Thermally Chargeable Supercapacitor for Sustainable Energy Harvesting of Waste Heat

• Autor(a) principal: Carmo, Bárbara Caeiro de Aguiar e Coelho do
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/162284
• topic: Cellulose; cork; thermal waste; supercapacitors; energy harvesting; paper electronics; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Nanotecnologia

As Set-top boxes (STBs) são frequentemente negligenciadas e compactadas em espaços reduzidos, dificultando sua operação e dissipação de calor, o que pode resultar em sobreaquecimento e comprometer a funcionalidade e a longevidade. Para resolver esse problema, propõe-se a integração de tecnologias de recolha e armazenamento de energia num único sistema, utilizando supercondensadores termicamente carregáveis (TCSCs). Os TCSCs têm a capacidade de converter a energia térmica dissipada pelas STBs em energia elétrica, alimentando dispositivos de alerta para manter os consumidores informados sobre o estado térmico da STB. Para isso, materiais sustentáveis de origem natural, como a celulose/papel e a cortiça, juntamente com tecnologias de revestimento/impressão escaláveis são usadas para produção em grande escala e baixo custo, garantindo simultaneamente a reciclabilidade. Um componente essencial dos SCs é o eletrólito. Neste caso, eletrólitos à base de celulose são produzidos utilizando um método de dissolução aquosa de baixo custo e sustentável da celulose a baixas temperaturas, seguido por um processo de regeneração para obter hidrogéis. Um estudo detalhado dos parâmetros de preparação do hidrogel é conduzido, focando no efeito do agente de regeneração. Além disso, partículas de cortiça são incorporadas para estudar o seu impacto no desempenho iónico e termoelétrico do eletrólito. A inclusão de partículas de cortiça promove um ligeiro aumento na condutividade iónica do hidrogel, de 1.37 para 3.25 mS cm-1, alcançando um coeficiente de Seebeck iónico de 2.04 mV K-1. Os eletrólitos otimizados são impregnados no substrato de papel para fabricar SCs planares interdigitais com elétrodos de carbono impressos por serigrafia, que atuam como coletor de corrente e material ativo. Os SCs baseados no eletrólito de celulose:cortiça apresentam uma capacidade específica de 3.38 mF cm-2, superando os SCs com eletrólitos à base de celulose (2.58 mF cm-2). Além disso, ambos os dispositivos demonstram excelente retenção de capacidade, de 114% e 143%, respetivamente, após 10000 ciclos. Seis SCs ligados em série podem alimentar um relógio de pulso por 4 minutos. Quanto ao desempenho termoelétrico, os SCs fabricados atingem uma tensão termoeléctrica de pico de 2.47 mV para um diferencial de temperatura de 20 ºC, evidenciando o potencial de reaproveitamento do calor residual gerado pelas STBs como fonte de energia externa para a eletrónica do futuro.