Extensões da Teoria de Poisson-Boltzmann para o estudo da capacitância diferencial de uma dupla camada elétrica

Resumo

A capacitância diferencial de uma dupla camada elétrica representa um tópico de grande interesse para o desenvolvimento de baterias mais eficientes e menos nocivas ao meio-ambiente. Além das interações eletrostáticas, há evidências teóricas e experimentais de que tal capacitância é também influenciada por um intrincado conjunto de efeitos íon-específicos e interações de hidratação mediadas pelo solvente. Isto posto, o presente projeto de pesquisa apresenta um modelo teórico que incorpora contribuições não-eletrostáticas à Teoria de Poisson-Boltzmann por meio de potenciais de Yukawa e termos entrópicos não-ideais. Mais precisamente, nos focamos em uma superfície plana carregada (eletrodo) exposta a uma solução eletrolítica de constante dielétrica uniforme. Para tal cenário, empregamos tanto a aproximação de campo-médio quanto simulações de Monte Carlo para analisar como a capacitância diferencial é afetada pela conjunta ação de interações eletrostática, de hidratação íon-específicas e por íons de tamanhos distintos. Investigamos também o papel desempenhado pela concentração iônica na transição "camel-shape to bell-shape" observada a baixas densidades de carga. (AU)