Fabricação e caracterização de supercapacitores flexíveis com eletrodos compostos por multicamadas de grafeno e filmes finos de óxido metálico

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.