FABRICAÇÃO DE ELETRODOS DE SUPERCAPACITORES ELETROQUÍMICOS BASEADOS EM GRAFENO PRODUZIDO A PARTIR DA CINZA DE CAPIM ANNONI

  • Rone Eleutério Martins Pires
  • Taynna Rodrigues Mateo
  • Mauricio de Sousa Ferreira
  • Julianne Greff Machado
  • Alex Ertmann Dalosto
  • Luis Enrique Gomez Armas
Rótulo Supercapacitores, Grafeno, Capim, anonni, Biomassa

Resumo

O mercado de pequenos dispositivos eletrônicos portáteis e elétricos híbridos está crescendo rapidamente, exigindo um fornecimento imediato de sistemas desenvolvidos de armazenamento de energia eletroquímica. A este respeito, as baterias de íon de lítio (LIBs) e os supercapacitores (SCs) eletroquímicos ganharam recentemente uma grande atenção. É bem sabido que ambos os dispositivos têm seu conjunto de vantagens e desvantagens. Os SCs eletroquímicos possuem alta densidade de potência em relação às baterias, mas sofrem de baixa densidade de energia. Com a seleção cuidadosa do material do eletrodo e com o uso de técnicas de síntese simples e econômicas, os SCs podem ser desenvolvidos para aplicações comerciais em maior escala. O componente mais crítico em um supercapacitor é o material do eletrodo usado, que determina o desempenho final do supercapacitor fabricado. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é fabricar eletrodos de SCs a partir do grafeno produzido a partir da cinza do capim anonni (CCpA) e de grafeno da empresa Amazonas (Graf-Ama), assim como verificar seu descarregamento através de um diodo LED. A metodologia usada, para cumprir com este objetivo, primeiramente a palha do capim annoni (CpA) foi colhido, posteriormente limpado e lavado com água de torneira e água deionizada, e finalmente posto a secar em uma estufa por um tempo de 24 horas a uma temperatura de 100 oC. Posteriormente a CCpA foi misturada e moída com hidróxido de potássio (KOH), na proporção de 1 para 4 (1 CCpA: 4 KOH), e colocado em forno mufla a uma temperatura e tempo de 850 oC/60 min. Para fins de comparação foram fabricados 2 tipos de eletrodos usando o chumbo como substrato condutor. O primeiro tipo de eletrodo foi fabricado derretendo o chumbo a uma temperatura de 300 oC, e misturando-o com 25 mg de grafeno (Pb/Graf. Ama e Pb/Graf. CCpA). Este eletrodo foi posicionado sobre o outro eletrodo usando papel filtro como separador dielétrico. O segundo tipo de eletrodo foi fabricado depositando 25 mg de grafeno em forma de pó sobre a superfície do primeiro tipo de eletrodo e sobre este pó, um papel filtro foi colocado, posteriormente novamente 25 mg de grafeno em forma de pó foi colocado sobre o filtro, para finalmente ser tampado com o outro eletrodo (Pb/Graf. Mist./Graf/Filtro/Graf/Pb). Para os testes de carga e descarga dos capacitores, estes foram submersos em uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4) a uma concentração de 10% (sendo 90% água DI) e carregados com uma fonte de 4,0 V. Após os SCs serem alimentados, foram realizados dois testes de carga e descarga em função do tempo. O tempo de carga foi ~ 10s, mas para estabilizar foi deixado carregar entre ~ 36 e ~ 37 s para os dois tipos de capacitores. A tensão de descarga em função do tempo foi realizada desconectando o circuito (capacitor +LED) da fonte de alimentação do circuito, obtendo-se os seguintes resultados: (a) Eletrodos de Pb: No teste 1 (T1) a tensão se manteve constante em ~2,0 V por ~ 25 s até que o capacitor se descarregou a ~ 0,7 V, no teste 2 (T2) a tensão se manteve constante em ~2,0 V por ~ 80 s até que se descarregou a ~ 0,6 V, (b) Eletrodo de Pb/Graf-Ama misturado nas placas: Em ambos testes, após desconectar a fonte do circuito, o capacitor de descarregou mais rápido, que no caso anterior, ficando a tensão constante em ~2,0 V por ~ 5 até que a tensão caiu para ~0,3 V (T1) e constante em ~ 2,0 V por ~ 10 s (T2). (c) Pb/Graf-Ama + 25 mg Graf Ama sobre as placas: Neste eletrodo, a tensão se manteve constante em ~1.9 V por ~ 40 s, antes de descarregar até ~ 0,3 V aos 70 s; no T2 a tensão se manteve constante em ~ 1.9 V por ~ 70 s, depois se descarregou a ~ 0,3 V aos 110 s. (d) Eletrodo de Pb/ Graf. CCpA misturado nas placas: o descarregamento do capacitor com este material foi da mesma forma em ambos os testes, de ~ 1,9V até ~ 0,3 V em 10 s. (e) Eletrodo de Pb/Graf-CCpA + 25 mg de CCpA nas placas: este capacitor fico totalmente carregado até ~ 3,0 V em um tempo de ~ 5 s, é no T1 o capacitor se descarregou em ~ 30 s até ~ 0,6 V, já no T2 a tensão fico constante em ~ 1,9 V por um tempo de ~ 40,0 s. Resultados deste trabalho mostram que os valores médios da descarga elétrica em cada um dos capacitores, citados anteriormente, é mais rápido em capacitores fabricados a base de grafeno produzido a partir da CCpA, o qual é comparável com a descarga nos capacitores fabricados com o grafeno comercial da empresa Amazonas. De forma semelhante foi verificado que a descarga elétrica de SCs baseados na cinza de CCpA e grafeno comercial é comparável com a descarga elétrica de capacitores comerciais. Deve-se ressaltar que medidas experimentais adicionais de voltametria cíclica serão realizadas a fim de determinar a capacitância específica. Baseados nestes resultados, pode-se concluir que o grafeno produzido a partir da CCpA resulta ser um material promissor para a fabricação de eletrodos de SCs eletroquímicos.

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Publicado
2022-11-23
Como Citar
ELEUTÉRIO MARTINS PIRES, R.; RODRIGUES MATEO, T.; DE SOUSA FERREIRA, M.; GREFF MACHADO, J.; ERTMANN DALOSTO, A.; ENRIQUE GOMEZ ARMAS, L. FABRICAÇÃO DE ELETRODOS DE SUPERCAPACITORES ELETROQUÍMICOS BASEADOS EM GRAFENO PRODUZIDO A PARTIR DA CINZA DE CAPIM ANNONI. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, v. 2, n. 14, 23 nov. 2022.