Search

In this work, was build a device formed by an Arduino UnoRev3 board that experimentally supplies the charge and energy stored in capacitors. The purpose is to use it as an alternative in a physics teaching laboratory, allowing to analyze the temporal evolution of voltage, current and charge on the terminal’s capacitor. The results are in excellent agreement with regard to the nominal values and those obtained experimentally, with an error of less than 5%. Arduino, as a technology, presents a several of options for the teacher to use in the classroom, as educational robotics is a growing field, attracting the attention of students, for a new vision of education and, above all, a new way of learning, and put the contents into practice. With regard to cost/benefit, it is an excellent option, as it has a relatively low cost in view of the various possibilities of measures it offers. The methodology aims to arouse student interest, making the content more attractive. Physical concepts, experienced through practice, make the teaching-learning process more effective, enabling the student to appropriate, in a pleasant way, scientific knowledge., Neste trabalho, foi construído um dispositivo formado por uma placa Arduino UnoRev3 que fornece experimentalmente a carga e a energia armazenadas em capacitores. A finalidade é utilizá-lo como uma alternativa em laboratório de ensino de física permitindo analisar a evolução temporal da tensão, corrente e a carga nos terminais de um capacitor. Os resultados estão em excelente concordância no que diz respeito aos valores nominais e aqueles obtidos experimentalmente, com erro inferior a 5%. O Arduino, enquanto tecnologia apresenta uma infinidade de opções para o professor usar em sala, visto que, a robótica educacional é um campo que cresce, atraindo a atenção dos estudantes, para uma nova visão da educação e sobretudo uma nova forma de aprender, e colocar em prática os conteúdos. Com relação ao custo/benefício torna-se uma excelente opção, pois tem custo relativamente baixo perante as diversas possibilidades de medidas que oferece. A metodologia vem no sentido de despertar o interesse do aluno, tornando os conteúdos mais atrativos. Os conceitos físicos, vivenciados através da prática, torna mais efetivo o processo ensino-aprendizagem, fazendo com que o aluno se aproprie, de forma prazerosa, do conhecimento científico.

El presente Artículo Científico tuvo como objetivo principal el análisis, comparación y simulación de los espectros de impedancia de cuatro capacitores MIM, el primero con una capa de aislamiento continúa compuesta de óxido de silicio, situada en la mitad de los electrodos, las 3 simulaciones restantes MIM tienen una capa aislante discontinua de nanoesferas compuesta por el mismo componente óxido de silicio como material dieléctrico. Estas nanoesferas tienen un radio variable con respecto al número de capas que se usó como dieléctrico, todo esto con el fin de mantener un espesor del dieléctrico de 1.2 micrómetros en todos los casos. The main objective of this Scientific Article was the analysis, comparison, and simulation of impedance spectroscopy of four MIM capacitors, the first one with a continuous insulation layer composed of silicon oxide, located in the middle of the electrodes, the 3 remaining MIM simulations have a discontinuous insulating layer of nanospheres composed of the same component silicon oxide as the dielectric material. These nanospheres have a variable radius with respect to the number of layers used as dielectric, all this in order to maintain a dielectric thickness of 1.2 micrometers in all cases.

Environmentally friendly energy sources alternatives to fossil fuels such as solar and wind are strategic for meeting the needs of an increasingly energy demanding society, despite their periodic/intermittent nature. Thus, urge the development of clean and renewable energy sources such as based on solar energy and water in a cyclic way, by photoinduced water-splitting and regeneration in fuel cells. In this context, energy storage devices such as hybrid supercapacitors become fundamental for realization of a sustainable society. In this review, the early discovery and recent advances concerning synthetic strategies, hierarchical structures, and oxygen evolution reaction (OER)/hydrogen evolution reactions (HER) catalytic performances of nickel-vanadium double hydroxides (NiV-LDHs) based nanomaterials are summarized. A discussion about the role of vanadium ions in HER/OER was also included, highlighting the recent progress in theoretical calculations in this field. Finally, some hybrid supercapacitor electrode materials based on NiV-LDHs are described, including the strategies to circumvent the parasitic oxygen evolution reaction during charge-discharge of those energy storage devices. In short, catalysts for HER/OER and hybrid supercapacitor electrode materials based on NiV-LDHs were reviewed considering their key multifunctional role in the way to a more sustainable society.

Electrochemical capacitors show high power density but suffer from low energy density. The use of pseudocapacitive material can increase the cell capacitance and therefore increase the device energy density. In this work, we show that using microtubular conducting polymers, as polypyrrole (PPy) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), alongside activated carbon (AC) in asymmetrical devices, and highly concentrated aqueous electrolyte (or water-in-salt electrolyte, WiSE), is possible to maintain the polymers electroactivity at the negative polarization and take advantage of the electrolyte electrochemical stability. The polymers electrochemical behaviours were compared in WiSE and aqueous acidic solution, which hinted that the polymers charge compensation are different in the different electrolytes. PPy-AC and PEDOT-AC cells can reach 2.6 and 2.8 V, respectively, and electrodes mass balance greatly depends on the polymers open circuit potential before and after cycling

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior No presente trabalho, foram obtidas nanoestruturas de óxido e oxi-carbonato de bismuto e os nanocompósitos a partir da combinação desses materiais de bismuto com óxido de grafeno reduzido (RGO) pelo método hidrotérmico assistido por micro-ondas variando as condições de síntese. A estrutura dos materiais foi caracterizada pelas técnicas de difração de raios X e refinamento Rietveld, que mostraram a formação da fase monoclínica do Bi2O3 e tetragonal do Bi2O2CO3, indicando uma estrutura periódica a longo alcance. Para as amostras obtidas após 4 e 8 minutos de síntese e para os nanocompósitos preparados com 8 e 16 mg de GO ocorre a mistura das duas fases monoclínica e tetragonal. As imagens de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo indicaram a influência do tempo e da rota de síntese sob a morfologia das partículas formadas. Diferentes morfologias com formas arredondadas, de placas e de folhas decorrentes da influência do tempo de síntese foram observadas para amostras de Bi2O2CO3. As amostras de a-Bi2O3 apresentaram forma de bastões e para os nanocompósitos obtidos não houve mudanças significativas nas morfologias. Os modos vibracionais na região do infravermelho do óxido e oxi-carbonato de bismuto foram caracterizados e foi possível verificar a redução do GO durante o processo hidrotérmico para formação dos nanocompósitos. Os espectros no UV-vis revelaram bandas de transferência de carga decorrentes às transições no bandgap dos nanomateriais de bismuto e a partir dos mesmos foi possível calcular os valores de band gap para as amostras. O método de síntese utilizado na preparação das amostras apresenta vantagens em termos de alta reatividade dos reagentes, fácil controle da solução ou reações de interface, e principalmente com baixa poluição do ar e baixo consumo de energia. As amostras apresentaram propriedades eletroquímicas, nas quais o desempenho eletroquímico e as medidas dos tempos de carga e descarga dependem principalmente das quantidades de óxido de grafeno utilizado na síntese dos materiais devido á cooperação entre a capacitância de dupla camada do óxido grafeno e da pseudo-capacitância do Bi2O3, sendo estes responsáveis por importantes aplicações, principalmente em capacitores para armazenamento de energia, cujos valores de capacitância específica obtidos, como 9,25 F cm- para a amostra de a-Bi2O3/GO (16 mg), são superiores aos valores encontrados na literatura. In the present work, we obtained nanostructures of bismuth oxide and oxy-carbonate and nanocomposite from the combination of these bismuth materials with reduced graphene oxide (RGO) by hydrothermal microwave assisted varying the synthesis conditions. The material structure was characterized by X-ray diffraction and Rietveld refinement, wich showed the formation of the monoclinic Bi2O3 phase and the tetragonal Bi2O2CO3, indicating a periodic structural organization at long range. Samples that remain longer in the reactor and nanocomposites prepared with 8 and 16 mg of GO are mixture of both monoclinic and tetragonal phases. The images of scanning electron microscopy by field emission indicated the influence of time and the synthesis route on the morphology of the particles formed. Different morphologies with rounded, plates and sheets shapes resulting from the influence of the synthesis time was observed for Bi2O2CO3 samples. Samples of a-Bi2O3 exhibited morphology of rods and nanocomposites showed no significant changes in the obtained morphologies. The vibrational modes of the bismuth oxide and oxy carbonate were characterized by indicating the phases were formed, and in addition, it was observed that GO is converted to RGO during thermal reduction process for the formation of nanocomposites. UV-vis spectra showed charge transference bands, due to band gap transitions of bismuth nanomaterials and allowed to obtain values of band gap for the samples. The method of synthesis used in the preparation of the samples has advantages in terms of high reactivity of the reagents, easy control of the solution or interface reactions, and mostly low air pollution and low power consume. Samples showed electrochemical properties, in which the electrochemical performance and measures of charge and discharge times depends on the quantities of graphene oxide used in the synthesis of materials, due to the cooperation between the double layer capacitance of graphene oxide and pseudo-capacitance of Bi2O3, which are responsible for important applications, especially in capacitors for energy storage, which specific capacitance values are higher than the values found in the literature, allowing to obtain capacitors with capacitance values of 9.25 F cm- . Dissertação (Mestrado)

Esta tese apresenta estudos acerca de conversores CC-CC bidirecionais não isolados com elevada taxa de conversão estática – superior a cinco vezes. São propostas duas novas topologias bidirecionais, baseadas nos conversores SEPIC Modificado e Ćuk com indutor chaveado, as quais utilizam apenas três interruptores controlados. Além disso, propõem-se snubbers passivos de corrente, os quais são aplicados às topologias para obtenção de comutação suave ZCS, descrevendo o funcionamento e o benefício que estes circuitos trazem à operação de cada topologia. Mostram-se os resultados experimentais dos conversores bidirecionais, operando com potência de 500 W e 300/250 W, respectivamente, ganho estático de 6,25 e frequência de comutação igual a 30kHz e 60kHz. Obteve-se com a aplicação dos snubbers, entrada em condução ZCS em todos os interruptores e a maioria dos bloqueios nas duas topologias, minimizando o problema de recuperação reversa dos diodos intrínsecos dos interruptores, permitindo o emprego de interruptores de qualquer tecnologia, além de aumentar o rendimento dos conversores. Processando potência de 500 W, alcançou-se 95,2% e 95,6% de rendimento para o conversor proposto derivado do SEPIC Modificado nos modos elevador e abaixador, respectivamente. Com potência igual a 250 W – que se refere aos mesmos esforços de corrente considerando as especificações de projetos utilizadas nos dois conversores – chegou-se a 95,7% e 94,8% de rendimento para o conversor derivado do Ćuk, nos modos elevador e abaixador, na sequência, ambos com frequência de comutação igual a 30kHz. This thesis presents studies about non-isolated bidirectional DC-DC converters with a high static conversion rate – over five times. Two new bidirectional topologies are proposed, based on the SEPIC Modified and Ćuk with switched inductor converters, which only use three controlled switches. In addition, passive current snubbers are proposed, which are applied to the topologies to achieve zero-current-switching (ZCS), describing the operation and the benefit that circuits bring to the operation of each topology. The experimental results of the bidirectional converters are shown operating with a power of 500 W and 300/250 W, respectively, static gain of 6.25 times and switching frequency equal to 30 kHz and 60 kHz. The use of snubbers allowed zerocurrent-switching turn-on in all switches and mostly turn-off in both topologies, minimizing the reverse recovery effects of the intrinsic diodes switches, allowing the use of switches of any technology, in addition to increasing the converters efficiency. Processing 500 W power, 95.2% and 95.6% efficiency were achieved for the proposed converter derived from the Modified SEPIC in the step-up and step-down modes, respectively. With power equal to 250 W – which refers to the same current efforts considering the design specifications used in the both converters – 95.7% and 94.8% efficiency for the Ćuk-derived converter, in the step-up and step-down modes, respectively, both with a switching frequency equal to 30kHz.

