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Previous issue date: 2004-12-17 === Universidade Federal de Minas Gerais === The composites were obtained by cyclic voltammetry and the
incorporation of Cu(II) to the Pani(DMcT) / C fiber composite was carried out by two
methods: A) Cu(II) added to the polymerization electrolyte along with the aniline, and
B) Cu(II) and DMcT adsorbed onto the carbon fiber for 12 h, in a step previous to the
electropolymerization. The comparison of complex-plane diagrams obtained at 0.2
V for the composites prepared by method B and for the pure poli(DMcT) film showed
that the values of the charge transfer resistance are significantly smaller for the
composites; on the other hand, at 0.2 V the composites presented greater pseudocapacitance
values than the pure poli(DMcT) film due to their porous and
homogeneous morphology. The experimental discharge capacity for this composite
in 1 M LiClO4 in propylene carbonate was 110 mA h g-1, with a coulombic efficiency
of 100%, and 165 mA h g-1 in a jellified polymeric electrolyte (κ = 1,8.10-3 S cm-1),
with a coulombic efficiency of 100% after 20 charge/discharge cycles, indicating that
both materials (Pani and poli(DMcT)) remained active during the charge and
discharge processes. The good stability and reversibility characteristics of the redox
reactions of this composite are due to the presence of Cu(II) and the sulfur of the thiol
group, which were detected by XPS. The discharge capacities of the bilayer Ppy-
PSS- / Pani / C fiber and Pani / Ppy-PSS- / C fiber electrodes, obtained after 20
cycles in the charge and discharge tests, were approximately 225 mA h g-1, with a
coulombic efficiency of 100%, and 60 mA h g-1, with a coulombic efficiency of 29%,
respectively. Once the cathode (obtained by method B) and anode (Ppy-PSS- / Pani /
C fiber) materials were chosen, along with the polymeric electrolyte analyzed, the
main objective of this thesis project became feasible: realization of charge and
discharge tests of a battery made only of polymeric materials (cathode, anode and
electrolyte). The cell potential of this battery was only 0.68 V, which lead to the low
value of the energy density of 148 W h g-1. However, the battery presented a high
initial value of the discharge capacity, 129 mA h g-1, after 3 cycles, with a coulombic
efficiency of about 100%. === Os compósitos foram obtidos via voltametria cíclica, sendo que a incorporação do
Cu(II) ao compósito Pani(DMcT) / fibra C foi feita por dois métodos: A) Cu(II)
adicionado ao eletrólito de polimerização, juntamente com a anilina, e B) Cu(II) e
DMcT adsorvidos à fibra de carbono por 12 h, em etapa prévia à
eletropolimerização. Os diagramas de plano complexo para os compósitos
preparados pelo método B polarizados em -0,2 V mostraram que houve um
decréscimo acentuado dos valores de resistência à transferência de carga quando
comparados aos de um filme de poli(DMcT) puro e em 0,2 V, mostraram um
acréscimo nos valores de pseudo-capacitância quando comparados aos de um filme
de polianilina puro em virtude de sua morfologia porosa e homogênea. A capacidade
de descarga experimental deste compósito em carbonato de propileno contendo
LiClO4 1 M foi de 110 mA h g-1, com uma eficiência coulômbica de 100%, e de 165
mA h g-1 em um eletrólito polimérico gelificado (κ = 1,8.10-3 S cm-1), com uma
eficiência coulômbica de 100% após 20 ciclos de carga/descarga, indicando que
ambos os materiais (Pani e poli(DMcT)) permaneceram ativos durante os processos
de carga e descarga. As boas características de estabilidade e reversibilidade das
reações redox desse compósito deve-se à presença de complexos entre o Cu(II) e o
enxofre do grupo tiol, os quais foram detectados por XPS. As capacidades de
descarga dos eletrodos bicamadas Ppy-PSS- / Pani / fibra C e Pani / Ppy-PSS- / fibra
C, obtidas nos testes de carga e descarga após 20 ciclos, foram de
aproximadamente 225 mA h g-1, com 100 % de eficiência coulômbica, e 60 mA h g-1,
com 29 % de eficiência coulômbica, respectivamente. A partir das escolhas dos
materiais para catodo (obtido pelo método B) e anodo (Ppy-PSS- / Pani / fibra C),
juntamente com o eletrólito polimérico analisado, o grande objetivo deste projeto de
tese tornou-se factível: realização de testes de carga e descarga de uma bateria
contendo somente materiais poliméricos (catodo, anodo e eletrólito). O potencial de
célula desta bateria foi de apenas 0,68 V, o que resultou no baixo valor de
densidade energética de 148 W h g-1. No entanto, a bateria apresentou um alto valor
de descarga inicial, 129 mA h g-1, após 3 ciclos, com eficiência coulômbica de cerca
de 100%.
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