Preparação e caracterização de supercapacitores utilizando carbonos nanoestruturados, eletrólitos aquosos, orgânico e líquidos iônicos

dc.creatorMayara Cele Gonçalves Santos
dc.date.accessioned2021-04-19T18:27:10Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:40:49Z
dc.date.available2021-04-19T18:27:10Z
dc.date.issued2020-08-26
dc.description.abstractIn the present work, electric double layer capacitors were developed employing different carbon materials (activated carbon, carbon nanotubes and mesoporous carbon) as electrodes, and aqueous, organic and ionic liquids - ILs (with different types of cations and anions) electrolytes. The work aimed to analyze the influence of the different carbon materials and ionic liquids on the stability and efficiency of supercapacitors prepared with these materials, as well as their comparison with cells prepared with aqueous and organic electrolytes, with a focus on the establishment of the working potential of the devices. Thus, a method to determine the electrochemical stability window and cell parameters for devices based on ionic liquids was established based on the study of coulombic efficiency and energy efficiency. In addition, symmetrical devices and an asymmetric cell constructed with nanocomposite materials (mesoporous carbon combined with different carbon nanotubes and reduced graphene oxide) electrodes and ionic liquids [EMI] [BF4] were studied, aiming the improvements in capacitance, energy densities and power density. The evaluation of devices constructed from nanocomposites showed that the addition of 30% of nanofillers to the mesoporous matrix was effective in obtaining composite materials with higher values of electrical conductivity, which resulted in supercapacitors with superior properties in relation to those prepared with the starting materials and other composites cited in the literature. Finally, the electrochemical properties of a buckypaper nanocomposite electrode formed by carbon nanotubes with double and triple walls and cellulose nanofibrils were evaluated with the use of different redox electrolytes. The composite buckypaper had excellent physical-chemical properties, including low electrical resistivity (20.3 S cm-1) and superior mechanical properties in comparison to buckypaper prepared without the addition of cellulose nanofibrils. In addition, once it is flexible and foldable, the nanocomposite film showed an increase of 375% in tensile strength and 400% in maximum stress at break. Acting as an electrode, the nanocomposite buckypaper operates with high capacitance retention at different pHs with the different dissolved redox species. The half-cell built using hydroquinone-based electrolyte should be highlighted, once it has a high specific capacitance (380.8 F g-1 to 1.0 A g-1), and a high capacitance retention capacity (216.1 F g-1 to 15 A g-1), in addition to a load transfer resistance of 0.011 Ω.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/35770
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectFísico-química
dc.subjectFiltros elétricos de resistência-capacitância
dc.subjectCarbono ativado
dc.subjectNanotubos de carbono
dc.subjectNanotecnologia
dc.subjectEletrodos
dc.subjectEletroquímica
dc.subjectHidroquinonas
dc.subject.otherSupercapacitores
dc.subject.otherCarbonos nanoestruturados
dc.subject.otherNanocompositos
dc.subject.otherLíquidos iônicos
dc.subject.otherBuckypaper compósito
dc.subject.otherSupercapacitors
dc.subject.otherNanostructured carbons
dc.subject.otherNanocomposite
dc.subject.otherIonic liquids
dc.subject.otherBuckypaper composite
dc.titlePreparação e caracterização de supercapacitores utilizando carbonos nanoestruturados, eletrólitos aquosos, orgânico e líquidos iônicos
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor1Rodrigo Lassarote Lavall
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9658097765240301
local.contributor.referee1Rodrigo Lassarote Lavall
local.contributor.referee1Alexander Hiroshi Kasama
local.contributor.referee1Sergio Humberto Domingues
local.contributor.referee1Tulio Matencio
local.contributor.referee1Arilza de Oliveira Porto
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3428069418812707
local.description.resumoNo presente trabalho foram desenvolvidos capacitores de dupla camada elétrica, empregando diferentes matérias de carbono (carvão ativado, nanotubos de carbono e carbono mesoporoso) como eletrodos em conjunto com eletrólitos aquosos, orgânico e líquidos iônicos (LI) com diferentes tipos de cátions e ânions. O trabalho teve como objetivo analisar a influência na estabilidade e eficiência de supercapacitores baseados nos diferentes materiais de carbono e líquidos iônicos, bem como a sua comparação com células preparadas com eletrólitos aquoso e orgânico, com foco na determinação da janela de trabalho dos dispositivos. Com isso, foi estabelecido um método para se determinar a janela de estabilidade eletroquímica e parâmetros de célula para dispositivos baseados em líquidos iônicos, fundamentado no estudo da eficiência coulômbica e eficiência energética. Além disso, células simétricas e uma assimétrica construídas com eletrodos de matérias nanocompósitos (carbono mesoporoso combinado com diferentes nanotubos de carbono e óxido de grafeno reduzido) e o líquidos iônicos [EMI][BF4] foram estudadas, visando melhorias na capacitância, densidades de energia e densidade de potência. A avaliação dos dispositivos construídos a partir dos nanocompósitos demostrou que a adição de 30% de nanocargas à matriz mesoporosa foi eficaz na obtenção de materiais compósitos com maiores valores de condutividade elétrica, que acarretou supercapacitores com propriedades superiores em relação aos materiais de partida e outros compósitos citados na literatura. Por fim, as propriedades eletroquímicas de um eletrodo nanocompósito tipo buckypaper formado por nanotubos de carbono de paredes duplas e triplas e nanofibrilas de celulose foram avaliadas com o emprego de diferentes eletrólitos redox. O buckypaper compósito apresentou excelentes propriedades físico-químicas, incluindo baixa resistividade elétrica (20,3 S cm-1) e propriedades mecânicas superiores às de um buckypaper preparado sem a adição das nanofibrilas de celulose. Além de ser flexível e dobrável, o filme nanocompósito apresentou aumento de 375% na resistência à tração e 400% na tensão máxima na ruptura. Como eletrodo, o buckypaper nanocompósito opera com alta retenção de capacitância em diferentes pHs com as diferentes espécies redox dissolvidas. Com destaque para a célula construída usando eletrólito à base de hidroquinona, que apresenta alta capacitância específica (380,8 F g-1 a 1,0 A g-1), e alta capacidade de retenção de capacitância (216,1 F g-1 a 15 A g-1), além de uma resistência à transferência de carga de 0,011 Ω.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICEX - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química

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