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Navegando Teses por Orientador "Domingues, Sergio Humberto"
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- TeseDesenvolvimento de nanocompósitos baseados em derivados de grafeno e óxidos de metais de transição aplicados em sistemas de armazenamento de energiaSilva, Ederson Esteves da (2023-09-13)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Os capacitores eletroquímicos, também conhecidos como supercapacitores, são dispositivos de armazenamento de energia que utilizam dois mecanismos distintos para armazenar carga: um eletrostático e outro faradaico. Esses mecanismos estão diretamente relacionados aos materiais dos eletrodos e eletrólito desses dispositivos, e sua eficiência depende das propriedades desses materiais. Neste trabalho, sintetizamos um nanocompósito binário de óxido de manganês (MnO2) e óxido de grafeno reduzido (rGO) para aplicação em armazenamento de energia, aproveitando os efeitos de pseudocapacitância do óxido metálico e o mecanismo de dupla camada elétrica do derivado de grafeno. A síntese do nanocompósito ocorreu em uma única etapa, utilizando uma rota hidrotermal, com variação na proporção e no tempo de contato entre os precursores. Também foi avaliado o impacto da rota hidrotermal na redução do óxido de grafeno (GO). A estrutura e morfologia dos materiais foram analisadas por meio das técnicas de espectroscopia Raman e UV-Vis, DRX, TGA e MEV-EDS. As propriedades eletroquímicas foram investigadas por voltametria cíclica e espectroscopia de impedância, empregando dois eletrólitos distintos: Na2SO4 e KOH. Os resultados mostraram que GO e rGO parcialmente reduzido apresentaram capacitâncias especificas de 20 e 26 F.g-1 , respectivamente em 5 mV.s 1 . O MnO2 apresentou valores de capacitância de 18 F.g-1 em 5 mV.s-1 , sugerindo que os eletrodos formados com os materiais ativos apresentavam resistência em série e, no caso do MnO2 contaminação por K+. Por outro lado, o nanocompósito MnO2-rGO demonstrou uma capacitância calculada de 35 F.g-1 demonstrando uma pequena melhora nos efeitos capacitivos do sistema. Verificamos também, por meio de estudos cinéticos, que o crescimento das agulhas de MnO2 crescem sobre as folhas de rGO, formando estruturas semelhantes a "ouriços". O tempo de contato entre os precursores resultou em diferentes níveis de recobrimento das folhas, sugerindo que os precursores das nanoagulhas interagem com as folhas de rGO pré-autoclave. Foi observado que, com a troca de eletrólito para KOH, os valores de capacitância específica mudaram significativamente, atingindo valores de 175 F.g-1 para o menor tempo de contato (1 min) e 140 F.g-1 para o maior tempo de contato (60 min). Análises de IES demonstraram que a influência do rGO nos nanocompósitos está relacionada ao grau de recobrimento das folhas pelo MnO2. Por fim, investigamos um processo de redução química por vapor de hidrazina no nanocompósito com menor e maior tempo de contato, alcançando capacitâncias calculadas de 352 e 434 F.g-1 , respectivamente, pela conversão de rGO totalmente reduzido. - TeseNanocompósitos baseados em PAni/rGO/WS2-MoS2 aplicados em dispositivos de armazenamento de energiaLima, Abner Guilherme Teixeira (2022-12-19)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O crescente consumo global de energia elétrica requer soluções para otimizar sua geração, armazenamento e transferência. Avanços tecnológicos recentes na ciência têm se mostrado promissores neste sentido, particularmente no campo dos nanomateriais. Após a revolução do grafeno, análogos inorgânicos de estruturas semelhantes, como o dissulfeto de molibdênio (MoS2) e o dissulfeto de tungstênio (WS2), despertaram o interesse da comunidade científica por suas propriedades ímpares. Além destes dois dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) com estruturas singulares, podemos ainda evidenciar os polímeros conjugados, sobretudo a polianilina (PAni). Todos estes materiais apresentam como propriedade destaque a capacitância específica elevada. O presente trabalho propõe um nanocompósito à base de PAni, um polímero condutor, e de óxido de grafeno reduzido (rGO), um derivado de grafeno, com a adição dos TMDs. A PAni possui boa pseudocapacitância redox e alta reversibilidade dos processos oxirredutivos, materiais de carbono formam excelentes agregados para inserção de mecanismos de dupla camada elétrica (EDLC) e a pseudocapacitância por intercalação dos TMDs apresenta boas perspectivas energéticas. Este trabalho buscou estudar propriedades relacionadas ao armazenamento e mobilidade de carga destes materiais, uma vez que eles apresentam diferentes mecanismos de transferência de carga e devem contribuir de formas distintas para a capacitância global do nanocompósito. Os materiais foram caracterizados morfologicamente por diferentes técnicas (DRX, Raman, UV-Vis, FTIR e TG) para uma ampla compreensão de suas propriedades estruturais e caracterizados eletroquimicamente (voltametria cíclica e carga/descarga galvanostática) para uma avaliação do perfil capacitivo dos nanocompósitos. A adição do rGO à PAni provocou um aumento de 43,6% na capacitância do polímero, que chegou a 293,7 F.g-1. A inclusão de TMDs melhorou a retenção da PAni em 6,8% para 1000 ciclos. O compósito PAni/rGO/MoS2-WS2 foi capaz de manter ambas as melhorias. Porém, ao fim do trabalho, nenhum resultado excepcional em relação à sinergia positiva de todos os constituintes foi alcançado, sugerindo que houve competição entre mecanismos de pseudocapacitância ou interações ineficientes entre as estruturas nas condições estudadas.