Compósito nanoestruturado de esferas de carbono poroso sobre feltro de fibra de carbono para eletrodos de supercapacitores - Manuella Gobbo de Castro Munhoz (2020)
Supercapacitores são dispositivos de alta capacidade de armazenamento de energia elétrica. Eles são amplamente estudados na literatura devido ao seu elevado potencial de aplicação em sistemas de geração de energia, veículos elétricos híbridos e outros dispositivos elétricos. Apesar de fornecer mais energia, os supercapacitores possuem capacidade de armazenamento de carga volumétrica inferior quando comparado às baterias, cerca de 3 a 30 vezes menor. Portanto, o desenvolvimento e implantação de novos dispositivos com maior eficiência dependem de novos materiais para eletrodos e eletrólitos, assim como o ajuste de suas propriedades eletroquímicas. A presença de uma estrutura porosa 3D (esferas) pode facilitar um maior armazenamento de cargas dentro da estrutura de rede formada no eletrodo. Pode-se, ainda, ressaltar que os eletrodos utilizando esferas porosas de carbono (ECs) sobre o suporte carbonoso apresentam a vantagem de baixo custo, sobretudo devido à utilização de uma metodologia simplificada de deposição. Nesse trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados compósitos nanoestruturados feitos a partir da deposição de ECs sobre feltros de fibra de carbono, visando verificar seu potencial como eletrodo de supercapacitores. A síntese das esferas de carbono porosas foi realizada utilizando a extensão do método de Stöber, bem como a produção do compósito nanoestruturado a partir da deposição de esferas sobre feltro de carbono. As estruturas morfológicas dos materiais apresentaram diferenças em função das condições do tratamento térmico empregado de carbonização e ativação. A estrutura formada exibiu excelentes propriedades eletroquímicas em comparação à eletrodos desenvolvidos utilizando ECs, possivelmente associados ao tratamento de ativação. Exemplo disto foram as amostras ativadas com cavidades porosas circulares uniformemente distribuídas, área superficial elevada e microporosa. As caracterizações eletroquímicas das amostras ativadas exibiram maior amplitude na densidade de corrente nas voltametrias cíclicas, resultando em uma maior área diretamente relacionada ao valor elevado de capacitância. As curvas galvanostáticas de carga-descarga e as voltametrias cíclicas apresentaram falta de linearidade, indicando a presença de efeitos faradaicos durante as varreduras e caracterizando o mecanismo de armazenamento de energia destes materiais como híbrido. Essas características proporcionaram um excelente desempenho capacitivo eletroquímico das amostras, que pode ser atribuído à sua área superficial específica, facilmente acessível ao eletrólito e aos grupos contendo nitrogênio na superfície do carbono que originam efeito pseudocapacitivo devido às reações redox faradaicas. Os valores de capacitância dos eletrodos alcançaram valores de até 327 F g-1.