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Desenvolvimento de eletrodos metálicos nanoporosos funcionalizados com óxidos metálicos

Processo: 19/22707-5
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Vigência (Início): 27 de janeiro de 2021
Vigência (Término): 26 de janeiro de 2022
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Neidenêi Gomes Ferreira
Beneficiário:André Ferreira Sardinha
Supervisor no Exterior: Maria de Fatima Grilo da Costa Montemor
Instituição-sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Local de pesquisa : Instituto Superior Técnico (IST), Portugal  
Vinculado à bolsa:17/05343-4 - Produção e caracterização de compósitos binários e ternários nanoestruturados de fibra de carbono/oxido de grafeno/óxido de níquel como eletrodos de alto desempenho em supercapacitores, BP.DR
Assunto(s):Combustíveis fósseis   Demanda energética   Fontes renováveis de energia   Armazenamento de energia   Óxidos metálicos   Supercapacitores   Eletroquímica   Mudança climática

Resumo

As mudanças climáticas, o aumento da população mundial e a eminente escassez dos combustíveis de origem fóssil trazem incertezas quanto à capacidade no fornecimento da energia necessária para suprir a demanda. Neste sentido, o interesse de pesquisadores no desenvolvimento de métodos para produção de energias renováveis tem apresentado um grande crescimento, porém, só a produção não é suficiente. Portanto, existe uma necessidade proeminente no desenvolvimento de dispositivos para armazenar essa energia produzida de maneira sustentável, como por exemplo, nos horários em que não há sol ou nos momentos em que o vento não sopra para que as mesmas possam desempenhar um papel de destaque em nosso dia-a-dia. Dentre os vários dispositivos dedicados ao armazenamento de energia, podem-se destacar as baterias e os capacitores eletroquímicos, também conhecidos como supercapacitores. As duas tecnologias apesar de complementares, carecem de desenvolvimentos de modo a responderem de forma eficaz as solicitações da utilização. Os supercapacitores são capazes de assegurar maior densidade de potência comparativamente às baterias convencionais, além de suportarem uma quantidade muito maior de ciclos de carga/descarga, o que se traduz num tempo de vida útil muito superior. Assim, é do maior interesse desenvolver soluções que permitam aumentar a capacidade e, portanto, a densidade de energia dos supercapacitores sem prejuízo da sua densidade de potência. Os eletrodos são as partes mais importantes de um supercapacitor e o grande desafio para melhorar o seu desempenho energético é a obtenção de novos materiais capazes de fornecer maior densidade de energia, sem sacrifício da resposta de potência e que possuam alta eficiência energética. Neste contexto, o objetivo deste projeto é desenvolver eletrodos formados por espumas nanoporosas da liga metálica NiCu funcionalizados com óxidos ternários. Inicialmente, as espumas de NiCu (as quais combinam a estrutura de poros interconectados por paredes nanoramificadas com a boa condutividade elétrica dos materiais metálicos) serão eletrodepositadas sobre substratos de aço inox. Esse processo inovador de desenvolvimento de espumas metálicas, utilizando uma única etapa, abrirá novos horizontes para a fabricação de eletrodos porosos, muito leves, para aplicações em supercapacitores porque, assim como nos eletrodos porosos de carbono, sua estrutura pode ser facilmente funcionalizada com materiais ativos nanoestruturados. Assim, as espumas de NiCu serão funcionalizadas por partículas de óxidos ternários utilizando um processo de síntese hidrotermal. Após caracterizações morfológicas, estruturais e eletroquímicas, esses compósitos serão aplicados como eletrodos em um protótipo de um supercapacitor. (AU)