Síntese de análogos do azul da prússia de manganês e sua aplicação como material ativo em eletrodos de supercapacitores
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Tulio Matencio
João Paulo Campos Trigueiro
João Paulo Campos Trigueiro
Resumo
Este estudo apresenta o desenvolvimento de um supercapacitor híbrido utilizando um eletrodo positivo composto por PbMnHCF@CNT, um análogo ao azul da Prússia, em combinação com carvão ativado como eletrodo negativo. O hexacianoferrato de manganês (MnHCF) foi sintetizado pelo método de co-precipitação. Um eletrólito de perclorato de sódio com um aditivo de cloreto de manganês foi utilizado para aumentar a retenção de capacidade e a capacidade específica de MnHCF. Em seguida, substituições parciais de Mn por Zn e, pela primeira vez como eletrodo de bateria, de Pb, foram realizadas para melhorar a estabilidade e a condutividade de MnHCF, sendo que a substituição com 50% de Pb mostrou-se mais eficaz. Compósitos foram desenvolvidos com nanotubos de carbono funcionalizados, destacando-se PbMnHCF050@CNT com maior capacidade específica e retenção de capacidade após 1000 ciclos. O material mais promissor PbMnHCF050, foi então estudado como eletrodo positivo de supercapacitor híbrido com carvão ativado de eletrodo negativo. O dispositivo apresentou uma densidade de energia de 7,3 Wh/kg a uma densidade de potência de 57,4 W/kg, além de um excelente desempenho em ciclagem, demonstrando um aumento de 168% na capacitância da célula após 1000 ciclos de carga e descarga. Esses resultados destacam o potencial desses materiais para aplicações em supercapacitores de alto desempenho eletroquímico.
Abstract
This study presents the development of a hybrid supercapacitor using a positive electrode composed of PbMnHCF@CNT, a Prussian Blue analogue, in combination with activated carbon as the negative electrode. Manganese hexacyanoferrate (MnHCF) was synthesized via the co-precipitation method. A sodium perchlorate electrolyte with a manganese chloride additive was used to increase the capacity retention and specific capacity of MnHCF. Subsequent partial substitutions of Mn with Zn and, for the first time as a battery electrode, Pb, were conducted to enhance the stability and conductivity of MnHCF, with the 50% Pb substitution proving most
effective. Composites were developed with functionalized carbon nanotubes, with PbMnHCF@CNT exhibiting higher specific capacity and capacity retention after 1000 cycles. The most promising material, PbMnHCF050, was then studied as a positive
electrode in a hybrid supercapacitor with an activated carbon negative electrode. The device showed an energy density of 7.3 Wh/kg at a power density of 57.4 W/kg, along with excellent cycling performance, demonstrating a 168% increase in cell capacitance
after 1000 charge-discharge cycles. These results underscore the potential of these materials for applications in high-performance electrochemical supercapacitors.
Assunto
Físico-Química, Energia – Armazenamento, Eletrodos, Capacitores, Eletroquímica, Baterias de lítio, Polímeros condutores, Compostos de carbono
Palavras-chave
MnHCF, Aditivo de MnCl2, Substituição parcial de Mn, Compósito, Supercapacitor híbrido