graphene kick-off meeting aplicaciones en energía · grafeno: aplicaciones en energía...
TRANSCRIPT
1
Graphene Kick-off meeting
Aplicaciones en Energía
D. Busquets-Mataix, Universidad Politécnica de Valencia, Materials Technology Institute,
Valencia, Spain.
Grafeno: Aplicaciones en energía
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
Grafeno: Aplicaciones en energía
Introduction
¿Por qué el grafeno?
Características generales:
- elevada conductividad eléctrica (64 mS/cm)
- elevadísima área específica (2630 m2/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
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Almacenamiento de energía
Zhang et al. Int. J. of Hydrogen Energy 2009
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Supercondensadores
Zhang et al. Int. J. of Hydrogen Energy 2009
Características generales:
- elevada potencia (carga/descarga en segundos)
- elevada vida útil (>100000 ciclos))
- buenas retención de la carga
A mejorar: densidad de energía
Energy stored in supercapacitor is through the ion adsorption at the electrode interface which make electrical double layer (electrical double layer capacitors, EDLC) or due to electron transfer between the electrolyte and the electrode through fast Faradic redox reactions (psuedocapacitors)
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Supercondensadores
Du et al. Electrochimica Acta (2010)
Liu et al. Nanolett. (2010)
Diferentes morfologías obtenidas por síntesis química, con el fin de maximizar la
interacción grafeno-electrolito
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Supercondensadores
Yan et al Carbon 48 2010
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.
A main drawback of using graphene and RGO is the agglomeration and restacking due to Van der Waals attraction between the neighboring sheets. The aggregation reduces the effective surface area resulting loss of capacitance. Therefore, a few researchers have made effort to keep graphene sheets separated by addition of metal oxide nanoparticles or other compounds
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Supercondensadores
Adaptado de Brownson et al. J.Power Sources 2011
grafeno
híbrido
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Baterías de Litio
Bhardwaj et al. J. Am. Chem. Soc. 132 (2010)
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.
Grafeno: Aplicaciones en energía
Aplicaciones
Baterías de Litio
Zhou et al. Chem. Mater. 22 (2010)
Al igual que con los super-condensadores, 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.
Grafeno: Aplicaciones en energía
Singh V et al. Prog Mater Sci (2011)
grafeno
híbrido
Grafeno: Aplicaciones en energía
Celdas solares
Yen et al Carbon 2011
Grafeno: Aplicaciones en energía
Xin et al. J. Power Sources (2010)
Celdas de combustible
Intercalado de nanopartículas de Pt
Grafeno: Aplicaciones en energía
Celdas de combustible
Brownson et al. J.Power Sources 2011
Grafeno: Aplicaciones en energía
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.
16
Graphene Kick-off meeting
Aplicaciones en Energía
D. Busquets-Mataix, Universidad Politécnica de Valencia, Materials Technology Institute,
Valencia, Spain.