Estudo e desenvolvimento de supercapacitores eletroquímicos usando eletrodos baseados em multicamadas de grafeno

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: AUGUSTO, Gabriel de Souza
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Triângulo Mineiro; Instituto de Ciências Biológicas e Naturais - ICBN; Brasil; UFTM; Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Biociências Aplicadas
• Palavras-chave em Português: Supercapacitor flexível.; Nanomateriais.; Dupla camada elétrica.; Multicamadas de grafeno.; Dispositivos armazenadores de energia.; Flexible supercapacitor.; Nanomaterials.; Electrical double layer.; Multilayer graphene.; Energy storage devices.; Eletroquímica
• Link de acesso: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/608

Os supercapacitores eletroquímicos, são dispositivos que têm despertado grande interesse e estudos, principalmente como alternativas para armazenadores de energia. Tal interesse se deve às características tais como: dimensão reduzida, flexibilidade, alta densidade de energia e de potência, que são cruciais para a atual demanda. Assim o presente trabalho tem como objeto o desenvolvimento e estudo de supercapacitores eletroquímicos flexíveis de estado sólido (all-solid-state supercapacitors - ASSSC) com eletrodos baseados em multicamadas de grafeno (multilayer graphene – MLG), a partir de uma metodologia simples, de poucas etapas e fazendo uso de menor quantidade de reagentes químicos. Para isto foram testadas vinte e uma configurações de eletrodo nos ASSSC, configurações estas onde foi variada a massa de MLG e a pressão a qual este é submetido durante o processo de confecção, de modo a investigar a influência destes parâmetros no desempenho capacitivo dos dispositivos confeccionados. Para caracterização estrutural do eletrodo de MLG foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Raman, difração de raios-X, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, microscopia de força atômica e medidas de resistividade pelo método de quatro pontas (Van der Pauw). Após caracterização dos eletrodos, foram confeccionados os supercapacitores (para todas as configurações de eletrodos) e caracterizados eletroquimicamente, através de medidas de voltametria cíclica e carga e descarga galvanostática. Através da análise de desempenho dos supercapacitores, foi observado que para as menores pressões de compactação e para as maiores massas de MLG utilizadas, foram encontrados os melhores resultados (capacitância especifica de 31800 µF/cm² para pressão de 15 kgf/cm² e 35400 µF/cm² para 140 mg de MLG). Ao serem identificados os melhores parâmetros para confecção do eletrodo, foi construído um supercapacitor com eletrodo otimizado (optimized graphene supercapacitor - OGS), no qual se utilizou 120 mg de MLG compactados em 20 kgf/cm². O OGS foi caracterizado eletroquimicamente, alcançando aproximadamente 58000 µF/cm² de capacitância específica, 2,68 µWh/cm² e 0,11 mW/cm² de densidade de energia e densidade de potência, respectivamente, além de ótimos resultados em testes de flexão, comprovando a flexibilidade do supercapacitor e grande retenção de capacitância ao longo de mil ciclos de carga e descarga.