Acompanha: A utilização da plataforma arduino no ensino de física: medindo carga e energia armazenada em associações de capacitores É notório que os estudantes estão cada vez mais ativos e por vezes desinteressados em sala de aula. Uma maneira de explorar tal energia é usar isso em prol do desenvolvimento e envolvimento em conhecimentos tecnológicos relacionados a educação, isto é, no processo de ensino aprendizagem. Dessa forma, o estudante, sem perceber, aprende e ensina. O Arduino, enquanto tecnologia apresenta uma infinidade de opções para o professor usar em sala, visto que, a robótica educacional é um campo que cresce, atraindo a atenção dos estudantes, para uma nova visão da educação e sobretudo uma nova forma de aprender, e colocar em prática os conteúdos. Nosso objetivo foi a construção, aplicação e a verificação do potencial pedagógico de um produto educacional constituído por um dispositivo com capacidade de medir a quantidade de carga e energia armazenada em associações de capacitores, utilizando para isso a interface Arduino. Juntamente com o dispositivo foi produzida e implementada uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), que possibilitou a utilização do dispositivo, ajudando os estudantes a perceberem o uso cotidiano deste conteúdo importante da Física. Nosso trabalho tem um viés qualitativo e foi implementado em uma turma de terceiro ano do ensino médio de uma escola pública da cidade de Cianorte - PR. Para a produção do relato de experiência buscamos alicerce no referencial teórico da aprendizagem significativa. Vimos que por meio da experimentação devidamente planejada, dentro das atividades propostas pela UEPS, o estudante consegue interagir mais nas aulas de Física, tornando-se corresponsável pela sua aprendizagem, tornando esta uma aprendizagem significativa. It is noticeable that students are increasingly active and sometimes disinterested in the classroom, one way to harness such energy is to use it in favor of the developing and engaging in technological knowledge related to education in the teaching-learning process, thus, the student unknowingly learns and teaches. Arduino presents infinites options of technology for the teacher to use in class and the educational robotics is a growing field, drawing students' attention to a new vision of education and above all a new way of learning, being able to put in practice the classroom contents. Our goal was the construction, application and verification of the educational potential of an educational product which consist in a device capable of measuring the amount of charge and energy stored in capacitor associations using the Arduino interface and at the same time, we had produced and implemented a Potentially Meaningful Teaching Unit, which it had been enable the use of the device, helping students to understand the daily use of this important content of physics. Our work has a qualitative approach and it was implemented in the senior year of the high school class in a public school at the town Cianorte - PR. For the production of the experience report we decided to base our work at the theoretical of meaningful learning. We saw that through properly planned experimentation, within the activities proposed by PMTU, students can interact more in physics classes, becoming co-responsible for their learning, being that a meaningful learning.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O presente trabalho consistiu no desenvolvimento de compósitos a partir da matriz óxido de grafeno (GO) para serem aplicados em eletrodos de supercapacitores. Os supercapacitores são dispositivos eletroquímicos que conseguem armazenar grandes quantidades de energia (carga) e possuem a habilidade de liberá-la rapidamente, sendo aplicados em diversas áreas na sociedade. O desenvolvimento dos compósitos baseou-se na melhoria da quantidade de carga armazenada no eletrodo. Foi estudado o comportamento de diversas cargas adicionadas a matriz GO sendo essas cargas o nitreto de carbono (g-C3N4), nitreto de boro (BN), nanotubos de carbono helicoidais (h-CNTs), carbono mesoporo, e sulfetos metálicos de Ni e Co. A matriz GO foi obtida através da oxidação do grafite mineral pelo método de Hummers modificado. Os compósitos foram obtidos pelo método solvotérmico onde foi fixada a quantidade de 20% m/m de carga adicionada à matriz. Os compósitos foram caracterizados pelas técnicas de Difração de Raios X (DRX), Análise Termogravimétrica (TG), Espectroscopia Raman, Microscopias Eletrônicas de Varredura e Transmissão (MEV/MET), Espectroscopia de Raios X por Energia Dispersiva (EDS), Voltametria Cíclica, Curvas de carga-descarga e isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio. A área superficial específica foi obtida pelo método BET. Pelas caracterizações realizadas foi possível observara formação de GO com poucas camadas, e que o mesmo foi reduzido, levando a formação do óxido de grafeno reduzido (rGO), durante o preparo dos compósitos pelo método solvotérmico. Por meio da caracterização eletroquímica, os compósitos apresentaram comportamento puramente capacitivo, operando pelo mecanismo de dupla camada elétrica, no qual os sistemas rGO/CoNiS, rGO/h-CNT/CoS, rGO/CoS e rGO/h-CNT apresentaram capacitância específica de 292, 173, 150 e 136 F.g-1 respectivamente. Os compósitos apresentaram melhorias nas suas capacitâncias específicas se comparada a matriz GO, e mostraram ser candidatos promissores a serem aplicados como eletrodos para supercapacitores. The present work consisted in the development of composites using graphene oxide as matrix (GO) to be applied as supercapacitor electrodes. Supercapacitors are electrochemical energy storage devices that can store large amounts of energy (charge) and can release this stored energy quickly, being applied in several areas of society. The development of composites was based on the improvements of charge storaged of the electrode, and for this purpose the behavior of several charges added to the GO matrix was studied, with these charges being carbon nitride (g-C3N4), boron nitride (BN), helical carbon nanotubes (h-CNTs), mesoporous carbon, and metallic Ni and Co sulfides. The GO matrix was obtained through the oxidation of mineral graphite by the modified Hummers method. The composites were obtained by the solvothermal method in which the amount of 20% w/w of load was fixed to matrix. The composites were characterized by the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TG), Raman Spectroscopy, Scanning and Transmission Electron Microscopies (SEM / TEM), X-ray Spectroscopy by Dispersive Energy (EDS), Cyclic Voltammetry, charge-discharge curves and nitrogen adsorption and desorption isotherms. The specific surface area was obtained using the BET method. Through the characterizations performed it was possible to observe the formation of GO with few layers, and that it was reduced, leading to the formation of reduced graphene oxide (rGO), during the preparation of the composites by the solvothermal method. Through electrochemical characterization, the composites showed a purely capacitive behavior, operating by the double layer electrical mechanism, in which the rGO/CoNiS, rGO/h-CNT/CoS, rGO/CoS and rGO/h-CNT systems showed specific capacitance of 292, 173, 150 and 136 F.g-1 respectively. The composites showed improvements in their specific capacitances when compared to the GO matrix, and showed to be promising candidates to be applied as electrodes for supercapacitors.

As unidades de armazenagem de grãos apresentam elevado consumo de energia elétrica e o aumento do seu preço tem aumentado o custo operacional delas. Esses gastos podem ser diminuídos pela correção do fator de potência através da instalação de bancos de capacitores. Este trabalho analisou a viabilidade econômica da implantação desse tipo de equipamento em uma unidade armazenadora de grãos sediada no município de Brasília, Distrito Federal. O custo da implantação do banco de capacitores foi comparado com a economia advinda da redução dos valores mensais com o consumo reativo de energia. Os cálculos consideram financiamento bancário do valor total a uma taxa de juros de 8,5% ao ano. A taxa mínima de atratividade é 4,46% ao semestre [a.s.]. Os indicadores econômicos utilizados foram: Valor Presente Líquido [VPL], Taxa Interna de Retorno [TIR] e Payback. O investimento considerado foi de R$ 26.772,03. O projeto tem VPL de R$ 7.228,63, TIR de 9,34% a.s. e Payback de três anos e quatro meses. Com base nesses resultados o investimento é atrativo e economicamente viável. = Grain storage complexes require a high consumption of electric energy and the increase in the price of electricity has generated a large impact on their operating costs. One alternative is the correction of the power factor through the installation of capacitor banks. This work aimed to evaluate the economic feasibility of a capacitor installation in a grain storage located in Brasília, Distrito Federal. The cost of deploying the capacitor bank was compared to the values saved in the monthly payments with the reactive energy consumption. To purchase the capacitor bank, financing was simulated with an interest rate of 8.5% per year. The minimum attractive rate of return [MARR] was fixed on 4.46% per semester [p.s.]. Economic indicators estimated were Net Present Value [NPV], Internal Rate of Return [IRR] and simple Payback. The total project cost was R$ 26,772.03. The investment presented a NPV of R$ 7,228.63. IRR was 9.34% p.s., higher than the MARR (4.46% p.s.). Payback period was three years and four months. Based on the results obtained from NPV, IRR and Payback, the investment proved to be economically viable and attractive.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The chemical preparation of the 2D MoS2 from the mineral was pursued in this work with the aim of make available a nanomaterial for energy and sensing devices. A method for exfoliation of MoS2 was developed by testing the effect of differing parameters of sonication in a mixed solvent of IPA and water. A ratio of 3:7 IPA and water and a specific sonication intensity of 30% of 130 W and 20 KHz was found to give the most favourable results where mono and very few layer MoS2 with a reasonable lateral size of 400 to 500 nm were obtained. These nanosheets were characterised using dynamic light scattering in suspension and the deposited material was characterised by atomic force microscopy, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. Through the modification of the exfoliation of MoS2 by intercalation of Li+ ions to the MoS2 nanosheets, a novel electrode for supercapacitor was studied. A composite of reduced graphene oxide (rGO) and MoS2 was prepared, this composite involved synthesising an aerogel by a self-assembly reduction of GO, MoS2 was deposited onto this aerogel and its electrochemical properties were probed. An aerogel of pure rGO and an rGO/MoS2 were both studied to compare their performance as electrodes for a supercapacitor. The aerogel supercapacitor devices using Li2SO4 electrolyte were characterised using cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge and electrochemical impedance spectroscopy. The supercapacitor based on rGO/MoS2 aerogel composite electrodes gave a capacitance of 140.4 F g-1 which was an increase of 62% over the pure rGO aerogel electrode and a capacitance retention of 85% after 5000 cycles. A humidity sensor was developed by using exfoliated MoS2 and microfiber cellulose. This sensor was very sensitive to water vapour in the air and would respond very quickly to the presence of humidity by becoming much more conductive with the resistance of the device dropping by around 25%. The sensor would return to its resting resistivity of around 100 MΩ when exposed to N2. A preparação química do MoS2 2D a partir do mineral foi investigada neste trabalho com o objetivo de disponibilizar um nanomaterial para dispositivos de energia e sensoriamento. Um método para esfoliação do MoS2 foi desenvolvido testando-se o efeito da variação de parâmetros da sonicação em um solvente misto de IPA e água. Uma proporção de 3:7 IPA e água e uma intensidade de sonicação específica de 30% de 130 W e 20 KHz foi a parametrização que forneceu os resultados mais favoráveis quando obtidas uma ou muito poucas camadas de MoS2 com um tamanho lateral razoável de 400 a 500 nm. Estas nanofolhas foram caracterizadas utilizando-se espalhamento dinâmico de luz em suspensão e o material depositado foi caracterizado por microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia Raman. Através da modificação da esfoliação do MoS2 pela intercalação de íons de Li+ em nanofolhas de MoS2, um novo eletrodo para supercapacitor foi estudado. Um composto de óxido de grafeno reduzido (rGO) e MoS2 foi preparado, este composto envolveu a síntese de um aerogel por uma auto-organização redutiva de GO; MoS2 foi depositado sobre este aerogel e suas propriedades eletroquímicas foram sondadas. Um aerogel de rGO puro e um de rGO/ MoS2 foram ambos estudados para comparar seu desempenho como eletrodos para um supercapacitor. Os dispositivos supercapacitores de aerogel utilizando eletrólito de Li2SO4 foram caracterizados utilizando voltametria cíclica, carga-descarga galvanostática e espectroscopia de impedância eletroquímica. O supercapacitor baseado em eletrodos compósitos de aerogel rGO/ MoS2 forneceu uma capacitância de 140.4 F g-1, que foi um aumento de 62% em relação ao eletrodo de aerogel de rGO puro e uma retenção de capacitância de 85% após de 5000 ciclos. Um sensor de umidade foi desenvolvido utilizando MoS2 esfoliado e microfibra de celulose. Este sensor foi muito sensível ao vapor de água no ar e respondeu rapidamente à presença de umidade, tornando-se muito mais condutor, com a resistência do dispositivo caindo em torno de 25%. O sensor retornava à sua resistividade de repouso de cerca de 100 MΩ quando exposto ao N2.

