Desenvolvimento de supercapacitores de alto desempenho baseados em eletrodos nanoestruturados e eletrólitos de líquidos iônicos

Neste trabalho foi realizado um estudo fundamental de diferentes materiais (grafeno, nanotubos de carbono, líquidos iônicos e poli(líquido iônico)) visando aplicação no preparo de capacitores eletroquímicos de dupla camada (supercapacitores). As propriedades térmicas, morfológicas e elétricas desses materiais foram estudadas buscando-se estabelecer correlações de estrutura-propriedade. Os líquidos iônicos estudados apresentaram boa estabilidade térmica e eletroquímica, além de condutividade adequada para seu emprego como eletrólito de supercapacitores. As nanofolhas de óxido de grafeno reduzido, tanto puras (RGO) quanto modificadas com poli(líquido iônico) (PIL:RGO), mostraram-se adequadas para utilização como materiais de eletrodo. Supercapacitores na configuração empilhada, foram construídos a partir desses materiais e capacitâncias de até 71,5 F/g a 25 °C foram obtidas. O uso de poli(líquido iônico) como material componente dos eletrodos dos supercapacitores mostrou ser uma estratégia promissora para o preparo de dispositivos com alta eficiência capacitiva. Nanofolhas de óxido de grafeno reduzido e nanotubos de carbono de paredes múltiplas foram utilizadas no preparo de supercapacitores na configuração planar. Utilizando tal configuração foi possível explorar ao máximo da área superficial dos nanomateriais de carbono para o desenvolvimento de dispositivos miniaturizados com características ultrafinas. A combinação de RGO e nanotubos de carbono mostrou ser adequada, uma vez que dispositivos com capacitâncias de até 153,7 F/g a 25 °C foram obtidos. Os dispositivos tanto na configuração empilhada quanto planar apresentaram bons valores de densidade de energia e potência, além de longa estabilidade eletroquímica, são compactos e podem ser explorados para a preparação de dispositivos flexíveis. In this work a fundamental study of different materials (graphene, carbon nanotubes, ionic liquids and poly(ionic liquid)) was performed in order to direct application in the preparation of double layer electrochemical capacitors (supercapacitors). Thermal, morphological and electrical properties of these materials were studied seeking to establish structure-property correlations. Some studies with ionic liquids exhibited good thermal and electrochemical stability, and adequate conductivity for its use as electrolyte in supercapacitors. The reduced graphene oxide nanosheets, either pure (RGO) or modified with poly (ionic liquid), were suitable for use as electrode materials. Supercapacitors in the stacking configuration were constructed from these materials and capacitances up to 71.5 F/g at 25 °C were obtained. The use of poly (ionic liquid) as component material of the supercapacitors electrodes proved to be a promising strategy for achieving devices with high efficiency capacitive. Reduced graphene oxide nanosheets and multi-walled carbon nanotubes were used in the preparation of supercapacitors with in plane configuration. Using this structure it was possible to exploit the maximization in the surface area of the carbon nanomaterials for the development of miniaturized devices with ultrathin characteristics. The combination of RGO and carbon nanotubes proved to be suitable, since those devices with capacitances up to 153.7 F/g at 25 °C were obtained. The devices in both configuration (stacking and in plane) presented good values of energy density and power, long electrochemical stability, compact format and possibility of preparation in flexible shape.