Sistema de bajo costo para la caracterización electroquímica del supercapacitor La₂O₃:Er/Grafeno

Resumen

La caracterización electroquímica de nuevos materiales para almacenamiento de energía requiere equipos especializados cuyo alto costo limita su acceso en entornos académicos con recursos limitados. En este trabajo se implementa un potenciostato de bajo costo basado en Arduino para la caracterización de un supercapacitor fabricado con un material compuesto de óxido de lantano dopado con erbio (La₂O₃:Er) y grafeno. El dispositivo de almacenamiento se construyó sobre colectores de aluminio de 2×3 cm (área activa 4.16 cm²), utilizando una solución de grafeno en acetona dispersada mediante ultrasonido y depositada por goteo (≈10 mg de grafeno), mientras que el La₂O₃:Er (≈10 mg) se aplicó en polvo sobre un solo electrodo. Tras el secado y planchado a 120 °C, los electrodos se ensamblaron con un separador de papel poroso impregnado con 5 mL de ácido fosfórico (H₃PO₄) como electrolito, sellando los bordes con silicona y conectando terminales de cinta de cobre. Las mediciones de voltametría cíclica (VC) entre –0.5 V y +0.5 V a 20 mV/s mostraron una curva con desviaciones del rectángulo ideal, evidenciando pseudocapacitancia asociada al La₂O₃:Er. A partir de los datos de VC se calculó una capacitancia específica de 1.36 F/g. La cronoamperometría (CA) reveló un pico de corriente inicial de 14,000 µA con un decaimiento exponencial (constante de tiempo ≈0.4 s), confirmando la alta velocidad de respuesta del dispositivo.

La caracterización electroquímica de nuevos materiales para almacenamiento de energía requiere equipos especializados cuyo alto costo limita su acceso en entornos académicos con recursos limitados. En este trabajo se implementa un potenciostato de bajo costo basado en Arduino para la caracterización de un supercapacitor fabricado con un material compuesto de óxido de lantano dopado con erbio (La₂O₃:Er) y grafeno. El dispositivo de almacenamiento se construyó sobre colectores de aluminio de 2×3 cm (área activa 4.16 cm²), utilizando una solución de grafeno en acetona dispersada mediante ultrasonido y depositada por goteo (≈10 mg de grafeno), mientras que el La₂O₃:Er (≈10 mg) se aplicó en polvo sobre un solo electrodo. Tras el secado y planchado a 120 °C, los electrodos se ensamblaron con un separador de papel poroso impregnado con 5 mL de ácido fosfórico (H₃PO₄) como electrolito, sellando los bordes con silicona y conectando terminales de cinta de cobre. Las mediciones de voltametría cíclica (VC) entre –0.5 V y +0.5 V a 20 mV/s mostraron una curva con desviaciones del rectángulo ideal, evidenciando pseudocapacitancia asociada al La₂O₃:Er. A partir de los datos de VC se calculó una capacitancia específica de 1.36 F/g. La cronoamperometría (CA) reveló un pico de corriente inicial de 14,000 µA con un decaimiento exponencial (constante de tiempo ≈0.4 s), confirmando la alta velocidad de respuesta del dispositivo. Este trabajo demuestra la viabilidad de utilizar instrumentación de bajo costo para investigación electroquímica y sugiere el potencial del material compuesto La₂O₃:Er/Grafeno para aplicaciones de almacenamiento de energía.