Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/54868
Type: Dissertação
Title: Caracterização de cátodos à base de filmes finos de análogos de azul da Prussia (PBAs) e mecanismo de inserção de prótons por meio de técnicas eletroquímicas e microbalança eletroquímica à cristal de quartzo(EQCM)
Authors: Juliano Perez Passos
First Advisor: Tulio Matencio
First Referee: Vanessa de Freitas Cunha Lins
Second Referee: Luciano Andrey Montoro
Abstract: A necessidade pela busca de vias energéticas alternativas, seja pela questão sustentável ou por eficiência, cada vez torna-se mais frequente. Atrelado a isso, há a necessidade do armazenamento dessa energia em dispositivos eletroeletrônicos, levando ao desenvolvimento de dispositivos cada vez mais seguros e quem tenham maiores densidades de energia e potência. Não obstante a isso, novos materiais vêm sendo estudados de modo a garantir características melhores para as baterias já existentes no mercado, além é claro de possuir maior segurança, seja tanto para o meio ambiente quanto para o consumidor. Dessa forma, um dos materiais que vem sendo usualmente estudados são os análogos de azul da Prússia (PBAs) que vem com a promessa de serem aplicados em baterias de inserção de prótons e por permitirem o uso de soluções aquosas, além é claro de apresentarem características físico-químicas interessantes quando em comparação a baterias envolvendo sistemas de eletrólito orgânico. Com isso, uma investigação mais profunda se vê necessária diante desses materiais com considerável potencial em uso de baterias no futuro, principalmente integrada a baterias do tipo envolvendo inserção de íons em meio aquoso, sistemas conhecidos como ARIBs. Neste intuito, este trabalho seguiu uma metodologia do desenvolvimento de uma síntese de filmes finos baseados nesses PBAs, dos materiais de CuHCF, VHCF, ZnHCF, CoHCF, MnHCF que foram aplicados na superfície de eletrodos de platina possibilitando estudos eletroquímicos em eletrólitos de meio aquoso, possibilitando a compreensão dos mecanismos envolvidos. As caracterizações dos materiais se deram pelas técnicas de DRX, FTIR e MEV-EDS que possibilitaram a confirmação desses materiais em filmes finos, obtendo dados com relação à sua estrutura e morfologia. E pelo uso da técnica da EQCM, cuja fundamentação se dá pela equação de Sauerbrey, obter informações sobre as variações de massa ao longo dos ciclos estudados pela técnica de CV que permitiram, para tal estudo, esclarecer dúvidas quanto ao funcionamento dos mecanismos eletroquímicos participantes, além de possibilitar inferir as espécies envolvidas. Dessa forma o presente estudo foi capaz de inferir relações entre os mecanismos envolvidos na inserção iônica em solução aquosa de 4M H2SO4, cujas inferências se baseiam em um único mecanismo de entrada durante a redução e um único mecanismo de saída na oxidação, que se exploram pelo mecanismo de Grotthus e difusão de íons H+ e H3O+ ao longo da estrutura, pela sua mobilidade no meio estudado e com variações mássicas da ordem de 25 μg.cm-2, aproximadamente próximas entre os materiais estudados.
Abstract: The demand for the search of alternative energy sources, whether by the sustainable issue or for efficiency is becoming more frequent. Related to this, there is the obligation to store this energy in electronic devices, leading to the development of devices which are increasingly safe and at the same time have higher densities of energy and power. Nevertheless, new materials have been studied in order to ensure better characteristics for the batteries which are already on the market, besides of course having greater safety, both for the environment and for the consumer. Thus, one of the materials that are being usually studied are the Prussian Blue Analogues (PBAs) that come with the promise of being applied in proton insertion batteries and for allowing the use of aqueous solutions, beyond of course to present interesting physical chemical properties in comparison with systems containing organic electrolyte. For this eason, a deeper investigation seems important in order to explore these materials for Battery application in the future, mainly in ion insertion Battery systems in aqueous researchable systems, known as ARIBs. Therefore, this study follows a new methodology development for thin films based on PBAs on Pt electrode surface, which are CuHCF, VHCF, ZnHCF, CoHCF, MnHCF, allowing electrochemical studies in aqueous electrolytes and mechanisms comprehension. The materials characterization techniques selected were DRX, FTIR and SEM EDS for their capacity of verifying the structure and morphology of the thin films, making possible their confirmation. For the EQCM technique usage, whose principle comes from Sauerbrey’s equation for mass variation during cycling voltammograms by CV, allowing this study to understand and explore the work principle of the electrochemical mechanisms and electronic species involved. By this way, this study will serve to infer and understand the mechanisms involved in ion insertion in an aqueous 4M H2SO4 solution, which was determined that during reduction there was an insertion of species and deinserion of same species in oxidation, but all happens in one step, where Grotthus mechanism and diffusion explores the participation of H+ and even H3O+ in material structure during the electrochemical reactions with mass variation average of 25 μg.cm-2 for all materials studied.
Subject: Engenharia química
Eletroquímica
Filmes finos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/54868
Issue Date: 17-Apr-2023
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado



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