Funcionalização de fibra de carbono por plasma para deposição eletroquímica de polianilina - Borges, André Felipe Deziderio (2023)
Com a crescente preocupação em transicionar a matriz energética para depender de energias mais limpas e renováveis do que os combustíveis fósseis se fazem necessários sistemas de armazenamento de energia robustos e eficientes capazes de armazenar energia produzida em excesso e distribui-la quando a produção cai abaixo da demanda. Para atender a essa demanda, as tecnologias de baterias existentes no momento da escrita desse trabalho são insuficientes e é preciso que acumuladores de energia que aceitem surtos de carga e descarga e ao mesmo tempo apresentem alta capacidade de armazenamento sejam desenvolvidos. Nesse contexto, os supercapacitores. particularmente aqueles baseados em efeito pseudocapacitivo, têm se destacado na comunidade cientifica como alterativas promissoras. O presente trabalho objetiva estudar a funcionalização de fibra de carbono por plasma para enxertia de filmes de polianilina e apresenta resultados do desempenho eletroquímico desses eletrodos. As superficies das amostras de fibra de carbono foram funcionalizadas por plasma gerado em gaiola catódica, com a finalidade de criar ligações covalentes entre o eletrodo ativo (polianilina) e o coletor de corrente (fibra de carbono), com o objetivo de melhorar o desempenho eletroquímico. Foi desenvolvida uma nova metodologia para a obtenção dos filmes de polianilina sobre as fibras de carbono, que consiste na deposição prévia de uma camada fina de anilina sobre as fibras, através de deposição física de vapor, com posterior funcionalização por plasma e, finalmente, o crescimento dos filmes de polianilina através do processo de eletrodeposição. Para a funcionalização da superficie das fibras e das camadas prévias de anilina, foi utilizado plasma gerado em gaiola catódica, tendo como variáveis a frequência de pulsos de descarga e a composição da atmosfera do plasma (Ar ou uma mistura de N2 e Ar). Foram avaliadas as propriedades químicas, físicas e eletroquímicas das camadas de polianilina eletrodepositadas sobre as fibras. Foi observada uma melhora significativa no desempenho eletroquímico dos eletrodos obtidos com a metodologia desenvolvida neste trabalho, ou seja, com deposição prévia de um filme fino de anilina e funcionalização por plasma pulsado (100kHz) de N2/Ar, gerado em gaiola catódica, que resultou em um aumento de cerca de 38% no pico de densidade de corrente do processo de oxidação da polianilina em relação à amostra de controle. Esse resultado veio acompanhado de um aumento da capacitancia de dupla camada elétrica desses eletrodos e de um aumento da massa de dopante absorvida. Os resultados obtidos qualificam a metodologia desenvolvida neste trabalho para a deposição de filmes de polianilina sobre fibras de carbono e, consequentemente, para a aplicação desses eletrodos como capacitores de dupla camada elétrica com efeito pseudocapacitivo