Óxido de Nb nanotubular aplicado como eletrodo de supercapacitor - Sampaio, Edna Jerusa Pacheco (2021)
Matrizes de nanotubos de óxido de metais de transição auto ordenadas, como o nióbio, têm atraído ampla atenção científica devido às suas propriedades únicas, como alta mobilidade iônica e grande área específica de superfície. Este óxido nanoestruturado é promissor para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia. Dentre as várias rotas de produção dessas nanoestruturas, a anodização eletroquímica proporciona o crescimento de um filme de nanotubos alinhados perpendicularmente à superfície do substrato com comprimento de tubo bem definido por meio de um processo típico de auto-organização. Este trabalho apresenta uma rota simples para a obtenção, por anodização potenciostática, de uma camada de nanotubo de óxido de nióbio alinhada diretamente formada sobre substrato metálico, para a aplicação em supercapacitores. Para isso, empregou-se um eletrólito de glicerol contendo 0,4 M de NH4F e 0,9% de H2O. As amostras de nióbio foram submetidas à anodização potenciostática com potencial 90 V e temperatura de 20ºC. Análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi empregada para realizar a caracterização morfológica. O comportamento capacitivo deste filme foi investigado por voltametria cíclica e teste carga e descarga galvanostática em eletrólito aquoso de Na2SO4 1M, em uma janela de potencial de -0,2 a -1,2 V vs. Ag/AgCl e em H2SO4 1M na janela de potencial de -0,25 a -0,75 V vs Ag/AgCl. As imagens de MEV revelaram a obtenção de uma camada de óxido nanotubular integralmente distribuída sobre o substrato metálico nióbio. A camada de óxido amorfo nanotubular obtido em 60 min de anodização apresentou capacitância específica em torno de 20 mF/cm² Na2SO4 e de 103 mF/cm² em H2SO4, ambas para a densidade de corrente de 1 mA/cm². Essa ótima resposta capacitiva pode estar associada a uma maior área de superfície alcançada através da camada de óxido nanoestruturada obtida. A substancial resposta capacitiva da camada de óxido obtido representa um resultado promissor para a aplicação deste material como eletrodo capacitor eletroquímico. A morfologia nanotubular incrementa a capacitância, não apenas em razão da sua maior área de superfície específica, mas além disso, como essas estruturas de óxido estão verticalmente alinhadas diretamente sobre o metal Nb, isso deve proporcionar uma melhor direcionalidade para o transporte de íons, o que consequentemente também melhora a capacitância.