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ORCID:  http://orcid.org/0009-0005-1275-4488
Tipo de documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Filme nanocompósito entre nanotubos de carbono e hexacianoferrato de cobalto como alternativa de catodos para baterias de inserção de íons alumínio
Título (s) alternativo (s): Nanocomposite film between carbon nanotubes and cobalt hexacyanoferrate as an alternative cathode for aluminum-ion insertion batteries.
Autor: Silva, Geovana Fernandes
Primer orientador: Nossol, Edson
Primer miembro de la banca: Richter, Eduardo Mathias
Segundo miembro de la banca: Bernardo, Marcela Piassi
Resumen: Tecnologias limpas, sustentáveis e eficientes para o desenvolvimento de novas baterias leves e portáteis têm impulsionado aplicações eletrônicas baseadas em filmes finos, buscando encontrar eletrodos que possam desempenhar papéis cruciais na nova geração de dispositivos de armazenamento de energia. Análogos do azul da Prússia (AAP) e dos nanotubos de carbono (NTC) vêm sendo cada vez mais investigados como alternativas de componentes de dispositivos de armazenamento de energia. A combinação de propriedades desejáveis, como o comportamento redox e os sítios intersticiais dos AAP, juntamente com a elevada área superficial e a condutividade elétrica dos NTC, resulta em um nanocompósito promissor para o avanço das baterias de intercalação iônica. Esse trabalho teve como objetivo a síntese de filmes nanocompósitos de hexacianoferrato de cobalto com nanotubos de carbono (HCFCo/NTC), sua caracterização e o estudo eletroquímico de intercalação de íons de alumínio. O material foi sintetizado por meio do método interfacial líquido/ líquido, no qual soluções dos reagentes precursores do HCFCo foram adicionadas a dispersões de NTC em tolueno. O filme nanocompósito foi caracterizado pelas técnicas de difração de raios X, espetroscopia Raman, espectroscopia na região do infravermelho, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X por dispersão de energia e microscopia eletrônica de transmissão, que atestaram a formação do material proposto, assim como a distribuição das partículas de HCFCo em meio ao emaranhado de NTC. Para o estudo eletroquímico, foi montado uma célula de três eletrodos utilizando AlCl3 0,1mol L-1 como eletrólito, tendo o filme depositado sob um eletrodo de carbono, como eletrodo de trabalho, obtendo-se uma capacidade específica de 94,74 mA h g-1 e retenção de 78% após 10 ciclos sob densidade de corrente de 0,04 A g-1 (0,5C). O catodo reteve 77,7% da capacidade inicial ao final de 500 ciclos a 1,62 A g-1 (2C). No teste variando as densidades de corrente, os valores obtidos de capacidade específica foram 97,67, 82,88, 75,04 e 64,63 mA h g-1 para 0,04, 0,8, 1,62 e 4,0 A g-1, respectivamente, com capacidade de retenção de 66%. O método de síntese se mostrou eficiente, resultando em eletrodos promissores como catodos de baterias aquosas de íon Al3+, demonstrando o potencial do filme nanocompósito HCFCo/NTC como material para o desenvolvimento de baterias mais leves, seguras, translúcidas, flexíveis, ambientalmente amigáveis e com alto custo-benefício.
Abstract: Clean, sustainable, and efficient technologies have been driving thin-film-based electronic applications for the development of new lightweight and portable batteries, focusing on the establishment of electrodes that play crucial roles in the next generation of energy storage devices. Prussian blue analogues (PBA) and carbon nanotubes (CNT) have been increasingly investigated as alternative components for energy storage devices. The combination of desirable properties, such as the redox behavior and interstitial sites of PBA, along with the high surface area and electrical conductivity of CNT, results in promising nanocomposites for the advancement of ion-intercalation batteries. This study aimed at the synthesis and characterization of cobalt hexacyanoferrate/carbon nanotube (HCFCo/CNT) nanocomposite films, ultimately investigating their electrochemical performance in aluminum ion intercalation in aqueous electrolytes. The material was synthesized using the liquid/liquid interfacial method, in which precursor solutions of HCFCo were added to CNT dispersions in toluene. The nanocomposite film was characterized using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and transmission electron microscopy, which confirmed the formation of the proposed material, as well as the distribution of HCFCo particles within the CNT network. For the electrochemical study, a three-electrode cell was assembled using 0.1 mol L⁻¹ AlCl₃ as the supporting electrolyte, with the film deposited onto a carbon electrode as the working electrode. The material exhibited a specific capacity of 94.74 mA h g⁻¹ with a retention of 78% after 10 cycles at a current density of 0.04 A g⁻¹ (0.5C). The cathode retained 77.7% of its initial capacity after 500 cycles at 1.62 A g⁻¹ (2C). In the test with varying current densities, the specific capacity values obtained were 97.67, 82.88, 75.04, and 64.63 mA h g⁻¹ for 0.04, 0.8, 1.62, and 4.0 A g⁻¹, respectively, with a retention of 66%. The synthesis method proved to be efficient, resulting in promising electrodes as cathodes for aqueous Al³⁺-ion batteries, demonstrating the potential of the HCFCo/CNT nanocomposite film as a material for the development of lighter, safer, translucent, flexible, environmentally friendly, and cost-effective batteries.
Palabras clave: Análogos do azul da Prússia
Prussian blue analogues
Materiais nanoestruturados
Nanostructured materials
Eletrodo catôdico
Cathode electrode
Baterias de íons de alumínio
Aluminum-ion batteries
Área (s) del CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Cita: SILVA, Geovana Fernandes. Filme nanocompósito entre nanotubos de Carbono e hexacianoferrato de cobalto como alternativa de catodos para baterias de inserção de íons alumínio. 2025. 42 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química Industrial) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/47588
Fecha de defensa: 9-may-2025
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