Tesis y Trabajos de Investigación PUCP

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Desarrollo de electrolito polimérico para paneles fotovoltaicos a partir de la carragenina
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-08-17) Alvarez Laura, Ricardo Andres; Torres García, Fernando Gilberto
Los biopolímeros se han utilizado recientemente para el desarrollo de electrolitos poliméricos, que encuentran aplicaciones en celdas fotovoltaicas del tipo DSSC o celdas de Gräetzel, y han significado una alternativa para la conversión de energía solar a energía eléctrica. El presente trabajo se enfoca en el desarrollo de un electrolito polimérico que tiene como base al biopolímero carragenina y como aditivos, la sal NH4I y el plastificante glicerol, con el fin incrementar la conductividad iónica. La metodología consistió en la extracción de la carragenina a partir de las algas del litoral peruano y la incorporación de los aditivos. Los electrolitos se fabricaron en forma de films para proceder a ser ensayados. Los ensayos se dividieron en: ensayos de espectroscopia de impedancia electroquímica, y caracterización morfológica, estructural, térmica y mecánica. Los ensayos espectroscopia infrarroja (FTIR) confirmaron la presencia de grupos carboxilos que a su vez confirman la formación de carboximetil carragenina, una modificación de la carragenina para incrementar su conductividad. De la misma manera se confirma la estabilidad térmica en el rango de temperatura apropiada de los films para su trabajo en una celda DSSC. De las pruebas de impedancia electroquímica se pudo evaluar la conductividad iónica, comprobando que la sal yoduro de amonio (NH4I), y el plastificante glicerol, incrementan la conductividad de la carboximetil carragenina, logrando una conductividad máxima de 5.31x10-4 S/cm, es decir de 4 órdenes de magnitud mayor al valor de conductividad original de la carragenina. Además, se ensambló una celda fotovoltaica prototipo usando el electrolito basado en carboximetil carragenina con NH4I al 25% y glicerol al 25%. El voltaje registrado para dicha celda dio un valor de 0.893 V. Por tanto, se concluye que los compuestos en base a carragenina tienen la capacidad de formar films. Así mismo, se ha concluido que la carboximetilación de la carragenina y la adición de sales y plastificante, permite obtener electrolitos poliméricos con un mayor valor de conductividad iónica en comparación a la carragenina pura. Lo cual indica que dichos materiales pueden ser empleados en la fabricación de celdas fotovoltaicas del tipo DSSC.
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Caracterización de nanomateriales compuestos con matriz de carragenina reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono y nanopartículas de origen biológico
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-06-18) Ortecho Luna, David Amador; Torres García, Fernando Gilberto
La utilización de biopolímeros en reemplazo de los polímeros tradicionales sintéticos es una necesidad creciente en todos los campos de la industria. La carragenina es un polisacárido que se extrae de las algas, por lo que se considera una alternativa a tomar en cuenta ya que es un material abundante, económico y biodegradable. El objetivo principal de esta tesis es desarrollar y caracterizar nanocompuestos a partir de una matriz de carragenina con diversos nanorefuerzos tales como óxido de grafeno y nanotubos de carbono de pared simple y múltiple. Las películas obtenidas se caracterizarán estructural, térmica, morfológica y mecánicamente. Para cumplir con lo trazado en el objetivo principal, en primer lugar se procedió a hacer una revisión del estado del arte, presentando los fundamentos básicos para el desarrollo de nanocompuestos, describiendo las generalidades de la carragenina, el óxido de grafeno y los nanotubos de carbono, así como también los procesos más conocidos de síntesis de nanocompuestos. Se procedió a extraer el biopolímero de las algas y luego se elaboraron los nanocompuestos de tres tipos diferentes: los reforzados con óxido de grafeno, nanotubos de carbono de pared múltiple y nanotubos de carbono de pared simple. Cada tipo de nanocompuesto fue preparado con tres porcentajes de peso de refuerzo: 1%, 3% y 5%. Todas las películas fueron sometidas a difractómetría de rayos X, espectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier, termogravimetría, calorimetría de barrido diferencial, microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica, y a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos demuestran una buena interacción entre la matriz y los refuerzos, ya que las propiedades estructurales de la matriz no se ven afectadas por la presencia de nanopartículas. Las propiedades térmicas se mantienen estables ya que no existen cambios considerables en la temperatura de degradación térmica ni en la de transición vítrea, sin embargo se observa una mayor cantidad de masa remanente luego de la pirolisis de la matriz cuando esta se encuentra reforzada con los refuerzos estudiados. Las pruebas de microscopía muestran una correcta dispersión de los refuerzos a lo largo de todas las muestras por lo que se puede asegurar que el proceso de obtención de los films ha sido efectivo. Las pruebas mecánicas ofrecen notables resultados, ya que se observan mejorías considerables en todos los casos analizados. La resistencia a la tracción aumentó hasta en un 93.29% para los nanocompuestos reforzados con óxido de grafeno, y el módulo de elasticidad se elevó en un 573.11% en el caso de los nanocompuestos de nanotubos de carbono de pared simple. Las mejores propiedades mecánicas se encontraron al 5% de refuerzo en todos los casos.

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