Electrodos de carbón activo para la fabricación de supercondensadores

Abstract

Este trabajo forma parte de una línea de investigación desarrollada por la fundación IMDEA Energía junto con el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología de la Universidad Rey Juan Carlos, en Móstoles (Madrid), en la que se estudia el desarrollo de supercondensadores como sistemas de almacenamiento de energía eléctrica. En estos últimos años, la creciente demanda de nuevos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica ha producido un notable desarrollo de los supercondensadores, también conocidos como condensadores electroquímicos. Los supercondensadores son dispositivos capaces de almacenar energía eléctrica que se caracterizan por una respuesta muy rápida durante los ciclos de carga y descarga, lo que les permite proporcionar una elevada potencia, así como por soportar un tiempo de vida muy largo en ciclos de carga y descarga. Las prestaciones de estos dispositivos dependen en gran medida de las propiedades de los electrodos, siendo necesario un balance entre una elevada conductividad y una gran superficie específica. En el presente trabajo se ha realizado un estudio de las características texturales y químicas de los materiales de carbono y sus propiedades para el almacenamiento de energía en supercondensadores, tratando de obtener los parámetros claves que determinan el funcionamiento de los materiales de carbono en supercondensadores. Por otro lado, el comportamiento electroquímico de los electrodos fue estudiado en prototipos de supercondensadores construidos a escala de laboratorio, sumergidos en electrolitos de ácido sulfúrico, hidróxido de potasio y sulfato potásico. Los ensayos llevados a cabo consistieron en voltametrías cíclicas y ciclos de carga/descarga galvanostática. Así mismo, se estudió la influencia del electrolito y del separador semipermeable en la eficacia del dispositivo. Todo con la finalidad de conseguir un supercondensador con las mejores prestaciones. Los resultados obtenidos muestran que, como es bien sabido, el parámetro más importante en la optimización de supercondensadores es el área superficial del carbono usado como electrodo, siempre y cuando su conductividad sea la apropiada. Sin embargo, también es muy importante el uso de electrolitos y separadores optimizados. En concreto, en el caso de electrolitos acuosos, se ha observado que un pH básico disminuye la ventana de potencial de trabajo debido a una menor estabilidad de los carbonos, mientras que pHs ácidos dan lugar, en algunos casos, a fenómenos pseudocapacitivos. Además, una mayor concentración de electrolito aumenta ligeramente la cantidad de energía acumulada. Así mismo, el uso de diferentes separadores resulta en eficiencias de acumulación/liberación de energía muy dispares. En particular, en los electrolitos acuosos estudiados, los separadores que maximizan la eficiencia del dispositivo son los más hidrofóbicos.