SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE GRAFENO QUÍMICAMENTE...

MEMORIAS DEL CONGRESO DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE ELECTROQUÍMICA XXXII SMEQ

ISSN: 2448-6191 Guanajuato, Guanajuato, México 1732

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE GRAFENO QUÍMICAMENTE DERIVADO Y

SUS APLICACIONES EN BATERÍAS DE ION-LITIO.

CAE-025-O

Carlos Juarez-Yescas1, G. Ramos-Sánchez2,*, I. González1 2Catedrático CONACYT comisionado a 1Universidad Autónoma Metropolitana-I

[email protected]

RESUMEN

Los materiales activos en baterías de ion litio presentan baja conductividad, requiriendo

de un aditivo, generalmente “Carbon Black” para permitir el transporte de electrones. En este

trabajo se propone utilizar grafeno como sustituto de “Carbon Black” ya que su conductividad

superior y su estructura laminar mejoran el contacto partícula activa-conductor. Estudios previos

han determinado que los composites LiFePO4/Grafeno han tenido mejores propiedades como

cátodos; sin embargo, se ha usado grafeno exfoliado electroquímicamente o grafeno químicamente

derivado. Además, los estudios que han trabajado con grafeno químicamente derivado no han

considerado los efectos de la química superficial resultante de la exfoliación química. En este

trabajo se sintetizó y caracterizó grafeno químicamente derivado por diferentes métodos y se utilizó

como conductor en cátodos de LiFePO4. Se encontró que la presencia de grupos funcionales

abundantes en la superficie del grafeno disminuye la conductividad del cátodo, resultando en

capacidades bajas (121 mAh/g) en el primer ciclo de descarga, con una pérdida de capacidad

apreciable después de 50 ciclos (88 mAh/g). Por otro lado, la presencia de pocos grupos funcionales

y defectos en el grafeno provee capacidades altas (141 mAh/g) y una pérdida pequeña de capacidad

después de 50 ciclos de carga y descarga (132 mAh/g).

Palabras Clave: Grafeno, Hummers, LiFePO4, Cátodos.

mailto:[email protected]



1. INTRODUCCIÓN

Desde su descubrimiento en el 2004 por A. Geim y K. Novoselov, el grafeno ha generado gran

interés por sus propiedades únicas (alta conductividad) y sus aplicaciones en diversos campos

como: en dispositivos electrónicos, sensores para biomoléculas, transistores, celdas solares y

catálisis [1]. El grafeno es una red de carbonos con hibridación sp2, y se considera como sustituto

del “Carbon Black” por su alta conductividad y estabilidad mecánica. Dado que el “Carbon Black”

presenta defectos e impurezas que comprometen su conductividad en aplicaciones de alto

desempeño; además estas partículas presentan una distribución alrededor del material activo

heterogénea (Figura 1A), dejando áreas de baja conducción electrónica, como: áreas partícula

activa – partícula activa o, partes de la partícula activa descubiertas. Se propone que la estructura

laminar del grafeno optimizará el transporte de electrones durante las reacciones redox asociadas

a la carga y descarga de la batería (Figura 1B). El grafeno puede ser sintetizado por exfoliación

mecánica, exfoliación electroquímica, crecimiento epitaxial, síntesis “bottom-up” y la reducción

química de óxido de grafeno (GO) suspendido [1]. La obtención de grafeno químicamente derivado

(QD) por la reducción de GO es de gran interés por su bajo costo y efecto que tienen los diversos

métodos de reducción sobre la superficie de las láminas del grafeno.

La hipótesis de este trabajo es que la estructura laminar del grafeno pueda envolver a las

partículas activas, Figura 1B, y que la química superficial resultante del tratamiento reductor,

promueva interacciones partícula activa – material conductor, mejorando la ciclabilidad de la

batería.

Figura 39. Esquema de los composites utilizados como cátodos en BIL. El material activo (óxidos metálicos) está

mezclado con A) “Carbon Black” B) un conductor laminar (p.ej grafeno).

