Óxidos de metais de transição mistos e seus nanocompósitos : síntese e aplicação em sistemas de armazenamento de energia

• Autor(a) principal: Aquino, Caroline Brambilla de
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Digital do Mackenzie
• Texto Completo: http://tede.mackenzie.br/jspui/handle/tede/4269
• topic: óxidos de metais de transição mistos; polímeros condutores; grafeno; supercapacitores; armazenamento de energia; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA

Buscando melhorar a performance dos dispositivos de armazenamento de energia por meio do desenvolvimento de novos nanomateriais e nanocompósitos, nesse trabalho estudou-se a síntese, caracterização e aplicação de um óxido de metal de transição misto, óxido de rutênio com óxido de tungstênio (RuO2-WO3) e seus nanocompósitos, baseados em óxido de grafeno reduzido (RuO2-WO3/rGO) e polianilina (RuO2-WO3/PAni). Para isso, foram utilizadas metodologias acessíveis e de baixo custo, obtendo os nanocompósitos em duas etapas, dividias entre: a obtenção do RuO2-WO3 e em seguida do nanocompósito, por meio do processo de mistura física (RuO2-WO3/rGO) de polimerização (RuO2-WO3/PAni). Na primeira etapa, investigou-se a síntese RuO2-WO3 produzido em três diferentes proporções entre os precursores de Ru:W, 1:10; 1:5; 1:2,5. Por meio de diversas caracterizações foram comprovadas a obtenção dessas estruturas, verificando a formação de defeitos, mudanças na cristalinidade, no band gap, morfologia e estabilidade térmica com a variação da proporção dos precursores. O comportamento eletroquímico de filmes finos RuO2-WO3, bem como do dispositivo simétrico desenvolvido com esse material, foi analisado, no qual o RuO2–WO3 apresentou uma performance superior quando comparado com as amostras controle de WO3 e RuO2. Os valores de capacitância do filme e do dispositivo foram de 661 mF cm-2 e 6,9 mF cm-2, respectivamente, sendo nove vezes maior que os valores de capacitância do WO3 e RuO2. A alta estabilidade e facilidade nos processos difusionais da amostra RuO2-WO3, revelaram que esse material é promissor para aplicação em supercapacitores. Com a síntese dos nanocompósitos por sua vez, RuO2-WO3/rGO e RuO2-WO3/PAni, as caracterizações indicaram uma grande sinergia entre os materiais, sejam os derivados de carbono ou o polímero condutor. Por conta desse efeito, os dispositivos simétricos construídos obtiveram maiores valores de capacitância de 12,9 mF cm-2 e 240 mF cm-2, respectivamente sendo esses 2 e 35 vezes maior que os materiais de controle. Esses resultados revelam a potencial aplicação dos materiais, RuO2-WO3, RuO2-WO3/rGO e RuO2-WO3/PAni para serem aplicados em eletrodos para supercapacitores, no qual o nanocompósito baseado em polianilina já apresenta uma elevada capacidade para substituir os sistemas comerciais utilizados atualmente.