Desenvolvimento e otimização de óxido de grafeno reduzido para utilização como aditivo no material ativo negativo de baterias chumbo-ácido

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Baptista, Rafael Henrique Ribeiro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: rGO; Óxido de grafeno reduzido; Baterias chumbo-ácido; Capacitância; Pseudocapacitância; Reduced graphene oxide; Lead-acid battery; Capacitance; Pseudocapacitance
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/256181

A adição de materiais carbonáceos, entre estes o óxido de grafeno reduzido (rGO), ao material ativo negativo (NAM) de baterias chumbo-ácido tem sido amplamente estudada por melhorar significativamente a vida útil das baterias, especialmente sob condições de estado parcial de carga. Neste contexto, o presente trabalho estudou os efeitos da adição de diferentes concentrações de rGO (0,20%, 0,75% e 1,40%). O rGO foi produzido a partir da oxidação de grafite em pó em meio ácido (KMnO4 e H2SO4), seguido de esfoliação e redução química com ácido ascórbico, um método de Hummers melhorado, bastante utilizado pelo Laboratório de Sínteses Orgânicas da Unesp/Bauru para diferentes aplicações. A eficiência do processo de síntese do rGO foi confirmada por diversas técnicas de caracterização estrutural e microestrutural, como difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia de fotoluminescência, espectroscopia Raman, análise termogravimétrica e área superficial por isoterma de adsorção. A caracterização eletroquímica, realizada por voltametria cíclica e espectroscopia de impedância eletroquímica, indicou que o rGO possui uma capacitância específica significativamente maior do que outros materiais carbonáceos utilizados como aditivos em baterias chumbo-ácido. A natureza da capacitância do rGO também foi estudada, utilizando dois métodos bem estabelecidos na literatura: método de Trasatti e método de espectroscopia de capacitância eletroquímica. Estas análises demonstraram que o óxido de grafeno reduzido possui cerca de 38 % de sua capacitância total atribuída a pseudocapacitância (capacitor eletroquímico). Em relação ao desempenho elétrico das placas negativas, foram realizados ensaios de capacidade e microciclos de carga e descarga sob estado parcial de carga (HRPSoC). A versão de placa contendo 0,20% de rGO apresentou número de ciclos 21% maior e uma capacidade específica C20 6,1% superior em comparação com as placas controle que utilizavam negro de fumo avançado (utilizado para baterias especiais). Contudo, concentrações de 0,75% e 1,40% de rGO mostraram desempenho inferior à de 0,20%, devido ao aumento dos processos faradaicos que suprimem o processo capacitivo e acentuam a reação de evolução de hidrogênio. Desta forma, concluiu-se que o rGO tem potencial para ser utilizado como aditivo no NAM de baterias chumbo-ácido avançadas, proporcionando melhorias significativas no desempenho. No entanto, sua composição deve ser cuidadosamente analisada para evitar efeitos deletérios.