No presente trabalho foram preparados onze distintos supercapacitores (nas configurações simétrica e assimétrica) contendo diferentes materiais ativos de eletrodos e eletrólitos do tipo ionogel. O principal foco da pesquisa foi a construção de dispositivos flexíveis que fornecessem altas capacitância e densidades de energia (superiores a 10 Wh.Kg-1), sem comprometimento da ciclabilidade, isto é, que operassem por um grande número de ciclos. As escolhas dos ionogéis foram feitas de modo a possibilitar a construção de supercapacitores (SCs) flexíveis. Foram avaliados três diferentes ionogéis, os quais foram preparados a partir da adição de líquidos iônicos (LIs) a matrizes de poli (liquidos iônicos) -PLIs. Três matrizes de PLIs e três diferentes LIs foram selecionados por possuírem o mesmo ânion e cátions parecidos, a fim de melhorar a compatibilidade desses compostos. Os ionogéis de concentração de 50% (em massa) de LI foram escolhidos por fornecer boas condutividades iônicas e janelas de potencial (2,5V), sem comprometimento da estabilidade mecânica dos géis, permitindo com isso a construção de SCs na configuração tipo sanduíche (eletrodo ¿ ionogel ¿ eletrodo), sem a necessidade de uso de separadores. Para o preparo do ionogel 1 foi usado o PLI [EPIm][FSI] e o LI [EMIm][FSI]. Já para o ionogel tipo 2, usou-se o PIL [EPIm][TFSI] e o LI [EMIm][TFSI]. Por sua vez, no ionogel tipo3, foram empregados o PLI [A2M2Am][TFSI] e o LI [MPPy][TFSI]. O ionogel tipo 1 foi o que forneceu maiores valores de condutividade iônica. Os ionogeis 1 e 2 exibiram aspecto gelationoso, proporcionando boa aderência aos materiais dos eletrodos e assim, possibilitando o preparo de SCs flexíveis. Em contrapartida, o ionogel 3, um filme de aspecto ceroso, promoveu o descolamento dos materiais do eletrodo dos coletores correntes, sendo portanto, inadequado para a construção de dispositivos flexíveis. Os materiais ativos dos eletrodos foram: (i) nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados (f-MWCNT), (ii) óxidos de grafeno reduzido (r-GO) e (ii) nanocompósitos (r-GO:f-MWCNT), sendo estes dois últimos sintetizados via redução com hidrazina. A composição dos nanocompósitos baseou-se em dados da literatura que indicava que nesta concentração, os CNT atuariam como espaçadores entre as folhas de r-GO, proporcionando uma maior área superficial para a formação da dupla camada elétrica na interface eletrodo/eletrólito. Os SCs foram preparados com esses eletrodos na configuração simétrica, isto é, ambos os eletrodos de mesmo material e também assimétrica com eletrodos distintos (um eletrodo de r-GO e outro de f-MWCNT). Os dados da caracterização eletroquímica mostraram que o supercapacitor assimétrico (r-GO ¿ Ionogel 1 ¿ f-MWCNT) apresentou o melhor desempenho eletroquímico fornecendo altos valores de capacitância, densidade de energia e de potência, com pouco variação desses parâmetros ao longo de 2000 ciclos de operação. Neste trabalho, destaca-se duas contribuições inéditas importantes ao estado da arte de supercapacitores: (i) desenvolvimento de eletrólitos géis do tipo PLI/LI (ionogéis tipo 1 e 2) de alta aderência aos materiais do eletrodo (contribuindo para diminuição da resistência de contato) e (ii) descrição completa do comportamento dos diferentes supercapacitores sólidos e flexíveis desenvolvidos com determinação simultânea da voltagem das células e dos potenciais de cada eletrodo. In the present work, eleven different supercapacitors (in the symmetric and asymmetric configurations) were prepared containing different active materials for the electrodes and ionogel type electrolytes. Themain focus of the research was the construction of flexible devices that provide high capacitances and energy densities (greater than 10 Wh Kg-1), without compromising the cyclability. The ionogels choicewas made in order to allows the construction of flexible supercapacitors (SCs). Three different ionogels were evaluated, which were prepared with the addition of ionic liquids (ILs) to poly (ionic liquids) matrices - PILs. Three matrices of PILs and three ILs were selected to have the same anion and similar cations in order to improve the compatibility between these compounds. The ionogels with 50wt% of IL were chosen once they provide good ionic conductivities and potential windows (2.5V), withoutcompromising the mechanical stability of the gels, thus allowing the construction of SCs in the sandwich configuration (electrode|ionogel|electrode) without the need of separators. For the preparation of ionogel 1 the PIL [EPIm] [FSI] and the IL [EMIm] [FSI] were used. For type 2 ionogel, the PIL [EPIm] [TFSI] and the IL [EMIm] [TFSI] were employed. In the type 3 ionogel, the PIL [A2M2Am] [TFSI] and the IL[MPPy] [TFSI] were chosen. The type I ionogel provided the highest values of ionic conductivity. The ionogels 1 and 2 exhibited gelationous appearance, providing good adhesion to the electrode materialsand thus, making possible the preparation of flexible supercapacitors. In contrast, ionogel 3, a waxy-like film, promoted detachment of electrode materials from current collectors, and it is therefore unsuitablefor the construction of flexible devices. The active materials of the electrodes were: (i) functionalized multi-walled carbon nanotubes (f-MWCNT), (ii) reduced graphene oxides (r-GO) and (ii) nanocomposites (r-GO: f-MWCNT). The composition of the nanocomposites was based on data from the literature that indicates that in this concentration the CNTs would act as spacers between the sheets of rGO, providing a larger surface area for the formation of the electrical double layer in theelectrode/electrolyte interface. The supercapacitors were prepared with these electrodes in the symmetrical configuration, ie both electrodes of the same material, and also in the asymmetric one with different electrodes (one electrode of r-GO and another electrode of f-MWCNT. The electrochemical characterization data showed that the asymmetric supercapacitor (r-GO|Ionogel 1|f-MWCNT) presented the best electrochemical performance providing high capacitance, energy and power densities, with little variation of these parameters over 2000 operating cycles. In this work, two important new contributionsto the state of the art of supercapacitors are highlighted: (i) the development of gel electrolytes of type PIL/IL (ionogels types 1 and 2) with high adhesion to the electrode materials (decreasing the contactresistances) and (ii) complete description of the behavior of the different solid and flexible supercapacitors with simultaneous determination of the voltage of the cells and the potentials of each electrode.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2019-10-23T20:30:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Marcelo_Dourado_Moncks.pdf: 2001715 bytes, checksum: d67578f01b074166c9956f07d5463516 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-23T20:48:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Marcelo_Dourado_Moncks.pdf: 2001715 bytes, checksum: d67578f01b074166c9956f07d5463516 (MD5) Previous issue date: 2019-03-14 Sem bolsa Os Sistemas de armazenamento de energia eletroquímica, como capacitores eletroquímicos são ideais para atender às necessidades de armazenamento de energia, no qual as cargas são separadas por meio de um eletrólito comum aos dois eletrólitos que estão isolados por uma barreria denominada separador, permitindo a passagem de íons. De acordo com a configuração do dispositivo em relação aos materiais utilizados como eletrodos. Os capacitores eletroquímicos podem ser classificados em simétricos e assimétricos. O simétrico é quando apresentar os mesmos materiais nos dois eletrodos e o assimétrico, quando os materiais forem diferentes nos eletrodos. Nos dois casos, simétricos e assimétricos, são necessários que os dois eletrodos tenham o mesmo mecanismo de armazenamento de energia. Um material que tem atraído grande interesse na obtenção de dispositivos de armazenamento de energia, principalmente por sua elevada área superficial e ótima condutividade eletrônica, é o óxido de grafeno reduzido (OGR). Nesse trabalho, foram investigadas a estrutura e as propriedades eletroquímica do óxido de grafeno reduzido (OGR), funcionalizados com Ag, Fe e Ni, para que possa haver um aumento na capacitância do OGR. Para tanto, o óxido de grafeno (OG) foi preparado pela esfoliação oxidativa do grafite segundo o método de Hummers e Offeman. O OGR foi obtido por redução química do OG com solução aquosa de ácido ascórbico, que é um ótimo agente redutor. As imagens do OGR funcionalizados com Ag, Fe e Ni foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), visualizando a formação de folhas dobradas e enrugadas, características do OG, por difatometria de Raio X, identificando os picos característicos de OGR e pela análise espectroscópica de fluorescência de raio X, percebendo-se a funcionalização do OGR com Ag, Fe e Ni. O comportamento eletroquímico foi estudado por voltametria cíclica (VC), carga/descarga Galvanostática (CDG), Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), Estabilidade e Ragone Plot. Nesses estudos, observa-se o caráter condutivo do OGR-Fe, que exibe uma curva retangular na curva CV, havendo uma menor resistividade. Mostrou curvas de carga e descarga quase simétricas e durante o ciclo de carga/descarga para 500 ciclos para 4 mAcm-2, ocorreu uma retenção de carga de 89,1%, indicando um comportamento capacitivo ideal. Electrochemical energy storage systems, such as electrochemical capacitors, are ideal to meet the energy storage needs, in which the charges are separated by means of an electrolyte common to the two electrolytes that are isolated by a barrier called a separator, allowing the passage of ions. According to the configuration of the device in relation to materials used as electrodes. The electrochemical capacitors can be classified as symmetrical and asymmetrical. The symmetrical is when to present the same materials in the two electrodes and the asymmetrical one, when the materials are different in the electrodes. In both cases, symmetrical and asymmetrical, it is necessary that the two electrodes have the same mechanism of energy storage. A material that has attracted great interest in obtaining energy storage devices, mainly because of its high surface area and excellent electronic conductivity, is reduced graphene oxide (RGO). In this work, the structure and electrochemical properties of reduced graphene oxide (RGO), functionalized with Ag, Fe and Ni, were investigated so that there may be an increase in the RGO capacitance. For this, the graphene oxide (GO) was prepared by the oxidative exfoliation of the graphite according to the method of Hummers and Offeman. The RGO was obtained by chemical reduction of the OG with aqueous solution of ascorbic acid, which is an excellent reducing agent. The images of the RGO functionalized with Ag, Fe and Ni were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), visualizing the formation of folded and wrinkled leaves, characteristics of the GO, by X-ray diffatometry, identifying the characteristic peaks of RGO and by the analysis spectroscopic X-ray fluorescence, observing the functionalization of OGR with Ag, Fe and Ni. The electrochemical behavior was studied by cyclic voltammetry (CV), Galvanostatic charge / discharge (GCD), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), Stability and Ragone Plot. In these studies, we observe the conductive character of OGR-Fe, which shows a rectangular curve in the CV curve, with a lower resistivity. It showed nearly symmetrical charge and discharge curves and during the 500-cycle charge-discharge cycle for 4 mAcm-2, a load holding of 89.1% occurred, indicating an ideal capacitive behavior.

