Escalado de la producción de nanomateriales de grafeno/óxidos metálicos para su uso como electrodos en supercondensadores

En la presente memoria, titulada “Escalado de la producción de nanomateriales de grafeno/óxidos metálicos para su uso como electrodos en supercondensadores”, convergen diferentes temáticas de interés en la actualidad: almacenamiento de energía, ciencias materiales y escalado de procesos de producción de nanomateriales. El objetivo de esta Tesis Doctoral consiste en estudiar y optimizar la relación existente entre los parámetros de preparación de nanomateriales con sus propiedades de almacenamiento de energía a escala de laboratorio, con el fin de replicar dicha relación a escala de planta piloto, partiendo de la hipótesis de que la comprensión y el control de los procesos nos permitirá obtener los nanomateriales objetivo bajo los parámetros de calidad impuestos. La importancia de este trabajo reside en el hecho de que a nivel industrial existen pocos procesos de producción de nanomateriales híbridos, puesto que las síntesis más estudiadas presentan carencias de reproducibilidad y de control en escalas mayores del laboratorio. Los estudios a escala de planta piloto son esenciales para comprender los mecanismos físico-químicos y la dinámica de flujo de los procesos. La finalidad del cambio de escala es la selección de las condiciones de diseño que aseguren los resultados deseados. Así puede predecirse el comportamiento de una planta a nivel industrial, operando la planta piloto a condiciones similares a las esperadas. Los nanomateriales escogidos para este trabajo son testados como material de electrodo en supercondensadores, dispositivos caracterizados por su capacidad almacenar la energía en forma de cargas electrostática, lo cual permite que puedan ser cargados y descargados en períodos muy cortos de tiempo y posean elevados valores de densidad de potencia en comparación con otros dispositivos de almacenamiento de energía. Los nanomateriales que en esta Tesis Doctoral se van a abordar combinan las características de doble capa electroquímica del grafeno, con los procesos faradaicos que se producen en las nanopartículas de los óxidos de manganeso y zinc. El rendimiento electroquímico de los nanomateriales, que determinará su idoneidad como materiales de electrodo, estará determinado fundamentalmente por su capacitancia, la cual, a su vez, depende de otras características morfológicas de dichos nanomateriales. Todas estas características se han estudiado en profundidad en el presente trabajo..