Biblioteca Digital de Teses e Dissertações PÓS-GRADUAÇÃO SCTRICTO SENSU Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Biociências Aplicadas
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo e desenvolvimento de supercapacitores eletroquímicos usando eletrodos baseados em multicamadas de grafeno
Autor(es): AUGUSTO, Gabriel de Souza
Primeiro Orientador: GELAMO, Rogério Valentim
Resumo: Os supercapacitores eletroquímicos, são dispositivos que têm despertado grande interesse e estudos, principalmente como alternativas para armazenadores de energia. Tal interesse se deve às características tais como: dimensão reduzida, flexibilidade, alta densidade de energia e de potência, que são cruciais para a atual demanda. Assim o presente trabalho tem como objeto o desenvolvimento e estudo de supercapacitores eletroquímicos flexíveis de estado sólido (all-solid-state supercapacitors - ASSSC) com eletrodos baseados em multicamadas de grafeno (multilayer graphene – MLG), a partir de uma metodologia simples, de poucas etapas e fazendo uso de menor quantidade de reagentes químicos. Para isto foram testadas vinte e uma configurações de eletrodo nos ASSSC, configurações estas onde foi variada a massa de MLG e a pressão a qual este é submetido durante o processo de confecção, de modo a investigar a influência destes parâmetros no desempenho capacitivo dos dispositivos confeccionados. Para caracterização estrutural do eletrodo de MLG foram utilizadas as técnicas de espectroscopia Raman, difração de raios-X, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, microscopia de força atômica e medidas de resistividade pelo método de quatro pontas (Van der Pauw). Após caracterização dos eletrodos, foram confeccionados os supercapacitores (para todas as configurações de eletrodos) e caracterizados eletroquimicamente, através de medidas de voltametria cíclica e carga e descarga galvanostática. Através da análise de desempenho dos supercapacitores, foi observado que para as menores pressões de compactação e para as maiores massas de MLG utilizadas, foram encontrados os melhores resultados (capacitância especifica de 31800 µF/cm² para pressão de 15 kgf/cm² e 35400 µF/cm² para 140 mg de MLG). Ao serem identificados os melhores parâmetros para confecção do eletrodo, foi construído um supercapacitor com eletrodo otimizado (optimized graphene supercapacitor - OGS), no qual se utilizou 120 mg de MLG compactados em 20 kgf/cm². O OGS foi caracterizado eletroquimicamente, alcançando aproximadamente 58000 µF/cm² de capacitância específica, 2,68 µWh/cm² e 0,11 mW/cm² de densidade de energia e densidade de potência, respectivamente, além de ótimos resultados em testes de flexão, comprovando a flexibilidade do supercapacitor e grande retenção de capacitância ao longo de mil ciclos de carga e descarga.
Abstract: Electrochemicals supercapacitors are devices that have been arousing great interest and researches, mainly as alternatives for energy storage. Such interest is due to characteristics like: reduced dimensions, flexibility, high energy and power density, which are crucial to the current demand. Thus, the following thesis has as its objective the research and development of flexible all-solid-state supercapacitors (ASSSC) with electrodes based on multilayer graphene (MLG), by applying a simple methodology with few steps and using a smaller amount of chemical reagents. With that purpose, twenty-one different electrode settings have been tested in ASSSC, settings in which the MLG mass and the pressure it needs to undergo during the production process were changed, trying to investigate the influence and impact these parameters have on the produced devices. For the structural characterization of the MLG electrode, Raman Spectroscopy, X-ray Diffraction, X-ray Photo-Electron Spectroscopy, Atomic Force Microscopy and resistivity measurements were performed using the four-probe method (Van der Pauw). After the characterization of the electrodes, the supercapacitors were made (for all configurations) and electrochemically characterized through cyclic voltammetry and galvanostatic charges and discharges. By analyzing the performance of the supercapacitors, it was observed that for the lower compaction pressures and for the larger masses for MLG used, the best results were obtained (specific capacitance of 31800 µF/cm² for a pressure of 15 kgf/cm² and 35400 µF/cm² for 140 mg of MLG). When the best electrode production parameters were identified, an optimized graphene supercapacitor (OGS) was constructed, using 120 mg of MLG compacted at 20 kgf /cm². The OGS was electrochemically characterized, reaching approximately 58000 µF/cm² of specific capacitance, 2.68 µWh/cm² and 0.11 mW/cm² of energy density and power density, respectively, as well as excellent results in bending tests, proving the supercapacitor flexibility and great retention of capacitance over thousand cycles of charges and discharges.
Palavras-chave: Supercapacitor flexível.
Nanomateriais.
Dupla camada elétrica.
Multicamadas de grafeno.
Dispositivos armazenadores de energia.
Flexible supercapacitor.
Nanomaterials.
Electrical double layer.
Multilayer graphene.
Energy storage devices.
CNPq: Eletroquímica
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal do Triângulo Mineiro
Sigla da Instituição: UFTM
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Ciências Biológicas e Naturais - ICBN
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Biociências Aplicadas
Citação: AUGUSTO, Gabriel de Souza. Estudo e desenvolvimento de supercapacitores eletroquímicos usando eletrodos baseados em multicamadas de grafeno. 2018. 112f. Dissertação (Mestrado em Biociências Aplicadas) - Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Biociências Aplicadas, Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Uberaba, 2018.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/608
Data do documento: 8-Jun-2018
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