Obtención de materiales carbonosos a partir de la cascarilla de cacao para la aplicación como electrodos en supercapacitores

Abstract

Las tecnologías de almacenamiento de energía electroquímicas, junto con el desarrollo de materiales constituyen enfoques prometedores para abordar los desafíos en el suministro de energía, considerando que las necesidades energéticas globales se duplicarán hacia mediados del siglo XXI y se triplicarán para el año 2100. Ante estos retos, se sugiere el desarrollo de un material carbonoso con alta área superficial, a partir de cascarilla de cacao, residuo lignocelulósico de gran abundancia en Colombia; para desarrollar el material se utilizó un diseño factorial 3^2, preparando muestras mediante impregnación del precursor con KOH en proporciones de agente/sólido de 1:1, 3:1 y 5:1, con temperaturas de carbonización de 500, 650 y 800 °C; los materiales carbonosos se caracterizaron a través de isotermas de adsorción de N2 a 77 K, espectroscopía fotoelectrónica de rayos-X (XPS), espectroscopía Raman y difracción de rayos-X (DRX). La capacitancia específica de las muestras con mayor área superficial se determinó a partir de voltametría cíclica usando HCl 1M como electrolito a velocidad de barrido de 100 mV/s. La capacitancia más alta fue de 196 F/g, con la muestra obtenida a una relación de impregnación 5:1 y temperatura de carbonización de 650 °C; muestra que presentó el área superficial específica más alta (1443 m2/g), el menor contenido de cenizas, el mayor grado de grafitización según los resultados del análisis Raman, la mayor presencia de estructuras grafíticas confirmando una estructura más organizada de acuerdo con los ensayos de DRX, lo que condujo a una alta conductividad eléctrica; a su vez, esta muestra tuvo la proporción más alta de enlaces C-OH y C=O asociados con grupos oxigenados tipo carboxilos, carbonilos y quinonas según la espectroscopía XPS, los cuales pudieron favorecer la pseudocapacitancia y en consecuencia el almacenamiento de energía.