En este trabajo se utiliza LiFePO4 como material activo por su comportamiento bien catalogado

y capacidad teórica relativamente alta (170 mAh/g). A pesar de su capacidad teórica, LiFePO4



comercial presenta una capacidad específica inferior, entre 120-160 mAh/g. Sin embargo, L. Hu et

al.[2] reportan LiFePO4 modificado con grafeno con una capacidad específica superior a los 200

mAh/g, en este caso se utiliza un grafeno exfoliado electroquímicamente; otros autores[3]–[6] han

trabajado con grafeno químicamente derivado (QD) en composites de LiFePO4, reportando un

mejor comportamiento a altas tasas de carga y descarga (C-rates) pero con capacidades que van

desde 146 a 165 mAh/g; no obstante, los efectos de la química superficial de grafeno QD no han

sido considerados. La cantidad y naturaleza de los grupos químicos superficiales está en función

del tratamiento reductor utilizado[7] y pueden tener mayor influencia en la durabilidad, debido a

la fuerte interacción con el material activo.

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

2.1 Síntesis

2.1.1 Método Hummers

Para la obtención de óxido de grafeno (GO), se agregaron 23 mL H2SO4 concentrado (J.T.

Baker) a una mezcla de grafito para ánodo de batería Li-ion (MTI) (1.0 g) y NaNO3 (0.5 g), la

mezcla fue enfriada a 0°C. Posteriormente 3.0 g KMnO4 (Sigma-Aldrich) fueron agregados

lentamente en porciones pequeñas para evitar que la temperatura sobrepasara 20°C. El medio de

reacción se calentó a 35°C durante 30 minutos con agitación constante. Al cabo de la agitación se

agregaron 46 mL de agua, resultando en un aumento de temperatura a 98°C; con calentamiento

externo se mantuvo la temperatura durante 15 minutos. Posteriormente se enfrió la mezcla en un

baño de agua durante 10 minutos. Se agregó agua adicional (140 mL) y 1 mL H2O2 30% (Sigma-

Aldrich), resultando nuevamente en un aumento de temperatura. El medio de reacción se dejó

enfriar a temperatura ambiente, posteriormente se lavó primero con 66 mL de agua y después con

66 mL HCl (Sigma-Aldrich) 30%. Consecutivamente se lavó dos veces con etanol (66 mL por

lavado). Finalmente el producto, GO, se decantó y secó a 80° durante 5 horas.

2.1.2 Método modificado de Hummers asistido por microondas

A 0.5 g de grafito para ánodo de batería de Li-ion (MTI), se le agregaron 10 mL de una mezcla

de H2SO4/H3PO4 (9:1 v/v), produciendo un aumento súbito en la temperatura. Con agitación



constante se agregaron lentamente 3.0 g KMnO4. La mezcla se transfirió a un reactor para

microondas (CEM Mars 6) a una potencia de 400 W y se dejó bajo el efecto de microondas durante

5 minutos, con 15 minutos adicionales para enfriar y estabilizar la presión. Posteriormente se

agregaron 23 mL de agua con agitación constante y al final del proceso se agregaron 68 mL de

agua y H2O2 (2.1 mL). Por último el polvo resultante fue lavado 6 veces (66 mL de agua por lavado)

y una vez con etanol (66 mL). El producto, óxido de grafeno reducido por microondas (rGO-MO),

se secó durante 5 horas.

2.1.3 Reducción de óxido de grafeno

Se dispersó óxido de grafeno obtenido por el método de Hummers en agua desionizada (1.0g/L)

y ajustó el pH a 10 con una solución de carbonato de sodio (5% w/w). Con agitación constante se

agregó lentamente borohidruro de sodio (800 mg/gGO). La mezcla se calentó a 80°C y mantuvo con

agitación durante una hora. El sólido se lavó con agua destilada cinco veces y una vez con etanol,

el producto rGO-1S se secó a 110°C en vacío durante 12 horas.

