Desarrollo de compuestos de óxidos mixtos para su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía
El aumento de la demanda energética y los problemas asociados al uso de combustibles fósiles han incentivado la búsqueda de tecnologías que permitan el aprovechamiento de fuentes renovables y el uso eficiente de la energía. En ese sentido, se ha promovido el desarrollo de sistemas híbridos de a...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Artículo revista |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería.
2024
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | Ponce, M. F.(2024). Desarrollo de compuestos de óxidos mixtos para su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía [Tesis de doctorado]. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina. |
| Aporte de: |
| Sumario: | El aumento de la demanda energética y los problemas asociados al uso de combustibles fósiles han incentivado la búsqueda de tecnologías que permitan el aprovechamiento de fuentes renovables y el uso eficiente de la energía. En ese sentido, se ha promovido el desarrollo de sistemas híbridos de almacenamiento de energía, en los cuales los supercapacitores cumplen un rol muy importante. Estos se destacan por su alta densidad de potencia y su capacidad de soportar miles de ciclos de carga-descarga, aportando energía al sistema durante los picos de demanda y protegiendo a las baterías de sobrecargas.Existen numerosos tipos de supercapacitores con diferentes geometrías, tamaños, materiales de electrodo y electrolitos. El material de electrodo define el mecanismo de almacenamiento de carga, y las investigaciones se han enfocado en el desarrollo de materiales más eficientes para aumentar la capacitancia específica, reduciendo el peso y el volumen de los dispositivos. La tendencia actual es la síntesis de materiales compuestos que combinen mecanismos capacitivos de doble capa con pseudocapacitancia, utilizando métodos de síntesis amigables con el medioambiente.Entre los materiales pseudocapacitivos más estudiados se encuentran los polímeros conductores y los óxidos de metales de transición, mientras que los materiales carbonososson los más conocidos por su capacitancia de doble capa. En esta Tesis se caracterizaron óxidos mixtos previamente sintetizados y estudiados como material catalítico, teniendo en cuenta que sus características como las valencias mixtas, las vacancias de oxígeno y la superficie específica podrían aportar buenas propiedades de almacenamiento de carga. Se analizaron óxidos de cerio y óxidos de cerio dopado con Ni, y perovskitas dobles La2BMnO6(B = Co, Cu, Ni). También se sintetizaron y caracterizaron perovskitas dobles La2-xSrxCuMnO6(x = 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 1,0), para estudiar el efecto de la sustitución del Sr en las propiedades, y la ferrita CoFe2O4y el compuesto CoFe2O4-C, para analizar el efecto del agregado de carbono. Además, se sintetizó carbón activado como material capacitivo, el cual fue obtenido con un método sustentable a partir de residuos de la poda de olivo.Los materiales se caracterizaron mediante técnicas fisicoquímicas como microscopía electrónica, difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier, análisis termogravimétrico e isotermas de adsorción, y mediante técnicas electroquímicas en una configuración de tres electrodos. Se obtuvieron capacitancias de 8,94 y 9,96 F/g para los óxidos previamente sintetizados Ce0,85Ni0,15O2y La2CoMnO6, respectivamente. Entre los materiales sintetizados en esta Tesis, se obtuvieron valores
máximos de 288, 548,1 y 405,8 F/g para el óxido La1,8Sr0,2CuMnO6, el compuesto CoFe2O4-C y el carbón activado de poda de olivo, respectivamente. Estos tres últimos fueron utilizados para construir supercapacitores de estado sólido, utilizando una membrana polimérica de PVA/KOH como separador/electrolito.Se construyeron 6 supercapacitores simétricos de doble capa con el carbón activado yse optimizó la síntesis de la membrana separadora. Además, se ensamblaron 12 supercapacitores híbridos, simétricos y asimétricos, combinando en diferentes proporciones el carbón activado con la perovskita La1,8Sr0,2CuMnO6o con el compuesto CoFe2O4-C. Losdispositivos se caracterizaron en una configuración de dos electrodos, y se obtuvieron capacitancias máximas de 1,15 F (53,3 F/g),1,62 F (43,2 F/g) y 2,23 F (69,8 F/g) para supercapacitores simétricos de carbón activado, perovskita con carbón activado y compuesto ferrita-carbono con carbón activado, respectivamente.Se realizó la simulación de un sistema híbrido formado por una batería y un banco de supercapacitores, diseñado a partir de los dispositivos desarrollados. Se utilizó un modelo de simulación previamente aplicado a un auto eléctrico, modificando la demanda de potencia en función de los requerimientos de un robot autónomo de adquisición de datos. Los resultados obtenidos indican que los supercapacitores basados en óxidos mixtos y materiales carbonosos, desarrollados en esta Tesis, podrían utilizarse en sistemas híbridos para aplicaciones tecnológicas como la robótica, la movilidad eléctrica y elalmacenamientode energías renovables. |
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