Yerba mate: De residuo a material de electrodo para supercapacitores

Abstract

Introducción: La tendencia mundial hacia el consumo responsable de recursos naturales ha generado múltiples investigaciones que buscan revalorizar residuos para reducir su impacto ambiental. Es por ello que está siendo estudiada la síntesis de materiales carbonosos, para su uso en almacenamiento de energía, utilizando como materia prima residuos lignocelulósicos. En la Argentina se desechan por año cerca de 277000 toneladas de yerba mate usada por lo que este abundante residuo resulta de interés. Este trabajo plantea la síntesis y caracterización de carbones obtenidos a partir de la valorización del residuo de yerba mate usada, para su aplicación como materiales de electrodo en supercapacitores. Materiales y métodos: La yerba mate recuperada se secó en un secadero de bandejas y se pirolizó en un horno tubular durante 2 h a 500 °C (Y500) en atmósfera de nitrógeno (3.75 Lh -1 ). También se incineró en un mechero bunsen durante 1 h a ca. 300 °C (Y60m). Los carbones se caracterizaron fisicoquímicamente a través de SEM, EDS y FTIR. La caracterización electroquímica se realizó mediante voltamperometría cíclica (VC), medidas galvanostáticas de carga/descarga (GCD) y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), en medio básico. Resultados: De acuerdo a la caracterización fisicoquímica puede observarse que ambos materiales presentan similares espectros IR y composición. Observando las VC, el área bajo la curva y la densidad de corriente admitida por Y60m es mayor que la de Y500, sugiriendo que este carbón posee mejores características superficiales que favorecen el almacenamiento de energía. Para ambos carbones, a bajas velocidades de barrido se puede apreciar cierta forma rectangular que indica buena reversibilidad, característica de capacitancia de doble capa. A partir de las GDC se obtuvieron valores máximos de capacitancia, energía y potencia específica de 4 Fg -1 / 40 Fg -1 , 1,21 Whkg - 1 / 11,11 Whkg -1 y 3,3 kWkg -1 para Y60m y Y500, respectivamente. Conclusiones: Es posible valorizar el residuo de la yerba mate usada al transformarlo en carbones capaces de almacenar energía en supercapacitores utilizando un método rápido y sencillo. Los materiales carbonosos pudieron ser sintetizados favorablemente utilizando dos métodos, siendo la calcinación en mechero bunsen la más prometedora, de fácil manejo y con bajos requerimientos energéticos. La composición de Y60m resultó muy similar a la de Y500. Ambos materiales poseen propiedades favorables para su uso en supercapacitores y se propone realizar una activación para promover el desempeño de los mismos en el almacenamiento energético.