Síntese e caracterização de Óxido de ferro e do compósito Óxido de ferro/Óxido de grafeno reduzido para aplicação em supercapacitores

• Main Author: Jezini, Valeska Santana
• Other Authors: Pocrifka, Leandro Aparecido
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal do Amazonas 2016
• Subjects: Óxido de ferro; Óxido de grafeno; Difratometria de Raios X; Espectroscopia Raman; Espectroscopia Vibracional; Voltametria Cíclica; ENGENHARIAS: ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Online Access: http://tede.ufam.edu.br/handle/tede/4823

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Jezini.pdf: 4244716 bytes, checksum: 2092acb9d1b709ff3be50013cfb0f567 (MD5) Previous issue date: 2015-09-25 === FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas === Electrochemical capacitors are energy storage devices that have high power density and higher energy density than a conventional capacitor, they are used in portable devices like cell phones and cameras. The materials used in these devices are carbon, conductive polymers and transition metal oxides. Currently, Fe2O3 is gaining prominence due to its low cost, non-toxicity, and easy handling. Composite metal oxides and carbonaceous materials have been extensively studied, because of the properties of these two materials, forming a hybrid supercapacitor. Among the carbonaceous materials, graphene gets prominence mainly because of the electrical conductivity, surface area and chemical stability. In this work, the Fe2O3 was synthesized by the polymeric precursor method and the graphene oxide was synthesized by the Hummers method. Physical characterization of Fe2O3 was performed by studying the calcination temperature effect on the structure and morphology of the oxide obtained by the polymeric precursors method which showed thermal transition between the γ - Fe2O3 and α - Fe2O3 phases that occurs between 370 and 600 ⁰C. The electrochemical characterization was performed by cycle voltammetry and galvanostatic charge/discharge. The cycle voltammetry showed pseudocapacitor behavior of Fe2O3. The specific capacitance values were calculated for charge/discharge and showed that the oxide calcined at 400 ⁰C obtained the highest value. The physical characterization of the reduced graphene oxide obtained was conducted to demonstrate the oxidation of the graphite and reducing the graphene oxide. Then the Fe2O3/rGO composite was synthesized and held their physical characterization, showing the synergistic effect of the two materials together. The cyclic voltammetry curves show that the composite exhibits a hybrid supercapacitor behavior, joining the pseudocapacitor characteristics of Fe2O3 with the graphene characteristics of electrochemical double layer capacitor. The specific capacitance values were calculated for charge/discharge and show that pure Fe2O3 obtained value greater than the composite synthesized in this work. Among the composites, which contained 80% Fe2O3 and 20% rGO had the highest specific capacitance. === Capacitores eletroquímicos são dispositivos de armazenamento de energia que possuem alta densidade de potência e densidade de energia mais elevada que um capacitor convencional, eles podem ser utilizados em equipamentos portáteis como celulares e câmeras fotográficas. Os materiais geralmente utilizados nestes dispositivos são carbono, polímeros condutores e óxidos de metais de transição. Atualmente, o Fe2O3 vem ganhando destaque devido ao seu baixo custo, não toxidade e fácil manipulação. Compósitos de óxidos de metais e materiais carbonáceos têm sido bastante estudados, visando reunir as propriedades destes dois materiais, formando um supercapacitor híbrido. Dentre os materiais carbonáceos, o grafeno recebe destaque principalmente devido a sua condutividade elétrica, área superficial e estabilidade química. Neste trabalho, o Fe2O3 foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos e o óxido de grafeno foi sintetizado pelo método de Hummers. Foi realizada a caracterização física do Fe2O3, estudando o efeito da temperatura de calcinação sobre a estrutura e morfologia do óxido obtido pelo método dos precursores poliméricos, que mostrou a transição térmica entre as fases γ - Fe2O3 e α - Fe2O3 que ocorre entre 370 e 600 ⁰C. A caracterização eletroquímica foi realizada por voltametria cíclica e carga e descarga. As voltametrias mostraram o comportamento pseudocapacitivo do Fe2O3. Os valores de capacitância específica foram calculados por carga e descarga e mostram que o óxido calcinado a 400 ⁰C , que continha uma mistura de fases γ - Fe2O3 e α - Fe2O3 , obteve o maior valor. A caracterização física do óxido de grafeno reduzido obtido foi realizada para comprovar a oxidação da grafite e a redução do óxido de grafeno. Em seguida foi sintetizado o compósito Fe2O3/rGO e realizada a sua caracterização física, mostrando o efeito sinérgico dos dois materiais juntos. As curvas de voltametria cíclica mostram que o compósito exibe um comportamento de supercapacitor híbrido, reunindo as características pseudocapacitivas do Fe2O3 com as características de um supercapacitor de dupla camada do grafeno. Os valores de capacitância específica foram calculados por carga e descarga e mostram que o Fe2O3 puro obteve maior valor que o compósito preparado neste trabalho. Entre os compósitos, o que continha 80% de Fe2O3 e 20% de rGO obteve a maior capacitância específica.