Síntesis y caracterización de polipirrol con sustrato de caucho sobre fibras de carbono como electrodos en un supercapacitor

Abstract

Actualmente, la alta demanda de energía que existe a nivel mundial se cubre, en su mayor parte, por combustibles fósiles, lo cual supone un verdadero problema ya que dan lugar a diversos problemas medioambientales, como son la contaminación del aire, gases de efecto invernadero, entre otros; además de tratarse de recursos finitos. Bajo esta premisa, se busca la fabricación de dispositivos que cubran la demanda energética, sin causar gran impacto en el ambiente; teniendo una alta capacidad de almacenamiento de energía, bajo costo, un diseño flexible, reducido en tamaño, entre otras más. Los supercapacitores (SCS) son dispositivos que cumplen con estas características, con un mayor rendimiento que a comparación de capacitores convencionales y las baterías. Una de las ventajas principales de los SCS es que pueden ser elaborados con distintos materiales como óxidos metálicos, materiales a base de carbono y polímeros conductores. Existe un interés de estudio y desarrollo de SCS sintetizados con polímeros conductores ya que es posible combinar distintas propiedades como flexibilidad, resistencia al impacto, fácil preparación, resistencia a la corrosión, entre otras más. Uno de los polímeros conductores más estudiados y atractivos son el polipirrol (PPy) porque presenta procesos redox rápidos y reversibles. Además, se prepara fácilmente mediante métodos químicos o electroquímicos. Algunos SCS fabricados con PPy presentan un rendimiento mejorado cuando se depositan sobre materiales carbonosos de gran superficie, como fibra de carbono, nanotubos de carbono y fieltro de carbono, porque el sustrato de carbono proporciona una mayor estabilidad mecánica para la película de polímero. En el presente trabajo residió en la síntesis de electrodos para supercapacitor por polimerización in situ química, utilizando PPy como polímero conductor sobre un sustrato de caucho de nitrilo entrecruzado (NBR) con la finalidad de proporcionar flexibilidad y resistencia al impacto y a la abrasión; utilizando fibra de carbono (CF) como colector del electrodo con la finalidad de asistir al PPy en su desempeño como conductor eléctrico sin privar al material de su propiedad flexible. Se realizaron pruebas de caracterización de conductividad eléctrica utilizando un multímetro Agilent; caracterizaciones electroquímicas como voltametría cíclica, cronoamperometría, curvas galvanostáticas de descarga y estabilidad cíclica utilizando un potenciostato-galvanostato Autolab PGSTAT101; microscopia electrónica de barrido y pruebas de espectroscopia infrarroja.