Materiales de carbono nanoestructurados obtenidos por extracción selectiva del carburo de vanadio (VC) para su implementación en condensadores electroquímicos de doble capa

Abstract

En el presente trabajo de Tesis se obtuvieron ocho materiales de carbono derivados del carburo de vanadio (VC), mediante la reacción de cloración en condiciones controladas de temperatura y tiempo de reacción. Las muestras de carbono obtenidas, se modificaron superficialmente (funcionalización y exfoliación) a diferentes temperaturas (300, 400, 500 y 600 °C) y se analizaron microestructuralmente por difracción de rayos X de polvo y espectroscopia RAMAN, mostrando que son materiales desordenados con dominios grafíticos entre 1.29 y 1.36 nm, siendo estas medidas las capas de grafeno empacadas y las celdas unitarias en la dirección de la estructura del grafito hexagonal. La química superficial se analizó con espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier, la cual mostró la presencia de enlaces CO-H, C=C, C=O y Si-O que están relacionados con los grupos hidroxilo, ácidos carboxílicos, compuestos aromáticos y óxido de silicio. Las propiedades texturales de las muestras tanto exfoliadas como funcionalizadas se estudiaron por adsorción/desorción de nitrógeno a 77K, presentando valores de área entre 701.05 m2/g a 1488.55 m2/g para las muestras de carbono obtenidas a partir de la activación con agente químico (KOH) y 701.9 m2/g hasta 1988.71 m2/g para las muestras exfoliadas por el método de HUMMERS modificado. Adicionalmente, se diseñaron y fabricaron electrodos para analizar el comportamiento electroquímico de las muestras, las cuales mostraron valores de capacitancia entre 84 F/g y 226 F/g para las muestras de carbono activadas y valores entre 82 F/g hasta 221 F/g para las muestras de carbono exfoliadas. Posteriormente, los datos de capacitancia se relacionaron con los diagramas Nyquist, mostrando mayor resistencia al paso de corriente eléctrica las muestras exfoliadas en comparación con las muestras funcionalizadas. Por lo que, las muestras de carbono tanto funcionalizados como exfoliados dieron datos importantes en términos de capacidad en el almacenamiento de energía, en comparación con los EDLC fabricados a partir de grafito o carbón activado, pero, se pueden contrastar con los fabricados a partir de nanotubos de carbono o aerogeles que son también nanoestructuras de carbono obtenidas de diversos precursores.