El óxido de grafeno reducido a un paso (rGO-1S) se dispersó en H2SO4 (0.1 g/100 mL) y

calentó a 120°C durante 12 horas. Después de calentar, la dispersión se enfrió a temperatura

ambiente y se diluyó con agua destilada. El producto se lavó con abundante agua y etanol. Se secó

a 110°C en vacío durante 12 horas. El sólido se comprimió en una pastilla y calentó a 1,100°C bajo

una atmósfera de hidrógeno durante 15 minutos. El producto, rGO-3S, se molió y almacenó en

vacío.

2.2 Preparación y ensamble de baterias de ion-Li

Se preparó una mezcla (0.3 g) de LiFePO4, material conductor y polifluoruro de vinilideno

(PVDF), con 80% de LiFePO4, 10% de material conductor, y 10% en peso de PVDF. Con un

mortero se homogenizó la mezcla hasta obtener una consistencia y color uniforme. La mezcla se

transfirió a un tubo de ensayo y se le agregó aproximadamente 0.9 mL de N-Metil-2-pirrolidona

(NMP) y la mezcla se homogenizó con agitación magnética durante 12 horas. El “slurry” se aplicó

sobre una lámina de aluminio con un aplicador automático de recubrimientos para obtener una capa

uniforme de aproximadamente 10 micras, la lámina se transfirió a un horno a vacío para eliminar

el solvente durante 12 horas a 120°C. La lámina seca se prensó con una prensa rodante a 3 micras

y se recortó en un círculo de 1.8 cm de diámetro para obtener el cátodo.



Las baterías se ensamblaron en celdas ECC-Combi de El-Cell con litio metálico como ánodo,

separador de fibra de vidrio y una solución 1M LiPF6 en carbonato de etileno y carbonato de

propileno (1:1 v/v) como electrolito.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Caracterización estructural

El análisis termogravimétrico permite estudiar cambios de fase de los materiales en función de

la temperatura, se estudiaron el grafito (precursor de síntesis) y sus derivados para establecer de

manera cualitativa las diferencias entre cada material sintetizado (Figura 2). El análisis demostró

que el grafito es estable hasta 650°C, a temperaturas más altas empieza a degradarse por pirólisis

(Figura 2i). Los materiales GO y rGO-MO presentan los mismos procesos a las mismas

temperaturas, aunque muy diferentes en cuanto a la magnitud en pérdida de peso. En la Figura 2

se observa un primer proceso de pérdida de masa (Proceso I) a partir de 100°C presente en los dos

óxidos de grafeno (Figura 2ii, iii) pero no en el grafito. Este primer proceso se atribuye a la pérdida

de humedad, la masa atribuida a la pérdida de agua es menor en el rGO-MO lo cual sugiere que la

síntesis asistida por microondas produce un material ligeramente hidrofóbico, posiblemente

atribuido a la presencia de grupos funcionales hidrofóbicos[10]. Debido al proceso de oxidación

se forman grupos funcionales de oxígeno en la superficie, los cuales pueden ser eliminados

térmicamente mediante la formación de CO y CO2 [10], por lo tanto la magnitud del proceso II a

200°C es indicativo de la cantidad de grupos funcionales en las láminas de grafeno.. Por lo tanto,

el análisis termogravimétrico permite establecer que en efecto, hubo una sustitución sobre la

superficie de la estructura grafítica por ambos métodos; si bien la síntesis asistida por microondas

permite una mayor funcionalización del GO (Figura 2 iii). Por otro lado, los óxidos de grafeno

reducidos a 1 y 3 pasos (rGO-1S y rGO-3S) demostraron una estabilidad idéntica a la del grafito,

sugiriendo la presencia mínima o nula de grupos funcionales.



Figura 40. Análisis termogravimétrico del grafito y sus derivados. (i) grafito, (ii) óxido de grafeno obtenido por la

síntesis de Hummers (iii) óxido de grafeno obtenido por microondas. Se señalan los procesos I y II descritos en el

texto.

