Esferas de carbono produzidas pelo método Stöber modificado para aplicação em eletrodos de supercapacitor

Abstract

Nesse trabalho foram desenvolvidos materiais para serem aplicados em eletrodos de supercapacitores. Supercapacitores são componentes que armazenam uma grande quantidade de energia tendo como característica altos valores de capacitância quando comparados aos capacitores convencionais, como os capacitores eletrolíticos, por exemplo, os quais também são capazes de armazenar e liberar energia de uma forma extremamente rápida quando comparado com as baterias, além de possuir uma vida útil maior. Embora o supercapacitor se destaque pela sua alta densidade de potência; sua densidade de energia é menor do que a das baterias, levando em consideração dispositivos de tamanhos similares. Portanto, uma bateria consegue armazenar mais energia que um supercapacitor. Assim sendo, é importante que se desenvolva novos componentes para que suas características menos vantajosas sejam melhoradas. Uma forma de aumentar sua performance é desenvolver novos materiais para seus eletrodos. Características muito importantes, aos eletrodos, são a sua área superficial e sua condutividade. Com o aumento da área é possível atingir maiores valores de capacidade de armazenamento de energia e com uma condutividade mais elevada o componente consegue proporcionar melhores regimes de carga e descarga, visto que assim, é aumentada a eficiência no transporte de elétrons. Estruturas de carbono na forma de esferas conseguem propiciar alta condutividade e grandes áreas superficiais. Essas esferas podem ser desenvolvidas em tamanho submicrométrico, incorporando, assim, suas vantagens morfológicas e eletroquímicas. Portanto, nesse trabalho, foram obtidas, esferas submicrométricas de carbono utilizando, como base da síntese, o método Stöber, empregando tanino obtido através do processo de lixiviação da casca da Acácia-Negra (Acacia mearnsii), como precursor natural. As esferas obtidas mostraram-se promissoras, pois além de apresentarem uma morfologia dentro do esperado para esse tipo de síntese, também apresentaram valores eletroquímicos que justificam um estudo mais aprofundado considerando sua utilização em eletrodos de supercapacitores. Os valores de área superficial das esferas produzidas a partir do tanino atingiram até 507 m².g-1 e capacitância de 66,3 F.g-1.

In this work, materials were developed to be applied in supercapacitor electrodes. Supercapacitors are components that store a large amount of energy, characterized by high capacitance values when compared to conventional capacitors, such as electrolytic capacitors, for example. They can also store and release energy extremely quickly compared to batteries, in addition to having a longer lifetime. Although supercapacitors stand out for their high power density, their energy density is lower than that of batteries, considering devices of similar sizes. Therefore, a battery can storage more energy than a supercapacitor. Hence, it is essential to develop new components to improve its less advantageous characteristics. One way to increase its performance is by developing new materials for its electrodes. The electrode's surface area and conductivity are crucial characteristics. Increasing the surface area enables higher energy storage capacity, and with higher conductivity, the component can provide better charge and discharge rates, thereby increasing electron transport efficiency. Carbon structures in the form of spheres can provide high conductivity and large surface areas. These spheres can be developed in submicrometric sizes, incorporating their physical and chemical advantages. Thus, in this work, submicrometric hollow carbon spheres were obtained using the Stöber method, employing tannin obtained through the leaching process of the Black Wattle bark (Acacia mearnsii), as a natural precursor. The developed spheres proved to be promising, as they not only exhibited the expected morphology for this type of synthesis, but also showed electrochemical values that justify further investigation for their use in supercapacitor electrodes. The surface area values of the spheres produced from tannin reached up to 507 m².g-1 and a capacitance of 66.3 F.g-1.