Neste estudo foi investigado o processo de redução térmica do óxido de grafeno em médio vácuo como uma rota viável de baixo custo econômico para obtenção do óxido de grafeno reduzido para aplicação em supercapacitores. O objetivo principal foi estudar a influência da temperatura de processamento no grau de redução do óxido de grafeno utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio. O processamento constituiu na exposição do óxido de grafeno em várias temperaturas (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) com pressão reduzida (10-2mbar) condição de médio vácuo. Foram utilizadas técnicas convencionais para caracterização dos materiais precursores e processados, tais como: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Com os resultados deste estudo foi demostrado que é possível obter o óxido de grafeno reduzido utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio e temperaturas de processamento superiores a 200°C. / In this study the process of medium vacuum thermal reduction of the graphene oxide as a low cost route for obtaining reduced graphene oxide has been investigated. The main objective was to study the influence of the processing temperature on the degree of reduction of the graphene oxide using a vacuum system with two stage backing pump. The processing was carried out by exposing the graphene oxide at various temperatures (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) with reduced pressure (10-2 mbar). Conventional techniques have been employed to the characterization of the starting and processed materials, such as: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). With the results of this study it has been demonstrated that it is possible to obtain the reduced graphene oxide using a vacuum system with a two stage backing pump and processing temperatures superior to 200°C.

Neste trabalho foi proposto investigar as características de capacitores eletroquímicos de dupla camada elétrica (supercapacitores) utilizando como matéria prima um eletrólito biocompatível como rota viável de baixo custo econômico para obtenção de dispositivos eletrônicos para armazenamento de energia. O objetivo principal foi estudar a influência dos vários parâmetros de processamento nas características elétricas de supercapacitores à base de eletrólito neutro, utilizando, na preparação dos eletrodos oxido de grafeno reduzido via HDDR 400°C e o carbono ativado, também com baixa toxidade e impacto ambiental. O primeiro tópico consistiu na preparação de eletrólitos com diferentes concentrações para avaliar este parâmetro na curva de autodescarga dos supercapacitores. Alternativamente realizou-se a caracterização dos eletrodos preparados com oxido de grafeno reduzido via HDDR 400°C e carbono ativado por ensaios de voltametria cíclica em um analisador eletrônico computadorizado de supercapacitores, que resultou na determinação da capacitância específica do material precursor e das resistências internas. Foram utilizadas técnicas adicionais para caracterização dos materiais precursores e processados, tais como: microscopia eletrônica de varredura (MEV-EDS), difração de raios-X (DRX). / On this work was proposed research the electrochemical double layer capacitors characteristics (supercapacitors) using an environmentally compatible electrolyte as viable low economic cost path to obtain electronics devices for energy storage. The mains objective was to study the influence of the various processing parameters on electrical characteristics of supercapacitors based in neutral electrolyte, using in the preparation the activated carbon and reduced graphene oxide HDDR 400°C, also with low toxicity and environmentally impact. The first topic consisted in the preparation of electrolytes with different concentrations to evaluate this parameter in the self-discharge curve of supercapacitors. Alternatively was made characterization experiments of the activated carbon electrodes and rGO HDDR 400°C by cyclic voltammetry essays in an electronic computerized analyzer of supercapacitors that resulted in the determination of the precursor material specific capacitance and internal resistances Was utilized additional technics for characterization of precursor materials such as scanning electron microscopy (MEV-EDX) and X-ray diffraction (DRX).

Neste estudo foi investigado o processo de redução térmica do óxido de grafeno em médio vácuo como uma rota viável de baixo custo econômico para obtenção do óxido de grafeno reduzido para aplicação em supercapacitores. O objetivo principal foi estudar a influência da temperatura de processamento no grau de redução do óxido de grafeno utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio. O processamento constituiu na exposição do óxido de grafeno em várias temperaturas (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) com pressão reduzida (10-2mbar) condição de médio vácuo. Foram utilizadas técnicas convencionais para caracterização dos materiais precursores e processados, tais como: microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Com os resultados deste estudo foi demostrado que é possível obter o óxido de grafeno reduzido utilizando um sistema de vácuo com bomba mecânica de duplo estágio e temperaturas de processamento superiores a 200°C. / In this study the process of medium vacuum thermal reduction of the graphene oxide as a low cost route for obtaining reduced graphene oxide has been investigated. The main objective was to study the influence of the processing temperature on the degree of reduction of the graphene oxide using a vacuum system with two stage backing pump. The processing was carried out by exposing the graphene oxide at various temperatures (200, 400, 600, 800 e 1000 °C) with reduced pressure (10-2 mbar). Conventional techniques have been employed to the characterization of the starting and processed materials, such as: scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). With the results of this study it has been demonstrated that it is possible to obtain the reduced graphene oxide using a vacuum system with a two stage backing pump and processing temperatures superior to 200°C.

