Óxido de manganês depositado em tecido de carbono como eletrodo para supercapacitores
A evolução tecnológica e o crescimento populacional aumentaram exponencialmente a demanda energética mundial, devido a essa demanda, novos sistemas de geração e armazenamento de energia estão ficando cada vez mais eficientes. Materiais à base de tecido de carbono vêm sendo utilizados para esses fins...
| Autor principal: | Costa, João Carlos Martins da |
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| Outros Autores: | http://lattes.cnpq.br/0301439080407281, https://orcid.org/0000-0002-5691-1378 |
| Grau: | Tese |
| Idioma: | por |
| Publicado em: |
Universidade Federal do Amazonas
2023
|
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| Acesso em linha: |
https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/9290 |
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oai:https:--tede.ufam.edu.br-handle-:tede-92902023-02-25T05:03:41Z Óxido de manganês depositado em tecido de carbono como eletrodo para supercapacitores Manganese oxide deposited on carbon cloth as an electrode for supercapacitors Costa, João Carlos Martins da Pocrifka, Leandro Aparecido http://lattes.cnpq.br/0301439080407281 http://lattes.cnpq.br/6236326108324745 Rios, Emerson da Costa http://lattes.cnpq.br/8791195940411823 Braga, Neila de Almeida http://lattes.cnpq.br/8772300241940971 Bello, Roger Hoel http://lattes.cnpq.br/0479686945106210 https://orcid.org/0000-0002-5691-1378 Óxidos de manganês CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: QUIMICA: FISICO-QUIMICA: ELETROQUIMICA ENGENHARIAS: ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA: METALURGIA EXTRATIVA: ELETROMETALURGIA ENGENHARIAS: ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA: MATERIAIS NAO METALICOS Tecido de carbono Eletrodeposição Óxido de manganês Carbon cloth Electrodeposition Manganese oxide A evolução tecnológica e o crescimento populacional aumentaram exponencialmente a demanda energética mundial, devido a essa demanda, novos sistemas de geração e armazenamento de energia estão ficando cada vez mais eficientes. Materiais à base de tecido de carbono vêm sendo utilizados para esses fins, mais especificamente em eletrodos de capacitores eletroquímicos (CEs), e nesses CEs, os materiais empregados são polímeros condutores, carbonáceos e óxidos cerâmicos. Dentre os óxidos destaca–se o óxido de manganês (MnO2), pois possui baixo custo, não possui alto grau de toxicidade e encontra–se em abundância na natureza. Com intuito de somar a literatura, este trabalho obteve as formações dos MnO2 eletrodepositados em tecido de carbono (substrato), em diferentes tempos. As análises via microscopia eletrônica de varredura (MEV), possibilitaram observações nos aspectos morfológicos dos materiais, de acordo com os tempos de eletrodeposição. Já a técnica de difração de raios X (DRX), por sua vez, permitiu detectar a fase estrutural (γ–MnO2) e a constatação de formação de material cerâmico sobre substrato adotado. Os estudos eletroquímicos dos materiais foram realizados por voltametria cíclica (VC), expondo os perfis redox dos eletrodos de MnO2 e por meio das curvas oriundas da carga–descarga galvanostática (CDG), foi calculado a capacitância específica na densidade de corrente de 0,5 A.g-1 cujo alcance resultou em 709 F.g-1. Através da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), nos diagramas de Nyquist e Bode notaram–se as atividades iônicas e cinéticas respectivamente. A partir dos dados da EIE foram calculados os valores das constantes dos tempos de relaxações para os materiais obtidos, sendo assim possível a observação do processo de transferência de carga, já referente aos valores obtidos nas potências complexas, que corresponde a interseção das curvas de |Q/S| = |P/S| cujo indica ponto ótimo de operação onde os materiais liberam energia armazenada e potência mais eficiente, esses pontos ocorreram acima de 68%, tornando–os assim materiais com elevada atratividade para aplicação em eletrodos para dispositivos de armazenamento de energia (supercapacitores). The technological evolution and population growth exponentially increased the global demand for energy, on account of this need, the new systems for energy generation and storage are becoming more and more efficient. Materials based on carbon cloth have been applied for this purpose, more specifically, in electrodes for electrochemical capacitors (ECs), in ECs, the utilized materials are conducting polymers, carbon–based materials and ceramic oxides. Among the