Desenvolvimento de Eletrodos à Base de Fe2O3 e Grafeno para Aplicação em Supercapacitores
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Data
2022
Autores
Castro, Ana Paula Gomes da Silva
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Resumo
A sociedade atual demanda, em função de novas tecnologias e também para um
desenvolvimento sustentável, por novas fontes de energia com mais eficiência e
flexibilidade de uso. Dentre as novas fontes tem-se os sistemas de armazenamento
conhecidos como supercapacitores, no qual possuem a vantagem de carregamento
e descarregamento de carga elétrica na ordem de poucos segundos, capacidade
de fornecer altas densidades de energia e possui um longo ciclo de vida útil.
Contudo, os materiais utilizados em supercapacitores possuem, em geral, um
elevado custo e/ou pouca estabilidade de operação. Assim, novos eletrodos são
estudados para aplicação em supercapacitores, uma vez que se busca materiais
com menor custo, com maior estabilidade e com maiores capacitâncias. Neste
trabalho, filmes à base de -Fe2O3 foram preparados e analisados com o objetivo
de sua aplicação em supercapacitores. Pós de -Fe2O3, como precursores para os
filmes nanoestruturados, foram preparados em moinho de alta energia, por 45
horas, a partir do precursor de FeO(OH). Os filmes preparados a partir dos pós de
-Fe2O3 foram depositados por espalhamento mecânico sobre substratos
condutores transparentes e para os filmes compósitos foi preparado o grafeno por
esfoliação líquida. Todos os filmes foram tratados termicamente à 500 °C/30 min.
O grafeno foi preparado por esfoliação líquida por meio de amostra comercial,
suspenso em álcool isopropílico. Os materiais foram caracterizados em difração de
raios X, microscopia eletrônica de varredura e por voltametria cíclica. O resultado
de difração de raios X mostra que o material (pó) resultante da moagem
apresentam duas fases (-Fe2O3 e FeO(OH)) e para os filmes, observou-se
somente as fases de -Fe2O3 e óxido de grafeno após o tratamento térmico. Pode se observar através da microscopia eletrônica de varredura que os filmes de -
Fe2O3 e -Fe2O3: “grafeno” apresentam características similares, apresentando
partículas de <1µm à 20 µm com espessura estimada à 200 nm. As medidas de
voltametria cíclica dos filmes a base de -Fe2O3 e -Fe2O3: “grafeno” foram
realizadas em uma solução eletrolítica de Na2SO4 (1 mol L-1
), em uma configuração
de três eletrodos com uma janela de potencial de 0 à -1,0 V, e velocidade de
varredura de 10 à 150 mV s-1
. Os resultados apresentaram capacitâncias de 22,7
Fg−1
, para os filmes de óxidos de ferro -Fe2O3 puro, e para os filmes de -Fe2O3
composto com grafeno na quantidade de 4 e 8 µL alcançaram capacitâncias
melhores entre 29,9 – 33,2 Fg−1
, respectivamente, dependendo da velocidade de
varredura. Ao que tudo indica é possível que esta melhora dos filmes esteja
relacionada ao compósito dos filmes entre as partículas de -Fe2O3 e o “grafeno”.
Os resultados mostraram-se significativos para futuras aplicações em
supercapacitores.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
Filmes, óxidos semicondutores, compósitos, grafeno, eletroquímica, armazenamento de energia, supercapacitores.