Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con hexacianoferrato de cobalto para su potencial aplicación en almacenamiento electroquímico de iones sodio

En este trabajo, partículas de hexacianoferrato de cobalto (CoHCF) se depositaron en la superficie de espumas de carbón vítreo reticulado (CVR) con el fin de superar la falta de conductividad del CoHCF y aprovechar su capacidad para el almacenamiento de iones Na+. La deposición se llevó a cabo a tra...

Full description

Autores:
Calixto Lozada, Oscar Eduardo
Tipo de recurso:
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Fecha de publicación:
2020
Institución:
Universidad Industrial de Santander
Repositorio:
Repositorio UIS
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/40300
Acceso en línea:
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Palabra clave:
Hexacianoferrato De Cobalto
Espumas Cvr
Cátodo
Almacenamiento Electroquímico De Energía
Baterías Ion Sodio.
Cobalt Hexacyanoferrate
Rvc Foams
Cathode
Electrochemical Storage Of Energy
Sodium Ion Batteries.
Rights
License
Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
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description En este trabajo, partículas de hexacianoferrato de cobalto (CoHCF) se depositaron en la superficie de espumas de carbón vítreo reticulado (CVR) con el fin de superar la falta de conductividad del CoHCF y aprovechar su capacidad para el almacenamiento de iones Na+. La deposición se llevó a cabo a través de 3 métodos: electrodeposición, síntesis química e hidrotermal. La electrodeposición de CoHCF en la superficie de la espuma CVR se realizó usando la técnica de voltamperometría cíclica. Los últimos dos métodos se basaron en la formación de hidróxido de cobalto y carbonato de hidróxido de cobalto como plantillas precursoras de sacrificio, respectivamente, luego ambos arreglos se transformaron a CoHCF a través de una reacción de intercambio iónico en solución acuosa de [Fe(CN)6]3-. Los materiales obtenidos se caracterizaron con diversas técnicas para obtener información sobre su morfología, composición, estructura y desempeño electroquímico en el almacenamiento de los iones sodio. Los resultados mostraron que el contacto íntimo entre el CoHCF y la espuma CVR mejora la respuesta a altas velocidades de barrido o de carga y descarga, debido a un mayor número de sitios activos para el almacenamiento de energía y menor impedancia. Notablemente, la síntesis basada en los precursores de cobalto mejora la capacidad como resultado de una mayor cantidad de CoHCF depositado. El electrodo CoHCF(-1.1V)120s/CVR preparado por síntesis química presentó la mayor capacidad, por lo que se empleó para ensamblar un dispositivo híbrido que entregó una densidad de energía de 166.2 mWh cm-3 a una densidad de potencia de 2301 mW cm-3. El dispositivo conservó el 82.5% de su capacidad inicial, después 1000 ciclos a una corriente de 10 mAcm-3. La estabilidad de los materiales se evaluó mediante EIS y FTIR.
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La electrodeposición de CoHCF en la superficie de la espuma CVR se realizó usando la técnica de voltamperometría cíclica. Los últimos dos métodos se basaron en la formación de hidróxido de cobalto y carbonato de hidróxido de cobalto como plantillas precursoras de sacrificio, respectivamente, luego ambos arreglos se transformaron a CoHCF a través de una reacción de intercambio iónico en solución acuosa de [Fe(CN)6]3-. Los materiales obtenidos se caracterizaron con diversas técnicas para obtener información sobre su morfología, composición, estructura y desempeño electroquímico en el almacenamiento de los iones sodio. Los resultados mostraron que el contacto íntimo entre el CoHCF y la espuma CVR mejora la respuesta a altas velocidades de barrido o de carga y descarga, debido a un mayor número de sitios activos para el almacenamiento de energía y menor impedancia. Notablemente, la síntesis basada en los precursores de cobalto mejora la capacidad como resultado de una mayor cantidad de CoHCF depositado. El electrodo CoHCF(-1.1V)120s/CVR preparado por síntesis química presentó la mayor capacidad, por lo que se empleó para ensamblar un dispositivo híbrido que entregó una densidad de energía de 166.2 mWh cm-3 a una densidad de potencia de 2301 mW cm-3. El dispositivo conservó el 82.5% de su capacidad inicial, después 1000 ciclos a una corriente de 10 mAcm-3. La estabilidad de los materiales se evaluó mediante EIS y FTIR.PregradoIngeniero MetalúrgicoIn this work, particles of cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) was deposited on reticulated vitreous carbon (RVC) foam surface in order to overcome the lack of conductivity of CoHCF and take advantage of their capacity for Na+ ions storage. The deposition was carried out through three methods: electrodeposition, chemical and hydrothermal synthesis. The electrodeposition of CoHCF on RVC surface was made by using cyclic voltammetry technique. Last two methods were based on the formation of cobalt hydroxide and cobalt hydroxide carbonate as sacrificial precursor templates, respectively, then both arrays were transformed to CoHCF by ion exchange reaction in [Fe(CN)6]3- aqueous solution. The obtained materials were characterized with several techniques to obtain information about their morphology, composition, structure and electrochemical performance during Na+ ions storage. The results showed that the intimate contact between CoHCF and CVR foams improve the response at high potential scan or charge and discharge rates, due to an increasing in the number of active sites for the energy storage and lower impedance. Notably, the synthesis based on cobalt precursors enhances the capacity as a result of higher amount of CoHCF deposited. The electrode CoHCF(-1.1V)120s/CVR prepared by chemical synthesis showed the highest capacity and was employed for built an energy storage hybrid device that delivered an energy density of 166.2 mWh cm-3 at power density of 2301 mW cm-3. The device retains 82.5% of its initial capacity after 1000 cycles at 10 mA cm-3. The stability of materials was evaluated through EIS measurements and FTIR.application/pdfspaUniversidad Industrial de SantanderFacultad de Ingenierías FisicoquímicasIngeniería MetalúrgicaEscuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de MaterialesHexacianoferrato De CobaltoEspumas CvrCátodoAlmacenamiento Electroquímico De EnergíaBaterías Ion Sodio.Cobalt HexacyanoferrateRvc FoamsCathodeElectrochemical Storage Of EnergySodium Ion Batteries.Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con hexacianoferrato de cobalto para su potencial aplicación en almacenamiento electroquímico de iones sodioModification of carbon based tridimensional substrates with cobalt hexacyanoferrate for its application in electrochemical storage of sodium ions. *Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceORIGINALCarta de autorización.pdfapplication/pdf90471https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/f355538b-c990-429f-bed3-6f8fed62423e/downloade30ffcfcb3b5d94f0b78325519cf188eMD51Documento.pdfapplication/pdf4132244https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/306d1bf3-b3cc-4661-902c-80457016dd27/download2b2a856c8d24c7c0f8f6783028aa9d4cMD52Nota de proyecto.pdfapplication/pdf64591https://noesis.uis.edu.co/bitstreams/f1c7fb01-5db2-4863-94bb-99645fb2dffe/download6c769edbb7b2e280eda1cab37d53e876MD5320.500.14071/40300oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/403002024-03-03 19:44:55.389http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/open.accesshttps://noesis.uis.edu.coDSpace at UISnoesis@uis.edu.co