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Estudo de compósitos de MnO2 e carbono ativado para uso como material de eletrodo de supercapacitores híbridos

Processo: 18/19759-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2018
Situação:Interrompido
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Nerilso Bocchi
Beneficiário:Samuel Henrique Mattoso
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):19/10772-7 - Caracterização de materiais e eletroquímica de pós híbridos de carbono sp2/sp3 para uso em fontes eletroquímicas de energia, BE.EP.IC
Assunto(s):Eletroquímica   Supercapacitores   Dióxido de manganês   Materiais compósitos

Resumo

Sistemas de armazenamento de energia têm sido cada vez mais importantes na atualidade devido ao seu crescente uso em aparelhos eletroeletrônicos, carros elétricos e outras tecnologias. Nesse contexto, supercapacitores vêm sendo investigados tendo em vista suas propriedades intermediárias em relação aos sistemas convencionais, tais como baterias e capacitores. Diversos compostos vêm sendo estudados, como óxidos, materiais carbonáceos, entre outros. O óxido mais avaliado é o dióxido de rutênio hidratado e amorfo, pois possui elevados valores de capacitância específica experimental e teórico. Contudo, esse material possui desvantagens como alto custo e toxicidade (não ambientalmente amigável). Dentre os materiais estudados para substituir o dióxido de rutênio, o dióxido de manganês é um candidato promissor, pois possui alta capacitância específica teórica, baixo custo e não é nocivo ao meio ambiente. Porém, em relação aos valores de condutividade elétrica e área superficial específica, o dióxido de manganês não apresenta valores comparáveis aos do dióxido de rutênio, sendo essas duas características as mais estudadas. Uma das maneiras de se melhorar a condutividade do dióxido de manganês é misturando-o com materiais carbonáceos, como o negro de acetileno. A mistura resultante também apresenta melhor eficiência de coleta de carga devido às interações entre ambas as espécies. Apesar disto, o negro de acetileno pode não contribuir para aumentar a área superficial específica e fazer com que a quantidade de material ativo seja menor no eletrodo do supercapacitor. Assim, neste projeto pretende-se preparar materiais compósitos constituídos pela mistura de dióxido de manganês nanométrico, carbono ativado de polianilina (CAP) e um material aglutinante (PVDF) em distintas proporções em massa e avaliar seus respectivos desempenhos eletroquímicos como materiais de eletrodo de supercapacitores. As etapas do projeto que serão realizados são a síntese do dióxido de manganês (MnO2) nanométrico, síntese do carbono ativado de polianilina (CAP), preparação dos eletrodos compósitos e caracterizações eletroquímicas. A síntese do MnO2 será feita com o uso da metodologia hidrotermal assistida por micro-ondas, sendo os reagentes de partida permanganato de potássio (KMnO4) e acetona [(CH3)2CO]. A síntese do CAP será realizada a partir de polianilina dopada com ânions p-toluenossulfonato que será queimada em forno tubular em atmosfera de N2 e ativado com KOH, seguido de outro aquecimento em atmosfera de N2 e de uma lavagem com solução de HCl. Materiais compósitos serão preparados a partir da mistura de MnO2, CAP e PVDF em diversas proporções com ciclopentanona, levando à formação de uma tinta que será aplicada nos eletrodos de platina. Tais eletrodos preparados serão submetidos a caracterizações eletroquímicas através de medidas de voltametria cíclica e carregamento e descarregamento à corrente constante. Para realização dessas medidas, será usada uma célula eletroquímica convencional contendo o eletrodo de trabalho previamente preparado, uma lâmina de platina como contra eletrodo e um eletrodo de calomelanos saturado (ECS) como referência, imersos em uma solução de Na2SO4 0,1 mol L-1