Síntesis y caracterización de electrodos basados en fibras de carbón modificadas con polipirrol para su aplicación en dispositivos de almacenamiento de energía

Abstract

En el siguiente trabajo, se desarrolló electrodos para supercapacitores basados en de carbón obtenidas a partir de fibras de algodón (FC) y su modificación con óxido de grafeno reducido (rGO) y polipirrol (PPy). Los electrodos fueron analizados por microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía Raman, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y análisis de adsorción/desorción de N2. Las FC están constituidas de fibras de carbón de apariencia lisa con un área superficial despreciable, cuando son modificadas con rGO se observa rugosidad en las fibras y un aumento del área superficial de 607 m2 g-1, de la modificación con PPy se obtuvo películas con una morfología tipo coliflor. Se obtuvieron valores de capacitancia específica mediante el análisis de voltamperometría cíclica utilizando una celda de tres electrodos. Para ello, se varió la velocidad de barrido en un rango de 5-250 mV s-1, en electrolito 1,0 mol L-1 H2SO4 obteniéndose valores de 153 y 320 F g-1 a 5 mV s-1 para los FC y FC-rGO, respectivamente. Este aumento en la capacitancia se debe a la mejora en las propiedades conductoras del material carbonoso al impregnarlas con rGO, la cual incrementa el área superficial. Al modificarlo con PPy a las FC-rGO incrementó aún más la capacitancia específica a 743 F g-1 a 5 mV s-1 gracias a la contribución pseudocapacitiva del PPy. Estos resultados sugieren que los materiales sintetizados son una alternativa interesante como electrodos para aplicaciones en supercapacitores.

In this study, electrodes for supercapacitors were developed based on carbon obtained from cotton fibers (FC) and modified with reduced graphene oxide (rGO) and polypyrrole (PPy). The electrodes were characterized using scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and N2 adsorption/desorption analysis. The FC exhibited smooth carbon fiber morphology with negligible surface area. However, after modification with rGO, the fibers showed increased roughness and a significantly enhanced surface area of 607 m2 g-1. The modification with PPy resulted in cauliflower-like morphology films. Specific capacitance values were obtained through the analysis of cyclic voltammetry using a three-electrode cell. The scan rate was varied in the range of 5-250 mV s-1, in a 1.0 mol L-1 H2SO4 electrolyte, resulting in values of 153 and 320 F g-1 at 5 mV s-1 for FC and FC-rGO, respectively. This increase in capacitance is attributed to the improved conductive properties of the carbonaceous material when impregnated with rGO, which enhances the surface area. Further modification with PPy in FC-rGO significantly increased the specific capacitance to 743 F g-1 at 5 mV s-1, owing to the pseudocapacitive contribution of PPy. These results suggest that the synthesized materials are an interesting alternative as electrodes for supercapacitor applications.