Materiales carbonosos jerárquicos derivados de posos de café para aplicación en supercondensadores

Abstract

El uso de residuos de posos de café usados ​​para la obtención de carbones activados por carbonización hidrotermal no ha sido abordado de manera sistemática en la literatura, lo que sumado a la necesidad de mejorar los sistemas de almacenamiento de energía, requiere estudios sistemáticos de estos procesos. Aquí obtuvimos carbones activados con porosidad jerárquica a partir de biomasa mediante carbonización hidrotermal y activaciones químicas. Analizamos el efecto del tiempo y la temperatura de la carbonización hidrotermal de posos de café para obtener un alto grado de carbonización y mejores rendimientos de reacción. En cuanto a la porosidad, utilizamos tres directores estructurales para obtener una distribución jerárquica de poros. En cuanto al desarrollo de materiales, Los análisis termogravimétricos y elementales confirmaron que la carbonización hidrotermal a 250 °C durante 6 h produjo mucho más material carbonizado, mientras que a 200 °C durante 6 h se logró un mayor rendimiento de la reacción. También caracterizamos los carbones activados mediante isotermas y micrografías SEM para asegurar la porosidad y el área superficial requerida para obtener una distribución jerárquica de poros en todos los materiales sintetizados. Asimismo, evaluamos su comportamiento como electrodos para supercondensadores obteniendo una mejor capacitancia específica con el carbón obtenido por activación con hidróxido de potasio (KOH). También caracterizamos los carbones activados mediante isotermas y micrografías SEM para asegurar la porosidad y el área superficial requerida para obtener una distribución jerárquica de poros en todos los materiales sintetizados. Asimismo, evaluamos su comportamiento como electrodos para supercondensadores obteniendo una mejor capacitancia específica con el carbón obtenido por activación con hidróxido de potasio (KOH). También caracterizamos los carbones activados mediante isotermas y micrografías SEM para asegurar la porosidad y el área superficial requerida para obtener una distribución jerárquica de poros en todos los materiales sintetizados. Asimismo, evaluamos su comportamiento como electrodos para supercondensadores obteniendo una mejor capacitancia específica con el carbón obtenido por activación con hidróxido de potasio (KOH).

The use of spent coffee grounds residues to obtain activated carbons by hydrothermal carbonization has not been approached in a systematic way in the literature, which, added to the need for improved energy storage systems, requires systematic studies of these processes. Here we obtained activated carbons with hierarchical porosity from biomass through hydrothermal carbonization and chemical activations. We analyzed the effect of the time and temperature of the hydrothermal carbonization of spent coffee grounds to obtain a high degree of carbonization and better reaction yields. As for the porosity, we used three structural directors to obtain a hierarchical pore distribution. Regarding the development of materials, the thermogravimetric and elemental analyses confirmed that hydrothermal carbonization at 250 °C for 6 h yielded much more carbonized material while at 200 °C for 6 h, a higher reaction performance was achieved. We also characterized the activated coals by isotherms and SEM micrographs to ensure the porosity and surface area required for obtaining a hierarchical distribution of pores in all the synthesized materials. Likewise, we evaluated their behavior as electrodes for supercapacitors obtaining a better specific capacitance with the carbon obtained by activation with potassium hydroxide (KOH).