Desenvolvimento de eletrodos de carvão ativado para aplicação em capacitores eletroquímicos de eletrólitos aquosos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vilas Boas, Otávio Cristiano, 1994-
Data de Publicação: 2019
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/20.500.12733/1636794
Resumo: Orientador: Hudson Giovani Zanin
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spelling Desenvolvimento de eletrodos de carvão ativado para aplicação em capacitores eletroquímicos de eletrólitos aquososDevelopment of activated carbon electrodes for application in electrochemical capacitors of aqueous electrolytesCapacitadoresSupercapacitoresEnergia - ArmazenamentoCapacitorsSupercapacitorsEnergy - StorageOrientador: Hudson Giovani ZaninDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Com o aumento da demanda por energia, um dos maiores problemas da sociedade contemporânea é o manejo e o armazenamento de Energia Elétrica. Sistemas eólicos e solares desconectados da rede (off-grid), veículos elétricos, dispositivos tecnológicos portáteis e muitos outros poderiam ser beneficiados com o desenvolvimento e o subsequente menor custo de sistemas limpos de armazenamento e fornecimento de Energia. Dentro deste contexto as baterias recarregáveis foram responsáveis por uma revolução na mobilidade e comunicação urbana, entretanto, as mesmas ainda são onerosas, levam um grande período de tempo para carregar e ainda podem explodir se exigidas em demasia. Além disso, elas são manufaturadas utilizando diversos componentes tóxicos ao ambiente. Tendo-se em vista essas desvantagens, os chamados Capacitores Eletroquímicos, também conhecidos como Supercapacitores, são ideais para complementá-las quando se deseja realizar processos rápidos de armazenamento e fornecimento de Energia, pois funcionam majoritariamente por processos não faradaicos ou faradaicos ultrarrápidos que ocorrem na interface eletrodo/solução, sendo tais processos imediatos e não destrutivos, permitindo ainda que o dispositivo tenha uma vida útil prolongada (>100 mil ciclos). Frente a esse cenário, este trabalho teve como objetivo estudar a confecção e a caracterização destes armazenadores de energia. Foram desenvolvidos eletrodos empregando-se carvão ativado e um verniz comercial a base de poliéster como material aglutinador. Esses eletrodos foram utilizados na confecção de Capacitores Eletroquímicos com 5 tipos de eletrólitos aquosos, sendo as montagens padronizadas pela utilização de células do tipo moeda CR2032, que foram caracterizadas por análises galvanostáticas de carga-descarga, voltametrias cíclicas e espectroscopias de impedância eletroquímica. Todas as células apresentaram estabilidade eletroquímica dentro de uma "janela" de tensão de 1,1V, tendo-se destacado a célula contendo 2M de H2SO4, com a qual se obteve uma capacitância gravimétrica de 56,90 F/g e resistência série equivalente de 0,23"ômega". Estes resultados consolidam os eletrodos desenvolvidos como promissores para aplicação em Capacitores Eletroquímicos, instigando dessa forma o desenvolvimento de novas tecnologias que possam compor os diversos tipos de sistemas de armazenamento e fornecimento de energia elétricaAbstract: With the increasing demand for energy, one of the major problems of contemporary society is the management and storage of Electric Energy. Off-grid solar and wind systems, electric vehicles, portable technological devices, and many others could benefit from the development and subsequent lower cost of clean storage and power supply systems. In this context, rechargeable batteries have been responsible for a revolution in mobility and urban communication, however, they are still expensive, take a long time to charge and can still explode if excessively required. In addition, they are manufactured using various components that are toxic to the environment. Given these disadvantages, Electrochemical Capacitors, also known as Supercapacitors, are ideal to complement them when it is desired to carry out fast processes of storage and supply of Energy, as they work mainly through non-faradaicos or ultra-fast faradaicos processes in the electrode-solution interface, these processes being immediate and non-destructive, allowing the device to have a long life (> 300 thousand cycles). Against this background, this work had as objective to study the confection and the characterization of these devices. Electrodes were developed using activated carbon and a commercial polyester based varnish as a agglutinator material. These electrodes were used in the manufacture of electrochemical capacitors with 5 types of aqueous electrolytes, the assemblies being standardized through the use of CR2032 coin cells type that were characterized by several types of electrochemical analysis, such as galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. All cells presented electrochemical stability within a voltage window of 1.1V, with emphasis on the cell containing 2M H2SO4, which obtained a gravimetric capacitance of 56.90 F/g and equivalent series resistance of 0,23"ômega". These results consolidate the electrodes developed as promising for application in Electrochemical Capacitors, thus instigating the development of new technologies that can compose the various types of energy storage and supply systemsMestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia ElétricaCAPESCNPQFAPESP2017/03640-1[s.n.]Zanin, Hudson Giovani, 1983-Almeida Neto, Ambrósio Florêncio dePeterlevitz, Alfredo CarlosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASVilas Boas, Otávio Cristiano, 1994-20192019-04-05T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (80 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636794VILAS BOAS, Otávio Cristiano. Desenvolvimento de eletrodos de carvão ativado para aplicação em capacitores eletroquímicos de eletrólitos aquosos. 2019. 1 recurso online (80 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1636794. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1091480Requisitos 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/openAccess2021-07-12T12:50:47Zoai::1091480Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-07-12T12:50:47Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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