ES2931987A1 - Procedure for obtaining nanostructured silver electrodes and nanostructured silver electrodes (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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Abstract

Procedure for obtaining nanostructured silver electrodes and nanostructured silver electrodes. The present invention refers to a procedure for obtaining nanostructured silver electrodes with a three-dimensional (3D) nanoporous structure, based on an antireplication-replication method, by using electrochemical manufacturing techniques. It also refers to a nanostructured silver electrode obtainable according to the above method and to a nanostructured silver electrode with high electrical capacities and also with chromoactive behavior. The present invention is applicable in the field of supercapacitors, and its use for the efficient storage of electrical energy, preferably in systems with renewable sources. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento de obtención de electrodos de plata nanoestructurados y electrodos de plata nanoestructuradosProcedure for obtaining nanostructured silver electrodes and nanostructured silver electrodes

Sector de la técnicaTechnical sector

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de electrodos de plata nanoestructurados con una estructura nanoporosa en 30, que se basa en un proceso de antirréplica-réplica, que es reproducible, de bajo coste económico y de reducido impacto ambiental, así como fácilmente escalable a nivel industrial. La invención también se refiere a un electrodo de plata nanoestructurado obtenible por el procedimiento anterior, y a un electrodo de plata nanoestructurado de altas prestaciones para el almacenamiento de carga eléctrica.The present invention refers to a procedure for obtaining nanostructured silver electrodes with a nanoporous structure at 30, which is based on an anti-replication-replication process, which is reproducible, has low economic cost and reduced environmental impact, as well as being easily industrially scalable. The invention also refers to a nanostructured silver electrode obtainable by the above procedure, and to a high performance nanostructured silver electrode for electric charge storage.

La invención resulta de aplicación en aquellos sectores en los que se fabriquen, usen o comercialicen sistemas de almacenamiento y conversión de energía, así como en los sectores de producción, almacenamiento o transporte de energía.The invention is applicable in those sectors in which energy storage and conversion systems are manufactured, used or marketed, as well as in the energy production, storage or transport sectors.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Hoy en día existe un extraordinario interés y elevada demanda en el desarrollo de nuevos sistemas de almacenamiento y conversión de energía eléctrica que sean mucho más versátiles, eficientes y medioambientalmente sostenibles, a la vez que altamente competitivos. Esto es debido a que el almacenamiento energético es imprescindible para el desarrollo de las redes inteligentes o SmartGrid. Las SmartGrid son redes inteligentes capaces de integrar de forma predictiva comportamientos y acciones de los usuarios para eliminar pérdidas energéticas, aumentar la calidad y la cantidad de la energía disponible y garantizar la seguridad de que el suministro energético se mantenga estable en el tiempo. Las ciudades consumen el 78 % de toda la energía que se produce a nivel mundial (Naciones Unidas [recuperado el2020-03-09].Today there is an extraordinary interest and high demand in the development of new electrical energy storage and conversion systems that are much more versatile, efficient and environmentally sustainable, as well as highly competitive. This is because energy storage is essential for the development of smart grids or SmartGrid. SmartGrids are smart grids capable of predictively integrating user behaviors and actions to eliminate energy losses, increase the quality and quantity of available energy and ensure that the energy supply remains stable over time. Cities consume 78% of all the energy produced worldwide (United Nations [retrieved on 2020-03-09].

Recuperado de internet:Retrieved from the internet:

<https:l/www.un.orgleslclimatechange lcities-pollution.shtml>). Esto explica la necesidad de instaurar tecnologías innovadoras que eviten las pérdidas energéticas y promuevan un uso más racional y eficiente de la energía eléctrica, con su consecuente sostenibilidad con el medioambiente, como son las redes inteligentes. Dicho de otra forma, las SmartGrid permiten convertir a las viviendas unifamiliares, las comunidades de vecinos y los negocios en productores de energía a pequeña escala, independientemente de su tamaño. Estas fuentes aportan a la red común la energía que no consumen, a la vez que pueden actuar en ocasiones puntuales como consumidores. Es en esta capacidad bidireccional donde las tecnologías de almacenamiento energético juegan un papel tan decisivo.<https:l/www.un.orgleslclimatechangelcities-pollution.shtml>). This explains the need to establish innovative technologies that avoid energy losses and promote a more rational and efficient use of electrical energy, with its consequent sustainability with the environment, such as smart networks. In other words, SmartGrids allow single-family homes, neighborhood communities and businesses to become small-scale energy producers, regardless of their size. These sources contribute to the common network the energy that they do not consume, at the same time that they can act on specific occasions as consumers. It is in this bidirectional capacity where energy storage technologies play such a decisive role.

Junto a las SmartGrid, otro campo importante de aplicación de los supercondensadores es su uso en vehículos eléctricos, donde se podrán llevar a cabo las recargas de los supercondensadores a través de la energía cinética del frenado regenerativo (Tesla [recuperado el 2020-10-05). Recuperado de internet:Along with SmartGrids, another important field of application of supercapacitors is their use in electric vehicles, where recharging of supercapacitors can be carried out through the kinetic energy of regenerative braking (Tesla [retrieved on 2020-10-05 ). Retrieved from the internet:

<https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/sector/tesla-ha-comprado-mayores-fabricantessupercondesadores/20190214194700025631.html>).<https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/sector/tesla-ha-comprado-mayores-fabricantessupercondesadores/20190214194700025631.html>).

La importancia del desarrollo de nuevas tecnologías de almacenamiento queda aún más patente si se considera que la Unión Europea ha adquirido el compromiso para el año 2030 de que el 32 % de la energía total generada se produzca a partir de fuentes energéticas renovables (Unión Europea [recuperado el 2020-03-09) . Recuperado de internet: The importance of developing new storage technologies is even more evident if one considers that the European Union has made a commitment by 2030 that 32% of the total energy generated be produced from renewable energy sources (European Union [ retrieved on 2020-03-09) . Retrieved from the internet:

<https://ec.europa.eu/clima/policieslstrategies/2030_es>). Para poder cumplir con este objetivo, se necesita desarrollar sistemas eficientes de almacenamiento y transporte de energía eléctrica que permitan obtener el máximo rendimiento para facilitar la conversión fiable de los suministros intermitentes proporcionados por las energías renovables. En particular, los dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía (baterías y supercondensadores) resultan ser los más adecuados para cubrir la mayoría de estas necesidades, donde ambos son, en muchos aspectos, complementarios, debido a sus diferentes mecanismos de acumulación de energía. La principal ventaja de los supercondensadores frente a las baterías es que los primeros poseen densidades de potencia muy altas y son por tanto capaces de proporcionar una gran cantidad de energía durante periodos cortos (segundos o minutos) (Yan J., Fan Z., Sun W ., Ning G., Wei T., Zhang Q., Zhang R., Zhi L., Wei F. (2012). "Advanced Asymmetr ic Supercapacitors Based on Ni(OH)21Graphene and Porous Graphene Electrodes with High Energy Density". Advanced <https://ec.europa.eu/clima/policieslstrategies/2030_es>). In order to meet this goal, it is necessary to develop efficient electrical energy storage and transportation systems that allow maximum performance to facilitate the reliable conversion of intermittent supplies provided by renewable energy. In particular, electrochemical energy storage devices (batteries and supercapacitors) turn out to be the most suitable to cover most of these needs, where both are, in many aspects, complementary, due to their different energy accumulation mechanisms. The main advantage of supercapacitors over batteries is that the former have very high power densities and are therefore capable of providing a large amount of energy for short periods (seconds or minutes) (Yan J., Fan Z., Sun W ., Ning G., Wei T., Zhang Q., Zhang R., Zhi L., Wei F. (2012) "Advanced Asymmetric Supercapacitors Based on Ni(OH)21Graphene and Porous Graphene Electrodes with High Energy Density ".Advanced

Functional Materials, 22, p: 2632-2641). Sin embargo, necesitan mejorar sus densidades de energía (ser capaces de proporcionar energía durante más tiempo) para incrementar su competitividad en el sector. Por esa razón, la investigación actual en el campo de los supercondensadores está dirigida a mejorar la densidad de energía de almacenamiento de dichos dispositivos. Para ello, una de las posibilidades consiste en aumentar la capacidad 35 específica (F/g donde F son Faradios y g son gramos) del electrodo. Otra es utilizar electrolitos que operen en rangos de voltajes más altosFunctional Materials, 22, p: 2632-2641). However, they need to improve their power densities (being able to provide power for longer) to increase their competitiveness in the sector. For that reason, current research in the field of supercapacitors is aimed at improving the storage energy density of such devices. For this, one of the possibilities consists in increasing the specific capacity (F/g where F are Farads and g are grams) of the electrode. Another is to use electrolytes that operate in higher voltage ranges.

Los mecanismos de almacenamiento de energía de los supercondensadores pueden ser de dos tipos:The energy storage mechanisms of supercapacitors can be of two types:

i) No faradaico: donde se almacena energía electrostática mediante la separación de carga en una interfaz de doble capa entre un electrodo conductor y un electrólito. Esto correspondería a los supercondensadores conocidos como de doble capa eléctrica (EDLC).i) Non-faradaic: where electrostatic energy is stored by charge separation at a double layer interface between a conductive electrode and an electrolyte. This would correspond to the supercapacitors known as electrical double layer (EDLC).

ii) Faradaico: donde, de acuerdo con la ley de Faraday y relacionado con el potencial del electrodo, el almacenamiento de energía tiene lugar a consecuencia de una transferencia electrónica producida por cambios en el estado de oxidación o cambios químicos en los materiales electroactivos. Generalmente, a un proceso faradaico se le denomina pseudocapacitancia, en referencia al proceso reversible donde tienen lugar reacciones de tipo redox entre el material del electrodo y el electrolito. Al tipo de supercondensadores que almacenan energía eléctrica por medio de este se les denomina pseudocondensadores. Estos últimos, en comparación con el funcionamiento de los condensadores de doble capa, han comenzado a despertar un gran interés en la comunidad científica debido a su menor coste, su mayor capacidad específica, su mayor densidad energética y a que su fabricación y operatividad resulta mucho más sostenible (Ranjit S. K., Suraj A. K., Ramesh J. D. (2018). "Overview of nanoestructured metal oxides and pure nickel oxide (NiO) electrodes for supercapacitor : A review ". Journal of Alloys and Compounds, 734, p: 89-111).ii) Faradaic: where, according to Faraday's law and related to the electrode potential, energy storage takes place as a consequence of an electronic transfer produced by changes in the oxidation state or chemical changes in electroactive materials. Generally, a Faradaic process is called pseudocapacitance, referring to the reversible process where redox-type reactions take place between the electrode material and the electrolyte. The type of supercapacitors that store electrical energy through it are called pseudocapacitors. The latter, compared to the operation of double-layer capacitors, have begun to arouse great interest in the scientific community due to their lower cost, their greater specific capacity, their greater energy density, and because their manufacture and operation is much more efficient. (Ranjit S. K., Suraj A. K., Ramesh J. D. (2018). "Overview of nanostructured metal oxides and pure nickel oxide (NiO) electrodes for supercapacitor : A review ". Journal of Alloys and Compounds, 734, p: 89-111).