The use of water-in-salt electrolytes (WiSEs) in electrochemical capacitors is an interesting alternative to state-of-the-art electrolytes based on organic solvents. However, making use of their wide electrochemical stability in electrochemical capacitors has been challenging, as shown in battery materials. In this work, we used three concentrations of LiTf2N in water (7, 15 and 21 mol kg−1) with activated carbon, and the determination of the maximum operating voltage showed stability up to 2.2, 2.4 and 2.6 V, respectively. This determination suggested positive/negative-electrode mass balances of 2.1, 1.5 and 1.2, but the experiments showed that the cycle life of devices using WiSEs of 15 and 21 mol kg−1 can be improved. Thus, we find that increasing the amount of active material in the positive electrode gave higher capacitance retention over cycling. With the optimization for a longer cycle life, the observed capacitance retentions for the devices with WiSEs of 7, 15 and 21 mol kg−1 were 97%, 70% and near 100%, respectively, after 10000 cycles. The higher amount of active material in the positive electrode penalized the energy-power performance, but the higher electrochemical stability compensated for it, and WiSEs of 7, 15 and 21 mol kg−1 stored 15, 16 and 21 W h kg−1 when they operated at 0.1 A g−1.

Este trabalho propõee um modelo de compensação de potência reativa para a alocação ótima de bancos de capacitores (BCs) fixos e automáticos aplicado ao problema de planejamento da expansão de sistemas de distribuição considerando incertezas. A função objetivo considera a minimização dos custos de investimento e dos custos de operação (manutenção, perdas de energia e violações nos níveis de tensão). As incertezas na carga e nas gerações distribuídas, baseadas em fonte solar fotovoltaica, são consideradas no modelo através da geração de cenários representativos obtidos pela técnica de clusterização K-means. O modelo desenvolvido foi resolvido utilizando uma implementação baseada na meta-heurística Algoritmo Genético (AG). E realizada uma codificação que favorece a inclusão de forma explícita das restrições de investimento e das restrições no modo de operação das unidades automáticas dos BCs. O modelo e implementado por intermédio da integração do software OpenDSS com o MATLABR®, no qual os fluxoa de potência são resolvidos via COM Interface com o OpenDSS. Um sistema de 23 nós foi utilizado nos testes para demonstrar o potencial de aplicação oferecido pela formulação proposta. O modelo foi validado através da comparaçãoo dos resultados obtidos através dos cenários representativos com os resultados obtidos utilizando 365 dias diferentes de operação. Os casos analisados e os resultados obtidos demonstram a robustez do modelo proposto e a exibilidade oferecida pela codificação empregada. This work proposes a reactive power compensation model for the optimal allocation of xed and automatic capacitor banks applied to the expansion planning problem of power distribution systems considering uncertainties. The objective function considers the minimization of investment costs and operating costs (maintenance, energy losses and voltage level violations). The uncertainties in load and distributed generations, based on solar photovoltaic source, are considered in the model through the generation of representative scenarios obtained by the K-means clustering technique. The developed model was solved using an implementation based on the metaheuristic Genetic Algorithm. A codi cation is carried out that favors the explicit inclusion of the investment restrictions and the restrictions on the mode of operation of the automatic units of the capacitor banks. The model is implemented by integrating OpenDSS software with MATLABR® , in which power ows are solved via COM Interface with OpenDSS. A 23-node system was used in the tests to demonstrate the potential application of proposed formulation. The model was validated by comparing the results obtained through the representative scenarios with the results obtained using 365 di erent days of operation. The analyzed cases and the results obtained demonstrate the robustness of the proposed model and the exibility o ered by the encoding performed.

A transferência de energia sem fios tem sido utilizada para alimentação de dispositivos e sistemas remotos, em que o uso de fiosé inadequado, custoso ou até mesmo proibitivo. As suas aplicações abrangem desde dispositivos biomédicos implantáveis, passando pelo setor de eletrônicos de consumo, até recarga de baterias em veículos elétricos. A potência transferida à carga depende dos parâmetros do circuito equivalente, entre os quais, o coeficiente de acoplamento magnético e o valor da carga desempenham um papel importante. O desalinhamento entre as bobinas transmissora e receptora, bem como as condições de carga variável, tornam o problema de maximização da energia transferida não trivial, pois a função objetivo muda de acordo com os parâmetros do circuito equivalente, causando um decréscimo significativo na potência da carga fora das condições iniciais de projeto. Portanto, maximizar a potência transmitida à cargaé um problema pertinente em todas as aplicações. Neste trabalho, são apresentadas contribuições para a metodologia de projeto de acoplamentos indutivos compensados, em que os diâmetros de bobinas planares circulares são escolhidos de forma a maximizar o coeficiente de acoplamento magnético. Além disto, e apresentado um circuito eletrônico capaz de emular um capacitor controlado por tensão, cuja aplicação é realizada na rede capacitiva de compensação no lado primário do acoplamento indutivo. Pela medida da impedância de entrada do circuito é possível estimar a potência na carga e assim maximizá-la através do ajuste da capacitância da rede de compensação. A partir do estudo de caso apresentado, um aumento de 67% na potência fornecida à carga e conseguido em comparação a um acoplamento magnético com rede de compensação fixa. Por fim, e apresentada a maximização da potância entregueà carga utilizando não somente a capacitância de compensação variável, mas também a frequência de operação variável. Com a metodologia proposta, é possível manter a potência dissipada na carga aproximandamente constante para uma faixa de coeficiente de acoplamento magnético de 0,2 a 0,8 e carga de 10Ω a 100Ω, permitindo assim aumentar o grau de liberdade de posicionamento entre as bobinas transmissora e receptora. Wireless power transfer has been used for powering devices and systems remotely, where using wires is inadequate, costly, or even prohibitive. Its applications range from implantable biomedical devices, consumer electronics to battery recharging in electric vehicles. The power transferred to the load depends on the parameters of the equivalent circuit, which the magnetic coupling coe cient and the load value play an important role. The misalignment between the transmitter and receiver coils as well as the variable load condition make the transferred energy maximization problem non-trivial because the objective function changes according to the parameters of the equivalent circuit, causing a signi cant decrease in the load power as long as the parameters deviate from the initial design values. Therefore, maximizing the power transferred to the load is a relevant problem in all applications. In this work, contributions are presented to the design methodology of compensated inductive couplings, where the diameters of circular planar coils are chosen in order to maximize the magnetic coupling coe cient. In addition, an electronic circuit capable of emulating a voltage controlled capacitor is presented, whose application is carried out in the capacitive compensation network on the primary side of the inductive coupling. By measuring the input impedance of the circuit it is possible to estimate the power in the load and thus to maximize it by adjusting the capacitance of the compensation network. From the case study presented, a 67% increase in power dissipated in the load is achieved in comparison to a magnetic coupling with xed compensation network. Finally, the maximization of power delivered to the load is presented using not only the variable compensation capacitance, but also the variable operating frequency. With the proposed methodology, it is possible to keep the load power approximately constant for a range of magnetic coupling coe cient of 0:2 to 0:8 and load of 10Ω to 100Ω , thus increasing the degree of freedom of positioning between the transmitter and receiver coils.

Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 29/08/2019 Inclui referências: p. 60-65 Área de concentração: Sistemas Eletrônicos Resumo: A poluição de rios e mares constitui problema ambiental grave para governos e a sociedade em geral. Os processos atuais de monitoramento da qualidade ou detecção de poluentes na água ainda são caros e lentos. O desenvolvimento de sensores e sistemas de aquisição para obter dados confiáveis, em tempo real e com custos reduzidos é importante para tornar possível ou mais acessível esse tipo de avaliação. A presente pesquisa refere-se ao desenvolvimento de um sistema de medição de impedância baseado em sensor capacitivo interdigital aplicado ao levantamento de parâmetros que auxiliem na avaliação da qualidade da água. Esse tipo de medição capacitiva já foi testado e empregado em algumas aplicações industriais e laboratoriais, obtendo bons resultados, principalmente na detecção de umidade. Porém, poucos trabalhos ou estudos reportam a utilização para monitoramento ou avaliação de parâmetros da água. O sistema proposto utiliza a técnica Lock-In digital no limite do critério de Nyquist. Essa técnica permite o uso de processadores de menor velocidade, mas com desempenho comparável a dos amplificadores Lock-In tradicionais. Palavras-chave: Sensores Capacitivos Interdigitais, Amplificador Lock-In, Impedância, Capacitância. Abstract: Sea and river pollution is a serious environmental problem for governments and society at large. Today's water quality monitoring or pollutant detection processes are still expensive and slow. Developing sensors and acquisition systems for reliable, realtime, cost-effective data is important to make this type of assessment possible or more accessible. The present research refers to the development of an impedance measurement system based on an interdigital capacitive sensor applied to the survey of parameters that help in the evaluation of water quality. This type of capacitive measurement has already been tested and used in some industrial and laboratory applications, obtaining good results, especially in moisture detection. However, few studies report on the use for monitoring or evaluation of water parameters. The proposed system uses a digital Lock-In technique at the Nyquist limit. This technique allows the use of slower processors, but with performance comparable to traditional Lock-In amplifiers. Key words: Interdigital Capacitive Sensors, Lock-In Amplifier, Impedance, Capacitance.

El trabajo descrito en esta tesis está motivado por la intención de desarrollar diferentes nanomateriales para su aplicación en el sector energético, tanto para el almacenamiento como para la conversión de energía. Para ello, se han desarrollado diferentes nanomateriales para cumplir los objetivos de los diferentes capítulos. Por una parte, se presentan dos nuevos materiales con propiedades supercapacitivas. El primero es un nanocomposite formado por nanopartículas metálicas embebidas en una matriz grafítica, obtenido mediante un tratamiento térmico, usando como precursor un hidróxido doble laminar (LDH en inglés) de NiFe. A dicho nanocomposite se le hace un estudio in-situ de su formación y posteriormente un estudio electroquímico y magnético. Con dicho estudio electroquímico magnético se presenta un mecanismo de segregación metálica de las nanopartículas, que produce el aumento en más de un orden de magnitud de su capacidad específica. El segundo material presentado es un grafeno dopado con nitrógeno con altas capacidades supercapacitivas, al cual se le realiza un estudio de caracterización morfológica y electroquímico, tanto en una celda de 3 electrodos como en una celda de 2 electrodos, para su estudio como batería comercial. Por otro lado, se presentan un nuevo material con propiedades electrocatalizadoras para la obtención de oxígeno en medios acuosos básicos (OER en inglés). El material es un nanocomposite de matriz grafítica con pequeñas nanopartículas de hierro, el cual también se obtiene mediante un tratamiento térmico, pero en este caso usando como precursor el MUV-3, un análogo de hierro del famoso ZIF-8. Se le realiza una caracterización morfológica completa y un estudio electroquímico completo, donde observamos un comportamiento como electrocatalizador OER excelente, superior al de los catalizadores basados en metales nobles comerciales. Finalmente se describe un proceso de escalado para el primer material, pasando a producción industrial de kilogramos. Así mismo, se expone también el estudio y ensamblamiento de diferentes dispositivos para su estudio como capacitores reales comerciales.

