Caracterização de materiais e eletroquímica de pós híbridos de carbono SP2/SP3 para uso em fontes eletroquímicas de energia

• Processo: 19/10772-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Nerilso Bocchi
• Beneficiário: Samuel Henrique Mattoso
• Supervisor: Greg Michael Swain
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Michigan State University (MSU), Estados Unidos
• Vinculado à bolsa: 18/19759-0 - Estudo de compósitos de MnO2 e carbono ativado para uso como material de eletrodo de supercapacitores híbridos, BP.IC
• Assunto(s): Eletroquímica Células de combustível Diamante dopado com boro Durabilidade Resistência à corrosão
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Boron-doped ultrananocrystalline diamond | Electrochemical and material characterization | Electrochemical energy sources | Hybrid sp 2 | sp 3 carbon powers | Eletroquímica

Resumo

Células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFCs) são candidatas promissoras para a conversão verde de hidrogênio em energia elétrica. Um problema considerável obstruindo a implementação em larga escala de PEMFCs é a durabilidade inadequada dos materiais componentes, como a degradação da camada eletrocatalítica suportada. Negro de fumo (CB) é comumente usado como o suporte de carbono, contudo a sua estabilidade é limitante para uso prolongado de PEMFC. CB no catodo é oxidado na ciclagem de liga e desliga da PEMFC, desprendendo nanopartículas de Pt e formando aglomerados, levando à uma queda de desempenho.Essa degradação é devida às condições agressivas a que estão expostas o carbono,como alto conteúdo de água, baixo pH, alto potencial (1,4 V vs EPH) e alta concentração de oxigênio. O grupo de Greg Swain na Universidade Estadual de Michigan está propondo uma nova abordagem para resolver o problema de oxidação do catodo nas PEMFC's. Essa estratégia envolve a preparação, caracterização e o desempenho eletroquímico de pó de diamante condutor. Materiais de alta área superficial estão sendo preparados pela formação de uma camada de diamante ultrananocristalino dopado com boro (B-UNCD) na superfície de vários substratos de pó. Diamante condutor é altamente resistente à corrosão no potencial de circuito aberto de uma PEMFC (ca. 1,0 V) e em potenciais ainda mais positivos. Portanto, é esperado que a resistência à corrosão e a durabilidade dos pós de diamante preparados será muito superior àquela de suportes de carbono sp 2 convencionais, como CB. Nesse contexto, o projeto proposto pretende caracterizar materiais híbridos sp 2/sp 3 através de várias técnicas. As técnicas utilizadas serão difração de raios X (XRD), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia RAMAN, adsorção de gás BET(porosidade e área superficial específica), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e difração de elétrons (ED). Essas análises permitirão distinguir domínios sp 2 e sp 3 de carbono e também possibilitarão uma correlação a ser feita entre a escala micro e nano da estrutura do carbono e de suas propriedades eletroquímicas observadas. Além disso, pós híbridos de diamante/nanografeno estão sendo feitos para aplicação em super capacitores, nos quais revestimentos de B-UNCD são formado sobre pós de carbono sp 2/sp 3 . Se houver tempo disponível, testes iniciais eletroquímicos desses materiais também serão realizados. (AU)