Actualmente son varias las vías empleadas para la fabricación de los materiales que integran los electrodos de los que se componen los pseudocondensadores , entre las que se encuentran la tecnología sol-gel, los tratamientos con microondas, técnicas de electrodeposición, técnicas hidrotermales o el empleo de moldes o plantillas. Esta última vía de fabricación presenta notables ventajas frente a las otras,ya que permite obtener materiales con elevada superf icie específica , dando lugar a una mayor interfase de contacto entre el electrolito y el electrodo, lo cual se traduce en mayores capacidades específicas por parte de los materiales así obtenidos (Yan Y., Wang T., Li X., Pang H., Xue H. (2017). "Noble metal- based materials in high-performance supercapacitors ". lnorganic Chemistry Frontiers, 4 (1), p: 33-51). There are currently several ways used to manufacture the materials that make up the electrodes that make up pseudocapacitors, including sol-gel technology, microwave treatments, electrodeposition techniques, hydrothermal techniques or the use of molds or templates. This last method of manufacturing presents notable advantages over the others, since it allows obtaining materials with a high specific surface area, giving rise to a greater contact interface between the electrolyte and the electrode, which translates into greater specific capacities on the part of the materials thus obtained (Yan Y., Wang T., Li X., Pang H., Xue H. (2017). "Noble metal-based materials in high-performance supercapacitors ". lnorganic Chemistry Frontiers, 4 (1), p: 33-51).

A la hora de fabricar un pseudocondensador, los materiales más comúnmente empleados son polímeros conductores u óxidos metálicos. Así, uno de los óxidos metálicos más investigados es el RuO, debido a que es el que presenta mejor conductividad y mayor capacidad específica. No obstante, su aplicación a gran escala se encuentra limitada por su elevado coste debido a que es un elemento poco abundante en la naturaleza. Por ello, se ha empezado a trabajar con otro tipo de óxidos metálicos que a priori parecen ser muy prometedores, tales como los óxidos metálicos procedentes de metales nobles. Entre los metales nobles más habituales empleados para formar estos óxidos metálicos destaca la plata, debido a sus excelentes propiedades físicoquímicas (alta capacitancia, conductividad, estabilidad térmica y química o estabilidad cíclica, entre otras).When manufacturing a pseudocapacitor, the most commonly used materials are conductive polymers or metal oxides. Thus, one of the most investigated metal oxides is RuO, because it is the one with the best conductivity and highest specific capacity. However, its large-scale application is limited by its high cost because it is a rare element in nature. For this reason, work has begun with other types of metal oxides that a priori appear to be very promising, such as metal oxides from noble metals. Among the most common noble metals used to form these metallic oxides, silver stands out, due to its excellent physicochemical properties (high capacitance, conductivity, thermal and chemical stability or cyclical stability, among others).

En el estado del arte se han encontrado antecedentes de producción de electrodos de plata para su empleo como dispositivos supercondensadores. Así, en el documento de patente WO201316510 1A 1 se describe un proceso para fabricar un electrodo híbrido de nanohilos de plata y de grafeno. En otro ejemplo, la patente CN102169103B describe un proceso de obtención de electrodos de plata sólida mezclada con cloruro de plata.In the state of the art, precedents have been found for the production of silver electrodes for use as supercapacitor devices. Thus, in the patent document WO201316510 1A 1 a process for manufacturing a hybrid electrode of silver and graphene nanowires is described. In another example, patent CN102169103B describes a process for obtaining electrodes from solid silver mixed with silver chloride.

También en el estado del arte se hallan una serie de artículos vinculados con la fabricación de electrodos de plata (Tang X., Tsujia M., Jiang P., Nishio M., Jang S-M., Yoon S-H. (2009). "Rapid and high-yield synthesis of si/ver nanowires using air-assisted po/yo/ method with chloride ions ': Colloids Surf. A, 338, p: 33-39; Hu L., Kim H. S., Lee J-Y., Peumans P., Cui Y. (2010). "Sca/ab/e coating and properties of transparent, flexible, si/ver nanowire e/ectrodes ", ACS Nano,4, p: 2955­ 2963; Choi D.Y., Kang H. W., Sung H. J., Kim S. S. (2013). "Annealing - free, flexible si/ver nanowire-polymer composite e/ectrodes vía a continuous two-step spray- coating method", Nanoscale, 5, p: 977-983; Sawangphruk M., Suksomboon M., Kongsupornsak K., Khuntilo J., Srimuk P., Sanguansak Y., Klunbud P., Suktha P., Chiochan P., (2013). "High-performance supercapacitors based on si/ver nanopartic/e-po/yaniline- graphene nanocomposites coated on flexible carbon fiber paper'', J. Mater. Chem. A, 1 (24), p: 9630).Also in the state of the art are a series of articles related to the manufacture of silver electrodes (Tang X., Tsujia M., Jiang P., Nishio M., Jang S-M., Yoon S-H. (2009). "Rapid and high-yield synthesis of si/ver nanowires using air-assisted po/yo/ method with chloride ions': Colloids Surf. A, 338, p: 33-39; Hu L., Kim H. S., Lee J-Y., Peumans P ., Cui Y. (2010) "Sca/ab/e coating and properties of transparent, flexible, si/ver nanowire e/ectrodes ", ACS Nano,4, p: 2955 2963; Choi D.Y., Kang H. W., Sung H. J. , Kim S. S. (2013) "Annealing - free, flexible si/see nanowire-polymer composite e/ectrodes via a continuous two-step spray- coating method", Nanoscale, 5, p: 977-983; Sawangphruk M., Suksomboon M., Kongsupornsak K., Khuntilo J., Srimuk P., Sanguansak Y., Klunbud P., Suktha P., Chiochan P., (2013) "High-performance supercapacitors based on si/see nanoparticle/e-po /yaniline- graphene nanocomposites coated on flexible carbon fiber paper'', J. Mater. Chem. A, 1 (24), p:9630).

No obstante, en todos los supuestos mencionados, la plata se suele encontrar en forma de polvo, por lo que es necesario llevar a cabo una etapa intermedia de conformado, en la cual la plata se combina con algún otro material para dotarle de consistencia mecánica y de esta forma poder configurar el electrodo en sí de cara a una aplicación funcional real, lo que limita mucho su empleo e impide aprovechar al máximo sus propiedades (Yuksela R., Alpugan E., Unalan H. E. (2018). "Coaxial si/ver nanowire/polypyrrole nanocomposite supercapacitors ", Org Electron 52, p: 272-280), tales como su excelente conductividad, baja inflamabilidad, alta humectabilidad, etc. (Yuksel R., Coskun S., Kalay Y. E. (2016). "Flexible, silver nanowire network nickel hydroxide core-shell electrodes for supercapacitors ", J. Power Sources, 328, p: 167-173; K. Devarayan, J. Park, H-Y. Kim (2017). "Facile green synthesis of si/ver nanodendritelcellulose acetate thin film electrodes for flexible supercapacitors ", Carbohydr. Polym., 163, p: 153-161).However, in all the aforementioned cases, silver is usually found in powder form, so it is necessary to carry out an intermediate forming stage, in which the silver is combined with some other material to give it mechanical consistency and In this way, it is possible to configure the electrode itself for a real functional application, which greatly limits its use and prevents it from taking full advantage of its properties (Yuksela R., Alpugan E., Unalan H. E. (2018). "Coaxial si/ver nanowire/polypyrrole nanocomposite supercapacitors", Org Electron 52, p: 272-280), such as their excellent conductivity, low flammability, high wettability, etc. (Yuksel R., Coskun S., Kalay Y. E. (2016). "Flexible, silver nanowire network nickel hydroxide core-shell electrodes for supercapacitors ", J. Power Sources, 328, p: 167-173; K. Devarayan, J. Park, H-Y Kim (2017) "Facile green synthesis of si/see nanodendritelcellulose acetate thin film electrodes for flexible supercapacitors ", Carbohydr. Polym., 163, p: 153-161).

Por lo tanto, en base a toda la bibliografía consultada, se puede concluir que las técnicas conocidas hasta la fecha para diseñar y obtener electrodos para supercondensadores a partir de metales nobles no son lo suficientemente eficaces y eficientes, y tampoco alcanzan a producir electrodos con buenas prestaciones. Esto se debe a que los procesos actuales no permiten su aplicación a mayor escala porque las operaciones que se proponen son complejas y los materiales, compuestos y tecnologías son difíciles de utilizar, bien por su coste, por su escasa abundancia o por resultar en cuellos de botella debido a su especificidad. Esto hace que solo se puedan acometer producciones de escaso volumen, normalmente mediante tecnología especializada de laboratorio. Therefore, based on all the consulted bibliography, it can be concluded that the techniques known to date to design and obtain electrodes for supercapacitors from noble metals are not effective and efficient enough, nor are they enough to produce electrodes with good benefits. This is due to the fact that current processes do not allow their application on a larger scale because the proposed operations are complex and the materials, compounds and technologies are difficult to use, either because of their cost, their scarce abundance or because they result in necks of bottle due to its specificity. This means that only low-volume productions can be undertaken, normally using specialized laboratory technology.

Los electrodos que se conocen también presentan varios problemas debido a sus bajas prestaciones aun cuando se componen de materiales nobles, como la plata. Sus capacidades eléctricas y de almacenamiento energético no resultan estar lo suficientemente optimizadas como para compensar su utilización en sistemas industriales o de consumo a nivel de usuario. Otro problema añadido de los electrodos es que no resulta posible saber cuándo están dañados y dejan de funcionar adecuadamente, a no ser que se empleen técnicas de análisis mediante sondas o mediante aparatos de medición eléctricos que excitan el electrodo para comprobar su comportamiento eléctrico. Cuando se forman arrays o agrupaciones de electrodos o se emplean en sistemas de almacenamiento masivo, resulta aún más complicado determinar el fallo de un elemento específico, lo que repercute muy negativamente en la eficacia y en los costes de mantenimiento y de operación de las plantas de almacenajeThe known electrodes also present several problems due to their low performance even when they are made of noble materials, such as silver. Its electrical and energy storage capacities are not optimized enough to compensate for its use in industrial or consumer systems at the user level. Another added problem with electrodes is that it is not possible to know when they are damaged and stop working properly, unless analysis techniques are used using probes or electrical measurement devices that excite the electrode to check its electrical behavior. When arrays or groups of electrodes are formed or used in mass storage systems, it becomes even more difficult to determine the failure of a specific element, which has a very negative impact on the efficiency and maintenance and operating costs of the production plants. storage

El desarrollo de nuevos electrodos nanoestructurados para supercondensadores será decisivo en un futuro próximo, puesto que permitirán convertir las fuentes energéticas renovables en sistemas prácticos y más eficientes. La mejora de estos sistemas de almacenamiento de electricidad favorecerá su implantación definitiva en todo el planeta, proporcionando sistemas de almacenamiento a escala real de red eléctrica, con enormes perspectivas de crecimiento en el mercado mundial (IDTechEx [recuperado el 2020-03-11] Recuperado de internet <https//www.idtechex.com/fr/research-report/supercapacitors-applications-players-markets-2020-2040/661>).The development of new nanostructured electrodes for supercapacitors will be decisive in the near future, since they will make it possible to convert renewable energy sources into practical and more efficient systems. The improvement of these electricity storage systems will favor their definitive implementation throughout the planet, providing storage systems on a real scale of the electrical network, with enormous growth prospects in the world market (IDTechEx [retrieved on 2020-03-11] Retrieved Internet <https//www.idtechex.com/fr/research-report/supercapacitors-applications-players-markets-2020-2040/661>).