Poli(fluoreto de vinilideno - trifluoroetileno) (PVDF-TrFE) é um copolímero semicristalino que apresenta propriedades piro, piezo e ferroelétricas. Pode ser depositado por spin coating e utilizado em diversas aplicações, sobretudo em um contexto de eletrônica orgânica. As propriedades do filme dependem das condições de processamento, sendo o grau de cristalinidade um fator muito importante para garantir uma boa resposta ferroelétrica. Existe na literatura discordância sobre qual temperatura gera maximização do grau de cristalinidade dentro da faixa delimitada pela temperatura de Curie e pelo ponto de fusão. Existem, também, relatos sobre elevada corrente de fuga em capacitores de metal/PVDF-TrFE/metal. Neste trabalho, mostramos o domínio da tecnologia para deposição de filmes de PVDF-TrFE com boa homogeneidade e espessura controlável (entre 85 e 300 nm). Além disso, realizamos um estudo sobre a relação entre as condições de processamento (com ênfase na temperatura de recozimento) e as propriedades elétricas de capacitores ferroelétricos, incluindo a corrente de fuga. A temperatura de Curie e o ponto de fusão do material foram avaliados por calorimetria diferencial de varredura, e utilizamos difratometria de raios X e elipsometria para avaliar o impacto da temperatura de recozimento sobre o grau de cristalinidade Capacitores ferroelétricos de níquel/PVDF-TrFE/ouro foram fabricados para a caracterização elétrica do copolímero, feita através de levantamento da curva IV - na qual pode ser observado o chaveamento ferroelétrico - e de medidas de corrente de fuga. Determinamos que o grau de cristalinidade é maximizado com recozimento em temperaturas próximas à de Curie. Nessa temperatura de recozimento, também a resposta ferroelétrica é maximizada. Observamos que a corrente de fuga depende da interface com os eletrodos e também do estado de polarização do capacitor, apresentando chaveamento resistivo. A influência do estado de polarização sobre a corrente de fuga diminui à medida que a temperatura de recozimento aumenta, já que temperaturas altas provocam diminuição do grau de cristalinidade e da corrente de chaveamento. As contribuições deste trabalho são trazer a tecnologia de deposição de filmes de PVDF-TrFE para o Instituto de Física da UFRGS, mostrar que é necessário testar qual a temperatura de recozimento que maximiza o grau de cristalinidade e mostrar que o estado de polarização é relevante para o mecanismo de condução que provoca corrente de fuga. Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) (PVDF-TrFE) is a pyro, piezo and ferroelectric semicrystalline copolymer that can be deposited by spin coating and has been investigated to many potential applications in organic electronics. The properties exhibited by the film depend on the processing conditions. The degree of crystallinity is an important factor to ensure a high ferroelectric response. There has been an ongoing debate in the literature on which temperature maximizes the degree of crystallinity within the range between the Curie point and the melting point . There are also reports regarding high leakage current in metal/PVDF-TrFE/metal capacitors. In this dissertation, we show the development of the technology to deposit homogeneous PVDF-TrFE films with thicknesses ranging between 85 and 350 nm. We also show a study on how the processing conditions (specially the annealing temperature) are related to the electric properties of ferroelectric capacitors, such as leakage current. The Curie and the melting point were measured by scanning differential calorimetry, and the influence of annealing temperature over the degree of crystallinity was assessed through X ray diffraction and ellipsometry. Ferroelectric nickel/PVDF-TrFE/gold capacitors were fabricated for electrical characterization, which was performed through measurement of IV characteristics – in which ferroelectric switching can be observed – and leakage current We found that the degree of crystallinity is maximized at an annealing temperature close to the Curie point. In that temperature, the ferroelectric response is also maximized.We observed dependence of leakage current on the interface with electrodes and on polarization state, characterizing resistive switching. The influence of polarization state on leakage current diminishes as the annealing temperature increases, given that higher annealing temperatures causes the degree of crystallinity to decrease and ferroelectric response to diminish. This work makes its contribution by bringing PVDF-TrFE film deposition technology to the Institute of Physics of UFRGS. Also, by showing the necessity of testing which annealing temperature maximizes degree of crystallinity and by showing that the state of polarization is a relevant factor to leakage current conduction mechanism.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná

Este trabalho de doutorado aborda o estudo de nanomateriais de carbono e líquidos iônicos, visando a elaboração de capacitores eletroquímicos de dupla camada elétrica (supercapacitores) com propriedades eletroquímicas melhoradas, como molhabilidade, compatibilidade eletrólito/eletrodo, capacitância e densidades de energia e potência. Desenvolver eletrodos de nanomateriais de carbono que forneçam características desejáveis de condutividade e porosidade, permitindo o fácil acesso dos íons de eletrólitos à superfície dos mesmos, é um desafio a ser superado em supercapacitores, especialmente no caso dos sistemas com eletrólitos líquidos iônicos (LI) que são constituídos por íons volumosos. Em uma primeira etapa, foi realizado o estudo da síntese do óxido de grafite (GrO) e óxido de grafeno (GO) via micro-ondas, com o objetivo de obter os nanomateriais de carbono a serem utilizados no desenvolvimento dos trabalhos posteriores com a otimização do processo de síntese dos mesmos. Na segunda etapa deste trabalho, foi realizado o estudo da incorporação do óxido de grafeno (GO) em diferentes líquidos iônicos, visando a construção de um eletrólito compósito que proporcionasse maior compatibilidade do eletrólito com o eletrodo de grafeno. Dentre os LIs estudados, o trietilsulfônio bis(trifluorometilsulfonil)imida ([SET3][TFSI]) mostrou valores superiores de condutividade e estabilidade eletroquímica. Supercapacitores baseados no LI puro e no LI-GO 0,1% em massa tendo como eletrodo o óxido de grafeno reduzido (rGO) foram investigados. O supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]/rGO mostrou um valor de capacitância de 95,8 F g-1, enquanto o supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]-GO/rGO exibiu uma capacitância de 125,3 F g-1, ambos caracterizados por voltametria cíclica,com velocidade de varredura de 5 mV s-1 trabalhando em uma faixa de 2,5 V, o que demonstra um aumento de 31% em capacitância devido à presença de GO no LI. As imagens de MEV indicaram que o eletrólito compósito LI-GO aumenta a compatibilidade do líquido iônico com o eletrodo rGO, favorecendo a acessibilidade dos íons do eletrólito à superfície do eletrodo.Na terceira etapa do trabalho propôs-se a síntese de compósitos de rGO com líquido iônico incorporado em sua superfície para aplicação como eletrodos em supercapacitores. Foram sintetizados materiais utilizando a expansão térmica via microondas em etapa única, e a redução química utilizando a hidrazina como agente redutor. As propriedades térmicas, morfológicas e eletroquímicas desses materiais foram ii estudadas buscando-se estabelecer correlações de estrutura-propriedade. Dentre os materiais sintetizados via expansão térmica, o supercapacitor à base do rGO/LI-150 mostrou um valor de capacitância de 13,7 F g-1, sendo este valor superior aos demais materiais, enquanto o material sintetizado via redução química, rGO/LI, mostrou uma capacitância de 70 F g-1, sendo ambos caracterizados por VC com velocidade de varredura de 5 mV s-1 trabalhando em uma faixa de 3,0 V. Portanto, os nanomateriais de carbono desenvolvidos neste trabalho e os supercapacitores construídos apresentaram bons resultados de propriedades eletroquímicas, e podem ser candidatos para a preparação de supercapacitores eletroquímicos. In this work, the study of carbon nanomaterials and ionic liquids was conducted aiming the production of electrochemical double electric layer capacitors (supercapacitors) with improved electrochemical properties such as wettability, electrolyte /electrode compatibility, capacitance, and energy and power densities. The development of carbon nanomaterials electrodes that provide desirable conductivity and porosity characteristics, which guarantees an easy access of electrolyte ions to their surface, is a challenge to be overcome in supercapacitors. This challenge is especially relevant in systems with ionic liquid (IL) based electrolytes due to the large volume of ions. In a first stage, the study of the synthesis of graphite oxide (GrO) and graphene oxide (GO) by microwave was carried out with the objective of obtaining the carbon nanomaterials to be used in the development of the later works with the optimization of the process of their synthesis. In the second stage, the study of graphene oxide (GO)incorporation in different ILs was carried out, aiming the construction of a composite electrolyte that would provide greater compatibility of the electrolyte with the graphene electrode. Among the ILs studied, triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([SET3][TFSI]) showed higher conductivity values and enhanced electrochemical stability. Supercapacitors based on pure ILs and 0.1 wt% ILs-GO were investigated with reduced graphene oxide (rGO) as electrode. The supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]/rGO showed a capacitance of 95.8 F g-1, while a capacitance of 125.3 F g -1 was obtained for the supercapacitor rGO/[SET3][TFSI]-GO/rGO, both characterized by cyclic voltammetry (CV) with 5 mV.s-1 scan rate performing at a 2.5V. These results show 31% capacitance increasing due to the GO presence in ILs. SEM images indicated that the ILs-GO composite electrolyte increases the IL compatibility with the rGO electrode, favoring the electrolyte ions accessibility to the electrode surface. In the third stage of this work, it was proposed the synthesis of rGO compositeswith ionic liquid incorporated onto its surface for application as electrodes for supercapacitors. The materials were synthesized using a single stage microwave thermal expansion and a chemical reduction using hydrazine as the reducing agent. The thermal, morphological and electrochemical properties of these materials were studied in order to establish structure-property correlations. Among the materials synthesized by thermal expansion, the supercapacitor based on RGO/IL-150 showed 13.7 F g-1 capacitance value. This value is higher than the other materials, while the material synthesized via chemical reduction, IL, showed a capacitance of 70 F g-1, both being characterized byCV with 5 mV s-1 scan rate performing in 3.0 V. Therefore, the carbon nanomaterials developed in this work and the constructedsupercapacitors showed good electrochemical properties, which highlights its potential application for electrochemical supercapacitors preparation.

O objetivo deste estudo é o desenvolvimento de eletrodos e supercapacitores flexíveis de estado sólido baseados em multicamadas de grafeno (Multilayer Graphene – MLG, inglês e óxidos metálicos, depositados por pulverização catódica. Foram realizados testes para o melhoramento na composição do eletrólito e dos eletrodos, aumentando assim o armazenamento de cargas elétricas. Os efeitos da pressão de compactação (20 e 200 kgf.cm-2) do MLG com massa de 80 mg, na construção dos eletrodos, bem como do óxido utilizado (VOx e NbOx) e espessura do óxido foram sistematicamente estudados. Foram analisados parâmetros tais como, capacitância específica, densidade de energia e de potência, estabilidade nos 1000 ciclos, estabilidade nos testes de flexibilidade, capacidade máxima da tensão de funcionamento (Janela de Potencial). Capacitores confeccionados nas menores pressões de compactação forneceram melhores resultados de capacitância. Com relação ao óxido, o NbOx se mostrou mais interessante que VOx. Já o efeito da camada de NbOx indicou que com menores tempos de deposição, maiores capacitâncias foram obtidas (20 e 40 minutos de deposição) em relação ao filme mais espesso (60 minutos), o que indica que a transferência de cargas deve ter sido afetada pela presença de maior camada de óxido. O estudo mostrou ainda que os dispositivos podem operar sob diferentes ângulos de flexão com muito boa estabilidade indicando assim seu caráter flexível, bem como características de capacitores eletroquímicos de dupla camada. Com o aumento da janela de potencial, verificou-se o aumento proporcional da capacitância, onde a partir do potencial aplicado de 2,45 V, ocorre a deterioração dos supercapacitores devido a ação da eletrolise. O processo e os dispositivos aqui propostos se mostram promissores para confecção em larga escala. The goal of this study is the development of solid state and flexible electrodes and supercapacitors based on multilayer graphene and metallic oxides deposited by sputtering technique. Several tests were conducted in order to improve the electrolyte and electrode composition, increasing the electrical charge storage. The effect of compaction pressure (20 e 200 kgf.cm-2) used to obtain the MLG electrode using a constant mass of 80 mg, as well as the oxide used (VOx and NbOx) and oxide thickness were systematically evaluated. The most important studied parameters were specific capacitance, energy and potency density, stability over 1000 cycles, stability under flexibility and potential window. Capacitors constructed at minor compaction generated the better capacitance values. NbOx films appeared to be better than VOx. The effect of NbOx layer indicated certain influence over the specific capacitance. Using oxides deposited at 20 and 40 minutes, an increase in capacitance was observed, while for 60 minutes of deposition, the capacitance presented a decrease, indicating the influence of this parameter over the charge transfer in the electrolyte electrode interface. Other important studied characteristic was the device flexibility. For different bending angles, the device capacitance remained constant, indicating the electrochemical double layer capacitor behavior. The obtainer potential window was 2.45V with an intense water electrolysis above this value. Therefore, the process and the devices herein proposed have shown promise to be constructed in large scale.

