Eletrólitos sustentáveis à base de água do mar sintética e biopolímeros modificados com líquidos iônicos para supercapacitores

Abstract

Este trabalho propõe a síntese de eletrólitos géis à base de água do mar (3,5% NaCl) e biopolímero para aplicação em supercapacitores de carbono poroso ativo. Para isso, o biopolímero agar-agar é modificado com solução básica NaOH para aumentar a viscosidade em até 21 vezes (82 Pa.s) em relação ao agar-comercial (3,86 Pa.s). Este aumento ocorre, possivelmente, devido à abertura do anel da molécula de agar-agar, facilitando a formação suprafibras mais coesas no eletrólito e formando géis mais resistentes. Os parâmetros de síntese foram determinados através de design de experimentos (DoE), medindo-se a condutividade iônica e a janela de estabilidade eletroquímica. Apesar do aumento da viscosidade, os géis modificados com NaOH também aumentam a condutividade iônica, pois facilitam as interações dos íons Na+ e Cl- do eletrólito com o biopolímero, aumentando a condução por saltos iônicos. A condutividade iônica é melhorada em 27 vezes a partir da modificação do agar-agar com líquidos iônicos imidazólicos. No entanto, a utilização de iodeto como contra-ânion diminui a estabilidade eletroquímica do eletrólito, e portanto, a utilização de líquidos iônicos com ânion BF4- é proposta em estudos futuros. Com a otimização dos eletrólitos, supercapacitores sustentáveis foram confeccionados com capacitância, densidade de energia e de potência entre 2,5-11 F.g-1, 0,4-1,8 Wh.kg-1 e 117-2565 W.kg-1, respectivamente, a depender da taxa de varredura (voltametria cíclica) ou da densidade de corrente aplicada (carga e descarga galvanostática). Os supercapacitores apresentaram longo ciclo de vida, com retenção da capacitância após 3500 ciclos. Sendo assim, as excelentes propriedades e o baixo custo dos eletrólitos elucidam o seu alto potencial para produção de supercapacitores em larga escala. Com isso, o trabalho se apresenta como uma solução às demandas sociais por tecnologias verdes para o armazenamento de energia.