Explicación de la invenciónExplanation of the invention

La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de electrodos de plata nanoestructurados, a un electrodo obtenible mediante el procedimiento anterior y a un electrodo de plata nanoestructurado.The present invention refers to a procedure for obtaining nanostructured silver electrodes, to an electrode obtainable by the above procedure and to a nanostructured silver electrode.

Un primer objeto es, por tanto, un procedimiento para la obtención de electrodos de plata nanoestructurados que comprende las siguientes etapas:A first object is, therefore, a procedure for obtaining nanostructured silver electrodes that comprises the following stages:

a) Disponer una lámina de aluminio, previamente limpiada, desengrasada y electropulida, como ánodo en una solución ácida electrolítica y anodizar en una primera fase de anodización la lámina de aluminio en condiciones controladas de voltaje, temperatura, pH, tiempo, agitación y concentración de electrolito ácido para obtener una estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica. En esta primera fase de anodización, el voltaje es de entre 15 V y 300 V, la temperatura es de entre 0°C y 20 °C, el pH medido a temperatura ambiente es de entre 0 y 7, el tiempo es de al menos 0.5 h, la agitación de al menos 40 rpm y la concentración de electrolito de al menos 0.1 M.a) Arrange an aluminum sheet, previously cleaned, degreased and electropolished, as anode in an electrolytic acid solution and anodize the aluminum sheet in a first phase of anodization under controlled conditions of voltage, temperature, pH, time, agitation and concentration of acid electrolyte to obtain an ordered nanoporous structure of anodic alumina. In this first anodizing phase, the voltage is between 15V and 300V, the temperature is between 0°C and 20°C, the pH measured at room temperature is between 0 and 7, the time is at least 0.5 h, stirring at least 40 rpm and electrolyte concentration at least 0.1 M.

b) Realizar un ataque químico para eliminar totalmente la estructura nanoporosa de alúmina anódica crecida en la primera fase de anodización, mediante el empleo una disolución ácida o alcalina.b) Carry out a chemical attack to completely eliminate the nanoporous structure of anodic alumina grown in the first phase of anodization, by using an acid or alkaline solution.

c) Realizar una segunda fase de anodización, con las mismas condiciones de voltaje, temperatura, pH, tipo y concentración de electrolito que las de la primera fase de anodización, durante el tiempo necesario para obtener el grosor deseado de una segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica.c) Carry out a second phase of anodization, with the same conditions of voltage, temperature, pH, type and concentration of electrolyte as those of the first phase of anodization, for the time necessary to obtain the desired thickness of a second nanoporous ordered structure of anode alumina.

d) Ensanchar los poros de la segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica mediante la puesta en contacto de la estructura ordenada nanoporosa con una disolución caliente de un ácido inorgánico. d) Widening the pores of the second ordered nanoporous structure of anodic alumina by contacting the ordered nanoporous structure with a hot solution of an inorganic acid.

e) Depositar una película de plata sobre la segunda estructura ordenada nanoporosa.e) Depositing a silver film on the second ordered nanoporous structure.

f) Introducir una disolución de un polímero en el interior de los poros de la segunda estructura ordenada nanoporosa, para obtener un molde antirréplica y dejar secar hasta su solidificación. f) Introduce a solution of a polymer inside the pores of the second ordered nanoporous structure, to obtain an anti-replication mold and allow it to dry until solidified.

g) Realizar al menos un ataque químico selectivo para eliminar la lámina de aluminio y la estructura ordenada nanoporosa de alúmina.g) Perform at least one selective etching to remove the aluminum foil and the ordered nanoporous structure of alumina.

h) Depositar plata metálica sobre el molde antirréplica de polímero, replicando la segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina eliminada en la etapa g).h) Depositing metallic silver on the polymer antireplication template, replicating the second ordered nanoporous alumina structure removed in step g).

i) Eliminar el molde antirréplica del polímero, mediante al menos un ataque químico con un disolvente orgánico, para obtener el electrodo de plata nanoestructurado.i) Eliminate the antireplicative template from the polymer, by means of at least one chemical attack with an organic solvent, to obtain the nanostructured silver electrode.

En una realización preferida, la lámina de aluminio de la etapa a) tiene, al menos, una pureza del 95 %.In a preferred embodiment, the aluminum foil from step a) has a purity of at least 95%.

En otra realización preferida, el proceso previo de limpieza de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el lavado de la lámina de aluminio. El lavado se realiza primeramente con alcoholes y posteriormente con agua destilada con un tiempo de inmersión en cada uno de los líquidos de al menos 5 minutos a temperatura ambiente y mediante el empleo de ultrasonidos. In another preferred embodiment, the previous process for cleaning the aluminum sheet in step a) is carried out by washing the aluminum sheet. Washing is carried out first with alcohols and later with distilled water with an immersion time in each of the liquids of at least 5 minutes at room temperature and using ultrasound.

En una realización más preferida, el proceso previo de limpieza y desengrasado con alcoholes de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el empleo de isopropanol primero, y luego de etanol.In a more preferred embodiment, the previous process of cleaning and degreasing the aluminum sheet with alcohols in step a) is carried out using isopropanol first, and then ethanol.

En otra realización preferida, el proceso previo de electropulido de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el empleo de una disolución ácida, con agitación constante de al menos 40 rpm, con un voltaje mínimo de 10 V, durante al menos 5 min y a temperatura ambiente.In another preferred embodiment, the previous process of electropolishing the aluminum sheet in step a) is carried out by using an acid solution, with constant stirring of at least 40 rpm, with a minimum voltage of 10 V, for at least 5 min and at room temperature.

En otra realización preferida, la solución ácida electrolítica empleada para las anodizaciones de las etapas a) y c) es una disolución acuosa de ácido oxálico de concentración 0.3 M y un pH 7. In another preferred embodiment, the electrolytic acid solution used for the anodizing of stages a) and c) is an aqueous solution of oxalic acid with a concentration of 0.3 M and a pH of 7.

En otra realización preferida, el voltaje de las dos fases de anodización es de 40 V, la temperatura a la que tienen lugar ambas anodizaciones es de 3° C y la agitación de 60 rpm. La primera fase dura 24 h y la segunda fase dura 1 h.In another preferred embodiment, the voltage of the two anodization phases is 40 V, the temperature at which both anodizations take place is 3°C and stirring is 60 rpm. The first phase lasts 24 h and the second phase lasts 1 h.

En una realización específica, el ataque químico selectivo de la etapa b) consiste en una inmersión de la muestra en una disolución acuosa de CrQ3 (0.18 m ) y H3PQ4 (0.61 M) a temperatura ambiente durante al menos 8 h.In a specific embodiment, the selective chemical attack of step b) consists of immersing the sample in an aqueous solution of CrQ3 (0.18 m ) and H3PQ4 (0.61 M) at room temperature for at least 8 h.

En otra realización específica, el ensanchamiento de poros de la etapa d) se promueve poniendo en contacto durante 35 minutos la segunda estructura ordenada nanoporosa con una disolución acuosa de H3PQ4 al 5 % en peso y a una temperatura de 30 °C.In another specific embodiment, the pore widening of step d) is promoted by contacting the second ordered nanoporous structure with an aqueous solution of H3PQ4 at 5% by weight for 35 minutes and at a temperature of 30 °C.

En una realización más específica, el diámetro de nanoporo promovido es de 70 nm ± 6 nm con una longitud de 1.8 ± 0.2 pm.In a more specific embodiment, the promoted nanopore diameter is 70 ± 6 nm with a length of 1.8 ± 0.2 pm.

En otra realización específica, la deposición de la etapa e) se realiza mediante sputtering de plata o pulverización catódica. In another specific embodiment, the deposition of step e) is performed by silver sputtering or sputtering.

En una realización más específica, el sputtering se realiza aplicando una corriente de 20 mA durante un tiempo de 270 segundos, con el fin de obtener un plasma de plata y empleando argón como un gas de purga. Operando de esta manera, se obtiene un recubrimiento de plata con una pureza superior al 98 %.In a more specific embodiment, sputtering is performed by applying a current of 20 mA for a time of 270 seconds, in order to obtain a silver plasma and using argon as a purge gas. Operating in this way, a silver coating with a purity greater than 98% is obtained.

En otra realización específica, la disolución de la etapa f) es una disolución de polimetilmetacrilato en cloroformo con una concentración del 6 % en peso. La introducción de la misma en los poros de la estructura ordenada nanoporosa de alúmina y el secado se realizan a temperatura ambiente.In another specific embodiment, the solution of step f) is a solution of polymethylmethacrylate in chloroform with a concentration of 6% by weight. Its introduction into the pores of the ordered nanoporous structure of alumina and drying are carried out at room temperature.

En otra realización específica, en la etapa g) se realizan dos ataques químicos. En un primer ataque químico se elimina la lámina de aluminio poniéndola en contacto con una disolución acuosa de CuCl2 al 2.2 % y HCI al 11.4 % en peso a temperatura ambiente entre 10 y 20 minutos. En un segundo ataque químico se elimina la estructura ordenada nanoporosa de alúmina poniéndola en contacto con una disolución de NaOH 3 M a temperatura ambiente entre media hora y 2 horas.In another specific embodiment, in step g) two chemical attacks are carried out. In a first chemical attack, the aluminum foil is removed by placing it in contact with an aqueous solution of 2.2% CuCl2 and 11.4% HCI by weight at room temperature for between 10 and 20 minutes. In a second chemical attack, the ordered nanoporous structure of alumina is eliminated by placing it in contact with a 3 M NaOH solution at room temperature for between half an hour and 2 hours.