Acompanha: Produto educacional: Desenvolvimento de um kit didático experimental para o ensino de resistores, capacitores e circuitos de temporização RC Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O Ensino de Física tem sofrido inúmeras transformações nas últimas décadas, discute-se muito sobre a inserção de diferentes recursos didáticos em sala de aula a fim de gerar um ambiente de aprendizagem diferente do tradicional, bem como proporcionar condições de uma aprendizagem efetiva para o aluno. O sistema tradicional do ensino de Física vem perdendo aos poucos a eficácia, o significado e até mesmo o interesse por parte do aluno em buscar conhecimento. O convívio constante com as mídias de maneira inapropriada tem provocado uma imensa perda de tempo, tornando-se um adversário desleal contra o estudo, restando assim pouco tempo para a aprendizagem. Nesse sentido, esse trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um novo método com uma proposta experimental e investigativa, baseado na teoria de Vygotsky, visando despertar no educando o interesse e a busca pelo saber, uma vez que ele é parte principal do processo, e que a partir de seus conhecimentos prévios é que o professor introduz seu conhecimento, proporcionando melhor interação entre professor e aluno, e também propiciando o desenvolvimento cognitivo e social no ambiente escolar. O kit didático experimental desenvolvido torna-se uma ferramenta de grande valia, que possibilita ao professor trabalhar um método diferenciado onde ele poderá relacionar a parte teórica com a parte prática, possibilitando com o kit trabalhar o conteúdo de resistores e capacitores por completo, de um modo que despertará no aluno um maior interesse. A tecnologia utilizada para o desenvolvimento do kit foi a plataforma de desenvolvimento Arduino que é composta por um microcontrolador e periféricos, devido ao fácil acesso a materiais didáticos disponíveis, possibilitando a fácil reprodução do protótipo futuramente por pessoas com pouco conhecimento na área e por ser uma plataforma open-source. Esse produto desenvolvido vem ao encontro das politicas de inclusão propostas pelos governos, que tem o objetivo de incluir na sociedade pessoas com necessidades educacionais especiais, pensando nisso, essa ideia vem contribuir e dar suporte a alunos com deficiências auditiva ou visual, bem como os demais alunos do ensino regular ou até mesmo superior, que necessitam estudar o conteúdo abordado aqui. The teaching of physics has undergone numerous transformations in the last decades, much is discussed about the insertion of different didactic resources in the classroom in order to generate a learning environment different from the traditional one, as well as to provide conditions of an effective learning for the student. The traditional system of physics teaching has gradually lost its effectiveness, meaning and even the student's interest in seeking knowledge. The constant conviviality with the media in an inappropriate way has caused an immense loss of time, becoming an unfair opponent against the study, thus leaving little time for learning. In this sense, this work aims to develop a new method with an experimental and investigative proposal, based on Vygotsky's theory, aiming to awaken in the student the interest and the search for knowledge, since it is a main part of the process, and that from their previous knowledge is that the teacher introduces their knowledge, providing better interaction between teacher and student, and also fostering cognitive and social development in the school environment. The developed experimental teaching kit becomes a valuable tool that allows the teacher to work a different method where he can relate the theoretical part to the practical part, allowing the kit to work the contents of resistors and capacitors completely, so that the student will be more interested. The technology used for the development of the kit was the Arduino development platform which is composed of a microcontroller and peripherals, due to the easy access to available didactic material, allowing the easy reproduction of the prototype in the future by people with little knowledge in the area and being a open-source platform. This developed product is in line with the inclusion policies proposed by governments, which aims to include people with special educational needs in society. With this in mind, this idea contributes to and supports students with hearing or visual impairments, as well as other students of regular or even higher education, who need to study the content covered here.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os revestimentos de materiais micro e nanoestruturados vêm como alternativa para produção de eletrodos em supercapacitores com aumentos significativos na capacidade de armazenamento de energia. No presente trabalho partículas de MnCo2O4,5, Bi2O3 e nanotubos de carbono (NTC) foram revestidas pelo polipirrol (PPi) e investigado as propriedades eletroquímicas dos compósitos resultantes para aplicação em capacitores híbridos. Os difratogramas de raios X dos óxidos mostraram picos de difração bem definidos, os quais foram indexados à fase cúbica do MnCo2O4,5, e à fase monoclínica do α–Bi2O3. As imagens de MEV mostraram revestimento das partículas dos óxidos (MnCo2O4,5, α-Bi2O3) e do NTC pelo PPi. A partir das caracterizações eletroquímicas pode-se concluir que os compósitos apresentaram intensificação de suas propriedades com valores de capacitância específica (~510,40 F g-1), potência específica (~16,66 kW kg-1), energia específica (~163,33 Wh kg-1) e eficiência coulômbica (~96,30%). Portanto, os compósitos híbridos são materiais promissores como eletrodos em capacitores híbridos. The coatings of microstructure and nanostructure materials are alternative for electrodes in supercapacitors with significant increases in values of energy-storage capacity. In the present work the MnCo2O4,5, Bi2O3 particles and carbon nanotubes (CNT) coated by polypyrrole (PPy) and the influence on the electrochemical properties of the resulting composites for application in hybrid capacitors was investigated. The X-ray diffractograms of the oxides showed well-defined diffraction peaks, which were indexed to the cubic phase of MnCo2O4,5, and to the monoclinic phase to α-Bi2O3. SEM images showed oxide particles (MnCo2O4,5, α-Bi2O3) and CNT coated by PPy. From the electrochemical characterization techniques, it can be concluded that the composites showed an intensification of their properties with values of specific capacitance (~510.40 F g-1), specific power (~16.66 kW kg-1), specific energy (~163.33 W h kg-1) and coulomb efficiency (~96.30%). Therefore, hybrid composites are promising materials as electrodes in hybrid capacitors. Dissertação (Mestrado)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais Neste trabalho foram desenvolvidos eletrodos baseados em nanocompósitos de grafeno oxidado (GO) e óxidos metálicos para aplicação em eletrodos supercapacitores. Estes nanocompósitos permitem grandes valores de carga armazenada comparados a eletrodos com somente um des- tes materiais. O ponto principal deste trabalho é estudar a influência da quantidade e proporção de cada um dos nanomateriais constituintes do nanocompósito no comportamento eletroquí- mico dos eletrodos. Foram utilizadas para a produção destes nanocompósitos as técnicas de deposição eletroforética e eletrodeposição. Imagens de microscopia eletrônica de varredura dos nanocompósitos de óxido de níquel sobre GO (NiO/GO) mostraram que as partículas de NiO foram depositadas sobre a superfície das folhas de GO, comprovando a formação do nanocom- pósito. A espectroscopia Raman confirmou a presença de NiO sobre o GO. As técnicas de vol- tametria cíclica e carga/descarga galvanostática foram utilizadas para caracterização eletroquí- mica dos eletrodos obtidos. Verificou-se que existe um limite para a capacidade voltamétrica (24mC/cm 2 ) com o aumento da quantidade de nanocompósito no eletrodo, independente da proporção de NiO/GO. O aumento da espessura do GO contribuiu para o aumento dos proces- sos faradaicos. Por outro lado, o aumento na quantidade de NiO contribuiu significativamente para uma intensificação dos processos não-faradaicos, indicando um aumento da área superfi- cial dos nanocompósitos. Foram produzidos também nanocompósitos a partir de misturas entre os seguintes metais: níquel, cobalto e manganês. O nanocompósito misto que apresentou maior capacidade voltamétrica quando comparado aos nanocompósitos produzidos apenas com um dos metais foi o nanocompósito misto de óxido de níquel com óxido de cobalto sobre GO. In this work, electrodes based on nanocomposites of graphene oxide (GO) and metal oxide were developed for application in supercapacitor electrodes. These nanocomposites have large stored charge values compared to electrodes with only one of these materials. The main goal of this work is to study the influence of the quantity and proportion of each of the constituent nanomaterials of the nanocomposite on the electrochemical behavior of the electrodes. The techniques of electrophoretic deposition and electrodeposition were used for the production of these nanocomposites. Scanning electron microscopy images of the nanocomposites of nickel oxide on GO (NiO/GO) showed that the NiO particles were deposited on the surface of the GO sheets, proving the formation of the nanocomposite. Raman spectroscopy confirmed the presence of NiO on GO. The techniques of cyclic voltammetry and galvanostatic loading / dis- charge were used for the electrochemical characterization of the electrodes obtained. It was verified that there is a limit for the voltammetric capacity (24mC/cm 2 ) with the increase of the amount of nanocomposite in the electrode, independent of the NiO / GO ratio. The increase in GO thickness contributed to the increase in faradaic process. On the other hand, the increase in the amount of NiO contributed significantly to an intensification of the non faradaic processes, indicating an increase in the surface area of the nanocomposites. Nanocomposites were pro- duced from mixture between the following metals: nickel, cobalt and manganese. The mixed nanocomposite that presented higher voltammetric capacity when compared to the nanocompo- sites produced with only one of the metals was the mixed nanocomposite of nickel oxide with cobalt oxide on GO.

This work proposes a procedure to minimize electrical losses present in industrial systems, through a specific program developed for this purpose, based on Genetic Algorithm, and written using MATLAB instructions.The minimization is realized with the placement of shunt capacitors connected to the buses. For validation of the proposed method, it is considered accuracy and speed, and the developed program´s results are compared with the results produced by traditional programs. The program avoids leading power factor at the bus connected with the power distribution company and the user may determine buses where he does not want the installation of capacitors. The Genetic Algorithm's fitness, responsible for guiding the optimization process, is the active power loss. Finally, the program is applied to minimize active losses present at an industrial system, 38 buses. Nenhuma Este trabalho propõe um procedimento para minimização de perdas elétricas presentes em sistemas industriais, através de um programa especifico desenvolvido para este fim, estruturado como Algoritmo Genético, e escrito usando instruções MATLAB®. A minimização é realizada alocando capacitores shunt conectados às barras e a performance do programa desenvolvido, considerando exatidão e velocidade, é qualificada através da comparação de seus resultados com os resultados produzidos por programas tradicionais. O programa evita fator de potência capacitivo na barra conectada com a empresa que faz a distribuição de energia e o usuário pode determinar as barras onde ele não quer que sejam instalados capacitores. O valor de aptidão que guia o processo de otimização do Algoritmo Genético é a perda elétrica ativa presente no sistema elétrico. Como encerramento o programa é aplicado em um sistema eletrico industrial de 38 barras.

