Desenvolvimento de uma metodologia para caracterização eletroquímica de materiais à base de carvão ativado aplicados em supercapacitores

Abstract

Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver uma metodologia para caracterizar eletroquimicamente algumas propriedades de materiais carbonáceos aplicados em supercapacitores. Essa caracterização visou relacionar valores de capacitância medidas experimentalmente com a natureza do eletrólito (tipo e concentração) a fim de estimar parâmetros físico-químicos. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvida uma célula eletroquímica de resina epóxi com eletrodos de grafite para realizar as medidas de capacitância. Foram utilizados para isso, soluções de sais, tais como NaBr, NaNO3 e LiNO3, além de carbonáceos: Carvão ativado, Negro de fumo e fuligem. As medidas da capacitância foram feitas utilizando técnicas de voltametria cíclica, fazendo também o uso de técnica de caracterização auxiliares como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em geral, os maiores valores de capacitância específica foram obtidos com o carvão ativado (50-60 F∙g-1) enquanto que os outros dois materiais carbonáceos apresentaram valores cerca de 10 vezes menores. Foram observadas diferenças significativas na capacitância obtida com diferentes eletrólitos. Notavelmente, diferenças na capacitância foram observadas com o tipo de eletrólito utilizado, com LiNO3 apresentando os maiores valores. Por exemplo, o maior valor de capacitância específica para o negro de fumo foi obtido com este eletrólito (4,79 F∙g-1) quando comparado com NaNO3 (3,86 F∙g-1) e NaBr (3,79 F∙g-1). As áreas específicas obtidas com o nitrato de lítio para os diferentes materiais carbonáceos foram de 59,9, 90,3 e 794,4 m2∙g-1 para negro de fumo, carvão de fuligem e carvão ativado, respectivamente. Foi realizada a oxidação do negro de fumo em ácido nítrico, o que resultou em uma diminuição da sua capacitância, de 3,79 F∙g-1 (sem oxidação) para 2,98 F∙g-1 (com oxidação), en NaBr 0,25 mol∙L-1. A FTIR foi útil para acompanhar a modificação superficial do negro de fumo. Quanto à MEV foi essencial na análise da morfologia dos carbonáceos utilizados.