Para entender mejor la funcionalización de los grafenos, se realizó la caracterización de los

materiales por espectroscopia infrarroja, Figura 3. Como referencia, se obtuvo el espectro de grafito

(Figura 3i). La oxidación del grafito por el método de Hummers resulta en un material sustituido

(Figura 3ii), con la señales de cetonas y cadenas de aldehídos α-β insaturadas en 1710 cm-1 y de

grupos funcionales O-H de ácidos carboxílicos en 950 cm-1. Por otro lado, el espectro del óxido de

grafeno reducido obtenido por microondas es muy diverso (Figura 3iii), con señales de grupos

funcionales O-H (alcoholes) en el intervalo de 3661 a 3467 cm-1, O-H (ácidos carboxílicos) en

3377-3350 cm-1, H-C=O (aldehídos) en 2713 cm-1, C=O (carbonilos) en 1830 cm-1, y C-O

(esteres/éteres) en 1302 cm-1. Estos resultados apoyan la hipótesis de que la magnitud del proceso

II, establecidos en el análisis termogravimétrico, se debe a la alta funcionalización de las láminas

del rGO-MO. Por otro lado, los espectros de infrarrojo de rGO-1S y rGO-3S presentaron una baja

funcionalización (resultados no mostrados) que se aprecia muy similar al espectro de infrarrojo de

grafito, al igual que el TGA, sugiriendo un alto grado de reducción por el tratamiento con NaBH4

y el tratamiento térmico con una atmósfera de hidrógeno.



Figura 41. Espectro de IR de grafito (i) y los óxidos de grafeno obtenidos por Hummers (ii) y Hummers asistido por

microondas (iii).

Por espectroscopia de infrarrojo y TGA se confirmó la presencia de grupos funcionales

abundantes en GO y rGO-MO, pero no fue posible determinar las diferencias entre grafito, rGO-

1S y rGO-3. Posteriormente, se realizó difracción de rayos-X a fin de determinar, el efecto que

tuvo la funcionalización del grafito en la cristalinidad y las distancias interplanares de las láminas

de grafeno (Figura 4.A). El pico característico del grafito (2θ =26°) es asociado a una distancia

interplanar de 0.339 nm; la introducción de grupos funcionales en la estructura grafítica mediante

el proceso de oxidación incrementa la distancia interplanar del grafito a 0.720 nm, que es

característico del GO [11]–[13]. El pico ancho centrado en 25° presente en el difractograma del

rGO-MO (Figura 4.Aiii) y rGO-1S (Figura 4.Aiv) es característico del óxido de grafeno

reducido[11]–[13]; sin embargo, los espectros IR y el análisis termogravimétrico sugieren que el

rGO-MO está altamente funcionalizado, aún más que el GO. Por lo tanto, el grado de

funcionalización de rGO-MO es muy alto, pero probablemente los grupos funcionales permiten la

unión de las láminas mediante enlaces C-O-C que favorecen una menor distancia interplanar. La



estabilidad térmica, la baja funcionalización y el pico de difracción del rGO-1S son altamente

indicativos de la obtención de grafeno químicamente derivado[11]–[13]. El pico de difracción, el

espectro IR y la estabilidad térmica del rGO-3S sugieren que este material es muy similar al grafito;

sin embargo, la similitud en los picos de difracción podría deberse a la aglomeración de pocas

láminas de grafeno que forman “few layered grafene” (FLG) o grafeno de pocas capas con un

comportamiento similar al grafito[14], [15], esta hipótesis se puede apoyar con la disminución del

número de cuentas en el difractograma y la obtención de un pico más ancho característico de

tamaño de cristal menor.

