Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales

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https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9041

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Browsing Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales by browse.metadata.evaluator "Caballero Amores, Álvaro"

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    Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con materiales enrejados metal-orgánicos para su aplicación en almacenamiento de energía
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-07-30) Páez Sánchez, Natalia Patricia; Córdoba Tuta, Elcy María; Vázquez Samperio, Juvencio; Acevedo Peña, Próspero; Caballero Amores, Álvaro; Chaparro Garnica, Jessica Alejandra
    En busca de suplir la demanda energética creciente y disminuir los problemas de contaminación ambiental asociados a esta, diversos materiales para la fabricación de electrodos de dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía han sido estudiados. En este proyecto se presenta como candidato un material 3D poroso a base de carbono, obtenido de la calcinación de plantillas de esponjas de melamina (CPF 3D). Se evaluó la influencia de la temperatura de calcinación (600, 800, 900, 950, 1000, 1200, 1400 °C) en las propiedades fisicoquímicas y electroquímicas del sustrato y se seleccionó como temperatura de calcinación 1000 °C, en la cual el sustrato obtenido (CPF 3D) exhibe alta potencia y energía específica (1,824.20 W/kg y 4.64 Wh/kg) y retención de la capacitancia cercana al 100% luego de 10,000 ciclos de carga/descarga (≈ 60 F/g – 1 A/g). Posteriormente la CPF 3D se modificó mediante precipitación química con uso de Ni(NO3)2 (0.05M) y 2MI (1:5) como precursor iónico y ligante orgánico (CPMF [Ni-ZIFx5]). La caracterización mediante XPS confirmó la formación de la MOF tipo ZIF. Finalmente, se ensambló un dispositivo asimétrico empleando la CPF 3D y la CPMF [Ni-ZIFx5] como electrodos de igualdad másica, negativo y positivo, respectivamente. El dispositivo exhibió un comportamiento tipo supercapacitor híbrido (HSCs) con una potencia y energía específica de hasta 2,871.30 W/Kg y 11.43 Wh/kg, resistencia a la transferencia de carga máxima de 0.01 Ω/g, retención del 98.82% de la capacitancia inicial (28.08 F/g) hasta 5 A/g y retención del 96.12% de la capacitancia inicial (20.27 F/g - 1 A/g) posterior a 1,000 ciclos de carga/descarga. Se determinó que mediante la metodología propuesta es posible obtener un material a base de carbono a partir de esponjas de melamina y modificados con MOF tipo ZIF que muestre un comportamiento sinérgico para ser utilizado como electrodo en dispositivos tipo HSCs.
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    Síntesis y caracterización estructural de óxidos de hierro e itrio con sustituciones de circonio, níquel o cobre, para su potencial aplicación como electrodos en celdas de óxido sólido
    (Universidad Industrial de Santander, 2023-08-07) Pinto Silva, Laura Fernanda; Vargas Ceballos, Óscar Andrés; Gauthier, Gilles Henri; Henao, José Antonio; Caballero Amores, Álvaro
    Dentro de los dispositivos usados en las tecnologías para la transición energética, las celdas de óxido sólido (SOC) son dispositivos electroquímicos de alta temperatura que se destacan por sus altos porcentajes de eficiencia. El rendimiento de las SOC depende del buen desempeño de sus componentes principales: ánodo, cátodo y electrolito, los cuales, deben tener propiedades electrocatalíticas adecuadas para las reacciones de interés, estabilidad química y compatibilidad entre ellos en un rango de 500 a 1000°C. Encontrar materiales que cumplan con todos los requisitos es el principal reto en el desarrollo de estos dispositivos. En este trabajo, se planteó la síntesis a través del método sol gel de materiales de composición YFe2-XMXO4 y Y1-WZrWFe1-XMXO3, con M: Ni o Cu y se evaluó su estabilidad térmica y compatibilidad química con el electrolito circona estabilizada con oxido de itrio (YSZ), para su posible aplicación como electrodo de aire en SOC. Con este propósito, los materiales fueron caracterizados mediante termogravimetría, difracción de rayos X y se realizaron refinamientos de Rietveld. En las condiciones de síntesis empleadas, fue posible obtener ortoferritas (YFeO3) de grupo espacial Pnma con presencia de algunas fases secundarias que no son perjudiciales para su aplicación como electrodo de aire. No obstante, en las pruebas de compatibilidad de los materiales se evidenció formación de una fase con alta resistividad (Y3Fe5O12) y luego de ciclos de calentamiento continuos, los materiales presentaron cambios estructurales, lo cual limita su uso como electrodo.