Estudo de supercapacitores EDLC para aplicações em deionização capacitiva

• Processo: 22/07225-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2022
• Situação: Interrompido
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Evaldo Jose Corat
• Beneficiário: Suelem Soares dos Santos
• Instituição Sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 19/18572-7 - Novos materiais de carbono: suas aplicações espaciais, ambientais e spin offs relevantes, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/12856-1 - Soft XAS in situ para investigação de compósitos PAni e PAni/íons como inibidor da reação de evolução de hidrogênio em baterias de fluxo redox, BE.EP.DD
• Assunto(s): Carbono Materiais nanoestruturados Nanotubos de carbono Supercapacitores Grafenos Deionização capacitiva
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aerogel de grafeno | Ald | esfoliação | Grafeno | nanotubos de carbono | Supercapacitor | Carbonos nanoestruturados

Resumo

Este projeto visa avançar no estudo de materiais de carbono de alta capacitância específica e sua aplicação como supercapacitor EDLC (Electric Double Layer Capacitance). Nossos materiais à base de nanotubos esfoliados e grafenos oxidados mostram excelente capacitância específica (da ordem de 330F/g) e têm pequeno efeito pesudocapacitivo em soluções salinas, tendo, portanto, grande viabilidade em dessalinização por deionização capacitiva. A limitação encontrada é o pequeno volume de material em superfícies planas. Neste projeto, o objetivo é estudar substratos que permitam aumentar a área superficial específica, em particular o uso de feltros densos de carbono e compósitos contendo carvão ativado, sobre os quais depositar os nanotubos de carbono. Tais compósitos deverão permitir o efetivo aumento da área superficial, para tirar maior proveito da alta capacitância específica. Os benefícios esperados são o aumento de área de deposição dos nanotubos de carbono, em uma estrutura tridimensional porosa, o aumento da condutividade elétrica destes substratos pela presença dos nanotubos de carbono e uma capacitância EDLC elevada, com a contribuição tanto dos nanotubos de carbono quanto do material do substrato. O maior desafio nestas estruturas tridimensionais é o tratamento de superfície dos nanotubos para promover sua efetiva esfoliação com alta capacitância específica. Nossos estudos já demonstraram que os métodos de esfoliação gasosos, a plasma, são mais efetivos que as rotas líquidas em meios altamente oxidativos. Os tratamentos mais efetivos em obter alta capacitância específica são feitos a plasma de oxigênio ou hidrogênio. Os processos a plasma são em geral superficiais e encontram dificuldades em estruturas tridimensionais porosas. Estaremos estudando métodos de ataque na pós descarga, em que a efetividade dos íons seja menos importante, mas que aproveite a alta densidade de radicais reativos. Outros métodos de ataque para esfoliação dos nanotubos são os métodos convencionais de ativação de carbono a gás, seja com vapor d'água ou CO. Os materiais assim obtidos serão testados eletroquimicamente em soluções salinas com diferentes concentrações de NaCl, com o objetivo de estudar seu comportamento como eletrodos para dessalinização por deionização capacitiva. Além disso, a solução deste importante problema de obter materiais de alta capacitância específica em volumes adequados pode ser, também, solução para problemas correlatos como suporte para supercapacitores pseudocapacitivos e eletrodos de baterias, entre outros. (AU)