We propose novel pseudocapacitors that can store energy related to the partial entropy change associated with proton concentration variations following neutralization reactions. In this situation, it is possible to obtain electrochemical energy after the complete charge/discharge cycle conducted in electrolytic solutions with different proton concentrations. To this end, we prepared modified electrodes from phosphomolybdic acid (PMA), poly(3,4-ethylenedioxythiophene/poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS), and polyallylamine (PAH) by the layer-by-layer (LbL) method and investigated their electrochemical behavior, aiming to use them in these neutralization pseudocapacitors. We analyzed the potentiodynamic profile of the current density at several scan rates, to evaluate the reversibility of the proton electroinsertion process, which is crucial to maximum energy storage efficiency. On the basis of the proposed reaction mechanism and by using frequency-domain measurements and models, we determined rate constants at different potentials. Our results demonstrated that the conducting polymer affects the self-assembled matrixes, ensuring that energy storage is high (22.5 kJ mol(-1)). The process involved neutralization of a hydrochloric acid solution from pH = 1 to pH = 6, which corresponds to 40% of the neutralization enthalpy.

The oxides of the double perovskite type have relevant properties, such as moderate-high relative dielectric permittivity (ɛ r ), low dielectric loss tangent (tan δ) and good thermal stability. These have been extensively studied by solid-state physics for technological purposes. In this sense, this work approaches the route of obtaining the solid solution Sr 3 W x Mo 1-x O 6 (0 ≤ x ≤ 1,0) by solid state reaction, where the crystalline phases were confirmed by powder X-ray diffraction (PXRD). The variation in the concentrations of Mo and W was carried out in order to study this influence on the dielectric properties of the final material. A ɛ r and tan δ decreased with increasing signal frequency applied to all samples at room temperature. Another important aspect is that, with the additions of W, there was a decrease in ɛ r and tan δ. However, the highest values were for the samples with x = 0.8; x = 0.9 and Sr 3 WO 6 (SWO). It was observed that the value of ɛ r increases with increasing temperature. Additionally, was observed the presence of temperature-dependent dielectric relaxation, where the relaxation times (τ) decrease with increasing temperature. The activation energy (E a ) measurements obtained through the real conductivity component (σ’) and imaginary components of the impedance (Z”) and electrical modulus (M”), with temperature variation, were attributed to the same thermo-activated process due to obtaining close values. For the permittivity temperature coefficient (TCɛ) were obtained values with variations in the low and high frequency regions for all the samples, where the additions of 0.4 to 0.6 W showed little dependence. Through the data of the Nyquist diagram was identified the presence of relaxation processes, modeled by R-CPE circuits in parallel, in order to know the contributions of grain, grain boundary and electrode-sample interface. Therefore, the electrical processes in the material depend on the temperature and are the result of the relaxation phenomena. Thus, the importance of the oxides synthesized for the application as capacitive elements with moderate ɛ r and low tan δ was confirmed, presenting small variations with the increase of the temperature, within the region of frequency of 100 Hz - 1 MHz. Os óxidos do tipo dupla perovskita apresentam relevantes propriedades tais como, moderada - alta permissividade dielétrica relativa (ɛr), baixa tangente de perda dielétrica ( tg δ ) e boa estabilidade térmica . As quais t ê m sido amplamente estudad as p ela física do estado sólido para fins tecnológicos. Nesse sentido, este trabalho aborda a rota de obtenção da solução sólida Sr 3 W x Mo 1 - x O 6 (0 ≤ x ≤ 1,0) por reação do estado sólido , onde a s fase s cristalinas fo ram confirmada s por Difração de R aios - X (DRX) . A vari ação nas concentrações de Mo e W foi realizada com o objetivo de estudar a su a influência nas propriedades dielétricas do material final. A ɛ r e tg δ diminuíram com o aumento na frequência do sinal aplicado em todas as amostras a temperatura ambiente. Outro aspecto importante é que, com as adições de W, houve uma diminuição na ɛ r e tg δ . E nt ret anto, os maiores valores foram para as amostras com x = 0,8; x = 0,9 e Sr 3 WO 6 ( SWO ) . Foi observad o que o valor da ɛ r aumenta com o aumento da temperatura. Adicionalmente, foi visto a presença de relaxação dielétrica dependente da temperatura, onde os tempos de relaxação ( τ ) diminuem com o aumento da temperatur a. A s medidas de energ ia de ativação ( E a ) , obtida s através da componente real da condutividade ( σ’ ) e componentes imaginária s da impedância ( Z” ) e do módulo elétrico ( M” ) , co m variaç ão de temperatura , foram atribuída s ao mesmo processo termo - ativado devido a obtenção de valor es próximos. Para o coeficiente de temperatura da permissividade ( TC ɛ ) foram obtidos valores com varia ções nas regiões de baixa e alta frequência para todas as amostras, onde as adições de 0,4 a 0,6 de W mostraram pouca dependência . Através dos dados do di agrama de Nyquist foi identificado a presença de processos de relaxação, modelados por circuitos equivalentes R - CPE em paralelo , no intuito de conhecer as contribuições de grão, contorno de grão e interface eletrodo - amostra . Portanto, o s processos elétrico s no material dependem da temperatura e são resultantes dos fenômenos de relaxação. Dessa forma, foi confirmada a importância dos óxidos sintetizados para a aplicação como elementos capacitivos com moderada ɛ r e baixa tg δ, apresentando pequenas variações com o incremento da temperatura, dentro da região de frequência de 100 Hz - 1 MHz.

Los materiales multiferroicos poseen simultáneamente al menos dos órdenes ferroicos (por ejemplo, ferromagnético y ferroeléctrico), observándose acoplamiento cruzado entrepropiedades. Dicha característica está presente en sistemas monofásicos o multifásicos devarios componentes. Las ferritas de bismuto son cerámicos multiferroicos a temperaturaambiente, si bien es difícil obtenerlas con alta pureza y el acoplamiento magneto-eléctricosuele ser bajo. El primer objetivo de la presente tesis ha sido sintetizar y caracterizarferritas de bismuto de estequiometría definida (BiFeO3), excelente pureza, y sustituidasparcialmente con itrio como estrategia para modificar los órdenes magnéticos y eléctricos. Se observaron variaciones de las propiedades magnetoeléctricas que se correlacionan concambios de tamaño de partícula e inducción de nuevas fases. El segundo objetivo fue desarrollar y caracterizar películas flexibles con propiedadesdieléctricas que permitan su uso como capacitores multiferroicos para electrónica flexible. Se prepararon compositos flexibles, dados por dispersiones de BiFeO3 en diferentes elastómeros:caucho sintético (SBR, no ferroeléctrico) y difluoruro de polivinilideno (PVDF,ferroeléctrico). Se prepararon películas micrométricas flexibles que presentan altas constantesdieléctricas, ferroelectricidad y acoplamiento magneto-eléctrico. La respuesta dieléctricase caracterizó en función del contenido de BiFeO3. En SBR estas propiedades seincrementan al preparar los compositos en presencia de campos magnéticos o eléctricos. También se sintetizaron ferritas de cobalto (ferromagnéticas), observándose acoplamientomagneto-eléctrico al ser dispersadas en PVDF. Se demostró que los compositos basados en SBR y PVDF pueden ser empleados comofiltros de alta frecuencia en circuitos eléctricos, cuyo comportamiento puede regularsevariando el contenido de cerámico. Multiferroic materials have simultaneously at least two ferroic orders (e.g. ferromagneticand ferroelectric), that allows cross coupling of properties. This characteristic is presentin single-phase or multiphase (made of several components) systems. Bismuth ferrites aremultiferroic ceramics at room temperature, although it is difficult to obtain them with highpurity and they generally present low magnetoelectric coupling. The main objective of thisthesis has been synthesising and characterising bismuth ferrite of defined stoichiometry (BiFeO3), excellent purity and partially substituted with yttrium in order to modify themagnetic and electric structural orders. Changes in magnetoelectric properties, that can beattributed to particle size and new phase induction, have been found. The second objective was to develop and characterise flexible films with dielectric propertiesthat allow their use as multiferroic capacitors for flexible electronics. Flexible compositeswere prepared by adding BiFeO3 dispersions into different elastomers: syntheticrubber (SBR, non-ferroelectric) and polyvinylidene difluoride (PVDF, ferroelectric). Flexiblemicrometric films were obtained with large values of dielectric constant, ferroelectricityand magnetoelectric coupling. Dielectric response was characterised as a function of BiFeO3 content. These properties were enhanced in SBR films prepared under the applicationof electric or magnetic fields. Cobalt ferrites (ferromagnetic) were also synthesised. Magnetoelectric coupling wasobserved when they were dispersed in PVDF. It has been demonstrated that SBR and PVDF composites can be used as high frequencyfilters, whose behaviour can be adjusted by modifying the ceramic content. Fil: Saleh Medina, Leila María. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Distributed generation (DG) in radial distribution systems helps improving energy efficiency by reducing technical losses, which enhances power quality, improves reliability, decreases network congestion, and provides other benefits. Although DG must be useful in distribution systems with commercial losses, better relationships and solutions are necessary, especially those that include renewable sources. In this research, we used photovoltaic panels, wind turbines, and capacitors to evaluate the effects of compensating real and reactive power in distribution systems with a high percentage of commercial losses. As the search for the best place to compensate the network necessitates considering a combination of real power, reactive power, and nodes, we considered finding solutions using three metaheuristic algorithms: a genetic algorithm (GA), a particle swarm optimization (PSO), and a bat-inspired algorithm (BA). The main results showed that locating and sizing renewable-energy sources and capacitors, according to commercial losses, help reducing technical losses and power generation costs. Wind turbines reduced technical losses further because they had both the lowest investment costs and a large amount of available resources compared with the results obtained with photovoltaic panels, which showed only some technical loss reduction and a small increase in costs. The hybrid system also showed a good reduction, especially when fewer photovoltaic panels were used. El uso de la Generación Distribuida (GD) en sistemas de distribución radial ayuda a mejorar la eficiencia energética mediante la reducción de pérdidas técnicas, lo que mejora la calidad de la energía eléctrica, mejora la confiabilidad, reduce la congestión de la red y proporciona otros beneficios. Aunque la GD puede ser usada en sistemas de distribución con pérdidas comerciales, se necesitan mejores relaciones y soluciones, especialmente aquellas que incluyan recursos renovables. En esta investigación, hemos usado paneles solares, turbinas eólicas y capacitores para evaluar los efectos de la compensación de potencia activa y reactiva en sistemas de distribución con altos porcentajes de pérdidas comerciales. Debido a que la búsqueda de las mejores ubicaciones para compensar la red necesita considerar combinaciones de potencia activa, potencia reactiva y nodos de ubicación, consideramos tres algoritmos metaheurísticos: algoritmo genético (GA), enjambre de partículas (PSO) y algoritmo basado en murciélagos (BA). Los resultados principales muestran que la localización y dimensionamiento de los recursos de energía renovables y capacitores, considerando pérdidas comerciales, ayudan a reducir las pérdidas técnicas y los costos de generación. Las turbinas eólicas redujeron las pérdidas técnicas porque tenían bajos costos de inversión y una gran cantidad de recursos disponibles en comparación con los resultados obtenidos con los paneles solares, los que mostraron solo alguna reducción de pérdidas técnicas y un pequeño aumento en los costos. El sistema híbrido también mostró una buena reducción de las pérdidas, especialmente cuando se utilizaron menos paneles solares.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Este trabalho visa preparar e caracterizar nanocompósitos de nanotubos de carbono e óxido de ferro para aplicação em eletrodos de supercapacitores. Supercapacitores são dispositivos para armazenamento de energia que apresentam longo ciclo de vida, alta densidade de energia, alta densidade de potência e curto tempo de carga e descarga. Nanotubos de carbono apresentam grande área superficial específica que contribui para o aumento do armazenamento de energia eletrostática e excelente condutividade que contribui para a menor resistência do dispositivo. A preparação deste nanocompósito foi realizada em três etapas sucessivas. A primeira etapa trata-se de depositar, na forma de filmes finos de boa homogeneidade, nanotubos de carbono sobre um substrato de aço inox através da técnica de Deposição Eletroforética. Em seguida, utilizando-se a técnica de Eletrodeposição foi eletrodepositado ferro nos nanotubos de carbono. A terceira etapa de preparação do nanocompósito será um tratamento térmico, com a finalidade de oxidar totalmente o ferro que reveste os nanotubos de carbonos e dá-los também uma maior estabilidade eletroquímica. Com imagens feitas por Microscopia Eletrônica de Varredura foi analisada a morfologia dos nanocompósitos. Para se analisar o comportamento eletroquímico do nanocompósito foi utilizada a técnica de voltametrias cíclicas (CV). A análise das curvas CV mostrou que o nanocompósito apresenta um bom desempenho pseudocapacitivo, contribuindo fortemente para o aumento da capacitância dos eletrodos. No nanocompósito de nanotubos de carbono e óxido de ferro com limitação de carga de 10mC encontrou-se uma curva típica do processo pseudocapacitivo e capacitância no valor de 5140μF no eletrólito Na 2 SO 4 1M/aquosa. No nanocompósito de nanotubos de carbono e óxido de ferro com limitação de carga de 100mC no eletrólito NaClO 4 0,5M/DMF a capacitância obteve valor de 5630 μF, menor que a apresentada pelo nanocompósito de carga 10mC, 6330 μF no mesmo potencial. No eletrólito NaOH 1M/aquosa os nanocompósitos de nanotubos de carbono e óxido de ferro apresentaram capacitância menor que os nanotubos de carbono termicamente tratados. Portanto os nanocompósitos com carga de 10mC apresentam maior valor de capacitância. This work aims to prepare and characterize nanocomposites of carbon nanotubes and iron oxide for use in supercapacitors electrodes. Supercapacitors are devices for energy storage that have long cycle life, high energy density, high power density and short time of loading and unloading. Carbon nanotubes have large specific surface area which contributes to the increase of electrostatic energy storage and excellent conductivity which contributes to lower device resistance. The preparation of this nanocomposite was carried out in three successive stages. The first step it is deposited in the form of thin films of good homogeneity, carbon nanotubes on a stainless steel substrate by the electrophoretic deposition technique. Then, using the electrodeposition technique was electrodeposited iron in carbon nanotubes. The third nanocomposite preparation step is a heat treatment in order to fully oxidize the iron coating the carbon nanotubes and also gives them a higher electrochemical stability. With images made by scanning electron microscopy, we analyzed the morphology of the nanocomposites. To analyze the electrochemical behavior of the nanocomposite was used the technique of cyclic voltammetry (CV). Analysis of the CV curves showed that the nanocomposite shows a good pseudocapacitive performance, contributing greatly to increase the capacitance of the electrodes. In the carbon nanotube nanocomposite and iron oxide with 10mC load limitation encountered is a typical curve of pseudocapacitivo process and the capacitance value 5140μF in 1M Na2SO4 electrolyte / water. In the nanocomposite of carbon nanotubes and iron oxide 100MC with load limitation in the electrolyte 0.5 M NaClO 4 / DMF capacitance value obtained mF 5630, lower than that one presented by the load nanocomposite 10mC, 6330 mF at the same potential. The electrolyte 1M NaOH / aqueous nanocomposites of carbon nanotubes and iron oxide showed lower capacitance than the heat-treated carbon nanotubes. So nanocomposites with 10mC load have a higher capacitance value.

La anodización de titanio en soluciones con ión fluoruro produce arreglos de nanotubos de dióxido de titanio altamente organizados de forma perpendicular al sustrato. En el proceso, un campo eléctrico es aplicado entre un ánodo de titanio y un cátodo metálico sumergidos en una solución electrolítica que contenga fluoruro y agua. Esta técnica ha sido ampliamente usada en la producción de este nanomaterial para su aplicación en una amplia variedad de campos incluyendo tratamiento de aguas residuales, biomedicina y almacenamiento y conversión de energía. El interés en la anodización como procedimiento de preparación de nanotubos de dióxido de titanio se debe a su simplicidad y al alto grado de control sobre la morfología del nanomaterial resultante. Los requerimientos en cuanto a la morfología del material varían entre una aplicación y otra. Es por esta razón que mucha de la investigación se ha concentrado en controlar las características morfológicas de los nanotubos. Esto se consigue ajustando las condiciones de anodización, por ejemplo el perfil de voltaje aplicado y la composición del baño electrolítico. En esta tesis, los efectos de las principales condiciones de anodización en voltaje constante son modeladas para obtener una expresión cinética empírica capaz de predecir acertadamente la longitud en función del tiempo de arreglos de nanotubos de dióxido de titanio producidos dentro de un amplio rango de condiciones. Este trabajo también explora las razones detrás de la formación de morfologías avanzadas tales como arreglos de nanobambúes y múltiples capas de nanotubos obtenidas por anodización en voltaje alternante. El modelo cinético desarrollado en esta tesis es usado en el estudio del uso de los nanotubos de dióxido de titanio en un nuevo tipo de capacitores electrostáticos con alta densidad de energía fabricados con materiales super dieléctricos. Esta tesis cierra algunas brechas en la comprensión del proceso de síntesis de los arreglos de nanotubos de dióxido de titanio y sienta las bases para la investigación de un nuevo tipo de capacitor. Abstract. Anodization of titanium in fluoride containing electrolytes yields highly ordered titania nanotube arrays perpendicular to the surface of the substrate. In the process, an electric field is applied between a titanium anode and a metallic cathode submerged in a solution containing fluoride and water. This procedure has been widely used to produce this nanomaterial for application in many fields, including wastewater treatment, biomedicine, and energy conversion and storage. The interest for this technique comes from its simplicity and the high degree of control over the morphology of the resulting material. Depending on the application, nanotubes with different morphologies are required. For that reason much of the research has focused on tuning the morphological features of titania nanotubes. This is achieved adjusting the anodization conditions, such as the applied voltage profile and the composition of the anodization solution. In this thesis, the effects of the main constant voltage anodization conditions are modeled to produce an empirical kinetic expression that accurately predicts the length of titania nanotube arrays grown under a wide range of voltages and electrolyte compositions at different times. This work also explores the reasons behind the formation of advanced morphologies such as bamboo-like structures and multiple layers of nanotubes obtained via alternating voltage anodization. The kinetic model developed in this thesis is used in the study of the application of titania nanotube arrays in a novel type of super dielectric materials based electrostatic capacitors with high energy capacity. This thesis fills some gaps in the understanding of the synthesis of titania nanotube arrays and sets the basis for the research on a new kind of capacitor. Maestría

Visando determinar os valores ótimos para o processo de serramento de anéis bobinados de filme metalizado ultrafino de alumínio com dielétrico de poliéster a partir das condições atuais do processo de fabricação de capacitores pela empresa Epcos do Brasil, realizou-se a avaliação de diferentes tipos de serras circulares variando-se a velocidade de rotação (n) e o tempo de corte (tc). Desenvolvido projeto de experimento desses três fatores a fim de obter o resultado das interações entre eles quanto à resistência de isolamento (Riso) das peças cortadas. A serra de 160 dentes de metal-duro com revestimento de filme de carbono tipo diamante (DLC) apresentou os melhores resultados quanto à “Riso” acima de 0,378 G e quanto ao número de peças com valor abaixo deste. Constatou-se que “n” não influencia significativamente para a distribuição de “Riso”; porém, gera menos peças abaixo do especificado. Já “tc” não influencia significativamente o processo. Quanto ao tipo de dente, o perfil reto obteve melhor resultado para lâminas de serra com 80 dentes e perfil curvo para lâminas com 160 dentes. Já a espessura da lâmina não influenciou de forma expressiva o processo. A lâmina de aço-rápido apresentou adesão de alumínio na lateral do corpo da serra e, consequentemente, adesão de material na superfície de corte. As lâminas de metal-duro sem revestimento apresentaram falhas no filme metalizado por causa do atrito gerado entre a superfície de corte e a lateral da lâmina; esse inconveniente é eliminado quando ela é revestida com filme DLC apresentando melhorias quanto à “Riso” das peças para “n” menores. Também houve adesão de alumínio na parte inferior do dente devido a uma delaminação da camada de filme DLC. In order to determine the optimal values for the sawing process of wound rings of metalized ultra-thin film with dielectric of polyester from current conditions of capacitor manufacturing process by Epcos company in Brazil, it was performed the evaluation of different types of circular saws varying the rotational speed (n) and the cutting time (tc). Developed experiment design methodology for these three factors in order to get the result of the interactions between them regarding to the insulation resistance (Riso) of cut parts. Through the analysis of the main effects, the cemented carbide saw with 160 teeth and diamond-like carbon (DLC) film coating showed the best results in terms of "Riso" above 0,378 G and regarding to the number of parts with value below the specified. It was found that "n" does not influence significantly the distribution of "Riso"; however, generates fewer parts below the specified. Now "tc" does not significantly influence the process. Regarding the tooth type, straight profile obtained better results for saw blades with 80 teeth and curved profile for blades with 160 teeth. However the thickness of the blade did not influence significantly the process. The high speed steel blade presented adhesion of aluminum on the side of the saw body and, consequently, adhesion of material on the cutting surface. The cemented carbide blades uncoated presented failures on metalized film because of the friction generated between the cutting surface and the side of the blade; this drawback is eliminated when it is coated with DLC film presenting improvements to the parts "Riso" for lower "n". There was also aluminum adhesion on the bottom of the tooth due to a delamination of the DLC film layer.

Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEE) estão, pelas próprias condições de funcionamento, sujeitos a perdas de energia e quedas nos níveis de tensão. Uma das formas de reduzir as perdas e ao mesmo tempo melhorar o perfil de tensão do SDEE consiste na utilização de bancos de capacitores e reguladores de tensão ao longo dos alimentadores. Para isto a alocação ótima destes equipamentos torna-se de fundamental importância, logo este trabalho tem por objetivo a utilização de um método quadrático de programação por metas multiobjetivo para a ótima alocação desses equipamentos visando a redução de perdas (meta 1) com o menor custo de investimento (meta 2) sujeito a restrições do fluxo de potência, limites técnicos de operação, mudança no controle dos capacitores chaveados e dos taps dos reguladores de tensão. O constante aumento na penetração da geração distribuída traz novos desafios para o controle e a operação dos SDEE. A metodologia proposta considera os efeitos destas fontes de geração e os seus impactos na alocações ótima dos bancos de capacitores e reguladores de tensão. Com o intuito de resolver o problema de otimização em programas comerciais como Gurobi e Cplex uma metodologia linear de cálculo de fluxo de potência é utilizada. Os algoritmos foram desenvolvidos no software Matlab, e posteriormente foi realizada a conversão para linguagem GAMS (Generic Algebraic Modeling System) para utilização dos solvers na plataforma NEOS (Network Enabled Optimization System). Power distribution systems (DS) are susceptible to energy loss and voltage drops, mainly because of the way that they are operated and built. One way to minimize system loss and improve the voltage profile of DS is with the use of capacitor banks and voltage regulators (VRs) along the distribution feeders. In this scenario, the optimal placement of these devices becomes crucial. In this paper, a quadratic multi objective goal programming method is proposed to obtain the optimal placement of these devices, where the goals are energy loss (goal 1) and the total investment cost (goal 2). The model is subject to system operation constraints, such as power flow demands, limits of voltages and currents, number of stages of switched capacitors and the tap control of VRs. The increase of distributed generation penetration brings new challenges for control and operation of DS. The proposed methodology considers the effects of these power sources and their impact on optimal allocations of capacitors and VRs. With the aim of solving the optimization problem in commercial programs, a linear power flow is used. The algorithms were developed with Matlab software and the conversion was made to a General Algebraic Modeling System (GAMS) language and solved in the NEOS (Network Enabled Optimization System) platform.