Desarrollo de supercapacitores sustentables fabricados con materiales porosos y plásticos de desecho masivo

Abstract

"En este trabajo de tesis se realizó el diseño, construcción y evaluación electroquímica de dispositivos de almacenamiento de energía, supercapacitores (SC´s). Los dispositivos construidos fueron desarrollados con materiales porosos que incorporan elementos redox para aumentar el rendimiento electroquímico de los supercapacitores. En la primer parte del trabajo reportamos una estructura porosa de TiO2 dopada con nitrógeno y decorada con plata, Ag-N-TiO2, este sistema presenta resultados de capacitancia y densidad de energía de 208.3 F g-1 y 41.6 Wh Kg-1 respectivamente. Además, el dispositivo exhibe un voltaje de operación de 1.91 V después de 10 horas de descarga. Una parte fundamental del trabajo es que los SC´s sean sostenibles y amigables con el medio ambiente, por lo tanto, se desarrollaron dispositivos utilizando un desecho que tomó mucha relevancia a nivel mundial como lo fueron los cubrebocas. Los SC´s fabricados con la perovskita que actuó como material redox (Ca3Co4O9-δ) produjeron sobresalientes valores de capacitancia de 1706.2 F g-1, además, el valor de densidad de energía fue de 208.4 Wh Kg-1. Esta investigación aporta significativamente al conocimiento, diseño e innovación de dispositivos supercapacitores para sustituir en un futuro cercano las baterías de ion-litio que es la tecnología más usada en el campo de almacenamiento de energía."

"In this thesis, the design, construction, and electrochemical evaluation of energy storage devices, supercapacitors (SCs), were carried out. The constructed devices were developed with porous materials that incorporate redox elements to enhance the electrochemical performance of supercapacitors. In the first part of the work, we report on a porous structure of nitrogen-doped and silver-decorated TiO2, Ag-N-TiO2. This system shows capacitance and energy density results of 208.3 F g-1 and 41.6 Wh Kg-1, respectively. Additionally, the device exhibits an operating voltage of 1.91 V after 10 hours of discharge. A fundamental aspect of this work is ensuring that SCs are sustainable and environmentally friendly. Therefore, devices were developed using a waste material that gained significant global attention, namely, face masks. The SCs manufactured with perovskite acting as the redox material (Ca3Co4O9-δ) produced outstanding capacitance values of 1706.2 F g-1. Furthermore, the energy density value was 208.4 Wh Kg-1. This research significantly contributes to the knowledge, design, and innovation of supercapacitor devices, aiming to replace lithium-ion batteries, which are currently the most widely used technology in the field of energy storage, in the near future."