Modulación de la interacción entre el óxido de grafeno y el fosfato de titanio Ti3(PO4)2 para su aplicación en el almacenamiento electroquímico de ion sodio

Abstract

En este trabajo, se estudió el efecto del grado de funcionalización superficial del óxido de grafeno (OG) sobre la respuesta electroquímica de compuestos híbridos de fosfato de titanio (NaTi2(PO4)3/OG). Para ello, se aplicó un tratamiento térmico controlado al OG a distintas temperaturas antes del crecimiento de la estructura de Ti3(PO4)2 en su superficie con el objetivo de modular la presencia relativa de grupos oxigenados. Adicionalmente, se sintetizaron, mediante el método de precipitación química, partículas de hexacianoferrato de cobre-cobalto (CuCoHCF) para su aplicación como electrodo positivo. Los materiales obtenidos se caracterizaron mediante TGA, XRD, espectroscopía Raman y FTIR. Además, se emplearon técnicas como CV, GCD y EIS para evaluar el rendimiento del almacenamiento de energía de los compuestos. Las pruebas se realizaron en celdas de tres electrodos, utilizando como electrolito una disolución acuosa de Na2SO4 1M. Entre las muestras estudiadas, el compuesto Ti3(PO4)2 con óxido de grafeno sin reducir, mostró una capacidad específica de 78 mAhg-1 a una densidad de corriente de 50 mAg-1, mientras que el CuCoHCF en relación 1:1 (Cu:Co), alcanzó una respuesta electroquímica de 66 mAhg-1 a una densidad de corriente de 25 mAg-1. Aunque las densidades de corriente fueron distintas, ambos materiales destacaron por su estabilidad y desempeño, siendo seleccionados para el ensamble del dispositivo. Posteriormente, se realizó el ensamble de un dispositivo en medio acuoso cuya capacidad específica fue de 27 mAhg-1 considerando la masa de ambos electrodos (o de 42.3 mAhg-1 considerando la masa del electrodo positivo (CuCoHCF)) a una densidad de corriente de 25mAg-1 (con base en la masa total de los electrodos activos o 14.1 mg/cm2), capaz de retener hasta un 91% de su capacidad inicial después de 1000 ciclos. Durante todo el proceso de ciclado, la eficiencia coulómbica se mantuvo por encima del 98%, y una eficiencia energética superior al 90%, lo que evidencia una alta reversibilidad y estabilidad electroquímica del sistema. Por otro lado, el dispositivo soportó incrementos en la densidad de corriente de hasta 1 Ag-1 (con base en la masa total de los electrodos activos), mostrando una recuperación eficiente de la capacidad cuando se retornó a condiciones iniciales.