En otra realización específica, la deposición de plata metálica de la etapa h) se realiza empleando la técnica de electrodeposición a un voltaje de entre 1.5 y 2 V, a una temperatura entre 20 y 30 °C, durante un tiempo de 1 y 6 h, y con un electrolito con un contenido de plata de 28.7 g/I. En otra realización específica, el ataque químico de la etapa i) es con cloroformo al 99.2 % de pureza, durante un tiempo de al menos 1 h y se realiza a temperatura ambiente.In another specific embodiment, the deposition of metallic silver in stage h) is carried out using the electrodeposition technique at a voltage between 1.5 and 2 V, at a temperature between 20 and 30 °C, for a time of 1 and 6 h. , and with an electrolyte with a silver content of 28.7 g/I. In another specific embodiment, the chemical attack of step i) is with chloroform at 99.2% purity, for a time of at least 1 h and is carried out at room temperature.

Otro aspecto al que se refiere la invención es un electrodo de plata nanoestructurado obtenible mediante el procedimiento anterior. El electrodo obtenible tras aplicar el procedimiento es una composición superior al 98 % en plata en peso que presenta las siguientes características: - una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de al menos 0.5 F/cm2,Another aspect to which the invention refers is a nanostructured silver electrode obtainable by means of the above process. The electrode obtainable after applying the procedure is a composition greater than 98% silver by weight that has the following characteristics: - an electrical energy storage capacity of at least 0.5 F/cm2,

- una corriente máxima de fugas de 0.07 mA,- a maximum leakage current of 0.07 mA,

- una densidad de energía de al menos 385.87 pWh/ cm2,- an energy density of at least 385.87 pWh/ cm2,

- una densidad de potencia de al menos 3.82 LW cm2,- a power density of at least 3.82 LW cm2,

- una eficiencia coulómbica de al menos el 97.5 %, y- a coulombic efficiency of at least 97.5%, and

- un comportamiento cromoactivo .- a chromoactive behaviour.

A los efectos de esta invención y su descripción, un material con comportamiento cromoactivo es aquel que responde a un estímulo externo cambiando sus propiedades ópticas, de manera que el material modifica su apariencia visual de forma significativa; es decir, sus propiedades de absortividad, reflectividad y transmisividad cambian lo suficiente como para causar un cambio en su color, reflectividad o transparencia.For the purposes of this invention and its description, a material with chromoactive behavior is one that responds to an external stimulus by changing its optical properties, such that the material significantly modifies its visual appearance; that is, its absorptivity, reflectivity, and transmissivity properties change enough to cause a change in its color, reflectivity, or transparency.

Un tercer aspecto al que se refiere la invención es un electrodo de plata nanoestructurado con una composición superior al 98 % en plata en peso con las siguientes características:A third aspect to which the invention refers is a nanostructured silver electrode with a composition greater than 98% silver by weight with the following characteristics:

- una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de al menos 0.5 F/ cm2, - an electrical energy storage capacity of at least 0.5 F/ cm2,

- una corriente máxima de fugas de 0.07 mA,- a maximum leakage current of 0.07 mA,

- una densidad de energía de al menos 385.87 pWh/ cm2,- an energy density of at least 385.87 pWh/ cm2,

- una densidad de potencia de al menos 3.82 pW/ cm2,- a power density of at least 3.82 pW/ cm2,

- una eficiencia coulómbica de al menos el 97.5 %, y- a coulombic efficiency of at least 97.5%, and

- un comportamiento cromoactivo.- a chromoactive behaviour.

En una realización preferida, el electrodo de plata nanoestructurado comprende una pluralidad de nanoporos con un diámetro de 70 nm ± 6 nm y con una longitud de 1.8 ± 0.2 pm.In a preferred embodiment, the nanostructured silver electrode comprises a plurality of nanopores with a diameter of 70 nm ± 6 nm and a length of 1.8 ± 0.2 pm.

En cualquier aspecto de la invención, la estructura nanoporosa es la responsable de la elevada capacidad de almacenamiento de energía eléctrica que presenta el electrodo de plata, así como de las excelentes propiedades para su uso en el campo del almacenamiento y conversión de la energía eléctrica.In any aspect of the invention, the nanoporous structure is responsible for the high electrical energy storage capacity of the silver electrode, as well as the excellent properties for its use in the field of electrical energy storage and conversion.

La invención proporciona un nuevo procedimiento para obtener electrodos nanoestructurados y describe un nuevo tipo de electrodo que permite desarrollar sistemas de almacenamiento energético mucho más eficientes y eficaces que los existentes actualmente, sobre todo si se considera la tecnología tradicionalmente utilizada en generación, almacenamiento y distribución a partir de fuentes de energía renovable. Además, aunque en los últimos años ha habido grandes desarrollos en la mejora de los supercondensadores, estos todavía no han dado el salto cuantitativo necesario para su implementación real en el mercado. Sin embargo, el desarrollo tecnológico planteado en esta invención supone un extraordinario avance para desarrollar electrodos para supercondensadores, ya que aprovecha las bondades que ofrece la nanotecnología para desarrollar un producto con excelentes cualidades para su uso en supercondensadores, mediante un procedimiento fácilmente escalable, reproducible y con bajo coste económico.The invention provides a new procedure for obtaining nanostructured electrodes and describes a new type of electrode that allows the development of energy storage systems that are much more efficient and effective than those currently existing, especially if the technology traditionally used in generation, storage and distribution is considered. from renewable energy sources. Furthermore, although in recent years there have been great developments in the improvement of supercapacitors, they have not yet made the necessary quantum leap for their real implementation in the market. However, the technological development proposed in this invention represents an extraordinary advance to develop electrodes for supercapacitors, since it takes advantage of the benefits offered by nanotechnology to develop a product with excellent qualities for use in supercapacitors, through an easily scalable, reproducible and with low economic cost.

Una de las ventajas del procedimiento es que es sencillo y económico, ya que se realiza mediante un proceso antirréplica-réplica basado en métodos electroquímicos con altos niveles de rendimiento, reproducibilidad y de capacidad de producción, si se compara con otros métodos empleados para fabricar este tipo de electrodos, tales como la tecnología sol-gel.One of the advantages of the procedure is that it is simple and cheap, since it is carried out using an anti-replication-replication process based on electrochemical methods with high levels of performance, reproducibility and production capacity, when compared to other methods used to manufacture this procedure. type of electrodes, such as sol-gel technology.

Por otro lado, el procedimiento puede implementarse fácilmente a nivel industrial, mediante la simple readaptación de las instalaciones que industrias como la del acero actualmente dispone, tales como las que se emplean en los procesos de galvanizado. Esto lo hace un procedimiento fácilmente escalable mediante mínima inversión.On the other hand, the procedure can be easily implemented at an industrial level, by simply retrofitting the facilities that industries such as steel currently have, such as those used in galvanizing processes. This makes it an easily scalable procedure with minimal investment.

Además, es un procedimiento respetuoso con el medioambiente, ya que permite trabajar a temperatura ambiente, los voltajes de trabajo empleados no presentan valores elevados y los tiempos de síntesis son cortos.In addition, it is an environmentally friendly procedure, since it allows working at room temperature, the working voltages used do not present high values and the synthesis times are short.

Otra ventaja del procedimiento es que permite obtener un electrodo de un metal noble de fácil manejo, mediante una consecución de etapas sencillas, sin la necesidad de tener que emplear otro tipo de materiales para su conformado, permitiendo aprovechar las enormes prestaciones que poseen los metales nobles para conformar electrodos para supercondensadores. Another advantage of the procedure is that it allows an easy-to-handle noble metal electrode to be obtained, by completing simple stages, without the need to use other types of materials for its shaping, allowing to take advantage of the enormous benefits that noble metals have. to form electrodes for supercapacitors.

La invención también proporciona un nuevo electrodo nanoestructurado de plata que a diferencia de otras alternativas presenta un elevado desarrollo nanoestructural, el cual resulta ser un factor clave para que pueda almacenar gran cantidad de energía eléctrica.The invention also provides a new silver nanostructured electrode that, unlike other alternatives, presents a high nanostructural development, which turns out to be a key factor for it to be able to store a large amount of electrical energy.

El electrodo también presenta alta estabilidad de trabajo en condiciones cíclicas y en ambientes básicos, cosa que no ocurre con otro tipo de materiales, que pierden estabilidad con el tiempo. Además, presenta altas capacidades de almacenamiento eléctrico.The electrode also presents high working stability in cyclical conditions and in basic environments, something that does not occur with other types of materials, which lose stability over time. In addition, it presents high electrical storage capacities.

Otra ventaja que proporciona el electrodo es que presenta un comportamiento cromoactivo, lo que facilita mucho su empleo, ya que, mediante la observación visual de un simple cambio de color del material, se puede saber si el dispositivo supercondensador está cargado o descargado y si funciona correctamente.Another advantage provided by the electrode is that it exhibits a chromoactive behavior, which greatly facilitates its use, since, by means of the visual observation of a simple color change of the material, it is possible to know if the supercapacitor device is charged or discharged and if it works correctly.

El electrodo presenta muchas cualidades y altas prestaciones para su empleo como electrodo para supercondensadores (alta capacidad, baja corriente de fugas y bajo valor de autodescarga, elevados valores de densidad de energía y de potencia, así como una alta eficiencia coulómbica), haciendo de él un producto muy versátil e interesante, en comparación con otros existentes en el mercado.The electrode has many qualities and high performance for its use as an electrode for supercapacitors (high capacity, low leakage current and low self-discharge value, high energy and power density values, as well as high coulombic efficiency), making it a very versatile and interesting product, compared to others on the market.

El campo de aplicación de la presente invención es muy amplio e incluye, a modo de ejemplo, el campo de la acumulación y descarga de energía eléctrica aplicado a una pluralidad de sectores (automoción, transporte, etc.) o el de procesos de fabricación de electrodos, acumuladores, baterías o condensadores. En general, la invención es de aplicación en aquellos sectores en los que se fabriquen, usen o comercialicen sistemas de almacenamiento y conversión de energía, así como en los sectores de producción, almacenamiento o transporte de energía.The field of application of the present invention is very broad and includes, by way of example, the field of the accumulation and discharge of electrical energy applied to a plurality of sectors (automotive, transport, etc.) or the manufacturing processes of electrodes, accumulators, batteries or capacitors. In general, the invention is applicable to those sectors in which energy storage and conversion systems are manufactured, used or marketed, as well as in the energy production, storage or transport sectors.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos, gráficos, figuras o esquemas, se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.Throughout the description and claims, the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical features, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will emerge in part from the description and in part from the practice of the invention. The following examples, graphs, figures or schematics are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La Fig. 1 muestra una imagen al microscopio electrónico de barrido (SEM) del electrodo de plata nanoestructurado, donde se puede ver una estructura nanoporosa bien definida.Fig. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of the nanostructured silver electrode, where a well-defined nanoporous structure can be seen.

