Modificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con materiales enrejados metal-orgánicos para su aplicación en almacenamiento de energía

Simple item page
dc.contributor.advisorCórdoba Tuta, Elcy María
dc.contributor.advisorVázquez Samperio, Juvencio
dc.contributor.advisorAcevedo Peña, Próspero
dc.contributor.authorPáez Sánchez, Natalia Patricia
dc.contributor.evaluatorCaballero Amores, Álvaro
dc.contributor.evaluatorChaparro Garnica, Jessica Alejandra
dc.date.accessioned2023-08-11T04:47:05Z
dc.date.available2023-08-11T04:47:05Z
dc.date.created2023-07-30
dc.date.issued2023-07-30
dc.description.abstractEn 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.
dc.description.abstractenglishTo satisfy the ever-growing energetic demand and reduce environmental contamination associated with it, numerous materials to be used as electrodes for electrochemical energy storage devices have been studied. In this project, a 3D porous carbon-based material is presented as a candidate, obtained from the calcination of melamine sponge templates (CPF 3D). The Influence of calcination temperature (600, 800, 900, 950, 1000, 1200, 1400 °C) on the physicochemical and electrochemical properties of the obtained substrate was evaluated and 1000 °C was selected as calcination temperature, at which, the obtained substrate (CPF 3D) exhibits high specific power and energy (1,824.20 W/kg and 4.64 Wh/kg) and a capacitance retention close to 100% after 10,000 charge/discharge cycles (≈ 60 F/g – 1 A/g). Subsequently, the CPF 3D was modified by chemical precipitation using Ni(NO3)2 (0.05M) and 2MI (1:5) as ionic precursor and organic ligand (CPMF [Ni-ZIFx5]). XPS Characterization confirmed the formation of the ZIF-type MOF. Finally, an asymmetric device was assembled using the CPF 3D and the CPMF [Ni-ZIFx5] as negative and positive mass equality electrodes, respectively. The device exhibited hybrid supercapacitor (HSCs) behavior with a specific power and energy of up to 2,871.30 W/Kg and 11.43 Wh/kg, maximum charge transfer resistance of 0.01 Ω/g, retention of 98.82% of initial capacitance (28.08 F/g) up to 5 A/g and 96.12% retention of initial capacitance (20.27 F/g – 1 A/g) after 1,000 charge/discharge cycles. It was determined that through the proposed methodology it is possible to obtain a carbon-based material from melamine sponges and modified with ZIF-type MOF that shows a synergistic behavior to be used as an electrode in HSCs-type devices.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001762282
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería de Materiales
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7629-2957
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/14780
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería de Materiales
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de Materiales
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectAlmacenamiento de energía
dc.subjectEsponjas de melamina
dc.subjectMOF
dc.subjectSupercapacitor híbrido
dc.subjectZIF
dc.subject.keywordEnergy Storage
dc.subject.keywordHybrid Supercapacitor
dc.subject.keywordMelamine Sponges
dc.subject.keywordMOF
dc.subject.keywordZIF
dc.titleModificación de sustratos tridimensionales a base de carbono con materiales enrejados metal-orgánicos para su aplicación en almacenamiento de energía
dc.title.englishModification of Three-Dimensional Carbon-Based Substrates with Metal-Organic Frameworks Materials for their Application in Energy Storage
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestría
Files
Original bundle
Now showing 1 - 3 of 3
No Thumbnail Available
Name:
Documento.pdf
Size:
5.36 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
No Thumbnail Available
Name:
Carta de autorización.pdf
Size:
65.71 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
No Thumbnail Available
Name:
Nota de proyecto.pdf
Size:
202.35 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
2.18 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description:
Download
Collections
Maestría en Ingeniería de Materiales