Figura 42. Caracterización espectroscópica por Difracción de Rayos X (A) y por espectroscopia Raman (B); de los

materiales preparados en este trabajo i) grafito, ii) GO, iii) rGO-MO, iv) rGO-1S y v) rGO-3S. La banda D en el

espectro de Raman (marcada en la figura) es característica de grafeno QD.

Finalmente, se realizó la caracterización de los materiales por espectroscopia Raman para

determinar la integridad de las láminas de grafeno, obtenidas por los distintos métodos de síntesis,

y confirmar la naturaleza del rGO-3S, sea como un FLG químicamente derivado o bien,

simplemente grafito. Los espectros Raman, Figura 4.B, muestran diferencias claras entre cada

material, particularmente con rGO-1S y rGO-3S, los cuales no se distinguían del grafito por TGA

o espectroscopia infrarroja. La señal en 1567 cm-1, presente en los cinco espectros corresponde al

modo 𝐸2𝑔2del grafito, comúnmente llamada la banda “G” (G por grafito)[16]. La permanencia de



esta señal a lo largo del tratamiento del grafito es un buen indicador de la conservación de la

estructura laminar del material y la presencia de carbones con hibridación sp2. La banda en 1333

cm-1 se conoce como el modo de desorden, o modo D[16]. La banda D sólo está presente en los

derivados de grafito, hay dos condiciones que deben cumplirse para la presencia de esta banda, la

primera requiere que un portador de carga sea excitado y dispersado inelásticamente por un fonón;

la segunda condición requiere que una dispersión inelástica se lleve a cabo por un defecto o zona

límite en el plano del grafeno[17], [18]. No es posible determinar únicamente por espectroscopia

Raman, cuál de los dos factores necesarios para la presencia del pico D predominan en cada

material, si la presencia de grupos funcionales o los defectos en las láminas; sin embargo, con el

apoyo de los espectros de infrarrojo es posible proponer que en el caso del rGO-MO, la mayor

contribución hacia la banda D se debe a la presencia de grupos funcionales abundantes; mientras

que en el rGO-1S y rGO-3S, que muestran una química superficial similar a la del grafito, la mayor

contribución hacia la banda D debe ser por defectos en las láminas de grafeno. Debido a la

intensidad relativa entre la banda D en el rGO-3S y la banda D del rGO-1S, se concluye que existe

una mayor cantidad de defectos en el rGO-3S, posiblemente debido a la reducción agresiva por el

calentamiento a 1100°C. Debido al intervalo de barrido limitado, no fue posible detectar la

presencia de la banda 2D, ubicada en 2690cm-1 , de la cual se puede deducir el número de capas de

grafeno obtenida; por lo que no es posible establecer el número de capas de grafeno asociadas al

rGO-3S [17], [18].

3.2 Caracterización electroquímica

El ciclado galvanostático se llevó a cabo por 50 ciclos, Figura 5. Este estudio permite

determinar la capacidad específica real de los electrodos en la batería y la capacidad de respuesta,

ante diferentes tasas de descarga. Así mismo, esta técnica permite determinar la histéresis en el

potencial al que se lleva a cabo el proceso de intercalación y des-intercalación de los iones de litio.

Los materiales conductores se juzgaron por su contribución a la reversibilidad de las reacciones

redox en las celdas (histéresis en los procesos de carga y descarga) y por su habilidad de contribuir

a la conservación de capacidad a lo largo de varios ciclos a distintas tasas de carga/descarga.



Figura 5. Curvas de Carga y Descarga (C-rate=0.1C) de las celdas ion litio ensambladas con LiFePO4 utilizando los

diferentes aditivos conductores: A) grafito, B) rGO-MO, C) rGO-1S y D) rGO-3S. Primer ciclo de carga/descarga

(i), ciclo, número 50, de carga/descarga (ii).