oxides, manganese oxide (MnO2) stands out owing to its low cost as well as reduced toxicity, in addition to that, it can be abundantly found in nature. With a view to contribute to the literature, this work described the formation of MnO2 on carbon cloth (substrate) upon electrodeposition using in different times. Scanning electron microscopy (SEM) analyses allowed the observation of the morphological aspects of the deposited material according to electrodeposition time. The X-ray diffraction (XRD) technique, in turn, allowed to detect the γ–MnO2 structural phase and the ascertainment of the formation of ceramic material over the adopted substrate. Electrochemical studies of the materials were performed by cyclic voltammetry (CV), highlighting the redox profiles of the MnO2 electrodes. Moreover, analysis of the galvanostatic charge-discharge curves (GCD) allowed the calculation of a 709 F.g-1 specific capacitance for a 0.5 A.g-1 current density. Regarding electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the Nyquist and Bode plots evidenced the ionic and kinetic activities of the material, respectively. The values of the relaxation time constants for the materials obtained were calculated from the EIE data, thus making it possible to observe the charge transfer process, already referring to the values obtained in the complex powers, which corresponds to the intersection of the curves of | Q/S| = |P/S| whose indicates the optimal operating point where materials release stored energy and power more efficiently, these points occurred above 68%, demonstrating the pronounced attractiveness of the material for application in electrodes of energy storage devices (supercapacitors). FAPEAM - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Amazonas CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico 2023-02-25T02:02:21Z 2021-12-03 Tese COSTA, João Carlos Martins da. Óxido de manganês depositado em tecido de carbono como eletrodo para supercapacitores. 2021. 101 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Amazonas, 2021. https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/9290 por Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Exatas Brasil UFAM Programa de Pós-graduação em Química |
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A evolução tecnológica e o crescimento populacional aumentaram exponencialmente a demanda energética mundial, devido a essa demanda, novos sistemas de geração e armazenamento de energia estão ficando cada vez mais eficientes. Materiais à base de tecido de carbono vêm sendo utilizados para esses fins, mais especificamente em eletrodos de capacitores eletroquímicos (CEs), e nesses CEs, os materiais empregados são polímeros condutores, carbonáceos e óxidos cerâmicos. Dentre os óxidos destaca–se o óxido de manganês (MnO2), pois possui baixo custo, não possui alto grau de toxicidade e encontra–se em abundância na natureza. Com intuito de somar a literatura, este trabalho obteve as formações dos MnO2 eletrodepositados em tecido de carbono (substrato), em diferentes tempos. As análises via microscopia eletrônica de varredura (MEV), possibilitaram observações nos aspectos morfológicos dos materiais, de acordo com os tempos de eletrodeposição. Já a técnica de difração de raios X (DRX), por sua vez, permitiu detectar a fase estrutural (γ–MnO2) e a constatação de formação de material cerâmico sobre substrato adotado. Os estudos eletroquímicos dos materiais foram realizados por voltametria cíclica (VC), expondo os perfis redox dos eletrodos de MnO2 e por meio das curvas oriundas da carga–descarga galvanostática (CDG), foi calculado a capacitância específica na densidade de corrente de 0,5 A.g-1 cujo alcance resultou em 709 F.g-1. Através da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), nos diagramas de Nyquist e Bode notaram–se as atividades iônicas e cinéticas respectivamente. A partir dos dados da EIE foram calculados os valores das constantes dos tempos de relaxações para os materiais obtidos, sendo assim possível a observação do processo de transferência de carga, já referente aos valores obtidos nas potências complexas, que corresponde a interseção das curvas de |Q/S| = |P/S| cujo indica ponto ótimo de operação onde os materiais liberam energia armazenada e potência mais eficiente, esses pontos ocorreram acima de 68%, tornando–os assim materiais com elevada atratividade para aplicação em eletrodos para dispositivos de armazenamento de energia (supercapacitores). |
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