La Fig. 2 muestra el análisis composicional realizado sobre el electrodo de plata nanoestructurado, empleando para ello la espectroscopía de Rayos X (EDX). En el eje de ordenadas se representan las cuentas (C) y el eje de abscisas la energía (E) en keV. El análisis composicional efectuado sobre la muestra permite comprobar que, efectivamente, el electrodo está compuesto por plata.Fig. 2 shows the compositional analysis performed on the nanostructured silver electrode, using X-ray spectroscopy (EDX). The ordinates represent the counts (C) and the abscissas the energy (E) in keV. The compositional analysis carried out on the sample makes it possible to verify that, indeed, the electrode is made of silver.

La Fig. 3 muestra un gráfico correspondiente a la voltamperometría cíclica realizada al electrodo de plata nanoestructurado, en el que en eje de ordenadas se corresponde a la intensidad de corriente (mA) y el eje de abscisas el voltaje aplicado (V). En los voltamperogramas registrados se varió el potencial de -0.5 a 0.8 V con diferentes tasas de barrido (de 10 mV/s a 70 mV/s). Fig. 3 shows a graph corresponding to the cyclic voltammetry performed on the nanostructured silver electrode, in which the ordinate axis corresponds to the current intensity (mA) and the abscissa axis corresponds to the applied voltage (V). In the recorded voltammograms, the potential was varied from -0.5 to 0.8 V with different sweep rates (from 10 mV/s to 70 mV/s).

La Fig. 4 muestra un gráfico correspondiente a la cronopotenciometría realizada al electrodo 25 de plata nanoestructurado para obtener los ciclos de carga y descarga. En el eje de ordenadas se representa el potencial aplicado (V) y en el eje de abscisas el tiempo (s). El rango de potencial seleccionado fue de -0.5 a 0.7 V, de acuerdo con la ventana de trabajo observada en la voltamperometría cíclica, y haciendo pasar una intensidad de corriente de 5 mA.Fig. 4 shows a graph corresponding to the chronopotentiometry performed on the nanostructured silver electrode 25 to obtain the charge and discharge cycles. The ordinate axis represents the applied potential (V) and the time (s) on the abscissa axis. The range of potential selected was from -0.5 to 0.7 V, in accordance with the work window observed in cyclic voltammetry, and passing a current intensity of 5 mA.

La Fig. 5 muestra un gráfico correspondiente a la cronoamperometría realizada al electrodo de plata nanoestructurado para obtener con ello la corriente de fugas. En el eje de ordenadas se representa la intensidad de corriente (A) y en el eje de abscisas el tiempo (s). El voltaje empleado para realizar esta medida fue 0.7 V durante 2 h.Fig. 5 shows a graph corresponding to the chronoamperometry performed on the nanostructured silver electrode to thereby obtain the leakage current. The current intensity (A) is represented on the ordinate axis and the time (s) on the abscissa axis. The voltage used to carry out this measurement was 0.7 V for 2 h.

La Fig. 6 muestra un gráfico correspondiente al perfil de autodescarga del electrodo de plata nanoestructurado, en el que el eje de ordenadas se corresponde al porcentaje de retención de potencial eléctrico de dicho electrodo (%) y el eje de abscisas al tiempo (s). En este estudio, el electrodo se cargó a 0.7 V durante 10 min, y luego se dejó en circuito abierto durante 5 h Fig. 6 shows a graph corresponding to the self-discharge profile of the nanostructured silver electrode, in which the ordinate axis corresponds to the percentage of electric potential retention of said electrode (%) and the abscissa axis to time (s). . In this study, the electrode was charged at 0.7 V for 10 min, and then left open-circuited for 5 h.

La Fig. 7 muestra un gráfico correspondiente al cambio de color experimentado por el electrodo de plata nanoestructurado durante una medida realizada, empleando para ello la voltamperometría cíclica. La medida se hizo con una tasa de barrido de 70 mV/s, obtenida fotograma a fotograma, asociando el cambio en luminancia para cada valor de voltaje con respecto a un electrodo de referencia, en el que en el eje de ordenadas izquierdo se representa la luminancia (RGB), en el eje de ordenadas derecho se representa la intensidad de corriente (mA) y en el eje de abscisas se representa el voltaje aplicado (V). Además, en el grafico se muestra, mediante una línea de trazos, la luminancia correspondiente al proceso de carga (LC), la cual va disminuyendo de valor a medida que el electrodo de plata nanoestructurado se va cargando, lo que implica que va adquiriendo un color cada vez más oscuro hasta finalmente quedarse negro. También se muestra mediante una línea de puntos 15 la luminancia correspondiente al proceso de descarga (LO), la cual va aumentando a medida que el electrodo de plata nanoestructurado se va descargando, lo que implica que va adquiriendo un color cada vez más claro hasta quedarse finalmente de color gris claro. Por lo tanto, el cambio de color superficial que experimenta el electrodo de plata nanoestructurado durante el proceso de carga y descarga del condensador constituye una prueba fehaciente del correcto funcionamiento del mismo.Fig. 7 shows a graph corresponding to the color change experienced by the nanostructured silver electrode during a measurement carried out using cyclic voltammetry. The measurement was made with a sweep rate of 70 mV/s, obtained frame by frame, associating the change in luminance for each voltage value with respect to a reference electrode, in which the left ordinate axis represents the luminance (RGB), the current intensity (mA) is represented on the right ordinate axis and the applied voltage (V) is represented on the abscissa axis. In addition, the graph shows, by means of a dashed line, the luminance corresponding to the charging process (LC), which decreases in value as the nanostructured silver electrode is charged, which implies that it is acquiring a darker and darker in color until finally remaining black. Also shown by a dotted line 15 is the luminance corresponding to the discharge process (LO), which increases as the nanostructured silver electrode discharges, which implies that it acquires an increasingly lighter color until it remains finally light gray. Therefore, the change in surface color experienced by the nanostructured silver electrode during the charge and discharge process of the capacitor constitutes irrefutable proof of its correct operation.

Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention

Para una mejor comprensión de la presente invención, se exponen los siguientes ejemplos de realización preferente, descritos en detalle, que deben entenderse sin carácter limitativo del alcance de la invención.For a better understanding of the present invention, the following preferred embodiment examples are described, described in detail, which must be understood without limiting the scope of the invention.

EJEMPLO 1.EXAMPLE 1.

En este ejemplo se describe un procedimiento de obtención de electrodos de plata nanoestructurados. El procedimiento comprendió las siguientes etapas:In this example, a procedure for obtaining nanostructured silver electrodes is described. The procedure included the following stages:

a) Se dispuso una lámina de aluminio como ánodo y se anodizó en una primera etapa de anodización.a) An aluminum foil was provided as an anode and was anodized in a first anodizing stage.

La lamina de aluminio era de alta pureza (Al 99.999 %) de 2.5 x 2.5 cm2 y 0.5 mm de espesor. The aluminum sheet was of high purity (Al 99.999%) of 2.5 x 2.5 cm2 and 0.5 mm thick.

Previamente se había limpiado y electropulido para preparar su superficie. Para ello se sumergió en un recipiente, primero con isopropanol durante cinco minutos. Seguidamente, se sumergió otros 5 minutos en etanol, mientras se le aplicó un baño de ultrasonidos. Finalmente, se aclaró con agua destilada (18.2 MO^cm-1. Todo esto se hizo con el fin de eliminar cualquier sustancia contaminante superficial que se encontrase sobre la lámina.It had previously been cleaned and electropolished to prepare its surface. For this, it was submerged in a container, first with isopropanol for five minutes. Next, it was submerged for another 5 minutes in ethanol, while an ultrasonic bath was applied. Finally it became clear with distilled water (18.2 MO^cm -1 . All this was done in order to eliminate any surface contaminating substance found on the sheet.

Tras esta limpieza, se realizó un proceso de electropulido (pulido electroquímico) para eliminar la rugosidad superficial. Este proceso se llevó a cabo en una celda electroquímica, en la que la lámina de aluminio se dispone como ánodo. En dicha celda electroquímica se vertió el electrolito empleado para este proceso consistente en una mezcla fría (5°C) de ácido perclórico y etanol (25/75). El voltaje empleado para este electropulido fue de 20 V durante un tiempo de 5 min, con una agitación constante de 60-80 rpm y realizado todo ello a temperatura ambiente.After this cleaning, an electropolishing process (electrochemical polishing) was carried out to eliminate surface roughness. This process was carried out in an electrochemical cell, in which the aluminum foil is arranged as an anode. The electrolyte used for this process consisting of a cold mixture (5°C) of perchloric acid and ethanol (25/75) was poured into said electrochemical cell. The voltage used for this electropolishing was 20 V for a period of 5 min, with constant stirring at 60-80 rpm and all of this was carried out at room temperature.

Una vez preparada, la lámina de aluminio se dispuso como ánodo y se inició la primera fase de anodización electroquímica para obtener una estructura nanoporosa de alúmina anódica. La primera anodización se realizó empleando como electrolito una disolución acuosa de ácido oxálico de concentración 0.3 M, a una temperatura de entre 1 y 3° C y con un voltaje de 40 V, aplicado entre la muestra y un contraelectrodo de platino durante 24 h, con agitación constante de 60-80 rpm.Once prepared, the aluminum sheet was arranged as anode and the first phase of electrochemical anodization began to obtain a nanoporous structure of anodic alumina. The first anodization was carried out using an aqueous solution of oxalic acid of 0.3 M concentration as electrolyte, at a temperature between 1 and 3° C and with a voltage of 40 V, applied between the sample and a platinum counter electrode for 24 h. with constant stirring at 60-80 rpm.

b) Se realizó un ataque químico para eliminar totalmente la estructura nanoporosa de alúmina anódica crecida en la primera fase.b) A chemical attack was carried out to completely eliminate the nanoporous structure of anodic alumina grown in the first phase.

Después de la primera anodización, la capa de óxido de aluminio crecida fue selectivamente atacada mediante la inmersión de la muestra en una disolución de trióxido de cromo (CrO 3 ) y ácido orto-fosfórico (H 3 PO 4 ), en agua, con unas concentraciones de 0.18 M y 0.61 M, respectivamente, durante 24 h a temperatura ambiente.After the first anodization, the aluminum oxide layer grown was selectively etched by immersing the sample in a solution of chromium trioxide (CrO 3 ) and orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ), in water, with concentrations of 0.18 M and 0.61 M, respectively, for 24 h at room temperature.

c) Se llevó a cabo una segunda fase de anodización para obtener una segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica. La segunda anodización se realizó en las mismas condiciones que la primera anodización, solo que, en este caso, el tiempo empleado fue de 1 h. c) A second phase of anodization was carried out to obtain a second nanoporous ordered structure of anodic alumina. The second anodization was carried out under the same conditions as the first anodization, except that, in this case, the time used was 1 h.

d) Se procedió a efectuar el ensanchamiento de los poros de la estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica.d) The widening of the pores of the nanoporous ordered structure of anodic alumina was carried out.

