Evaluación del desempeño electroquímico de electrodos para supercondensadores obtenidos a partir de óxido de grafeno activado

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ELECTROQUÍMICO DE ELECTRODOS PARA SUPERCONDENSADORES OBTENIDOS A PARTIR DE ÓXIDO DE GRAFENO ACTIVADO YEIXON QUINTERO MARTÍNEZ 1 SARA NATALIA HERRERA PENAGOS 2 ZULAMITA ZAPATA-BENABITHE 3 DANIEL ISIDORO ARANGO CÁRDENAS 4 PATRICIA BLANCO VELASCO 5 RICARDO SANTAMARÍA RAMÍREZ 6 LUIS JAVIER CRUZ RIAÑO 7 RESUMEN En esta investigación se evaluó la incidencia de la activación con hidróxido de potasio (KOH) de óxidos de grafeno reducidos térmicamente (TRGOs-KOH), sobre su desempeño electroquímico como electrodos para supercondensadores en H2SO4 1 M. Se estudió la relación de impregnación KOH/TRGOs (RI 2:1p/p, 4:1p/p y 10:1p/p), y la temperatura de activación (600°C, 700°C, y 800°C). Los materiales fueron caracterizados por análisis elemental, espectroscopia fotoelectrónica de rayos-X (XPS), microscopía electrónica de barrido, fisisorción de nitrógeno a 77K, voltametría cíclica, cronopotenciometría y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Conforme aumentó la RI para cada temperatura, se incrementaron los valores para el área superficial específica (SBET), alcanzando valores hasta de 1381 m2/g de SBET. Las capacidades gravimétricas (CEIS) de los TRGOs-KOH variaron entre 18 F/g y 51 F/g. Desde el XPS se observó que a RI 2:1 y 4:1 disminuyó la CEIS con el incremento de la temperatura a pesar del aumento del SBET, debido a la pérdida de grupos funcionales oxigenados superficiales por efectos térmicos. En la RI de 10:1 no hay una tendencia clara del efecto del KOH sobre la CEIS. A 800°C, se incrementa significativamente la relación (C/O)XPS, por la volatilización de grupos oxigenados presentes durante las reacciones a altas temperaturas. PALABRAS CLAVE: Almacenamiento de energía, Supercondensadores, Activación química, Óxidos de grafeno reducidos. 1 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected] 2 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected] 3 Grupo de Energía y Termodinámica, UPB-Medellín, zula[email protected]u.co 4 Grupo de Energía y Termodinámica, UPB-Medellín, danielisidoro[email protected]u.co 5 Grupo de Materiales Compuestos, Instituto Nacional del carbón, INCAR-CSIC, [email protected] 6 Grupo de Materiales Compuestos, Instituto Nacional del carbón, INCAR-CSIC, r[email protected] 7 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected] ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF SUPERCAPACITORS ELECTRODES OBTAINED BY ACTIVATED GRAFENE OXIDE YEIXON QUINTERO MARTÍNEZ 1 SARA NATALIA HERRERA PENAGOS 2 ZULAMITA ZAPATA-BENABITHE 3 DANIEL ISIDORO ARANGO CÁRDENAS 4 PATRICIA BLANCO VELASCO 5 RICARDO SANTAMARÍA RAMÍREZ 6 LUIS JAVIER CRUZ RIAÑO 7 ABSTRACT In this paper, the incidence of activation with potassium hydroxide (KOH) of thermally reduced graphene oxides (TRGOs-KOH), on their electrochemical performance as electrodes for supercapacitors in 1 M H2SO4 was evaluated. The KOH/impregnation ratio TRGOs (RI 2:1p/p, 4:1p/p and 10:1p/p), and the activation temperature (600°C, 700°C, and 800°C), were studied. The materials were characterized by elemental analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy, nitrogen physisorption at 77K, cyclic voltammetry, chronopotentiometry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Since the IR increased for each temperature, the values for the specific surface area (SBET) were increased reaching values up to 1381 m2/g of SBET. The gravimetric capacities (CEIS) of the TRGOs-KOH varied between 18F/g and 51F/g. From the XPS it was observed that at RI 2:1 and 4:1 the CEIS decreased as the temperature rises despite the increase in SBET, because of the loss of superficial oxygenated functional groups due to thermal effects. In the IR of 10:1 there is no clear trend of the effect of KOH on the CEIS. At 800°C, the (C/O)XPS ratio is significantly increased, due to the volatilization of oxygenated groups present during the reactions at high temperatures. PALABRAS CLAVE: Energy storage, Supercapacitors, Chemical activation, Reduced graphene oxides. 1 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected] 2 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected] 3 Grupo de Energía y Termodinámica, UPB-Medellín, zula[email protected]u.co 4 Grupo de Energía y Termodinámica, UPB-Medellín, danielisidoro.ar[email protected] 5 Grupo de Materiales Compuestos, Instituto Nacional del carbón, INCAR-CSIC, patricia.b[email protected] 6 Grupo de Materiales Compuestos, Instituto Nacional del carbón, INCAR-CSIC, r[email protected] 7 Grupo de Investigación sobre Nuevos Materiales, UPB-Medellín, [email protected]