Determinación de las condiciones de manufactura de electrodos de carbón activado producidos a partir de residuos agroindustriales de cacao para aplicaciones en supercondensadores

Arenas Cordero, Laura Ximena

Determinación de las condiciones de manufactura de electrodos de carbón activado producidos a partir de residuos agroindustriales de cacao para aplicaciones en supercondensadores

dc.contributor.advisor	Vargas Ceballos, Óscar Andrés
dc.contributor.advisor	Méndez Camacho, Yelsin Enrique
dc.contributor.author	Arenas Cordero, Laura Ximena
dc.contributor.evaluator	Meléndez Reyes, Ángel Manuel
dc.contributor.evaluator	Vásquez Arroyave, Ferley Alejandro
dc.date.accessioned	2025-05-20T13:52:28Z
dc.date.available	2025-05-20T13:52:28Z
dc.date.created	2025-03-28
dc.date.issued	2025-03-28
dc.description.abstract	Los supercondensadores han emergido como dispositivos clave en el almacenamiento de energía gracias a su alta densidad de potencia, ciclos de vida prolongados y capacidad de carga/descarga rápida. Sin embargo, los materiales radicionales utilizados en su fabricación como el PVDF (difluoruro de polivinilideno) y el NMP (N-metil-2-pirrolidona) presentan desafíos ambientales y de eficiencia, impulsando la investigación hacia alternativas sostenibles. En este trabajo, se desarrollaron electrodos para supercondensadores utilizando carbón activado de residuos de cacao dopado con urea generados durante un proceso de extracción de polifenoles, empleando biopolímeros (almidón de papa y CMC (carboximetilcelulosa) +SBR (caucho de estireno-butadieno)) como aglomerantes y agua como solvente. Mediante un diseño factorial, se optimizaron las condiciones de recubrimiento, secado y formulación para evaluar su impactó en el desempeño electroquímico de los electrodos. Los resultados mostraron que los electrodos con CMC+SBR (E11F3CMC) alcanzaron la mejor capacitancia especifica (102 F/g a 1A/g) en 2M de NaCl con una retención del 97.4% en 1000 ciclos de carga y descarga. Los electrodos con almidón (E6F2A) lograron capacitancias de hasta 94.51 F/g a 1A/g igualmente en 2M de NaCl. Los análisis texturales confirmaron la microporosidad del carbón activado, mientras que los estudios de mojabilidad destacaron la superioridad de los biopolímeros frente al PVDF, al ofrecer una mayor interacción electrodo-electrolito gracias a su naturaleza hidrofílica. Por lo anterior, los biopolímeros como el almidón de papa y CMC+SBR utilizados como aglomerantes ofrecen un enfoque sostenible y eficiente para la fabricación de electrodos para supercondensadores.
dc.description.abstractenglish	Supercapacitors have emerged as key devices for energy storage due to their high power density, long cycle life, and rapid charge/discharge capabilities. However, traditional materials used in their fabrication, such as PVDF (polyvinylidene difluoride) and NMP (N-methyl 2-pyrrolidone), present environmental and efficiency challenges, driving research toward sustainable alternatives. This study developed supercapacitor electrodes using urea-doped activated carbon derived from cocoa waste generated during a polyphenol extraction process. Biopolymers (potato starch and CMC (carboxymethylcellulose) +SBR (styrene-butadiene)) were employed as binders, with water as a solvent. A factorial design was applied to optimize coating, drying, and formulation conditions to evaluate their impact on the electrodes' electrochemical performance. The results showed that electrodes with CMC+SBR (E11F3CMC) achieved the highest specific capacitance (102 F/g at 1 A/g) in 2M NaCl, with a retention of 97.4% after 1000 charge-discharge cycles. Electrodes with starch (E6F2A) achieved capacitances of up to 94.51 F/g at 1 A/g, also in 2M NaCl. Textural analyses confirmed the microporosity of the activated carbon, while wettability studies highlighted the superiority of biopolymers over PVDF, offering better electrode-electrolyte interaction due to their hydrophilic nature. Thus, biopolymers such as potato starch and CMC+SBR offer a sustainable and efficient approach for manufacturing electrodes of supercapacitors.
dc.description.degreelevel	Maestría
dc.description.degreename	Magíster en Ingeniería de Materiales
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/45534
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.program	Maestría en Ingeniería de Materiales
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Supercondensador
dc.subject	Carbón activado
dc.subject	Aglomerante
dc.subject	Almidón
dc.subject	Carboximetilcelulosa
dc.subject.keyword	Supercapacitor
dc.subject.keyword	Activated carbon
dc.subject.keyword	Binder
dc.subject.keyword	Starch
dc.subject.keyword	Carboxymethylcellulose
dc.title	Determinación de las condiciones de manufactura de electrodos de carbón activado producidos a partir de residuos agroindustriales de cacao para aplicaciones en supercondensadores
dc.title.english	Determination of the Manufacturing Conditions of Activated Carbon Electrodes Derived from Cocoa Agroindustrial Waste for Supercapacitor Applications
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría