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metadata.dc.type: Tese
Title: Dispositivos de armazenamento de energia e monitoramento de pH baseados em compósitos de polianilina e polipirrol
metadata.dc.creator: Oliveira, Rafaela Daiane de
metadata.dc.contributor.advisor1: Pessoa, Christiana Andrade
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Marchesi, Luis Fernando Quintino Pereira
metadata.dc.contributor.referee1: Garcia, Jarem Raul
metadata.dc.contributor.referee2: Vidotti, Marcio Eduardo
metadata.dc.contributor.referee3: Souza, Eder Carlos Ferreira de
metadata.dc.description.resumo: O uso crescente de energia impulsiona a pesquisa por novos dispositivos para armazenamento de carga que ofereçam boa estabilidade e alta densidade de potência e de energia. Visando suprir essa necessidade, eletrodos modificados com propriedades supercapacitivas têm sido desenvolvidos. O presente trabalho aborda a obtenção de eletrodos modificados com polímeros condutores a partir de diferentes técnicas para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia. O capítulo 1 descreve a utilização da técnica Layer-by-Layer (LbL) para modificação de eletrodos de ITO com óxido de grafeno (OG) e compósito de polianilina e goma arábica (PANI-GA). A concentração de goma arábica (GA) no compósito foi otimizada a partir de técnicas eletroquímicas, obtendo-se como melhor proporção GA:PANI (1:1), em proporção (m/V). A caracterização do filme LbL (PANI-GA/OG)n (onde n=número de bicamadas) foi realizada por diferentes técnicas tais como UV-Vis, FTIR, Raman, TEM, MEV, VC, EIE e cronoamperometria. Os filmes obtidos apresentaram boa estabilidade nos estudos de cronoamperometria após vários ciclos de curvas galvanostáticas de carga e descarga (CGCD), com aumento das propriedades supercapacitivas em função do número de bicamadas. O filme LbL (PANI-GA/OG)15 apresentou CS de 12,81 mF cm-2 (j = 0,1 mA cm-2) e retenção de CS de 72,8% após 1000 ciclos de CGCD. As propriedades deste filme LbL (PANI-GA/OG)3 como sensor para monitoramento de pH foi também investigada o qual apresentou uma faixa linear (R2 = 0,9915) para valores de pH de 2 a 7. O capítulo 2 aborda a modificação de eletrodo por polimerização eletroquímica de polipirrol e polianilina na superfície polida de carbono grafite (CG) proveniente de pilhas exauridas, designado CG/PPY/PANI. Os parâmetros eletroquímicos para modificação do eletrodo CG foram otimizadas, considerando a resposta eletroquímica para VC e CGCD. As condições otimizadas para expansão da área do eletrodo CG foram E = 2,0 V e t = 750 s, para a polimerização de PPY foram E = 1,0 V e q = 750 mC e para eletropolimerização da PANI foram E = 0,8 V e q = 3 C. O eletrodo modificado CG/PPY/PANI apresentou melhores resultados eletroquímicos em comparação aos eletrodos CG/PPY e CG/PANI. Resultados de EIE para o CG/PPY/PANI evidenciaram o comportamento pseudocapacitivo do eletrodo e, através das CGCD, obteve-se CS de 3416 mF cm-2 (j = 2 mA cm-2) e retenção da capacitância de 76% após 850 ciclos de CGCD. O eletrodo otimizado foi caracterizado por FTIR, Raman e MEV/FEG, evidenciando a modificação da superfície de CG. As imagens de MEV/FEG apresentam as estruturas globulares características da eletrodeposição de polímero condutor. O eletrodo modificado CG/PPY/PANI apresentou propriedades eletroquímicas, tais como, estabilidade e capacitância específica, que o tornam promissor para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia.
Abstract: The increase in the use of energy demands the search for new energy storage devices that have good cycle life and high power and energy density. In order to meet this need, modified electrodes with supercapacitative properties have been developed. The present work deals with the obtaining of conducting polymer modified electrodes from different techniques for application in energy storage devices. Chapter 1 describes the use of the Layer-by-Layer (LbL) technique for modification of ITO electrodes with graphene oxide (OG) and polyaniline gum arabic (PANI-GA) electrodes. The concentration of gum arabic (GA) in the composite was optimized by electrochemical techniques, obtaining the best ratio of GA:PANI (1:1), in proportion (m / V). Characterization of LbL film (PANI-GA / OG)n (where n= number of bilayers) was performed by different techniques such as UV-Vis, FTIR, Raman, TEM, SEM, VC, EIE and chronoamperometry. The obtained films presented good stability in the chronoamperometry studies after some cycles of galvanostatic charge and discharge curves (CGCD), with increase of the supercapacitive properties as a function of the number of bilayers. The LbL film (PANI-GA / OG)15 showed CS of 12.81 mF cm-2 (j = 0.1 mA cm-2) and 72.8% CS retention after 1000 cycles of CGCD. The properties of (PANI-GA / OG)3 LbL film as a pH sensor was also investigated which presented a linear range (R2 = 0.9915) for pH values from 2 to 7. Chapter 2 describes the electrode modification by electrochemical polymerization of polypyrrole and polyaniline on the polished carbon graphite (CG) surface from depleted cells, designated CG/PPY/PANI. The electrochemical parameters for CG electrode modification were optimized considering the electrochemical response by the VC and CGCD. The optimized conditions for CG electrode area expansion were E = 2.0 V and t = 750 s, for PPY polymerization were E = 1.0 V and q = 750 mC and for PANI electropolymerization, E = 0.8 V and q = 3 C. The modified CG / PPY / PANI electrode presented better electrochemical results compared to the CG / PPY and CG / PANI electrodes. EIS results for GC/PPY/PANI showed the pseudocapacitive behavior of the electrode and, from CGCD, CS= 3416 mF cm-2 (j = 2 mA cm-2) and 76% capacitance retention after 850 CGCD cycles were obtained. The optimized electrode was characterized by FTIR, Raman and SEM / FEG, evidencing the modification of the CG surface. SEM/FEG images present the globular structures characteristic of conducting polymer electrodeposited. The modified CG/PPY/PANI electrode presented electrochemical properties, such as stability and specific capacitance, which make it promising for application in energy storage devices.
Keywords: Supercapacitor
Polianilina
Polipirrol
Óxido de grafeno
Sensor
Supercapacitor
Polyaniline
Polypyrrole
Graphene oxide
Sensor
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Química
metadata.dc.publisher.program: Programa Associado de Pós-Graduação em Química - Doutorado
Citation: OLIVEIRA, Rafaela Daiane. Dispositivos de armazenamento de energia e monitoramento de pH baseados em compósitos de polianilina e polipirrol. 2019. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3121
Issue Date: 12-Dec-2019
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