Graphene Kick-off meeting Aplicaciones en Energía

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Ángel Peralta Villalba
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1 Graphene Kick-off meeting Aplicaciones en Energía D. Busquets-Mataix, Universidad Politécnica de Valencia, Materials Technology Institute, Valencia, Spain. 1

2 Resumen Introducción Por qué el grafeno en aplicaciones de energía? Aplicaciones: 1. Almacenamiento: 1.1 Supercondensadores 2.1 Baterias 2. Otras: 2.1 Celdas solares 2.2 Celdas de combustible clasicas/bio/enzimaticas Conclusiones

1 Supercondensadores 2.1 Baterias 2. Otras: 2.

3 Introduction Por qué el grafeno? Características generales: - elevada conductividad eléctrica (64 ms/cm) - elevadísima área específica (2630 m 2 /g) - buenas propiedades electro-catalíticas - flexibilidad (comparada con el grafito) - elevadas posibilidades de funcionalización - bajo coste * Utilización como: Material alternativo en electrodos de aplicaciones de almacenamiento y conversión de energía. * A partir de la síntesis química

2 /g) - buenas propiedades electro-catalíticas - flexibilidad (comparada con el grafito) - elevadas

4 Aplicaciones Almacenamiento de energía Zhang et al. Int. J. of Hydrogen Energy 2009

5 Aplicaciones Supercondensadores Características generales: - elevada potencia (carga/descarga en segundos) - elevada vida útil (> ciclos)) - buenas retención de la carga A mejorar: densidad de energía Zhang et al. Int. J. of Hydrogen Energy 2009

útil (>100000 ciclos)) - buenas retención de la carga A

6 Aplicaciones Supercondensadores Diferentes morfologías obtenidas por síntesis química, con el fin de maximizar la interacción grafeno-electrolito Liu et al. Nanolett. (2010) Du et al. Electrochimica Acta (2010)

fin de maximizar la interacción grafeno-electrolito

Aplicaciones Supercondensadores La tendencia actual con el fin de obtener mayor y mejor interacción grafeno-electrolito se basa en la obtención de los llamados híbridos,

7 Aplicaciones Supercondensadores La tendencia actual con el fin de obtener mayor y mejor interacción grafeno-electrolito se basa en la obtención de los llamados híbridos, con los cuales se obtiene una mayor capacitancia con el intercalado de otras substancias que hacen de separadores adecuados de las láminas de grafeno. Yan et al Carbon

híbridos, con los cuales se obtiene una mayor capacitancia con el intercalado de otras

8 Aplicaciones Supercondensadores grafeno híbrido Adaptado de Brownson et al. J.Power Sources 2011

9 Aplicaciones Baterías de Litio Características generales: - elevada densidad de energía - suministro de energía durante largos periodos A mejorar: - mayor potencia - vida útil más larga Mejorar la inserción y difusión de los iones Li. Bhardwaj et al. J. Am. Chem. Soc. 132 (2010)

mejorar: - mayor potencia - vida útil más larga Mejorar la inserción

10 Aplicaciones Baterías de Litio Al igual que con los supercondensadores, la tendencia actual es la de intercalar (híbridos) nanopartículas de óxidos utilizadas actualmente en este tipo de baterías con un doble fin: -optimizar la separación entre láminas de grafeno -proporcionar un soporte para las nanopartículas. Zhou et al. Chem. Mater. 22 (2010)

en este tipo de baterías con un doble fin: -optimizar la separación entre láminas de

11 híbrido grafeno Singh V et al. Prog Mater Sci (2011)

12 Celdas solares Yen et al Carbon 2011

13 Celdas de combustible Intercalado de nanopartículas de Pt Xin et al. J. Power Sources (2010)

14 Celdas de combustible Brownson et al. J.Power Sources 2011

15 Conclusiones El grafeno va a ser uno de los elementos fundamentales en el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía, como supercondensadores y baterías de litio, debido a sus extraordinarias propiedades como elevada conductividad y área específica. La tendencia actual de las investigaciones van hacia el desarrollo de materiales híbridos mediante el intercalado entre las láminas de grafeno de diferentes substancias/nanopartículas para crear mejorar la interacción electrolito/grafeno (supercondensadores, baterías de litio) o utilizando el grafeno como soporte de las nanopartículas funcionales (baterías de litio, celdas de combustible). No obstante, todavía hay mucho trabajo por hacer en relación a los métodos de obtención del grafeno. Efectivamente, la gran variabilidad de propiedades encontradas por los diversos autores está muy relacionada con la diversidad de los materiales de partida y las diferentes etapas del proceso de fabricación, que dan lugar a muy diversas morfologías y grado de funcionalización del grafeno y por lo tanto de las propiedades de los dispositivos realizados con éste.

La tendencia actual de las investigaciones van hacia el desarrollo de materiales híbridos mediante el intercalado entre las láminas de grafeno de diferentes substancias/nanopartículas para crear

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