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Estudo de supercapacitores EDLC para aplicações em deionização capacitiva

Processo: 22/07225-7
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de julho de 2022
Vigência (Término): 30 de junho de 2026
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Evaldo Jose Corat
Beneficiário:Suelem Soares dos Santos
Instituição Sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:19/18572-7 - Novos materiais de carbono: suas aplicações espaciais, ambientais e spin offs relevantes, AP.TEM
Assunto(s):Carbono   Materiais nanoestruturados   Nanotubos de carbono   Supercapacitores   Grafenos   Deionização capacitiva
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Aerogel de grafeno | Ald | esfoliação | Grafeno | nanotubos de carbono | Supercapacitor | Carbonos nanoestruturados

Resumo

Este projeto visa avançar no estudo de materiais de carbono de alta capacitância específica e sua aplicação como supercapacitor EDLC (Electric Double Layer Capacitance). Nossos materiais à base de nanotubos esfoliados e grafenos oxidados mostram excelente capacitância específica (da ordem de 330F/g) e têm pequeno efeito pesudocapacitivo em soluções salinas, tendo, portanto, grande viabilidade em dessalinização por deionização capacitiva. A limitação encontrada é o pequeno volume de material em superfícies planas. Neste projeto, o objetivo é estudar substratos que permitam aumentar a área superficial específica, em particular o uso de feltros densos de carbono e compósitos contendo carvão ativado, sobre os quais depositar os nanotubos de carbono. Tais compósitos deverão permitir o efetivo aumento da área superficial, para tirar maior proveito da alta capacitância específica. Os benefícios esperados são o aumento de área de deposição dos nanotubos de carbono, em uma estrutura tridimensional porosa, o aumento da condutividade elétrica destes substratos pela presença dos nanotubos de carbono e uma capacitância EDLC elevada, com a contribuição tanto dos nanotubos de carbono quanto do material do substrato. O maior desafio nestas estruturas tridimensionais é o tratamento de superfície dos nanotubos para promover sua efetiva esfoliação com alta capacitância específica. Nossos estudos já demonstraram que os métodos de esfoliação gasosos, a plasma, são mais efetivos que as rotas líquidas em meios altamente oxidativos. Os tratamentos mais efetivos em obter alta capacitância específica são feitos a plasma de oxigênio ou hidrogênio. Os processos a plasma são em geral superficiais e encontram dificuldades em estruturas tridimensionais porosas. Estaremos estudando métodos de ataque na pós descarga, em que a efetividade dos íons seja menos importante, mas que aproveite a alta densidade de radicais reativos. Outros métodos de ataque para esfoliação dos nanotubos são os métodos convencionais de ativação de carbono a gás, seja com vapor d'água ou CO. Os materiais assim obtidos serão testados eletroquimicamente em soluções salinas com diferentes concentrações de NaCl, com o objetivo de estudar seu comportamento como eletrodos para dessalinização por deionização capacitiva. Além disso, a solução deste importante problema de obter materiais de alta capacitância específica em volumes adequados pode ser, também, solução para problemas correlatos como suporte para supercapacitores pseudocapacitivos e eletrodos de baterias, entre outros. (AU)

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