Aerogel de óxido de grafeno como cátodo em novas baterias de íons Al3+ contendo o líquido Iônico PHPTBR

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Carvalho, Giovanni Romeu lattes
Orientador(a): Quirino, Welber Gianini lattes
Banca de defesa: Alves, Neri lattes, Zappa, Fabio lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Eletrônica orgânica
Baterias orgânicas
Aerogel de GO
Líquidos iônicos
Baterias de Al/Al3+
Organic electronics
Organic batteries
GO aerogel
Ionic liquids
Al/Al3+ batteries
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11183
Resumo: As baterias de lítio detêm o mercado de sistemas de armazenamento de energia recarregáveis. Porém, tecnologias alternativas tentam encontrar novos materiais que sejam naturalmente abundantes, de baixo custo e que não ofereçam riscos aos usuários e ao meio ambiente. De todos os materiais que possuem essas características, estamos interessados em materiais orgânicos que podem ser facilmente sintetizados e que sejam promissores comercialmente. Neste contexto, nossa proposta é a utilização de Óxido de Grafeno Reduzido (rGO) e os Líquidos Iônicos (LI’s) no desenvolvimento de novas baterias orgânicas. Além disso, uma opção para substituir o par redox Li/Li+ é o par Al/Al3+, ou seja, uma bateria de íons de alumínio. O alumínio, além de oferecer as vantagens já mencionadas acima, pode trocar três elétrons redox por cátion. Isto significa que a inserção de um íon Al3+ é equivalente a três íons Li+ em cátodos de intercalação convencionais. O rGO vem se mostrando promissor como cátodo, e devido à sua estrutura, os íons Al3+ podem ser intercalados/desintercalados entre suas folhas durante os processos de descarga/carga. Os LI’s vêm mostrando uma crescente lista de benefícios como eletrólitos em baterias recarregáveis. Assim, chegamos à proposta dessa dissertação como sendo o desenvolvimento e caracterização novas baterias de Íons Al3+ contendo arogel de óxido de grafeno como cátodo o Líquido Iônico PHPTBR como eletrólito. Mostramos que protótipos com essa arquitetura já exibem boa reversibilidade, vida útil de na ordem de 100 ciclos com uma capacidade de corrente de na ordem 2uAh/g. Os dispositivos suportam correntes de carga e descarna na ordem de 140uAh/g e tensão de operação de 0,5V-1,0V.
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Além disso, uma opção para substituir o par redox Li/Li+ é o par Al/Al3+, ou seja, uma bateria de íons de alumínio. O alumínio, além de oferecer as vantagens já mencionadas acima, pode trocar três elétrons redox por cátion. Isto significa que a inserção de um íon Al3+ é equivalente a três íons Li+ em cátodos de intercalação convencionais. O rGO vem se mostrando promissor como cátodo, e devido à sua estrutura, os íons Al3+ podem ser intercalados/desintercalados entre suas folhas durante os processos de descarga/carga. Os LI’s vêm mostrando uma crescente lista de benefícios como eletrólitos em baterias recarregáveis. Assim, chegamos à proposta dessa dissertação como sendo o desenvolvimento e caracterização novas baterias de Íons Al3+ contendo arogel de óxido de grafeno como cátodo o Líquido Iônico PHPTBR como eletrólito. Mostramos que protótipos com essa arquitetura já exibem boa reversibilidade, vida útil de na ordem de 100 ciclos com uma capacidade de corrente de na ordem 2uAh/g. Os dispositivos suportam correntes de carga e descarna na ordem de 140uAh/g e tensão de operação de 0,5V-1,0V.Lithium batteries dominate the market for energy storage systems. But, alternative technologies are looking for new materials that are earth-abundant, inexpensive and non- dangerous to users and the environment. Of all materials possessing the characteristics, they are interested in organic materials which can be easily synthesized and which are commercially promising. In this context, our proposal is the use of Reduced Graphene Oxide (rGO) and Ionic Liquids (LI's) in the development of new organic batteries. Moreover, one option to replace the Li/ Li + redox is the Al / Al3 + pair, that is, an aluminum ion battery. The aluminum, besides offering the advantages already mentioned above, can exchange three redox electrons by cation. That is, an insertion of an Al3+ is equivalent to three Li+ ions in conventional intercalation cathodes. The rGO has been promising as a cathode, and because of its structure, Al3+ ions can be interleaved/deinterleaved along their sheets during the discharge/charge processes. LI's have been showing a growing list of benefits like electrolytes in rechargeable batteries. Thus, we arrived at the proposal of this dissertation as being the development and characterization of new batteries of Al3+ Ions containing graphene oxide aerogel as cathode the PHPTBR Ionic Liquid as electrolyte. We show that devices with this architecture already exhibit good reversibility, useful life of about 100 cycles with a current capacity of the order 2uAh /g. The devices support charge and discharge currents in the order of 140uAh/g and operating voltage 0.5V-1.0V.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)Programa de Pós-graduação em FísicaUFJFBrasilICE – Instituto de Ciências ExatasAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAEletrônica orgânicaBaterias orgânicasAerogel de GOLíquidos iônicosBaterias de Al/Al3+Organic electronicsOrganic batteriesGO aerogelIonic liquidsAl/Al3+ batteriesAerogel de óxido de grafeno como cátodo em novas baterias de íons Al3+ contendo o líquido Iônico PHPTBRinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFJFinstname:Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)instacron:UFJFCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11183/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11183/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53TEXTgiovanniromeucarvalho.pdf.txtgiovanniromeucarvalho.pdf.txtExtracted texttext/plain141800https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11183/4/giovanniromeucarvalho.pdf.txt663741125268fd597240ca972f2f786fMD54THUMBNAILgiovanniromeucarvalho.pdf.jpggiovanniromeucarvalho.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1130https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11183/5/giovanniromeucarvalho.pdf.jpge90f3a503b0715ffd85d5d5c2a603b40MD55ORIGINALgiovanniromeucarvalho.pdfgiovanniromeucarvalho.pdfapplication/pdf3591142https://repositorio.ufjf.br/jspui/bitstream/ufjf/11183/1/giovanniromeucarvalho.pdf5f408bab8cd8a586a4eeb3dffd9104fbMD51ufjf/111832019-10-24 04:08:45.873oai:hermes.cpd.ufjf.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufjf.br/oai/requestopendoar:2019-10-24T06:08:45Repositório Institucional da UFJF - Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)false
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