Use este identificador para citar o ir al link de este elemento: http://hdl.handle.net/1843/44110
Tipo: Dissertação
Título: Preparação e caracterização de supercapacitor sólido birredox baseado em eletrodos de óxido de grafeno reduzido e eletrólitos poliméricos géis
Título(s) alternativo(s): Preparation and characterization of solid-state biredox supercapacitor based on reduced graphene oxide electrodes and gel polymer electrolytes
Autor(es): Pedro Santos Candiotto de Oliveira
primer Tutor: Rodrigo Lassarote Lavall
primer Co-tutor: João Paulo Campos Trigueiro
primer miembro del tribunal : Luiz Carlos Alves de Oliveira
Segundo miembro del tribunal: Túlio Matêncio
Resumen: Neste trabalho foi realizada a síntese e caracterização de diferentes materiais: óxidos de grafeno e poli(líquido iônicos) buscando o desenvolvimento de eletrodos e eletrólitos para a construção de supercapacitores sólidos. As propriedades térmicas, morfológicas, texturais, espectroscópicas e elétricas desses materiais foram estudadas buscando-se estabelecer correlações de estrutura-propriedade. Foram sintetizados três óxidos de grafeno termicamente reduzidos (Tr-GOs) e dois eletrólitos géis redox do tipo poli(líquido iônico)/líquidos iônico (PIL/LI) baseados nas moléculas ativas de antraquinona (AQ) e 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oxil (TEMPO). Esses materiais foram usados na construção de supercapacitores sólidos com atividade redox. Os materiais de Tr-GO, empregados como eletrodos, foram caracterizados buscando-se avaliar suas estruturas e propriedades, de modo a confirmar e otimizar o processo de redução. Os poli(líquidos iônicos) sintetizados: PIL AQ e PIL TEMPO foram caracterizados para verificar o sucesso do processo de síntese e então empregados na construção dos dois eletrólitos PIL/LI, que foram avaliados em células de três eletrodos para possibilitar o entendimento da atividade redox dos eletrólitos na presença dos eletrodos de grafeno. Medidas eletroquímicas com células na configuração de três eletrodos mostraram que os três Tr-GOs preparados foram adequados para utilização como materiais de eletrodos em conjunto com cada um dos eletrólitos desenvolvidos. O Tr-GO reduzido à temperatura de 950oC (Tr-GO 950) apresentou a melhor performance eletroquímica dentre os três, que foi correlacionada com a suas propriedades morfológicas. Os eletrólitos PIL AQ/BMPYRROTFSI e PIL TEMPO/BMPYRROTFSI foram sinterizados com sucesso e se mostraram eletroquimicamente ativos, sendo capazes de transferir elétrons na interface com os eletrodos. As medidas em três eletrodos foram fundamentais para compreender os processos de transferência de elétrons de cada um dos eletrólitos redox, e permitiram obter bons valores de capacitância nessa configuração. Por fim, foi desenvolvido um supercapacitor sólido com a combinação dos dois eletrólitos redox sintetizados (bieletrólito), contendo Tr-GO 950 como material de eletrodo, PIL AQ/BMPYRRO TFSI como eletrólito na semi-célula negativa (anólito) e PIL TEMPO/BMPYRRO TFSI como eletrólito na semi-célula positiva (católito). O dispositivo apresentou capacitância de 81,4F g-1, densidade de energia de 59,9W h g-1 e densidade de potência de 281W kg-1, que figuram dentre os melhores valores da literatura. Isso demonstra que a utilização de eletrólitos géis redox do tipo poli(liquido iônico)/líquido iônico no estado sólido para a preparação de supercapacitores se mostrou uma excelente estratégia para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia sólidos de alto desempenho.
Abstract: In this work, the synthesis and characterization of different materials were performed: graphene oxides and poly(ionic liquids), aiming to develop electrodes and electrolytes for the preparation of solid-state supercapacitors. The thermal, morphologic, textural, spectroscopic, and electric properties of those materials were studied aiming to establish structure-property correlations. Three thermally reduced graphene oxides (Tr-GOs) and two poly(ionic liquid)/ionic liquid (PIL/IL) redox gel electrolytes based on the active molecules anthraquinone (AQ) and 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) were synthesized. Those materials were utilized in the construction of solid-state supercapacitors containing redox activity. The Tr-GO materials, utilized as electrodes, were characterized by aiming to evaluate their structures and properties, to confirm and optimize the reduction process. The poly(ionic liquids) synthesized: PIL AQ and PIL TEMPO were characterized to attest to the success of their synthesis process and then utilized in the preparation of the two PIL/IL electrolytes, that were evaluated in three-electrode cells to enable the comprehension of the redox activity electrolytes in the presence of the graphene oxide electrodes. Three-electrode cell measurements have shown that the three Tr-GOs prepared were suitable for utilization as electrode materials within each of the developed electrolytes. The Tr-GO reduced at the temperature of 950oC (Tr-GO 950) has shown the best electrochemical performance among the three materials, based on the correlation with its morphological properties. The electrolytes PIL AQ/BMPYRRO TFSI and PIL TEMPO/BMPYRRO TFSI were successfully synthesized and have shown electrochemically active, being able to transfer electrons at the interface with the electrodes. The three-electrode cell measurements were fundamental to comprehending the electron transfer processes for each of the redox electrolytes and allowed to obtain good capacitance values in this configuration. Finally, a solid-state supercapacitor was developed by combining the two redox electrolytes synthesized (bielectrolyte) containing Tr-GO 950 as electrode material, PIL AQ/BMPYRRO TFSI as the electrolyte in the negative semi-cell (anolyte) and PIL TEMPO/BMPYRRO TFSI as the electrolyte in the positive semi-cell (catholyte). The device has presented an 81.4 F g-1 capacitance, 59.9W h g-1 energy density, and 281W kg-1 power density, which are among the best values in the literature. This demonstrates that the utilization of poly(ionic liquid)/ionic liquid redox gel electrolytes in the solid-state for the development of supercapacitors have shown to be an excellent strategy for the development of high-performance solid-state energy storage devices.
Asunto: Físico-química
Capacitores
Eletrodos
Eletrólitos
Óxidos
Energia
Armazenamento
Compósitos poliméricos
Nanotubos de carbono
Compostos de carbono
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Química
Tipo de acceso: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/44110
Fecha del documento: 4-jul-2022
Término del Embargo: 4-jul-2024
Aparece en las colecciones:Dissertações de Mestrado



Los elementos en el repositorio están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, salvo cuando es indicado lo contrario.