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Desenvolvimento de dispositivo armazenador e fornecedor de energia elétrica e metodologia de análise dinâmica em modo de operação

Processo: 17/19222-4
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de abril de 2018
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Elétrica
Pesquisador responsável:Hudson Giovani Zanin
Beneficiário:Lenon Henrique da Costa
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:14/02163-7 - Desenvolvimento de dispositivos supercapacitores a partir de grafenos, nanotubos de carbono e diamantes, AP.JP
Assunto(s):Supercapacitores   Energia elétrica   Carbono   Espectroscopia Raman

Resumo

Este projeto propõe o desenvolvimento de dispositivo armazenador e fornecedor de energia elétrica bem como de uma metodologia para estudar estes dispositivos in situ. Os dispositivos de maior interesse serão os supercapacitores, que têm características ideais para complementar as baterias quando se deseja realizar processos rápidos de carga e descarga de energia elétrica. A capacitância destes dispositivos afeta energia e potência de armazenamento e entrega e esta capacitância é proporcional a sua área eletroquimicamente ativa, o que justifica estudos de preparação de materiais altamente porosos para maior armazenamento e fornecimento de energia. É sabido que os eletrodos são o coração deste tipo de dispositivo e dentre os materiais mais promissores estão os a base de carbono por serem excelentes condutores, quimicamente ativos e estáveis em diferentes eletrólitos. Por isso, neste projeto serão desenvolvidos estes nanomateriais a base de carbono em diferentes alotropias (fulerenos 0D, nanotubos de carbono 1D, grafenos 2D e diamantes 3D) sobre diferentes tipos de coletores (Al, Cu, AISI, Nb etc). Tais materiais passarão por processos de funcionalização por plasma (oxigênio, amônia, nitrogênio etc), consolidando uma ampla faixa de eletrodos. Os estudos de caracterização destes materiais serão realizados por técnicas de espectroscopia Raman, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e por técnicas de microscopia de transmissão (TEM), varredura (SEM) e força atômica (AFM). O dispositivo será estudado considerando: (i) a espessura dos materiais a base de carbono depositado sobre o eletrodo; (ii) o tipo de membrana mesoporosa; (iii) o tipo de eletrólito; (iv) e o tipo de componente pseudocapacitivo a ser utilizado. Neste último caso, serão estudados como casar os tempos entre os processos faradáicos e não-faradáicos e a viabilidade de um dispositivo híbrido. O dispositivo será consolidado encapsulando eletrodos em diferentes formatos de célula eletroquímica do tipo moeda (coin cell) e bolsa (pounch). Para cada tipo de célula haverá um estudo comparativo de diferentes tipos de eletrólitos e o efeito da temperatura sobre eles. Além disso, será desenvolvido uma célula eletroquímica para estudados sob condições dinâmicas de operação (in situ) por espectroscopia Raman. Estes estudos visam o melhor entendimento do processo de formação da dupla camada elétrica de supercapacitores e identificar mudanças de natureza físico-química em suas interfaces durante sua operação. Ao final é esperada uma visão bastante aprofundada sobre o funcionamento destes dispositivos bem como a consolidação de alguns tipos de protótipos para diferentes aplicações. (AU)

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VICENTINI, RAFAEL; NUNES, WILLIAN G.; COSTA, LENON H.; DA SILVA, LEONARDO M.; PASCON, ALINE; JACKSON, PALOMA; DOUBEK, GUSTAVO; ZANIN, HUDSON. Highly stable nickel-aluminum alloy current collectors and highly defective multi-walled carbon nanotubes active material for neutral aqueous-based electrochemical capacitors. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 23, p. 116-127, JUN 2019. Citações Web of Science: 2.
NUNES, WILLIAN G.; DA SILVA, LEONARDO M.; VICENTINI, RAFAEL; FREITAS, BRUNO G. A.; COSTA, LENON H.; PASCON, ALINE M.; ZANIN, HUDSON. Nickel oxide nanoparticles supported onto oriented multi-walled carbon nanotube as electrodes for electrochemical capacitors. Electrochimica Acta, v. 298, p. 468-483, MAR 1 2019. Citações Web of Science: 2.
VICENTINI, RAFAEL; NUNES, WILLIAN GONCALVES; COSTA, LENON HENRIQUE; PASCON, ALINE; DA SILVA, LEONARDO MORAIS; BALDAN, MAURICIO; ZANIN, HUDSON. Environmentally Friendly Functionalization of Porous Carbon Electrodes for Aqueous-Based Electrochemical Capacitors. IEEE TRANSACTIONS ON NANOTECHNOLOGY, v. 18, p. 73-82, 2019. Citações Web of Science: 1.
NUNES, WILLIAN G.; VICENTINI, RAFAEL; DA SILVA, LEONARDO M.; COSTA, LENON H.; TADEU, THAIS; ZANIN, HUDSON. Surface and Electrochemical Properties of Radially Oriented Multiwalled Carbon Nanotubes Grown on Stainless Steel Mesh. Journal of the Electrochemical Society, v. 165, n. 16, p. A3684-A3696, DEC 1 2018. Citações Web of Science: 2.

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