Investigación
Direct alcohol fuel cells are energy conversion devices that enable high power output with high efficiency. They are based on the controlled reaction between a liquid alcohol (methanol, ethanol, isopropanol) and oxygen. In the specific case of using ethanol (DEFC), its use becomes advantageous when bioethanol produced from residual biomass is used as a sustainable fuel source. Designing catalysts capable of completely oxidizing an alcohol to CO2 remains a challenge to this day.
We work on the design of catalysts by modifying electrode surfaces with metal nanoparticles embedded in polymers. We vary the size, shape, spatial arrangement, and composition of the nanoparticles to understand the influence of these factors on the performance of the catalyst.
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De las distintas tecnologías de almacenamiento energético de próxima generación basadas en litio, las baterías de Li-O2 resultan prometedoras, pues poseen una capacidad especifica teórica muy elevada comparada con el estándar usado (ion litio). Como desventaja, las baterías de Li-O2 presentan distintos problemas en lo que respecta a las reacciones de electrodo. En particular, la reacción directa entre el litio metálico (ánodo) y trazas de agua disueltas en el electrolito, sumado a la formación de dendritas de litio durante los sucesivos ciclos de carga y descarga son dos de las principales causas del deterioro precoz de las baterías. Sumado a esto, la reacción de oxidación de Li2O2 que ocurre en el cátodo durante la carga de la batería posee un sobrepotencial muy elevado, lo cual produce la oxidación inespecífica del solvente. Por último, y también en el cátodo, a lo largo de los ciclos de carga y descarga se produce la formación constante de oxígeno singulete (1O2, producto de la reacción de dismutación del intermediario anión superóxido) que puede reaccionar con el solvente orgánico circundante formando productos de reacción no deseados que terminan por pasivar el electrodo. En SIM-G buscamos atacar todas estas problemáticas a través del desarrollo de electrolitos gelificados conteniendo: 1) polímeros (para proporcionar la estructura del gel), 2) solvente orgánico polar aprótico (como plastificante líquido), 3) sales de litio (para favorecer el transporte de carga), 4) desactivadores físicos de 1O2 (para proteger al electrolito), y 5) mediadores redox (para bajar el sobrepotencial de carga y proteger tanto al electrolito como al desactivador de 1O2). De esta manera, este electrolito actúa como barrera contra la contaminación de agua (protección del ánodo), produce un aumento en el número de transferencia de iones litio (protección contra la formación de dendritas de litio) y funciona como protector del solvente protegiendo la interfaz cátodo/electrolito. Estos materiales se obtienen con diferentes metodologías como la gelificación física y química.
Both batteries and supercapacitors are energy storage devices that rely on electrochemical processes. However, their charge storage mechanisms differ, leading to different energy densities. The basic differences between supercapacitors and batteries lie in their different charge storage mechanisms and the materials and structures of their electrodes. Generally, batteries and fuel cells are designed to provide high energy density, storing a large amount of charge in electrodes through faradaic reactions, while supercapacitors can provide high power density due to surface charge storage mechanisms. Pseudocapacitive materials store charge through redox reactions similar to batteries, but at fast rates comparable to those of electrochemical double-layer capacitors, exhibiting an electrochemical response similar to that of a capacitor.
We synthesize carbons with meso- and micro-scale porosity, useful in supercapacitors. We extensively characterize these materials and study their electrochemical behavior to optimize their synthesis. Additionally, we surface-modify these materials with substances having redox functionalities, in order to develop materials that can be used to prepare pseudocapacitors.
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La mezcla de dos polielectrolitos de carga opuesta disueltos en agua puede dar lugar a un proceso de separación de fases, produciéndose una fase diluida en polímeros y una fase concentrada compuesta principalmente por complejos interpoliméricos estabilizados por interacciones no covalentes, conocidos como complejos de polielectrolito. La fisicoquímica de estos compuestos y el estudio del proceso de separación de fases se han estudiado extensamente, y aún hoy siguen siendo foco de atención. Por otro lado, se ha demostrado también que es posible obtener compuestos similares ya no mediante la mezcla de dos polielectrolitos de carga opuesta, sino mediante la mezcla de un polielectrolito y una molécula pequeña con suficiente carga (opuesta a la del polielectrolito), es decir, coacervatos asimétricos. Además, ajustando debidamente las concentraciones y relaciones molares de los reactivos, es posible obtener fases de tipo coloidal formadas por una dispersión de agregados nanométricos similares a células sin membrana (gotas poliméricas insolubles en agua capaces de internalizar moléculas de interés biomédico).
En SIM-G trabajamos para comprender la fisicoquímica detrás del fenómeno de separación de fases y estabilización en fase coloidal de estos compuestos e investigamos cómo a partir de este entendimiento es posible guiar al sistema a encapsular macromoléculas de interés terapéutico (proteínas). En colaboración con el laboratorio del Dr. Omar Azzaroni (INIFTA, UNLP), el laboratorio del Dr. Guillermo Docena (IIFP, UNLP), y el laboratorio del Dr. Maximiliano Agazzi (IDAS, UNRC) empleamos nanogotas de coacervatos asimétricos como materiales bifuncionales (nanovehículo de antígeno + agente adyuvante) en la preparación de vacunas. Algunas de las aplicaciones concretas en las que trabajamos incluyen: enfermedades de ganado, SARS-CoV-2, cáncer, entre otras.
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