Ha sido reportado que el material activo, LiFePO4, presenta el potencial de

intercalación/deintercalación, de 3.5 volts [19]. Para la celda que utiliza grafito como aditivo

conductor (Figura 5 Ai), el proceso de carga y descarga (ciclo 1) se lleva a cabo cerca de 3.5 V con

una histéresis del orden de 0.07 V; sin embargo, después de 50 ciclos (Figura 5 Aii), la histéresis

se hace mayor, resultando en un alto sobrepotencial para los procesos de intercalación y una

disminución de capacidad de 143.8 mAh/g a 48.7 mAh/g. No obstante, después de 50 ciclos, se

presentan dos procesos: una meseta, a bajas capacidades, muy similar a la del primer ciclo y; un

incremento abrupto de potencial (mayoritaria), a altas capacidades. Por lo tanto, existen regiones

que presentan la conductividad inicial de grafito y otras donde el contacto eléctrico se ha perdido,

sugiriendo que la interacción entre el conductor eléctrico y la fase activa es muy pobre resultando

en el aumento constante de potencial de la celda.

Por otro lado, la celda con rGO-MO presenta un sobrepotencial mucho mayor y por lo tanto,

una capacidad menor 121.4 mAh/g, (Figura 5 B), con la aparición de un sobrepotencial aún mayor,



en comparación a la celda con grafito, en el ciclo 50 de carga/descarga; no obstante, la pérdida de

capacidad relativa es menor que la correspondiente a la celda con grafito, 27% contra 66% de su

capacidad inicial, respectivamente A pesar de la presencia de grupos funcionales abundantes en la

superficie de las láminas de rGO-MO que aumentan la resistencia al paso de electrones, estos

grupos funcionales podrían servir como sitios de contacto, favoreciendo la interacción rGO-

MO/LiFePO4, y a su vez promoviendo una mejor ciclabilidad.

El rGO-1S se comporta como un excelente conductor electrónico (Figura 5 C), en el primer

ciclo alcanza una capacidad y sobrepotencial similar a la obtenida con grafito, pero se destaca sobre

todos los demás aditivos, ya que después de 50 ciclos, se pierde solamente el 6% de su capacidad

inicial y sin incremento de la histéresis de los procesos de carga/descarga (Figura 5 Cii). Por lo

tanto, el bajo grado de funcionalización del rGO-1S permite mantener una interacción rGO-

1S/LiFePO4 favorable durante los 50 ciclos, sin sacrificar la conductividad como en el caso del

rGO-MO. La caracterización estructural permitió detectar la presencia de pocos grupos funcionales

tanto en el rGO-3S como en el rGO-1S; sin embargo, su desempeño como conductor, a lo largo de

los 50 ciclos es comparable a la del grafito. Los defectos detectados por la espectroscopia Raman

y la falta de grupos funcionales en la superficie del rGO-3S no permitieron mantener una

interacción lo suficiente fuerte con el LiFePO4, reflejándose en la pérdida de capacidad después de

50 ciclos y un aumento en la histéresis (Figura 5 Dii). En la Tabla 1 se resumen las capacidades de

carga y descarga de los primeros y últimos ciclos de cada celda.

Cabe resaltar que cuando una celda presenta alta resistencia al paso de electrones, el proceso

de carga no se lleva al 100%, este proceso podría llevarse a cabo a potenciales más altos; sin

embargo, a potenciales superiores a 4.2V ocurre la oxidación del electrolito, resultando en la

degradación prematura de la celda. Como medida de precaución y a fin de obtener una comparación

justa en todos los materiales, el ciclado galvanostático está limitado a un potencial de 4.2V,

posteriormente la carga sigue a densidades de corriente menores, lo cual permite llevar la celda a

un estado de carga del 100% sin promover la oxidación del electrolito. La aparición de potenciales

constantes, a capacidades altas, como es más evidente en el perfil de la celda con rGO-MO (Figura

5 B), es el resultado de esta limitación.



Tabla 1. Comparación de capacidad de celdas de LiFePO4 con distintos carbones después de 50 ciclos.

