Desenvolvimento de microsupercapacitores de grafeno induzido por laser recobertos com sulfeto de níquel cobalto pelo método de eletrodeposição

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Maron, Guilherme Kurz
Orientador(a): Villarreal Carreño, Neftalí Lenin
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Departamento: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Ciência e engenharia de materiais
Grafeno induzido por laser
Microsupercapacitor
Sulfeto de níquel e cobalto
Armazenamento de energia
Poliimida
Laser-induced graphene
Nickel cobalt sulfide
Energy storage
Polyimide
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/8062
Resumo: O aumento na demanda por novas tecnologias de armazenamento de energia tem motivado diversos estudos no campo da microeletrônica. Mais recentemente, o uso do laser de CO2 como estratégia para produzir eletrodos padronizados para microsupercapacitores tem sido amplamente investigado. Com isso, esta pesquisa descreve detalhadamente um método para produção de microsupercapacitores de grafeno induzido por laser recoberto com Ni-Co-S combinando a produção de grafeno induzido por laser (LIG) por meio de gravação direta a laser em folhas comerciais de poliimida com posterior eletrodeposição de sulfeto de níquel e cobalto. Análises de XPS e FESEM foram realizadas e revelaram a existência de uma estrutura altamente porosa contendo Ni-Co-S homogeneamente distribuído ao longo de todo o substrato de LIG. Como resultado, o microsupercapacitor (MSC) de LIG/Ni-Co-S exibiu excelentes propriedades eletroquímicas, com uma capacitância específica de 30,4 mF.cm-2 a uma densidade de corrente de 0,75 mA.cm-2 e uma densidade de energia de 32,25 µWh.cm-2 a uma densidade de potência de 1210 µW.cm-2 . Esses valores são consideravelmente maiores que os apresentados pelo microsupercapasitor contendo apenas LIG e estão entre os melhores para MSCs baseados em LIG descritos na literatura. Além disso, uma retenção de capacitância de 122% foi obtida após 5000 ciclos, mostrando ser um candidato promissor para a próxima geração de dispositivos portáteis miniaturizados.
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spelling 2021-11-23T18:50:01Z2021-11-23T18:50:01Z2021-07-19MARON, Guilherme Kurz. Desenvolvimento de microsupercapacitores de grafeno induzido por laser recobertos com sulfeto de níquel cobalto pelo método de eletrodeposição. 2021. F. 102. Tese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2021.http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/8062O aumento na demanda por novas tecnologias de armazenamento de energia tem motivado diversos estudos no campo da microeletrônica. Mais recentemente, o uso do laser de CO2 como estratégia para produzir eletrodos padronizados para microsupercapacitores tem sido amplamente investigado. Com isso, esta pesquisa descreve detalhadamente um método para produção de microsupercapacitores de grafeno induzido por laser recoberto com Ni-Co-S combinando a produção de grafeno induzido por laser (LIG) por meio de gravação direta a laser em folhas comerciais de poliimida com posterior eletrodeposição de sulfeto de níquel e cobalto. Análises de XPS e FESEM foram realizadas e revelaram a existência de uma estrutura altamente porosa contendo Ni-Co-S homogeneamente distribuído ao longo de todo o substrato de LIG. Como resultado, o microsupercapacitor (MSC) de LIG/Ni-Co-S exibiu excelentes propriedades eletroquímicas, com uma capacitância específica de 30,4 mF.cm-2 a uma densidade de corrente de 0,75 mA.cm-2 e uma densidade de energia de 32,25 µWh.cm-2 a uma densidade de potência de 1210 µW.cm-2 . Esses valores são consideravelmente maiores que os apresentados pelo microsupercapasitor contendo apenas LIG e estão entre os melhores para MSCs baseados em LIG descritos na literatura. Além disso, uma retenção de capacitância de 122% foi obtida após 5000 ciclos, mostrando ser um candidato promissor para a próxima geração de dispositivos portáteis miniaturizados.The continuous increase in the demand for new energy storage technologies has driven numerous studies in the field of microelectronics. More recently, the use of infrared laser to produce patterned electrodes for microsupercapacitors has been extensively studied. This study reports a method of Ni-C-S coated laser induced graphene microsupercapacitors (MSCs) by combining the synthesis of laser-induced graphene (LIG) through direct laser writing on commercial polyimide sheets and posterior electrodeposition of Ni-Co-S. XPS and FESEM analysis were performed and revealed the existence of a highly porous structure containing Ni-Co-S homogeneously distributed along the entire substrate. As a result, the LIG/Ni-Co-S MSC exhibited excellent electrochemical properties, with the highest specific capacitance of 30.4 mF.cm-2 at 0.75 mA.cm-2 and an energy density of 32.25 µWh.cm-2 (16.9 Wh.kg-1 ) at a power density of 1210 µW.cm-2 (367.5 W.kg-1). These values are much higher than bare LIG MSC and are among the best for LIG-based MSCs. Furthermore, high capacitance retention of 122% was obtained after 5000 cycles, showing to be a promising candidate for the next generation of miniaturized portable devices.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFPelBrasilCentro de Desenvolvimento TecnológicoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICACiência e engenharia de materiaisGrafeno induzido por laserMicrosupercapacitorSulfeto de níquel e cobaltoArmazenamento de energiaPoliimidaLaser-induced grapheneMicrosupercapacitorNickel cobalt sulfideEnergy storagePolyimideDesenvolvimento de microsupercapacitores de grafeno induzido por laser recobertos com sulfeto de níquel cobalto pelo método de eletrodeposiçãoHigh-performance microsupercapacitor based on laser-induced graphene/nickel cobalt sulfideinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://lattes.cnpq.br/0849157024692023http://lattes.cnpq.br/4035574249612354Villarreal Carreño, Neftalí LeninMaron, Guilherme Kurzinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELTEXTTese_Guilherme_Maron_.pdf.txtTese_Guilherme_Maron_.pdf.txtExtracted texttext/plain164130http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8062/6/Tese_Guilherme_Maron_.pdf.txtb96056b9cc95c0df972f9bfbe595d1e1MD56open accessTHUMBNAILTese_Guilherme_Maron_.pdf.jpgTese_Guilherme_Maron_.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1240http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8062/7/Tese_Guilherme_Maron_.pdf.jpgc24037d6ed6584b58899644de8b6afd3MD57open accessORIGINALTese_Guilherme_Maron_.pdfTese_Guilherme_Maron_.pdfapplication/pdf5583216http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/8062/1/Tese_Guilherme_Maron_.pdf57ee5bedbf8e2c4527594f53dfe631ffMD51open accessCC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; 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