Estudo de diferentes eletrólitos aquosos em supercapacitores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Pinto, Thais Tadeu, 1994-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Supercapacitores
Eletrólitos
Carbono
Energia - Armazenamento
Supercapacitors
Electrolytes
Carbon
Energy storage
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639970
Resumo: Orientador: Hudson Giovani Zanin
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spelling Estudo de diferentes eletrólitos aquosos em supercapacitoresStudy of different aqueous-based electrolytes in supercapacitorsSupercapacitoresEletrólitosCarbonoEnergia - ArmazenamentoSupercapacitorsElectrolytesCarbonEnergy storageOrientador: Hudson Giovani ZaninDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Os eletrólitos possuem um papel fundamental no desempenho dos supercapacitores pois interferem na capacitância, na resistência interna, na energia e potência específicas, segurança entre outras características. Dessa forma, entender as propriedades do eletrólito empregado, bem como a sua interação com o material de eletrodo é essencial para melhorar o desempenho do dispositivo. Portanto, este trabalho buscou entender os efeitos de diversos eletrólitos aquosos no desempenho de um supercapacitor usando grafite como material de eletrodo em um sistema inspirado em uma célula desmontável. Neste estudo introdutório, foram empregados eletrólitos ácidos, hidróxidos, além de sulfatos, nitratos, cloretos, percloratos e acetatos buscando manter a mesma força iônica ou concentração, abrangendo tanto water-in-salt como salt-in-water. Para cada experimento com estes eletrólitos foram realizadas análises eletroquímicas de voltametria cíclica, carga e descarga galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica a fim de se avaliar o desempenho do dispositivo. Os resultados de capacitância, energia específica, resistência em série equivalente e eficiência coulômbia e energética extraídos destas análises, foram discutidos juntamente com as propriedades de cada eletrólito como pH e condutividade. Também foram levadas em consideração as características dos íons presentes em solução como o tamanho do raio iônico hidratado, além de força, condutividade e mobilidade iônicas. O eletrólito que se destacou com a maior capacitância e energia específica foi o ácido sulfúrico na concentração de 1 mol L-1. De modo geral, os ácidos e hidróxidos apresentaram reações faradaicas ou processos pseudocapacitivos resultando nas maiores capacitâncias. Já os eletrólitos neutros apresentaram capacitâncias menores mesmo em concentrações mais elevadas, para a janela de potencial de até 1 V. Porém, com os eletrólitos mais concentrados foi possível aumentar a janela de potencial resultando em uma melhora significativa no desempenho do dispositivo, sobretudo para o perclorato de sódio a 17 mol Kg-1. Assim, os water-in-salt se apresentam como uma alternativa aos eletrólitos ácidos e hidróxidos sem os problemas relacionados a corrosão. Concluímos que o desempenho do dispositivo é influenciado por inúmeros fatores e a escolha do eletrólito ideal, depende do sistema que pretende desenvolverAbstract: The electrolytes play an important role in supercapacitors' performance since they interfere in capacitance, intern resistance, energy and power densities, among other characteristics. Therefore, a good comprehension of electrolyte properties, as well as the interaction between electrolyte-electrode are essential for the enhancement of device performance. Accordingly, the main goal of this work is to study the effect of several aqueous-based electrolytes in supercapacitors' performance using graphite as the electrode material in a Swagelok-cell system inspired. Thus, different kind of electrolytes were used such as acids, hydroxides, sulfates, nitrates, chlorides, perchlorates, and acetates, aiming to keep the same ionic strength or concentration for its comparison, including water-in-salt and salt-in-water electrolytes. For each experiment electrochemical analysis of cyclic voltammetry, galvanostatic charge and discharge, and electrochemical impedance spectroscopy were performed to evaluate the device¿s performance. The results of capacitance, specific energy, equivalent series resistance, and energetic and coulombic efficiency were presented in addition to the measured pH and conductivity of each electrolyte. Also, the properties of ions in solution, such as hydrated ion size, ionic conductivities and mobilities were discussed. The electrolyte which stood out was 1 mol L-1 sulfuric acid presenting the highest capacitance and specific energy. The acids and hydroxides, in general, achieved higher capacitance since they present redox reactions or pseudocapacitive behavior. Regarding the neutral electrolytes, it has achieved lower capacitances, even though in higher concentrations, in the potential window of 1 V. However, it was possible to increase the potential window with the most concentrated electrolytes, leading in significative performance improvement, especially using sodium perchlorate 17 mol kg-1. Thus, the water in salt electrolytes represents an alternative to acids and hydroxides without corrosion issues. We conclude that the device's performance is affected by several factors and the choosing of ideal electrolyte is related to the system usedMestradoEnergia ElétricaMestra em Engenharia ElétricaCNPQ161084/2018-4[s.n.]Zanin, Hudson Giovani, 1983-Peterlevitz, Alfredo CarlosDoubek, GustavoUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPinto, Thais Tadeu, 1994-20202020-09-14T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online ( 66 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639970PINTO, Thais Tadeu. Estudo de diferentes eletrólitos aquosos em supercapacitores . 2020. 1 recurso online ( 66 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639970. 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