Optimización del Tratamiento Químico y Térmico de Esferas de Carbono para Mejorar su Rendimiento como Supercapacitores

Abstract

"In this work, a systematic study was carried out on the effect of temperature on the oxidation process of carbon spheres (CSs) to improve their capacitive performance. CSs were treated from naphthalene with HNO3 and H2SO4 at different concentrations and bath temperatures to increase oxygenated groups and specific surface area. Treatment with HNO3 at 100 °C effectively anchored the oxygenated groups and generated high microporosity without destroying the structural integrity of the CSs, while H2SO4 did not significantly change the oxygen functional groups or the generation of micropores and mesopores. However, the acid mixture at 100 °C was more aggressive, partially destroying the CSs and generating coalescence, which considerably increased the surface area and pore size distribution. This resulted in a substantial improvement in specific capacitance due to an increase in the contributions of electrical double layer (EDLC) and pseudocapacitance (PC). On the other hand, CSs from soybean oil treated with an acid bath at 100 °C, such as CsS-tT (Cspc = 51 F g-1), Cs19-tT (Cspc = 91 F g-1) and CsN-tT (Cspc = 103 F g-1), showed higher capacitance than their non-heat treated counterparts, such as CsST (Cspc = 44 F g-1), Cs19T (Cspc = 54 F g-1) and CsNT (Cspc 72 F g-1). In chapter 3, it is highlighted that the naphthalene CSs chemically activated at 100 °C presented better capacitive performance. In chapter 4, it is observed that chemically activated and heat-treated soybean oil and soybean CSs showed remarkable stability and increased capacitance with the charge and discharge cycles (GCD), due to the increase in oxygenated groups responsible for redox reactions. The most significant case was the CsN-tT sample, whose capacitance increased by 38% (Cspc = 142 F g-1) after 1000 GCD cycles. This study concludes that the use of temperature during the acid bath significantly improves the performance of CSs for use as supercapacitors."

"En este trabajo se realizó un estudio sistemático sobre el efecto de la temperatura en el proceso de oxidación de esferas de carbono (CSs) para mejorar su rendimiento capacitivo. Se trató las CSs a partir de naftaleno con HNO3 y H2SO4 a diferentes concentraciones y temperaturas de baño para aumentar los grupos oxigenados y el área superficial específica. El tratamiento con HNO3 a 100 °C ancló eficazmente los grupos oxigenados y generó alta microporosidad sin destruir la integridad estructural de las CSs, mientras que H2SO4 no cambió significativamente los grupos funcionales de oxígeno ni la generación de microporos y mesoporos. Sin embargo, la mezcla de ácidos a 100 °C fue más agresiva, destruyendo parcialmente las CSs y generando coalescencia, lo que aumentó considerablemente el área superficial y la distribución del tamaño de poro. Esto resultó en una mejora sustancial en la capacitancia específica debido a un aumento en las contribuciones de la doble capa eléctrica (EDLC) y la pseudocapacitancia (PC). Por otro lado, las CSs a partir de aceite de soya tratadas con un baño ácido a 100 °C, como CsS-tT (Cspc = 51 F g-1), Cs19-tT (Cspc = 91 F g-1) y CsN-tT (Cspc = 103 F g-1), mostraron mayor capacitancia que sus contrapartes sin tratamiento térmico, como CsST (Cspc = 44 F g-1), Cs19T (Cspc = 54 F g-1) y CsNT (Cspc 72 F g-1). En el capítulo 3, se destaca que las CSs de naftaleno activadas químicamente a 100 °C presentaron mejor rendimiento capacitivo. En el capítulo 4, se observa que las CSs de aceite de soya químicamente activadas y tratadas térmicamente mostraron una notable estabilidad y aumento de la capacitancia con los ciclos de carga y descarga (GCD), debido al incremento de grupos oxigenados responsables de las reacciones redox. El caso más significativo fue la muestra CsN-tT, cuya capacitancia aumentó en un 38% (Cspc = 142 F g-1) después de 1000 ciclos GCD. Este estudio concluye que el uso de temperatura durante el baño ácido mejora significativamente el rendimiento de las CSs para su uso como supercapacitores."