Para llevar a cabo este ensanchamiento de poros, se puso en contacto dicha estructura con una disolución acuosa de H 3 PO 4 al 5 % en peso y a una temperatura de 30 °C durante 35 minutos. To carry out this widening of pores, said structure was placed in contact with an aqueous solution of H 3 PO 4 at 5% by weight and at a temperature of 30 °C for 35 minutes.

e) Se depositó una película de plata sobre la segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica.e) A silver film was deposited on the second nanoporous ordered structure of anodic alumina.

Esta deposición se realizó mediante sputtering de plata o pulverización catódica. La pulverización catódica o sputtering se realizó aplicando una corriente de 20 mA sobre el blanco de plata durante un tiempo de 270 segundos, con el fin de obtener un plasma de plata y empleando argón como un gas de purga. Operando de esta manera, se obtuvo un recubrimiento de plata con una pureza superior al 98 %.This deposition was done by silver sputtering or sputtering. Cathode spraying or sputtering was performed by applying a current of 20 mA on the silver target for a time of 270 seconds, in order to obtain a silver plasma and using argon as a purge gas. Operating in this way, a silver coating with a purity greater than 98% was obtained.

f) Se introdujo una disolución de un polímero en el interior de los poros de la segunda estructura ordenada nanoporosa, para obtener un molde antirréplica.f) A solution of a polymer was introduced into the pores of the second ordered nanoporous structure, to obtain an antireplicative template.

El polímero empleado estaba compuesto por una disolución de polimetilmetacrilato (PMMA) constituida por 50 ml de cloroformo y 3 gramos de PMMA y la introducción de la misma en los poros de la membrana de alúmina nanoporosa se llevó a cabo realizando un pipeteado de dicha disolución sobre la superficie de la muestra, a temperatura ambiente. Tras ello se realizó su secado posterior, que se llevó a cabo también a temperatura ambiente. The polymer used was composed of a solution of polymethylmethacrylate (PMMA) made up of 50 ml of chloroform and 3 grams of PMMA and its introduction into the pores of the nanoporous alumina membrane was carried out by pipetting said solution onto the surface of the sample, at room temperature. After that, it was subsequently dried, which was also carried out at room temperature.

g) Se realizó un ataque químico para eliminar tanto la lámina de aluminio como la estructura ordenada nanoporosa de alúmina.g) An etch was performed to remove both the aluminum foil and the nanoporous alumina ordered structure.

La eliminación de la lámina de aluminio se realizó poniéndola en contacto con una disolución de 200 ml de HCI y 14.4 g de CuCh en 400 ml de agua ultrapura, a temperatura ambiente durante 15 minutos. Después, se eliminó la membrana nanoporosa de alúmina poniéndola en contacto con una disolución de NaOH 3 M a temperatura ambiente y durante 1 hora.The removal of the aluminum foil was carried out by placing it in contact with a solution of 200 ml of HCI and 14.4 g of CuCh in 400 ml of ultrapure water, at room temperature for 15 minutes. Then, the nanoporous alumina membrane was removed by contacting it with a 3M NaOH solution at room temperature for 1 hour.

h) Se llevó a cabo la electrodeposición de plata metálica sobre el molde del polímero, replicando la estructura nanoporosa de la membrana de alúmina eliminada anteriormente.h) Electroplating of metallic silver was carried out on the polymer mold, replicating the nanoporous structure of the alumina membrane previously removed.

La electrodeposición de plata metálica se realizó a un voltaje de 1.7 V y durante un tiempo de 6 h. Aunque se podrían utilizar otros, se empleó un electrolito comercial de Alfa Aesar con un contenido de plata de 28.7 g/I. La celda electrolítica empleada para el procedimiento estaba formada por un electrodo de trabajo, que era la propia muestra, y por un contraelectrodo de platino.Electroplating of metallic silver was carried out at a voltage of 1.7 V and for a time of 6 h. Although others could be used, a commercial electrolyte from Alfa Aesar with a silver content of 28.7 g/I was used. The electrolytic cell used for the procedure consisted of a working electrode, which was the sample itself, and a platinum counter electrode.

i) Se procedió a eliminar el molde antirréplica de polímero mediante un ataque químico con un disolvente orgánico para obtener el electrodo de plata nanoestructurado.i) The polymer anti-replication template was removed by chemical attack with an organic solvent to obtain the nanostructured silver electrode.

Esta etapa se llevó a cabo mediante la inmersión de la muestra en una disolución de cloroformo con una concentración del 99.2 % y a temperatura ambiente. El tiempo empleado fue el necesario para que se eliminara completamente el molde polimérico y el electrodo de plata nanoestructurado quedase completamente liberado, al menos 1 h.This stage was carried out by immersing the sample in a chloroform solution with a concentration of 99.2 % and at room temperature. The time taken was that necessary for the polymeric template to be completely removed and the nanostructured silver electrode to be completely released, at least 1 h.

EJEMPLO 2EXAMPLE 2

En este ejemplo se describe un electrodo obtenible aplicando el procedimiento indicado anteriormente. El procedimiento permitió obtener un electrodo de plata nanoestructurado con una composición de al menos el 99% en pureza en plata. El electrodo presentaba una nanoestructura bien desarrollada y unas excepcionales cualidades electrónicas y ópticas, lo que posibilita su empleo en sistemas de almacenamiento eléctrico. Así, presentaba una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de al menos 0.5 F/cm2, una corriente máxima de fugas de 0.07 mA, una densidad de energía de al menos 385.87 pWh/cm2, una densidad de potencia de al menos 3.82 pW/cm2, una eficiencia coulómbica de al menos el 97,5 %, y un comportamiento cromoactivo.In this example an electrode obtainable by applying the procedure indicated above is described. The procedure allowed obtaining a nanostructured silver electrode with a composition of at least 99% pure silver. The electrode had a well-developed nanostructure and exceptional electronic and optical qualities, making it possible to use it in electrical storage systems. Thus, it had an electrical energy storage capacity of at least 0.5 F/cm2, a maximum leakage current of 0.07 mA, an energy density of at least 385.87 pWh/cm2, a power density of at least 3.82 pW/cm2 , a coulombic efficiency of at least 97.5%, and a chromoactive behaviour.

La caracterización fisicoquímica del material se realizó mediante el empleo de la técnica de microscopía electrónica de barrido (SEM), con la que se pudo obtener información de la micro/nanoestructura y la homogeneidad del electrodo (ver Fig. 1). Para ello, se empleó el microscopio electrónico de barrido JEOL JSM 5600. Este equipo también permite hacer un análisis espectroscópico de Rayos X (EDX) con el que se obtuvo información acerca de la composición elemental del electrodo (ver Fig. 2).The physicochemical characterization of the material was carried out using the scanning electron microscopy (SEM) technique, with which it was possible to obtain information on the micro/nanostructure and the homogeneity of the electrode (see Fig. 1). For this, the JEOL JSM 5600 scanning electron microscope was used. This equipment also allows for an X-ray spectroscopic analysis (EDX) with which information about the elemental composition of the electrode was obtained (see Fig. 2).

El comportamiento eléctrico del electrodo se evaluó mediante el empleo de la voltamperometría cíclica, la cual consiste en la aplicación de un potencial triangular cuya amplitud variará entre dos límites establecidos (0.8 / - 0.5 V), aumentándolo y disminuyéndolo de forma constante (haciendo uso de un electrodo de referencia Ag/AgCI (KCI 3M) para medirlo), y aplicando diferentes tasas de barrido (de 10 mV/s a 70 mV/s), mientras se mide continuamente la intensidad de corriente. Los datos obtenidos mediante esta técnica se recogen en una gráfica denominada voltamperograma, en la que se representa la variación de la intensidad de corriente frente al voltaje aplicado, a diferentes tasas de barrido (ver Fig. 3). La presencia de picos muy marcados, tanto a voltajes positivos como negativos, son característicos de electrodos de tipo pseudocondensador, debidos a los procesos de oxidación y reducción que tienen lugar durante los ciclos de carga y descarga de estos supercondensadores. Para el caso de la plata, esta presenta dos estados de oxidación distintos; en el primer caso la plata pasa del estado de oxidación cero a uno, mientras que en el segundo proceso, pasa de uno a dos:The electrical behavior of the electrode was evaluated through the use of cyclic voltammetry, which consists in the application of a triangular potential whose amplitude will vary between two established limits (0.8 / - 0.5 V), increasing and decreasing it constantly (using an Ag/AgCI reference electrode (KCI 3M) to measure it), and applying different sweep rates (from 10 mV/s to 70 mV/s), while continuously measuring the current intensity. The data obtained by this technique are collected in a graph called voltammogram, which represents the variation of the current intensity against the applied voltage, at different sweep rates (see Fig. 3). The presence of very marked peaks, both at positive and negative voltages, are characteristic of pseudocapacitor type electrodes, due to the oxidation and reduction processes that take place during the charge and discharge cycles of these supercapacitors. In the case of silver, it presents two different oxidation states; in the first case, silver goes from oxidation state zero to one, while in the second process, it goes from one to two:

2Ag 2OH-~ Ag 2 Ü H 2 O 2e-(-0.46 V)2Ag 2OH-~ Ag 2 Ü H 2 O 2e-(-0.46 V)

Ag 2 O 2OH-~ 2AgO H 2 O 2e-(-0.80 V) Ag2O2OH- ~ 2AgOH2O2e -(-0.80V)

A consecuencia de esto, el voltamperograma de la plata presenta dos picos positivos, correspondientes a los procesos de oxidación, y otros dos picos negativos, correspondientes a procesos de reducción.As a consequence of this, the silver voltammogram shows two positive peaks, corresponding to oxidation processes, and two other negative peaks, corresponding to reduction processes.

El electrolito empleado para realizar las medidas fue KOH 5M.The electrolyte used to carry out the measurements was KOH 5M.

La evaluación de la capacidad (F/cm2) de almacenamiento eléctrico del electrodo, se llevó a cabo mediante el empleo de la técnica de cronopotenciometría. Esta es una técnica electroquím ica en la que se suministra una corriente eléctrica continua al sistema y se mide la diferencia de potencial electrostático que se origina en el electrodo de trabajo, con respecto a un electrodo de referencia de Ag/AgCI (KCI 3M), en función del tiempo. Invirtiendo la polaridad de la corriente eléctrica, se pueden obtener ciclos de carga y descarga del electrodo. Con esta técnica, se puede calcular la capacidad del electrodo de la invención utilizando la siguiente fórmula:The evaluation of the electrical storage capacity (F/cm2) of the electrode was carried out using the chronopotentiometry technique. This is an electrochemical technique in which a continuous electric current is supplied to the system and the electrostatic potential difference originating in the working electrode is measured with respect to an Ag/AgCI reference electrode (KCI 3M), function of time. By reversing the polarity of the electric current, charging and discharging cycles of the electrode can be obtained. With this technique, the capacity of the electrode of the invention can be calculated using the following formula:

C = I • t / A • AV (F/cm2)C = I • t / A • AV (F/cm2)

donde t es la duración del proceso de descarga para cada ciclo en segundos, 1 es la intensidad de corriente aplicada en amperios, tiV es el rango del intervalo de voltaje que está presente durante las curvas de carga y descarga en voltios, y A es el área expuesta de la muestra durante el desarrollo del proceso, en cm2.where t is the duration of the discharge process for each cycle in seconds, 1 is the applied current in amperes, tiV is the range of the voltage interval that is present during the charge and discharge curves in volts, and A is the exposed area of the sample during the development of the process, in cm2.

