Desenvolvimento de eletrodos porosos de carbono modificados por esponjas mesoporosas de grafeno (crumpled graphene) para a adsorção de íons e polarização de carga

• Processo: 21/10831-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Acordo de Cooperação: CONFAP - Conselho Nacional das Fundações Estaduais de Amparo à Pesquisa
• Pesquisador responsável: Emerson Sarmento Gonçalves
• Beneficiário: Lucas Silva Vaz
• Instituição Sede: Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE). Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/27394-5 - Acumuladores de carbono poroso de alto desempenho para suporte energético de hubs complexos alimentados por sistema de dessalinização de águas, AP.R
• Assunto(s): Tratamento térmico Tratamento químico Deionização capacitiva Funcionalização Grafenos Eletrodos porosos Armazenamento de energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: deionização capacitiva | Esponjas Mesoporosas de Grafeno | funcionalização | Método Hummers | tratamento térmico | Materiais Conjugados Não-Metálicos; Polímeros; Materiais Carbonosos

Resumo

Células estáticas e células de fluxo são referenciadas na Literatura tendo como propósito a Deionização Capacitiva. A eficiência em remoção de sais e em densidade de descarga de energia e potência útil tem aumentado em função de melhorias nos eletrodos e processos tais como os referenciados na Literatura. De modo muito particular nanoestruturas de carbono, como grafenos e nanotubos têm sido considerados ainda atualmente promissores. As técnicas de obtenção de grafeno de alta densidade são extremamente atuais, a partir de diversos precursores que permitem desenvolver eletrodos que trabalham em alta tensão (até 4,4 V). Um desafio importante neste hodierno Projeto seria realizar um tratamento químico e térmico na obtenção de material onde as propriedades almejadas são: menos de 2% em massa de oxigênio, com o mínimo de defeitos, sem contaminantes metálicos, de relativa facilidade de compactação macroscópica, concentrando tecnologia limpa de obtenção de grafenos relativamente limpos e escalonáveis. Os materiais de grafeno serão preparados sob uma gama de condições de esfoliação e a caracterização eletroquímica será realizada para determinar sua adequação para diferentes aplicações de armazenamento de energia. Eletrodos baseados em grafeno serão preparados a partir de um compósito de GO e cianamida estável em meio aquoso, que não aglomera. Este compósito será transformado em microesferas por spray-dryer a 200°C e tratado acima de 500°C para sua reticulação e posteriormente acima de 800°C para obter microesferas de lâminas de grafeno. A porosidade, o tamanho dos poros e a área superficial destes materiais podem ser ajustados ajustando a composição dos sistemas acima descritos. Espera-se um desempenho altamente eficaz de esponjas de grafeno mesoporosas, que podem ser alinhadas em estruturas planas ou tridimensionais retangulares, mimetizando grafenos nanorreticulados, à semelhança dos antigos CVR (carbono vítreo reticulado), porém em escala estrutural e morfológica nanométrica. Também serão desenvolvidos eletrodos com poros e tamanho de poros fixos, a partir da utilização de uma série de diferentes grafenos eletroquimicamente esfoliados, a fim de identificar os materiais de grafeno mais adequados às aplicações em deionização capacitiva de alto desempenho. (AU)