Tipo de

Carbón

Capacidad (mAh/g)

Ciclo 1-Carga 1-Descarga 50-Carga 50-Descarga

Grafito 140.2 143.8 54.6 48.7

rGO-MO 128.3 121.4 92.2 88.9

rGO-1S 141.3 140.5 134.1 132.0

rGO-3S 144.1 143.0 71.2 69.2

En la Figura 6 se presenta la capacidad de descarga en función del número de ciclos, y a

diferentes tasas de carga/descarga. Los primeros 10 ciclos se llevaron a cabo a una tasa baja de

0.1C, permitiendo obtener capacidades cercanas a las teóricas en los primeros ciclos de todas las

celdas excepto la celda con rGO-MO. Aunque hay una disminución de capacidad notable en todas

las celdas, al incrementar la tasa de carga/descarga, el porcentaje de pérdida de capacidad en cada

caso permite inferir sobre la calidad del material conductor. La celda con rGO-1S pierde 26.2

mAh/g de capacidad, de 0.1C a 1C, con una estabilidad aceptable a lo largo de los 10 ciclos a esa

tasa, mientras la capacidad de la celda con grafito disminuye por 32.6 mAh/g con una tendencia

negativa. La celda con rGO-3S también tiene una tendencia negativa con una pérdida de capacidad

promedio de 52.1 mAh/g a 1C con respecto a su capacidad a 0.1C, mientras la celda con rGO-MO

pierde toda funcionalidad a tasas mayores de 0.1C. A tasas de 5C y 10C hay una mayor pérdida de

capacidad; sin embargo, la celda con el rGO-1S es la que mayor capacidad retiene en todos los

casos, hasta 5C. Al disminuir la tasa de 10C a 0.1C, la celda con rGO-1S es la única que recupera

prácticamente toda su capacidad de almacenamiento con una estabilidad apreciable, mientras las

demás muestran tendencias negativas con respecto a la capacidad, lo cual se atribuye ya sea a una

degradación del material conductor o bien a la pérdida de contacto entre la fase activa y aditivo

conductor.



Figura 6. Comportamiento de las celdas ion litio ensambladas con LiFePO4 utilizando los diferentes aditivos

conductores: i) grafito, B) rGO-MO, C) rGO-1S y D) rGO-3S en función del número de ciclo y tasas de carga y

descarga (indicadas en la figura).

4. CONCLUSIONES

En conclusión, la química superficial de los grafenos QD tuvo un efecto evidente en el

desempeño de las baterías de ion litio. Se encontró que una alta funcionalización no favorece la

conductividad en el cátodo como es en el caso del material rGO-MO, si bien logra mantener

interacciones con el material activo, su alta funcionalización requiere de un alto sobrepotencial

para llevar a cabo la carga y descarga. Asimismo, se llegó a la conclusión que una funcionalización

baja (rGO-3S) o inexistente (grafito) no favorece la ciclabilidad de la celda, debido a interacciones

débiles. Es necesario encontrar un punto intermedio, aprovechando a lo máximo, la presencia de

grupos funcionales sin sacrificar la alta conductividad del grafeno.

En esta investigación se trabajó con las proporciones óptimas informadas en la literatura,

para composites de LiFePO4/Carbon Black/PVDF (80:10:10 en peso); sin embargo, la

determinación del punto de percolación de compuestos de LiFePO4/rGO-1S/PVDF podría revelar

la necesidad de menores cantidades de aditivo conductor (rGO-1S). Un estudio de percolación



permitirá determinar la cantidad mínima de grafeno rGO-1S necesaria para optimizar su

conductividad, permitiendo una mayor capacidad específica (capacidad por gramo de electrodo).

5. AGRADECIMIENTOS

Se agradece el apoyo económico del proyecto CONACyT-SENER- Sustentabilidad No.

245754. También se agradece el apoyo del Laboratorio de Rayos-X de la División de Ciencias

Básicas e Ingeniería de la UAM-I y al Dr. Michel Picquart por su apoyo con el equipo de Raman.

6. REFERENCIAS

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