Efeitos da configuração e de parâmetros de operação de dispositivos higroelétricos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lermen, Diana, 1997-
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/20.500.12733/5019
Resumo: Orientador: Fernando Galembeck
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spelling Efeitos da configuração e de parâmetros de operação de dispositivos higroelétricosHygroelectric devices configuration effects and operational parametersColheita de energiaHigroeletricidadeGrafita esfoliado e reorganizadoCapacitor assimétricoUmidadeEnergy harvestingHygroelectricityExfoliated and reassembled graphiteAsymmetric capacitorHumidityOrientador: Fernando GalembeckDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de QuímicaResumo: A geração de energia mediada pela umidade atmosférica, ou higroeletricidade (HE), foi descoberta por este grupo de pesquisa, em 2010. Atualmente, mais de 8 grupos pelo mundo já verificaram a coleta de eletricidade da umidade ambiente, empregando diferentes materiais e argumentos para explicar esse fenômeno. Este trabalho verifica as condições de operação e de configuração de células HE compostas por eletrodos de alumínio e de grafite esfoliado e reorganizado (ERG), cujas matérias-primas são commodities abundantes e reutilizáveis ou recicláveis. Em especial, este trabalho demonstra o reaproveitamento de latas de bebidas como eletrodos de alumínio. A hipótese de trabalho adotada neste grupo para explicar a produção de corrente elétrica baseia-se na termodinâmica de sistemas abertos, multifásicos e não-eletroneutros. Segundo essa hipótese, a partição de íons da água (OH e H+) adsorvidos em compartimentos separados do mesmo sistema cria uma diferença de potencial entre estes, aumentando, assim, os potenciais eletroquímicos dos íons e diminuindo a energia de Gibbs da oxidação de OH- e redução de H+, produzindo corrente elétrica. Células HE montadas com papel Kraft revestido com ERG e filme de alumínio foram submetidas a ciclos periódicos de carga e descarga em capacitores, registrando os dados de tensão da célula e do capacitor. A tensão em circuito aberto chega a 1,2 V e a potência média transferida para o capacitor é de 1,5 mW. Outras células, montadas a partir das latas e TNT revestido com ERG, produziram tensão em circuito aberto de 0,7 V. Conectadas a resistores, forneceram 300 ?W e 1,1 mA, por até 165 horas. Seis células conectadas em série mantiveram 24 LEDs verde de alto brilho conectados em paralelo acessos por até 60 horas. Os resultados obtidos são equivalentes ou superiores aos melhores resultados da literatura, para esta modalidade de energy harvesting. O melhor desempenho das células foi obtido quando a parte inferior dos eletrodos estava em contato com a água, sob temperatura superior à do ambiente e umidade elevada, maximizando a área dos eletrodos, e aumentando a área interfacial entre eles. Esses resultados são consistentes com o mecanismo propostoAbstract: Atmospheric moisture-driven energy harvesting, or hygroelectricity (HE), was discovered by this research group in 2010. Currently, more than 8 groups worldwide have already verified the collection of electricity from ambient humidity, using different materials and arguments to explain this phenomenon. This work verifies the operating conditions and configuration of HE cells assembled with aluminum and exfoliated-and-reorganized graphite (ERG) electrodes, whose raw materials are abundant commodities and reusable or recyclable. In particular, this work demonstrates the reuse of beverage cans as aluminum electrodes. The working hypothesis adopted in this group to explain the production of electric current is based on the thermodynamics of open, multiphase, and non-electroneutral systems. According to this hypothesis, the partition of water ions (OH- and H+) adsorbed into separate compartments of the same system creates a potential difference between them, thus increasing the electrochemical potentials of the ions and decreasing the Gibbs energy of the oxidation of OH- and reduction of H+, producing electric current. HE cells assembled with ERG-coated Kraft paper and aluminum film were subjected to periodic charge and discharge cycles in capacitors, recording cell, and capacitor voltage data. The open-circuit voltage reaches 1.2 V, and the average power transferred to the capacitor is 1.5 mW. Other cells, assembled from cans and ERG-coated TNT, produced the open-circuit voltage of 0.7 V. Connected to resistors, they provided 300 ?W and 1.1 mA for up to 165 hours. Six cells connected in series light up 24 high-brightness green LEDs connected in parallel for 60 hours. The results obtained are equivalent to or superior to the best results in the literature for this energy harvesting modality. The best performance of the cells was obtained when the lower part of the electrodes was in contact with water, under temperatures higher than the ambient temperature and high humidity, maximizing the electrode area, and increasing the interface area between them. These results are consistent with the proposed mechanismMestradoFísico-QuímicaMestra em QuímicaCAPES88887.482066/2020-00[s.n.]Galembeck, Fernando, 1943-Longo, CláudiaDoubek, GustavoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLermen, Diana, 1997-20222022-05-06T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (105 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/5019LERMEN, Diana. Efeitos da configuração e de parâmetros de operação de dispositivos higroelétricos. 2022. 1 recurso online (105 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5019. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1246032Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-07-28T13:00:51Zoai::1246032Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-07-28T13:00:51Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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