Aplicação de MXenes e melaninas como eletrodo em supercapacitores

• Ano de defesa: 2026
• Autor(a) principal: Lima, João Victor Morais [UNESP]
• Orientador(a): Graeff, Carlos Frederico de Oliveira [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Armazenamento de energia; Supercapacitores; MXenes; Melanina sulfonada; Pseudocapacitância
• Palavras-chave em Inglês: Energy storage; Supercapacitors; Sulfonated melanin; Pseudocapacitance
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/326809

Esta tese investiga o desenvolvimento de materiais avançados para armazenamento eletroquímico de energia, com foco na relação entre composição química, estrutura e desempenho em supercapacitores aquosos. Inicialmente, foi realizada uma investigação comparativa entre diferentes fases de MXenes sintetizadas pela rota LiF + HCl, incluindo Ti₃C₂Tₓ, Nb₂CTₓ, Nb₄C₃Tₓ e V₄C₃Tₓ. Os resultados mostraram que a composição e a estequiometria influenciam diretamente a janela de potencial operacional, os mecanismos de armazenamento de carga e a estabilidade eletroquímica. Além disso, foi demonstrado que a metodologia empregada para determinar a janela de potencial operacional é essencial para evitar superestimações de capacitância frequentemente observadas na literatura. Em seguida, foram estudados eletrodos híbridos baseados em Ti₃C₂Tₓ MXene e polímeros condutores, demonstrando que a incorporação de PANI e PPy aumenta significativamente a capacitância específica devido à combinação entre elevada condutividade elétrica e contribuição pseudocapacitiva. Paralelamente, a tese explora materiais orgânicos bioinspirados por meio da funcionalização de melanina sintética com grupos sulfonados. A sulfonação promoveu aumento expressivo da capacitância específica, redução da resistência elétrica e maior contribuição pseudocapacitiva, alcançando até 428,4 F g⁻¹. Um supercapacitor assimétrico baseado em melanina sulfonada apresentou densidade de energia de 30,1 Wh kg⁻¹ e retenção de 85% da capacitância após 20.000 ciclos. De forma geral, os resultados demonstram que a engenharia estrutural e química dos eletrodos, desde materiais 2D até sistemas orgânicos funcionalizados, é fundamental para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia mais eficientes, sustentáveis e de longa vida útil.