Níbio como metal aditivo para modificação de aerogel à base de nanocelulose carbonizada para potencial aplicação como eletrodos em supercapacitores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Aznar, Patricia Rocio Durañona
Orientador(a): Beltrami, Lílian Vanessa Rossa
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Aerogel
Nanoquímica
Nióbio
Cobalto
Supercapacitores
Palavras-chave em Inglês:
Aerogels
Nanochemistry
Niobium
Cobalt
Supercapacitors
Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/14798
Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a caracterização de aerogéis de nanocelulose carbonizada sintetizados com metais de transição, com foco na aplicação como eletrodos em supercapacitores. A proposta busca alternativas mais sustentáveis e ambientalmente seguras aos materiais convencionais, como o cobalto, explorando o pentóxido de nióbio (Nb2O5) como aditivo funcional. Os aerogéis foram obtidos a partir de dispersões de nanocelulose com diferentes precursores metálicos (Nb2O5 CG Nano T, Nb2O5 AG Nano T e Acetato de Cobalto), passando por etapas de gelificação, troca de solvente com álcool butílico terciário, liofilização e carbonização a 800 °C. As caracterizações estruturais (FTIR, DRX, Raman), morfológicas (MEV/EDS) e texturais (BET/BJH) confirmaram a formação de uma matriz porosa com estrutura amorfa e incorporação dos metais. As análises eletroquímicas revelaram que a sintetização com Nb2O5 CG Nano T resultou na melhor performance, atingindo capacitância específica de 106,8 F·g-¹, densidade de energia de 0,064 Wh·kg-¹ e densidade de potência de 1,07 W·kg-¹. As amostras com Nb2O5 AG Nano T e com cobalto também apresentaram desempenho superiores em relação à amostra controle (sem metais), que obteve apenas 11,3 F·g-¹. Os dados de carga-descarga galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica confirmaram menores resistências internas e maior eficiência nas amostras com metais. Os resultados demonstram que a sintetização metálica com Nb2O5 é eficaz para a melhoria do desempenho capacitivo, posicionando os aerogéis desenvolvidos como candidatos promissores para dispositivos de armazenamento de energia com menor impacto ambiental. [resumo fornecido pelo autor]
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As caracterizações estruturais (FTIR, DRX, Raman), morfológicas (MEV/EDS) e texturais (BET/BJH) confirmaram a formação de uma matriz porosa com estrutura amorfa e incorporação dos metais. As análises eletroquímicas revelaram que a sintetização com Nb2O5 CG Nano T resultou na melhor performance, atingindo capacitância específica de 106,8 F·g-¹, densidade de energia de 0,064 Wh·kg-¹ e densidade de potência de 1,07 W·kg-¹. As amostras com Nb2O5 AG Nano T e com cobalto também apresentaram desempenho superiores em relação à amostra controle (sem metais), que obteve apenas 11,3 F·g-¹. Os dados de carga-descarga galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica confirmaram menores resistências internas e maior eficiência nas amostras com metais. Os resultados demonstram que a sintetização metálica com Nb2O5 é eficaz para a melhoria do desempenho capacitivo, posicionando os aerogéis desenvolvidos como candidatos promissores para dispositivos de armazenamento de energia com menor impacto ambiental. [resumo fornecido pelo autor]This work presents the development and characterization of carbonized nanocellulose aerogels synthesized with transition metals, aiming at their application as electrodes for supercapacitors. The proposal seeks more sustainable and environmentally safe alternatives to conventional materials, such as cobalt, by exploring niobium pentoxide (Nb2O5) as a functional additive. The aerogels were obtained from nanocellulose dispersions with different metallic precursors (Nb2O5 CG, Nb2O5 AG, and cobalt acetate), through gelation, solvent exchange with tert-butyl alcohol, freeze-drying, and carbonization at 800 °C. Structural (FTIR, XRD, Raman), morphological (SEM/EDS), and textural (BET/BJH) characterizations confirmed the formation of a porous matrix with amorphous structure and effective metal incorporation. Electrochemical analyses revealed that synthesis with Nb2O5 CG Nano T resulted in the best performance, reaching a specific capacitance of 106.8 F·g-¹, energy density of 0.064 Wh·kg-¹, and power density of 1.07 W·kg-¹. The samples synthesized with Nb2O5 AG Nano T and Cobalt Acetate also showed superior performance compared to the control sample (without metals), which exhibited only 11.3 F·g-¹. Galvanostatic charge-discharge tests and electrochemical impedance spectroscopy confirmed lower internal resistances and higher efficiency in the metal-containing samples. The results demonstrate that metal synthesis with Nb2O5 is effective in improving capacitive performance, positioning the developed aerogels as promising candidates for energy storage devices with reduced environmental impact. [resumo fornecido pelo autor]Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, CNPqengporAerogelNanoquímicaNióbioCobaltoSupercapacitoresAerogelsNanochemistryNiobiumCobaltSupercapacitorsNíbio como metal aditivo para modificação de aerogel à base de nanocelulose carbonizada para potencial aplicação como eletrodos em supercapacitoresinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UCSinstname:Universidade de Caxias do Sul (UCS)instacron:UCSinfo:eu-repo/semantics/openAccessUniversidade de Caxias do Sulhttp://lattes.cnpq.br/6536451234649091AZNAR, P. R. 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