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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4297| Estudio experimental y computacional de MnO2 para su uso en supercapacitores Experimental and computational study of MnO2 for its use in supercapacitors | |
| Jorge Alejandro Manzo Mendoza | |
| ANA KARINA CUENTAS GALLEGOS CHRISTIAN ALEJANDRO CELAYA LOPEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| MnO2, Electro oxidación, Supercapacitor, Capa delgada, Capacitancia, DFT MnO2, Electro oxididation, Supercapacitor, Thin film, Capacitance, DFT | |
| La investigación en nuevos y mejores métodos de almacenamiento de energía es crucial para avanzar en la transición energética. En este contexto, los supercapacitores ofrecen ventajas significativas, como su rápida velocidad de carga-descarga y su alta estabilidad. Para mejorar su densidad energética, se ha explorado la incorporación de diversos materiales, entre los cuales el dióxido de manganeso (MnO2) se destaca como prometedor. Este material exhibe el fenómeno de pseudocapacitancia y, en su fase delta, presenta una estructura laminar que facilita la rápida carga y descarga de iones. En este estudio, se depositaron capas delgadas y gruesas (aproximadamente 100 nm y 300 nm) de monóxido de manganeso (MnO) sobre sustratos de acero inoxidable, que posteriormente fueron sometidos a ciclos de voltamperometría cíclica para su electrooxidación, provocando la inserción de iones (Li+ ó Na+), para posteriormente ser evaluado su desempeño en almacenamiento de energía. Las muestras resultantes mostraron una morfología laminar consistente con la fase δ-MnO2, también conocida cristalográficamente como birnesita. Además del análisis experimental, se realizaron simulaciones utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT), para investigar la energía de formación del material y el comportamiento de los iones de Li+ ó Na+ en dentro de la estructura δ-MnO2. De igual manera se calculó su capacitancia cuántica, la cuál nos da una perspectiva de la conducta capacitiva del material a distintos voltajes, y mediante simulaciones de dinámica molecular de primeros principios se calculó el coeficiente de difusión. Estas simulaciones complementan los resultados experimentales, brindando una comprensión más profunda de las propiedades fundamentales del material y su desempeño en aplicaciones de almacenamiento de energía. Research into new and improved energy storage methods is crucial for advancing the energy transition. In this context, supercapacitors offer significant advantages, such as their rapid charge-discharge rate and high stability. To enhance their energy density, the incorporation of various materials has been explored, among which manganese dioxide (MnO2) is promising. This material exhibits the phenomenon of pseudocapacitance and, in its delta phase, has a layered structure that facilitates rapid ion charging and discharging. In this study, thin and thick layers (approximately 100 nm and 300 nm) of manganese monoxide (MnO) were deposited on stainless steel substrates, which were subsequently subjected to cyclic voltammetry cycles for electro-oxidation, causing the insertion of ions (Li+ or Na+), after which their energy storage performance was evaluated. The resulting samples showed a layered morphology consistent with the δ-MnO2 phase, also known crystallographically as birnessite. In addition to experimental analysis, simulations using density functional theory (DFT) were carried out to investigate the formation energy of the material and the behavior of Li+ or Na+ ions within the δ-MnO2 structure. Quantum capacitance was also calculated, providing insight into the capacitive behavior of the material at different voltages, and molecular dynamics simulations from first principles were used to calculate the diffusion coefficient. These simulations complement the experimental results, offering a deeper understanding of the fundamental properties of the material and its performance in energy storage applications. | |
| CICESE | |
| 2025 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Manzo Mendoza, J.A. 2025. Estudio experimental y computacional de MnO2 para su uso en supercapacitores. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 89 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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|---|---|---|---|---|
| tesis_Jorge Alejandro Manzo Mendoza_2025BIB.pdf | Descripción completa de la tesis | 8.52 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |