Fabricación de electrodos a partir de carbones en polvo

Abstract

Este trabajo forma parte de un proyecto de investigación desarrollado 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 (Campus de Móstoles, Madrid), en el que se estudia la fabricación y desarrollo de electrodos a partir de distintos carbones en polvo como dispositivos de almacenamiento de energía. En este último siglo, la humanidad ha incrementado su nivel de desarrollo notablemente, y como consecuencia directa, la demanda energética ha sufrido un crecimiento exponencial. La problemática actual reside en que dicha demanda de energía se cubre principalmente con recursos convencionales, limitados y de gran impacto ambiental, que cada vez más se intentan sustituir por recursos renovables, de menor impacto ambiental pero con un gran inconveniente: su discontinuidad. Esta desventaja abre una importante línea de estudio a los dispositivos de almacenamiento de energía, que permiten mantener el equilibrio entre la demanda energética y la generación de energía a partir de fuentes renovables. En estos últimos años, esta creciente demanda de nuevos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica ha producido un importante desarrollo en el campo de los supercondensadores, dispositivos capaces de almacenar energía eléctrica que se caracterizan por proporcionar una respuesta muy rápida durante los ciclos de carga y descarga, que desarrollan una gran potencia, soportan un tiempo de vida considerablemente largo y cuyas prestaciones dependen en gran medida de las propiedades de los electrodos. Los materiales de electrodo más empleados son materiales carbonosos de elevada área superficial y buena conductividad. Sin embargo, la optimización de dichos materiales de electrodo sigue siendo un tema al que se dedican grandes esfuerzos. En la presente memoria se ha estudiado el comportamiento de carbones en diferentes medios, pudiéndose distinguir dos etapas. En primer lugar, la fabricación de los electrodos a partir de distintos carbones en polvo, etapa en la que aún existiendo abundante bibliografía ha sido necesario explorar la influencia de diversas variables y parámetros hasta conseguir un electrodo estable y homogéneo. Se destacan, entre muchas otras, las proporciones de carbones y aglomerantes, el prensado y los soportes empleados, variables que finalmente se reflejan en la resistencia eléctrica y mecánica que desarrolla el electrodo al sumergirlo en distintos medios líquidos. En segundo lugar, el estudio del comportamiento electroquímico de los electrodos fabricados en dichos medios, así como el rendimiento desarrollado por los mismos, consecuencia directa del estudio realizado en la primera etapa de este proyecto. Los resultados obtenidos muestran que los parámetros más importantes en la fabricación de electrodos de carbón son las características de partida del carbón a utilizar, la mezcla con carbones de mayor conductividad, las proporciones respecto al aglomerante, el tipo de soporte y la presión de prensado. La optimización de todos estos factores ha permitido hasta la fecha el desarrollo de dispositivos supercondensadores que, individualmente, llegan a un voltaje de 2,5 V y 4 F de capacidad.