Evaluation of composite Mno2 and activated carbon electrodes for application in supercapacitors

Autor: Feliciano, Anderson Silva
Přispěvatelé: Bocchi, Nerilso
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCAR
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Evaluation of composite Mno2 and activated carbon electrodes for application in supercapacitors. Manganese dioxide (MnO2) nanoparticles were synthesized by microwave-assisted hydrothermal methodology and characterized by X-ray diffraction (XRD). The composite materials were obtained by mixing different mass fractions of MnO2 (50 – 95%) and CAP (0 – 45%) and a constant fraction of 5% of polyvinylidene (PVDF) as binder. The electrodes produced from different composite materials were analyzed by cyclic voltammetry (VC). The results achieved by charging and discharging (C/D) showed that the composite electrode consisting of 75% (m/m) of MnO2, 20% (m/m) of CAP and 5% (m/m) of PVDF presented a specific capacitance value of 213 F g–1. N2 physisorption and scanning electron microscopy (SEM) analyzes were then performed for the composite material of this electrode (517 m2 g–1) and its precursors (131 m2 g–1 for MnO2 and 2391 m2 g–1 for CAP). Despite the drastic decrease in the specific surface area of the composite material in relation to that of the CAP (~78 %), the electrochemical characterizations showed that there was a synergistic effect when mixing MnO2 and CAP, since the composite electrode exhibited a specific capacitance higher than that of the electrodes produced with precursor materials. C/D tests performed with the best composite electrode at a specific current of 0.2 A g–1 indicated a maximum specific capacitance value of 213 F g–1, decreasing to 170 F g–1 with an ohmic drop of 32 mV when raising the specific current to 2.0 A g–1. Finally, the composite electrode showed charge retention of 77% and coulombic efficiency of 100% after 5000 C/D cycles. Thus, the analyses carried out in this work demonstrate that the composite material consisting of nanometric MnO2 and CAP is a suitable material for application in electrodes of electrochemical capacitors. Nanoparticulas de dióxido de manganês (MnO2) foram sintetizadas pela metodologia hidrotérmica assistida por micro-ondas e caracterizadas por difração de raios X (DRX). Os materiais compósitos foram obtidos misturando-se distintas frações mássicas de MnO2 (50 – 95 %) e CAP (0 – 45 %) e uma fração constante de 5 % de polivinilideno (PVDF) como aglutinante. Os eletrodos produzidos a partir dos diferentes materiais compósitos foram analisados por voltametria cíclica (VC). Os resultados alcançados por carregamento e descarregamento (C/D) mostraram que o eletrodo compósito constituído de 75 % (m/m) de MnO2, 20 % (m/m) de CAP e 5 % (m/m) de PVDF apresentou um valor de capacitância específica 213 F g–1. Análises de fisissorção de N2 e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram então realizadas para o material compósito deste eletrodo (517 m2 g–1) e seus precursores (131 m2 g–1 para o MnO2 e 2391 m2 g–1 para o CAP). Apesar da drástica diminuição da área superficial específica do material compósito em relação à do CAP (~78 %), as caracterizações eletroquímicas mostraram haver um efeito sinérgico ao se misturar MnO2 e CAP, uma vez que o eletrodo compósito exibiu uma capacitância específica superior à dos eletrodos produzidos com os materiais precursores. Testes de C/D realizados com o melhor eletrodo compósito a uma corrente específica de 0,2 A g–1 indicaram um valor máximo de capacitância específica de 213 F g–1, diminuindo para 170 F g–1 com uma queda ôhmica de 32 mV ao se elevar a corrente específica para 2,0 A g–1. Finalmente, o eletrodo compósito apresentou retenção de carga de 77 % e eficiência coulômbica de 100 % após 5000 ciclos de C/D. Deste modo, as análises realizadas neste trabalho demonstram que o material compósito constituído de MnO2 nanométrico e CAP é um material satisfatório para aplicação em eletrodos de capacitores eletroquímicos. 88887.570182/2020-00
Databáze: OpenAIRE
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