Preparação e estudo de nanocompósitos com grafenos para aplicação em armazenagem eletroquímica de energia 

• Autor(a) principal: Neuma das Mercês Pereira
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-B6YQX8
• topic: eletrólito compósito; nanomateriais de carbono; líquidos iônicos; Supercapacitores; óxido de grafeno reduzido; Eletroquímica; Físico química; Nanotecnologia; Capacitores; Grafeno; Eletrólitos

Este trabalho de doutorado aborda o estudo de nanomateriais de carbono e líquidos iônicos, visando a elaboração de capacitores eletroquímicos de dupla camada elétrica (supercapacitores) com propriedades eletroquímicas melhoradas, como molhabilidade, compatibilidade eletrólito/eletrodo, capacitância e densidades de energia e potência. Desenvolver eletrodos de nanomateriais de carbono que forneçam características desejáveis de condutividade e porosidade, permitindo o fácil acesso dos íons de eletrólitos à superfície dos mesmos, é um desafio a ser superado em supercapacitores, especialmente no caso dos sistemas com eletrólitos líquidos iônicos (LI) que são constituídos por íons volumosos. Em uma primeira etapa, foi realizado o estudo da síntese do óxido de grafite (GrO) e óxido de grafeno (GO) via micro-ondas, com o objetivo de obter os nanomateriais de carbono a serem utilizados no desenvolvimento dos trabalhos posteriores com a otimização do processo de síntese dos mesmos. Na segunda etapa deste trabalho, foi realizado o estudo da incorporação do óxido de grafeno (GO) em diferentes líquidos iônicos, visando a construção de um eletrólito compósito que proporcionasse maior compatibilidade do eletrólito com o eletrodo de grafeno. Dentre os LIs estudados, o trietilsulfônio bis(trifluorometilsulfonil)imida ([SET3][TFSI]) mostrou valores superiores de condutividade e estabilidade eletroquímica. Supercapacitores baseados no LI puro e no LI-GO 0,1% em massa tendo como eletrodo o óxido de grafeno reduzido (rGO) foram investigados. O supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]/rGO mostrou um valor de capacitância de 95,8 F g-1, enquanto o supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]-GO/rGO exibiu uma capacitância de 125,3 F g-1, ambos caracterizados por voltametria cíclica,com velocidade de varredura de 5 mV s-1 trabalhando em uma faixa de 2,5 V, o que demonstra um aumento de 31% em capacitância devido à presença de GO no LI. As imagens de MEV indicaram que o eletrólito compósito LI-GO aumenta a compatibilidade do líquido iônico com o eletrodo rGO, favorecendo a acessibilidade dos íons do eletrólito à superfície do eletrodo.Na terceira etapa do trabalho propôs-se a síntese de compósitos de rGO com líquido iônico incorporado em sua superfície para aplicação como eletrodos em supercapacitores. Foram sintetizados materiais utilizando a expansão térmica via microondas em etapa única, e a redução química utilizando a hidrazina como agente redutor. As propriedades térmicas, morfológicas e eletroquímicas desses materiais foram ii estudadas buscando-se estabelecer correlações de estrutura-propriedade. Dentre os materiais sintetizados via expansão térmica, o supercapacitor à base do rGO/LI-150 mostrou um valor de capacitância de 13,7 F g-1, sendo este valor superior aos demais materiais, enquanto o material sintetizado via redução química, rGO/LI, mostrou uma capacitância de 70 F g-1, sendo ambos caracterizados por VC com velocidade de varredura de 5 mV s-1 trabalhando em uma faixa de 3,0 V. Portanto, os nanomateriais de carbono desenvolvidos neste trabalho e os supercapacitores construídos apresentaram bons resultados de propriedades eletroquímicas, e podem ser candidatos para a preparação de supercapacitores eletroquímicos.