Desarrollo de materiales nanoestructurados basados en óxidos de Manganeso con uso potencial en electrodos para dispositivos de almacenamiento de energía = Development of nanostructured materials based on Manganese oxides with potential use in electrodes for energy storage devicesud

摘要

Actualmente, el calentamiento global ha motivado la búsqueda de nuevas alternativas tecnológicas basadas en el aprovechamiento de las distintas fuentes de energía renovable y limpia. Como una solución promisoria frente a los problemas ambientales generados principalmente por la quema de combustibles fósiles se ha propuesto almacenar parte de la energía generada, lo que motiva el desarrollo de dispositivos de almacenamiento energético con propiedades mejoradas como la capacitancia específica conocidos como supercapacitores. En este trabajo, a través de un método de química suave se sintetizó un MnOx.nH2O laminar tratado con rutenio que presenta un uso potencial en electrodos de supercapacitores. La caracterización de los materiales se realizó por medio de Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido con Energía Dispersiva de Rayos X (SEM-EDS), análisis de área superficial BET, volumen y tamaño de poro por adsorción de N2 y voltametría cíclica (VC). A través de VC, se evaluó la capacitancia específica de los materiales obtenidos, usando una configuración de electrodo compuesto modificado de pasta de carbón en forma de pastilla. Un RuOx.xH2O fue preparado como patrón de comparación. Su comportamiento electroquímico usando un electrolito suave y neutro se comparó con el de MnOx.nH2O obtenido. Se puede considerar que con la tercera y la sexta parte del rutenio empleado para sintetizar el RuOx.xH2O de comparación es posible lograr materiales que presentan una capacitancia específica ligeramente mayor que la mitad del valor logrado por éste, mientras que utilizando 1/13 parte es posible lograr una capacitancia específica algo menor que una cuarta parte de la exhibida por el RuOx.xH2O, bajo las mismas condiciones experimentales. El desempeño pseudocapacitivo respecto al uso eficiente del rutenio incorporado es cerca de 1.5, 2.8 y 3.7 veces mejor para los MnOx.nH2O intercambiados con rutenio comparados con RuOx.xH2O, bajo las condiciones experimentales usadas en este estudio, sin usar electrolitos ácidos muy concentrados. Esta investigación puede abrir las puertas a un arreglo alternativo de un material basado en un óxido de manganeso intercambiado con rutenio que tiene una capacitancia específica mejorada respecto a la forma simple de ambos óxidos: de manganeso y de rutenio, bajo las condiciones experimentales usadas en este estudio / Abstract: Currently, global warming has motivated looking for technological alternatives to reduce power consumption based on using different types and strategies of renewable and clean energy sources. A promising solution to environmental problems by burning fossil fuels consists of storing part of the generated energy mainly from these alternative energy sources. Therefore, recent investigations are being focused on improving of properties as specific capacitance for motivates the development of energy storage devices known as supercapacitors. This research presents a laminated – form MnOx.H2O exchanged with Ruthenium synthesized from a soft chemical method know as Double-Aging Method. MnOx.H2O exchanged with Ruthenium has a potential use in electrodes for supercapacitors. Material characterization was performed applying the techniques as X –ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive X – ray (SEM – EDS), BET surface area, pore volume and size through N2 adsorption and Cyclic Voltammetry (CV). We have evaluated the specific capacitance of our materials by using a carbon paste modified composite electrode configuration in bulk cylindrical pastille form. The RuOx.xH2O was synthesized as a comparison material. Its electrochemical behavior using a mild neutral electrolyte was compared with our MnOx.H2O exchanged with Ruthenium. We can use a third and a sixth part of Ruthenium amount used to synthesize RuOx.xH2O and achieve a MnOx.H2O with Ruthenium incorporated that exhibit a specific capacitance slightly more than its half-specific capacitance. Using a 1/13 part of Ruthenium amount used to synthesize RuOx.xH2O is possible to achieve a material based on MnOx.H2O with a specific capacitance slightly less than a quarter of its specific capacitance, all experiments made under the same experimental conditions. Pseudocapacitive performance regarding the efficient use of incorporated ruthenium into MnOx.H2O is about 1.5, 2.8 and 3.7 times better than into RuOx.xH2O, under experimental conditions used in this study: without using highly concentrated acid electrolytes. This research can open the doors to an alternative arrange of a material based on a new Manganese Oxide exchanged with Ruthenium having an improved specific capacitance regarding the simple form of both oxides, under experimental conditions used in this research.