Materiais nanoestruturados para eletrodo e eletrólito de supercapacitores

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Raquel Silveira Borges
• Orientador(a): Glaura Goulart Silva
• Banca de defesa: José Mauricio Rosolen, Rodrigo Gribel Lacerda, Fabiano Vargas Pereira, Mariane Cristina Schnitzler
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
• Palavras-chave em Português: Líquido iônico; Capacitores eletroquímicos
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A2KGTP

Neste trabalho capacitores eletroquímicos baseados em materiais nanoestruturados de carbono e líquidos iônicos foram estudados por espectroscopia de impedância, voltametria cíclica e ciclos galvanostáticos de carga e descarga. Previamente ao estudo dos capacitores eletroquímicos, líquidos iônicos com diferentes cátions foram caracterizados para a seleção de uma classe destes materiais com propriedades mais promissoras para o uso como eletrólito em dispositivos de armazenamento de energia. O líquido iônico 1-Butil-2,3-dimetilimidazólio bis(trifluorometilsulfonil)imida foi escolhido, entre as amostras estudadas, por apresentar condutividade iônica na ordem de mS.cm-1, em temperatura ambiente e apresentar elevada estabilidade eletroquímica. Após a escolha do líquido iônico mais promissor seguiu-se com o preparo de um eletrólito compósito baseado no líquido iônico e em uma argila mineral do tipo montmorilonita. O eletrólito compósito apresentou uma pequena redução nos valores de condutividade, em relação ao líquido iônico separadamente. Porém, esta redução foi compensada pelo aumento na temperatura máxima de trabalho e na estabilidade mecânica deste eletrólito. Eletrodos produzidos com nanotubos de carbono funcionalizados de paredes duplas, nanofolhas de grafeno oxidado e nanofolhas de grafeno reduzido foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, mostrando as diferenças morfológicas geradas pela escolha dos diferentes nanomateriais. Capacitores eletroquímicos usando o líquido iônico selecionado foram estudados com o líquido iônico suportado em papel de filtro e com o novo eletrólito compósito (líquido iônico:argila). Os resultados do capacitor eletroquímico, completamente sólido, que utiliza o eletrólito compósito se mostraram os mais promissores. Valores de capacitância específica de 104 F/g são atingidos a 200°C e 4V de potencial. Além disso, o comportamento capacitivo deste dispositivo foi mantido em 200°C, valor máximo de temperatura de trabalho duas vezes maior que os capacitores eletroquímicos atuais. Valores de densidade de energia de 17 Wh/Kg foram atingidos para estes capacitores em temperaturas de 120°C e 200°C, comparáveis aos resultados reportados na literatura.