollo de supercapacitores utilizando aleaciones metálicas y compuestos de carbono

Abstract

“Desarrollo de supercapacitores utilizando aleaciones metálicas y compuestos de carbono” es el título de este trabajo de tesis. En el cual se realizó el diseño, construcción y evaluación electroquímica de dispositivos supercapacitores (SC) flexibles construidos con electrodos de aluminio de latas recicladas, nanotubos de carbono (CNTs) y aleaciones metálicas de MnCoGe dopadas con boro (B) o galio (Ga). Se demostró que la adición de estas aleaciones metálicas aumenta la capacitancia específica y otras propiedades electroquímicas de los CNTs. Además, se pudo constatar que los dispositivos SC fabricados a partir de residuos metálicos de lata de aluminio muestran un viable desempeño electroquímico. Entre los dispositivos SC, el dispositivo que contiene la aleación dopada con B (MCGB-SC) mostró la mayor capacitancia específica (862 F g-1) y la mayor densidad de energía (269.5 Wh kg-1), 32 % mayor que el dispositivo elaborado con aleación dopada con Ga (MCGGa-SC). En comparación con otros dispositivos SCs reportados previamente, MCGB-SC presenta una capacitancia específica hasta 23.6 veces mayor. Un dispositivo fue sumergido en agua de lavadora y solución ácida, para demostrar su resistencia a ambientes con distintos pH. Se realizaron análisis adicionales, como XPS, UV-VIS y RAMAN, que revelaron la presencia de vacancias de oxígeno y se proponen como responsables del incremento del almacenamiento de carga en conjunto con otras posibles especies Redox.

""Development of Supercapacitors using Metal Alloys and Carbon Compounds" is the title of this thesis work. In this study, the design, construction, and electrochemical evaluation of flexible supercapacitor (SC) devices were carried out using recycled aluminium can electrodes, carbon nanotubes (CNTs), and MnCoGe alloy doped with boron (B) or gallium (Ga). It was demonstrated that the addition of these metal alloys significantly increases the specific capacitance and other electrochemical properties of CNTs. Furthermore, it was confirmed that SC devices fabricated from aluminium can waste are feasible and exhibit remarkable electrochemical performance. Among the assembled SC devices, the SC made with B doped alloy (MCGB-SC) showed the highest specific capacitance (862 F g-1) and energy density (269.5 Wh kg-1), 32 % higher than the SC made with Ga doped alloy (MCGGa-SC). Compared to previously reported SC devices, the MCGB-SC exhibited a specific capacitance up to 23.6 times higher. Additionally, MCGGa-SC demonstrated excellent capacitance retention, with a retention rate of 97.0 % after 1000 charge-discharge cycles. The devices were immersed in washing machine water and acidic solution to demonstrate their resistance to different pH environments. Additional analyses, such as XPS, UV-VIS, and Raman, revealed the presence of oxygen vacancies, which are proposed to be responsible for improved charge storage along with other possible redox species."