Supercapacitores hechos con electrodos de grafeno, arena negra de playa y agua de mar; una opción sostenible/natural para el almacenamiento de energía.

Abstract

En este trabajo se fabricaron supercapacitores utilizando arena negra de playa rica en silicio y magnetita, la cual fue utilizada como polvo redox. Además, se estudió el efecto de dos electrolitos: agua de mar y mezcla de PVA/H3PO4 (acido) para evaluar el rendimiento de los supercapacitores. Las caracterizaciones electroquímicas revelaron que el dispositivo fabricado con electrolito ácido y y la arena negra de playa alcanzó una capacitancia especifica de 668,66 F/g y una densidad de energía de 92,7 Wh/kg, mientras que el dispositivo fabricado con electrolito de agua de mar y la arena negra de playa produjo una capacitancia y una densidad de energía de 282,24 F/g y 39,2 Wh/kg, respectivamente. Se fabricaron dispositivos supercapacitores de referencia sin polvo de arena negra de playa, pero con los electrolitos ácido y agua de mar. Estos dispositivos produjeron capacitancias mucho menores de 54–94,1 F/g. Por lo tanto, la adición de la arena negra de playa a los supercapacitores como polvo redox aumentó la capacitancia entre 6 y 11,3 veces. Según los análisis XPS/Raman, el polvo de redox contenía defectos de vacancia de oxígeno, especies de Si4+ y Fe²⁺/Fe³⁺, que funcionaron como centros redox para el almacenamiento de carga. En consecuencia, los dispositivos hechos con la arena negra de playa tenían CV con picos redox intensos, mientras que los dispositivos hechos sin la arena tenían una forma casi rectangular (carga almacenada solo por la doble capa electrónica). Asimismo, se evaluó el rendimiento electroquímico del dispositivo a 70 °C. A esta temperatura, la capacitancia específica fue ligeramente superior (684,2 F/g), debido a que el calentamiento incrementó la movilidad de los iones a través de los electrodos. El l uso de arena negra de playa (un recurso natural y abundante) resulta prometedor para la fabricación de supercapacitores de bajo costo.

Keywords: Supercapacitores; arena; energía