A novel combined in-situ and operando techniques approach to analyze the gas evolution at high-voltage supercapacitors : Uma nova abordagem de técnicas in-situ e operando combinadas para analisar a evolução de gases em supercapacitores de alta tensão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Venâncio, Raissa, 1996-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/6115
Resumo: Orientador: Hudson Giovani Zanin
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Entre esses dispositivos, os supercapacitores são um tema de destaque devido à alta ciclabilidade, capacidade de carga rápida e confiabilidade. No entanto, sua estabilidade eletroquímica é dependente da interação íon/solvente e íon/poro de seus componentes, cuja a incompatibilidade acelera o processo de envelhecimento diminuindo seu desempenho. Assim, analisamos a compatibilidade do TEABF4-EC:DMC em eletrodos de carbono multiporosos e com o melhor resultado observamos os mecanismos de degradação na interface EDL por meio da análise combinada de espectroscopia Raman e de massas eletroquímico. A primeira parte do estudo, indicou o AC como melhor eletrodo para aplicações escalonáveis. No qual, o Raman operando destacou a inserção de íons dentro de poros muito estreitos causando o deslocamento do nível de Fermi. Para os carbonos mesoporosos, esse fenômeno é reduzido. No entanto, o grafite apresentou a inserção do BF4- em suas camadas, resultando em uma capacitância três ordens de grandeza maior do que a esperado para o processo de adsorção isolado. Na segunda parte do estudo, verificamos o comportamento de diferentes eletrólitos com eletrodos MWCNT e AC. Os resultados mostraram o processo anômalo de transporte de íons que ocorre dentro de poros irregulares. Além disso, análises in situ demonstraram a alta estabilidade dos eletrodos à base de carbono que entram em estado de decomposição em altas tensões (acima de 2,5 V) combinados com TEABF4-PC, notou-se que a maior parte do O2 produzido é consumido pelo sistema, formando subprodutos de CO e CO2, enquanto o H2 é menos pronunciado devido ao controle da composição do solvente. Em resumo, a análise de gás residual forneceu informações importantes sobre a composição dos eletrodos e as reações interfaciais de envelhecimentoAbstract: In recent years, there has been a technological race for efficient storage supplies to fulfill the exponential growth in energy demand with the insertion of sustainable solutions in the traditional matrix. Supercapacitors are a hot topic among these devices due to their high cyclability, rapid load capacity, and reliability. However, their electrochemical stability mostly depends on the ion/solvent and ion/pore interaction of its main components, and the incompatibility between such materials can accelerate the aging process and decrease device performance. In this context, we analyzed the compatibility of TEABF4-EC: DMC at multi-porous carbon electrodes, and with the best electrode material, we deciphered the degradation mechanisms occurring at the EDL interface through combined Raman and mass spectroscopy operando analysis. The first part of the study indicates AC as the best electrode material for high capacitance and energy density applications. In which the Raman operando highlighted the ion insertion inside very narrow pores, affecting the material's vibrational mode and causing the Fermi level shift. For mesoporous carbon, this phenomenon is much less pronounced. However, the graphite presented the BF4- insertion into its layers resulting in a capacitance three orders of magnitude higher than expected for ion adsorb onto graphite. In the second part of this study, we report different organic electrolytes' behavior on MWCNT and AC electrodes. The results showed the anomalous ion transport process that occurs within irregular pores. Furthermore, in-situ analyzes demonstrated the high stability of carbon-based electrodes that enter a state of decomposition at high voltages (above 2.5 V) combined with TEABF4-PC. It was noticed that the system consumes most of the oxygen produced, forming by-products of CO and CO2, while the hydrogen appears in reduced amounts due to the control of the organic solvent composition. In summary, the residual gas analysis provided important information about the composition of the electrodes and interfacial reactions of agingMestradoEnergia ElétricaMestra em Engenharia ElétricaFAPESP2020/14968-0[s.n.]Zanin, Hudson Giovani, 1983-Silva, Leonardo Morais daDoubek, GustavoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASVenâncio, Raissa, 1996-20222022-09-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (174 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/6115VENÂNCIO, Raissa. A novel combined in-situ and operando techniques approach to analyze the gas evolution at high-voltage supercapacitors: Uma nova abordagem de técnicas in-situ e operando combinadas para analisar a evolução de gases em supercapacitores de alta tensão. 2022. 1 recurso online (174 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/6115. 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