Para el estudio del electrodo, se estableció como voltaje de trabajo el rango de potencial de -0.5 a 0.7 V, de acuerdo con la ventana de trabajo observada en la voltamperometría cíclica, y a una intensidad de corriente de 5 mA. Al poder realizar un gran número de ciclos de carga y descarga, esta técnica permite, además, estudiar la estabilidad de funcionamiento y el comportamiento cíclico del electrodo y, de esta manera, comprobar que no se degrada con el transcurso del tiempo (ver Fig. 4).For the study of the electrode, the potential range of -0.5 to 0.7 V was established as working voltage, in accordance with the work window observed in cyclic voltammetry, and at a current intensity of 5 mA. By being able to carry out a large number of charge and discharge cycles, this technique also makes it possible to study the operating stability and cyclical behavior of the electrode and, in this way, check that it does not degrade over time (see Fig. 4).

El análisis del comportamiento eléctrico del electrodo consistió en el cálculo de la densidad de potencia, de la densidad de energía y de la eficiencia coulombiana del mismo, a partir de los resultados obtenidos mediante el uso de la cronopotenciometría. Para calcular la densidad de energía y de potencia se hizo uso de las fórmulas o expresiones que se presentan a continuación. The analysis of the electrical behavior of the electrode consisted in the calculation of its power density, energy density and coulomb efficiency, based on the results obtained through the use of chronopotentiometry. To calculate the energy and power density, the following formulas or expressions were used.

Por un lado, se define la densidad de energía de la siguiente forma:On the one hand, the energy density is defined as follows:

Figure imgf000013_0001
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donde De es la densidad de energía (pWh/cm2), C es la capacidad de almacenamiento (F/cm2) determinada mediante el análisis de la cronopotenciometría, y AV es la diferencia de potencial entre los límites establecidos durante la voltamperometría cíclica, expresados en voltios.where D e is the energy density (pWh/cm2), C is the storage capacity (F/cm2) determined by chronopotentiometry analysis, and AV is the potential difference between the limits established during cyclic voltammetry, expressed in volts.

Y la densidad de potencia se calculó de la siguiente forma:And the power density was calculated as follows:

DP = (3600 • De) / At DP = (3600 • D e ) / At

donde Dp es la densidad de potencia (pW/cm2), De se corresponde con la densidad de energía (pWh/cm2), calculada anteriormente, y At es el tiempo que dura la descarga expresado en segundos.where D p is the power density (pW/cm2), D e corresponds to the energy density (pWh/cm2), calculated previously, and At is the discharge time expressed in seconds.

Junto a estos dos parámetros, se calculó también la eficiencia coulómbica del electrodo. Se define la eficiencia coulómbica como la eficiencia con la que los electrones son transferidos a un sistema, teniendo en cuenta las pérdidas de energía que tienen lugar durante este proceso. Este parámetro tiene gran importancia, ya que ofrece información de la relación existente entre la carga eléctrica que se aporta al condensador y la que este devuelve durante el proceso de descarga. Este parámetro se calcula mediante la siguiente expresión:Along with these two parameters, the coulombic efficiency of the electrode was also calculated. Coulombic efficiency is defined as the efficiency with which electrons are transferred to a system, taking into account the energy losses that occur during this process. This parameter is very important, since it offers information on the relationship between the electrical charge that is supplied to the capacitor and that which it returns during the discharge process. This parameter is calculated using the following expression:

1 = td / t c • 100 1 = td / tc • 100

donde tc y td son el tiempo de carga y el tiempo de descarga respectivamente, medidos a partir de las curvas de carga y descarga del electrodo de plata nanoestructurado.where tc and td are the charge time and discharge time respectively, measured from the charge and discharge curves of the nanostructured silver electrode.

El presentar altos valores para cada uno de estos tres parámetros es vital para cualquier tipo de electrodo que se quiera emplear para su uso en dispositivos supercondensadores, ya que es un reflejo de sus altas prestaciones para esta aplicación.Presenting high values for each of these three parameters is vital for any type of electrode that wants to be used for use in supercapacitor devices, since it is a reflection of its high performance for this application.

Para medir la corriente de fugas, se hizo uso de la cronoamperometría (ver Fig. 5). De esta manera, analizando la variación de la intensidad de la corriente con el tiempo permite obtener la corriente de fugas del electrodo. La importancia de realizar esta medida es que permite determinar si la carga se está almacenando correctamente o se producen fugas de corriente en el electrodo/dispositivo supercondensador. Esta información es muy necesaria ya que gracias a ella se puede saber si el electrodo almacena la carga de forma óptima. El voltaje que se aplicó para realizar esta medida fue 0.7 V durante 2 h. En la Fig. 5 se puede observar cómo la corriente de fugas decae rápidamente al principio, hasta estabilizarse en un valor de -0.07 mA después de mantener el voltaje constante durante 2 h. Este valor tan reducido de corriente de fugas indica un óptimo comportamiento del electrodo, el cual podría ser atribuido a que presenta pocas reacciones secundarias, debidas a la baja o nula presencia de impurezas en el electrodo.To measure the leakage current, use was made of chronoamperometry (see Fig. 5). In this way, analyzing the variation of the intensity of the current with time makes it possible to obtain the leakage current of the electrode. The importance of performing this measurement is that it allows one to determine if the charge is being stored correctly or current leakage is occurring in the electrode/supercapacitor device. This information is very necessary since thanks to it you can know if the electrode stores the charge optimally. The voltage applied to carry out this measurement was 0.7 V for 2 h. In Fig. 5 it can be seen how the leakage current decays rapidly at first, until it stabilizes at a value of -0.07 mA after maintaining the constant voltage for 2 h. This very low value of leakage current indicates an optimal behavior of the electrode, which could be attributed to the fact that it presents few secondary reactions, due to the low or null presence of impurities in the electrode.

El perfil de autodescarga de un electrodo se refiere al decrecimiento gradual en el voltaje, que tiene lugar cuando el electrodo se desconecta del circuito de carga, reflejando la pérdida de eficiencia del mismo, para una aplicación real de almacenamiento de energía eléctrica. Para realizar esta medida, el electrodo se cargó a O.7 V durante 1O min. y luego se dejó en circuito abierto durante 5 h (ver Figura 6).The self-discharge profile of an electrode refers to the gradual decrease in voltage that occurs when the electrode is disconnected from the charging circuit, reflecting the loss of efficiency of the charging circuit, for a real electrical energy storage application. To carry out this measurement, the electrode was charged at 0.7 V for 10 min. and then it was left in open circuit for 5 h (see Figure 6).

En la tabla 1 se puede observar cómo varia el porcentaje de retención de potencial eléctrico del electrodo en función del tiempo, presentando elevados valores de retención, ya que, después de 5 h de estar en circuito abierto, el electrodo conserva el 61 % del valor del potencial eléctrico de su carga inicial. Table 1 shows how the percentage of electrical potential retention of the electrode varies as a function of time, presenting high retention values, since, after 5 h of being in open circuit, the electrode retains 61% of the value of the electric potential of its initial charge.

Tiempo (h) Retención de potencial (%)Time (h) Potential retention (%)

0 1000 100

0.5 860.5 86

1 621 62

1.5 621.5 62

2 622 62

2.5 622.5 62

3 623 62

3.5 623.5 62

4 624 62

4.5 624.5 62

5 615 61

Tabla 1. Porcentaje de retención de potencial del electrodo de plata de la invención en función del tiempoTable 1. Potential retention percentage of the silver electrode of the invention as a function of time

Finalmente, se llevó a cabo una evaluación del comportamiento cromoactivo del electrodo. Finally, an evaluation of the chromoactive behavior of the electrode was carried out.

En cuanto al análisis del comportamiento cromoactivo del electrodo, la corriente eléctrica aplicada en el electrodo induce reacciones rédox que modifican las bandas de energía en las que el material interacciona con la luz visible, dando lugar a un cambio de color observable. Este efecto se ha cuantificado mediante un tratamiento de imagen realizado a través de software. Para ello, se puede expresar el cambio de luminancia a partir del código RGB (código de colores rojo - verde - azul) de la forma:Regarding the analysis of the chromoactive behavior of the electrode, the electric current applied to the electrode induces redox reactions that modify the energy bands in which the material interacts with visible light, giving rise to an observable color change. This effect has been quantified by means of an image treatment carried out through software. To do this, the change in luminance can be expressed from the RGB code (red - green - blue color code) in the form:

Luminancia (%) = (0.2126R 0.7152G 0.0722B) • 100Luminance (%) = (0.2126R 0.7152G 0.0722B) • 100

que expresa cuánto se acerca el color promedio de los píxeles al blanco (100%) o al negro (0%). En concreto, se analizó el cambio de color del electrodo durante la voltamperometría cíclica fotograma a fotograma, asociando el cambio en luminancia para cada valor de voltaje con respecto al electrodo de referencia (ver Fig. 7). which expresses how close the average color of the pixels is to white (100%) or black (0%). Specifically, the change in color of the electrode during cyclic voltammetry was analyzed frame by frame, associating the change in luminance for each voltage value with respect to the reference electrode (see Fig. 7).

Claims (19)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la obtención de electrodos de plata nanoestructurados que comprende las siguientes etapas:1. Procedure for obtaining nanostructured silver electrodes comprising the following stages: a) disponer una lámina de aluminio, previamente limpiada y electropulida, como ánodo en una solución ácida electrolítica y anodizar en una primera fase de anodización la lámina de aluminio en condiciones controladas de voltaje, temperatura, pH, tiempo, agitación y concentración de electrolito ácido para obtener una estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica, donde en esta primera fase el voltaje es de entre 15 V y 300 V, la temperatura es de entre 0 °C y 20 °C, el pH medido a temperatura ambiente es de entre 0 y 7, el tiempo es de al menos 0.5 h, la agitación de al menos 40 rpm y la concentración de electrolito de al menos 0.1 M;a) arrange an aluminum sheet, previously cleaned and electropolished, as anode in an electrolytic acid solution and anodize the aluminum sheet in a first phase of anodization under controlled conditions of voltage, temperature, pH, time, agitation and acid electrolyte concentration to obtain an ordered nanoporous structure of anodic alumina, where in this first phase the voltage is between 15 V and 300 V, the temperature is between 0 °C and 20 °C, the pH measured at room temperature is between 0 and 7, the time is at least 0.5 h, the stirring at least 40 rpm, and the electrolyte concentration at least 0.1 M; b) realizar un ataque químico para eliminar totalmente la estructura nanoporosa de alúmina anódica crecida en la primera fase, mediante el empleo una disolución ácida o alcalina;b) carrying out a chemical attack to completely eliminate the nanoporous structure of anodic alumina grown in the first phase, by using an acid or alkaline solution; c) realizar una segunda fase de anodización, con las mismas condiciones de voltaje, temperatura, pH, tipo y concentración de electrolito que las de la primera fase de anodización, durante el tiempo necesario para obtener el grosor deseado de una segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica;c) performing a second phase of anodization, with the same conditions of voltage, temperature, pH, type and concentration of electrolyte as those of the first phase of anodization, for the time necessary to obtain the desired thickness of a second nanoporous ordered structure of anode alumina; d) ensanchar los poros de la segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina anódica mediante la puesta en contacto de la estructura ordenada nanoporosa con una disolución caliente de un ácido inorgánico;d) widening the pores of the second ordered nanoporous structure of anodic alumina by contacting the ordered nanoporous structure with a hot solution of an inorganic acid; e) depositar una película de plata sobre la segunda estructura ordenada nanoporosa;e) depositing a silver film on the second ordered nanoporous structure; f) introducir una disolución de un polímero en el interior de los poros de la segunda estructura ordenada nanoporosa, para obtener un molde antirréplica y dejar secar hasta su solidificación; f) introducing a solution of a polymer inside the pores of the second nanoporous ordered structure, to obtain an anti-replication mold and allowing it to dry until solidified; g) realizar al menos un ataque químico selectivo para eliminar la lámina de aluminio y la estructura ordenada nanoporosa de alúmina;g) performing at least one selective etching to remove the aluminum foil and the ordered nanoporous structure of alumina; h) depositar plata metálica sobre el molde antirréplica de polímero, replicando la segunda estructura ordenada nanoporosa de alúmina eliminada en la etapa g), yh) depositing metallic silver on the polymer antireplication template, replicating the second ordered nanoporous alumina structure removed in step g), and i) eliminar el molde antirréplica de polímero, mediante al menos un ataque químico con un disolvente orgánico, para obtener el electrodo de plata nanoestructurado.i) removing the polymer antireplication template, by at least one chemical attack with an organic solvent, to obtain the nanostructured silver electrode. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la lámina de aluminio de la etapa a) tiene, al menos, una pureza del 95 %.Process according to claim 1, characterized in that the aluminum foil from step a) has a purity of at least 95%. 3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el proceso previo de limpieza de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el lavado de la lámina de aluminio, primeramente con alcoholes y posteriormente con agua destilada, realizando todo el proceso a temperatura ambiente, mediante el empleo de ultrasonidos y con un tiempo de inmersión en cada uno de los líquidos de al menos 5 minutos. 3. Procedure according to claim 1, characterized in that the previous process of cleaning the aluminum sheet in step a) is carried out by washing the aluminum sheet, firstly with alcohols and later with distilled water, performing all the process at room temperature, through the use of ultrasound and with an immersion time in each of the liquids of at least 5 minutes. 4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que el proceso previo de limpieza con alcoholes de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el empleo de isopropanol primero, y luego de etanol.4. Procedure according to claim 3, characterized in that the previous process for cleaning the aluminum sheet with alcohols in step a) is carried out by using isopropanol first, and then ethanol. 5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el proceso previo de electropulido de la lámina de aluminio de la etapa a) se lleva a cabo mediante el empleo de una disolución ácida, con agitación constante de al menos 40 rpm, con un voltaje mínimo de 10 V, durante al menos 5 min. y a temperatura ambiente.5. Procedure according to claim 1, characterized in that the previous process of electropolishing the aluminum sheet in step a) is carried out by using an acid solution, with constant stirring of at least 40 rpm, with a voltage 10 V minimum, for at least 5 min. and at room temperature. 6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la solución ácida electrolítica empleada para las anodizaciones de las etapas a) y c) es una disolución acuosa de ácido oxálico de concentración 0.3 M y un pH < 7.6. Process according to claim 1, characterized in that the electrolytic acid solution used for the anodization of stages a) and c) is an aqueous solution of oxalic acid with a concentration of 0.3 M and a pH <7. 7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el voltaje de las dos fases de anodización es de 40 V, la temperatura a la que tienen lugar ambas anodizaciones es de 3° C, la agitación de 60 rpm y porque la primera fase dura 24 h y la segunda fase dura 1 h.7. Process according to claim 1, characterized in that the voltage of the two anodization phases is 40 V, the temperature at which both anodizations take place is 3°C, the agitation is 60 rpm and that the first phase lasts 24 h and the second phase lasts 1 h. 8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el ataque químico selectivo de la etapa b) consiste en una inmersión de la muestra en una disolución acuosa de CrÜ 3 (0.18 M) y H3PÜ4(0.61 M) a temperatura ambiente durante al menos 8h.8. Procedure according to claim 1, characterized in that the selective chemical attack of stage b) consists of immersing the sample in an aqueous solution of CrÜ 3 (0.18 M) and H3PÜ4 (0.61 M) at room temperature for at least 8 a.m. 9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el ensanchamiento de poros de la etapa d) se promueve poniendo en contacto durante 35 minutos la segunda estructura ordenada nanoporosa con una disolución acuosa de H 3 PO 4 al 5 % en peso y a una temperatura de 30 °C.9. Process according to claim 1, characterized in that the pore widening of step d) is promoted by contacting the second ordered nanoporous structure for 35 minutes with an aqueous solution of H 3 PO 4 at 5% by weight and at a temperature 30°C 10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el diámetro de nanoporo promovido es de 70 nm ± 6 nm con una longitud de 1.8 ± 0.2 pm.10. Method according to claim 9, characterized in that the promoted nanopore diameter is 70 nm ± 6 nm with a length of 1.8 ± 0.2 pm. 11. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la deposición de la etapa e) se realiza mediante sputtering de plata o pulverización catódica.11. Method according to claim 1, characterized in that the deposition of step e) is carried out by means of silver sputtering or cathodic spraying. 12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que el sputtering se realiza aplicando una corriente de 20 mA durante un tiempo de 270 segundos, con el fin de obtener un plasma de plata y empleando argón como un gas de purga, obteniendo un recubrimiento de plata con una pureza superior al 98 %.12. Method according to claim 11, characterized in that the sputtering is carried out by applying a current of 20 mA for a time of 270 seconds, in order to obtain a silver plasma and using argon as a purge gas, obtaining a silver coating. silver with a purity greater than 98%. 13. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la disolución de la etapa f) es una disolución de polimetilmetacrilato en cloroformo con una concentración del 6 % en peso y porque la introducción de la misma en los poros de la estructura ordenada nanoporosa de alúmina y el secado se realizan a temperatura ambiente.13. Process according to claim 1, characterized in that the solution of stage f) is a solution of polymethylmethacrylate in chloroform with a concentration of 6% by weight and in that the introduction thereof into the pores of the ordered nanoporous structure of alumina and drying is carried out at room temperature. 14. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en la etapa g) se realizan dos ataques químicos, donde en un primer ataque químico se elimina la lámina de aluminio poniéndola en contacto con una disolución acuosa de CuCh al 2.2 % y HCI al 11.4 % en peso a temperatura ambiente entre 10 y 20 minutos, y donde en un segundo ataque químico se elimina la estructura ordenada nanoporosa de alúmina poniéndola en contacto con una disolución de NaOH 3 M a temperatura ambiente entre media hora y 2 horas.14. Procedure according to claim 1, characterized in that in step g) two chemical attacks are carried out, where in a first chemical attack the aluminum sheet is removed by placing it in contact with an aqueous solution of CuCh at 2.2% and HCI at 11.4 % by weight at room temperature between 10 and 20 minutes, and where in a second chemical attack the ordered nanoporous structure of alumina is eliminated by placing it in contact with a 3 M NaOH solution at room temperature between half an hour and 2 hours. 15. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la deposición de plata metálica de la etapa h) se realiza empleando la técnica de electrodeposición a un voltaje de entre 1.5 y 2 V, a una temperatura entre 20 y 30 °C, durante un tiempo de 1 y 6 h, y con un electrolito con un contenido de plata de 28.7 g/l.15. Method according to claim 1, characterized in that the metallic silver deposition of stage h) is carried out using the electrodeposition technique at a voltage between 1.5 and 2 V, at a temperature between 20 and 30 °C, for a time of 1 and 6 h, and with an electrolyte with a silver content of 28.7 g/l. 16. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el ataque químico de la etapa i) es con cloroformo al 99.2 % de pureza, durante un tiempo de al menos 1 h y se realiza a temperatura ambiente.16. Procedure according to claim 1, characterized in that the chemical attack of stage i) is with 99.2% purity chloroform, for a period of at least 1 h and is carried out at room temperature. 17. Electrodo de plata nanoestructurado obtenible mediante el procedimiento de la reivindicación 1 caracterizado por que es una composición superior al 98 % en plata en peso y por que tiene una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de al menos 0.5 F/cm2, una corriente máxima de fugas de 0.07 mA, una densidad de energía de al menos 385.87 ^Wh/cm2, una densidad de potencia de al menos 3.82 ^W/cm2, una eficiencia coulómbica de al menos el 97.5 %, y un comportamiento cromoactivo.17. Nanostructured silver electrode obtainable by the method of claim 1, characterized in that it is a composition greater than 98% silver by weight and that it has an electrical energy storage capacity of at least 0.5 F/cm2, a maximum current leakage current of 0.07 mA, an energy density of at least 385.87 ^Wh/cm2, a power density of at least 3.82 ^W/cm2, a coulomb efficiency of at least 97.5%, and chromoactive behavior. 18. Electrodo de plata nanoestructurado caracterizado por que es una composición superior al 98 % en plata en peso y por que tiene una capacidad de almacenamiento de energía eléctrica de al menos 0.5 F/cm2, una corriente máxima de fugas de 0.07 mA, una densidad de energía de al menos 385.87 ^Wh/cm2, una densidad de potencia de al menos 3.82 ^W/cm2, una eficiencia coulómbica de al menos el 97.5 %, y un comportamiento cromoactivo.18. Nanostructured silver electrode characterized in that it is a composition greater than 98% silver by weight and that it has an electrical energy storage capacity of at least 0.5 F/cm2, a maximum leakage current of 0.07 mA, a density of at least 385.87 ^Wh/cm2, a power density of at least 3.82 ^W/cm2, a coulombic efficiency of at least 97.5%, and chromoactive behavior. 19. Electrodo de plata nanoestructurado según la reivindicación 18 caracterizado por que comprende una distribución de tamaño de nanoporos con un diámetro 70 nm ± 6 nm y con una longitud de 1.8 ± 0.2 pm. 19. Nanostructured silver electrode according to claim 18, characterized in that it comprises a size distribution of nanopores with a diameter of 70 nm ± 6 nm and a length of 1.8 ± 0.2 pm.
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