El constante desarrollo industrial y tecnológico ha establecido un escenario dónde, la demanda energética, en especial la eléctrica, se incrementa rápidamente. En este sentido la creciente explotación de los combustibles fósiles, ha logrado en las últimas décadas una fuerte reducción de sus yacimientos y el incremento de la contaminación ambiental. Tomando conciencia de estos problemas surgió la necesidad de diversificar las fuentes primarias de energía, introduciendo fuentes alternativas sustentables y no contaminantes. Entre éstas, las de origen renovable presentan algunas características que las hacen atractivas: complementariedad, libre disponibilidad y capacidad de generación inagotable. En este contexto, como una alternativa a los tradicionales vectores energéticos basados en combustibles fósiles, aparece la posibilidad de emplear un nuevo vector: el hidrógeno, un recurso no contaminante y eficiente. Además, empleado conjuntamente con Pilas de Combustible, puede producir electricidad y calor, con agua pura como único residuo. En base a lo expuesto, en esta tesis se aborda el desarrollo de un Sistema Híbrido de Generación de Energía Eléctrica versátil, basado en una Pila de Combustible PEM y Supercapacitores. De las tecnologías desarrolladas, las Pilas de Combustible tipo PEM, han demostrado un excelente desempeño como fuentes de energía en diversas aplicaciones, gracias a su reducido tamaño, robustez y baja temperatura de operación. Los Supercapacitores, presentan una alta densidad de potencia y frente a otras tecnologías tradicionales actuales son mas compactos, robustos y poseen mayor vida útil. De esta manera, esta combinación permite obtener un sistema de generación de alta densidad energética (gracias al funcionamiento continuo de las primeras) y muy buen desempeño dinámico. El sistema desarrollado tiene por objetivo ser utilizado como fuente de alimentación flexible en múltiples aplicaciones o bien, como una potente herramienta para el desarrollo de avanzadas estrategias de gestión de energía, en ámbito de laboratorio.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-15T21:40:48Z No. of bitstreams: 1 MariaAugustaCavalcantiSoares_DISSERT.pdf: 3097668 bytes, checksum: e79dcba5d529592b21331e686931f1c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-17T14:51:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MariaAugustaCavalcantiSoares_DISSERT.pdf: 3097668 bytes, checksum: e79dcba5d529592b21331e686931f1c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-17T14:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaAugustaCavalcantiSoares_DISSERT.pdf: 3097668 bytes, checksum: e79dcba5d529592b21331e686931f1c1 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Nos ?ltimos anos o desenvolvimento de supercapacitores tem sido bastante pesquisado devido ? propriedade de possuir densidade de pot?ncia maior do que as baterias convencionais. Para atender as demandas tecnol?gicas da sociedade moderna, a cria??o de dispositivos de armazenamento de energia leves, flex?veis e port?teis, tamb?m chamados de supercapacitores flex?veis, est?o sendo estudados. Os nanotubos de carbono (CNTs ? Carbon nanotubes) incrementam propriedades especiais aos substratos t?xteis, tais como, melhoramento da condutividade el?trica e antiest?tica, aumento da durabilidade e condutividade/isolamento de calor e podem ser aplicados em diversas ?reas, podendo atuar como fornecedores de energia para dispositivos de monitoramentos biom?dicos ou implantes, equipamentos militares e para a constru??o civil. O presente trabalho tem como principal objetivo na forma??o de supercapacitores flex?veis utilizando um m?todo para prepara??o e modifica??o dos nanotubos de carbono de m?ltiplas camadas (MWCNT ? Multiwalled carbon nanotubes) para posterior impregna??o sobre substrato t?xtil de soja. A primeira etapa deste trabalho teve o objetivo de avaliar ? forma??o de grupos funcionais na estrutura dos MWCNTs para sua dispers?o em ?gua atrav?s da funcionaliza??o com diferentes ?cidos (H2SO4 ? ?cido sulf?rico e HNO3 ? ?cido n?trico), sendo purificados com HCl (?cido clor?drico) e neutralizados com NH4OH (hidr?xido de am?nio). Na segunda etapa este material foi funcionalizado com quitosana afim de cationizar os MWCNT e potencializar sua adsor??o sobre a malha de soja. Ap?s o estabelecimento dos par?metros adequados, foram analisadas as diferentes concentra??es de MWCNTs (0%, 1,0%, 2,0% e 3,0% sob peso do material funcionalizado), para a identifica??o do melhor resultado. As t?cnicas de caracteriza??o utilizadas comprovaram que o processo de funcionaliza??o ?cida foi satisfat?rio por promover a aberturas dos tubos dos MWCNTs, sendo identificadas atrav?s da Microscopia Eletr?nica de Transmiss?o (MET) e por facilitar a sua solubilidade em meio aquoso observados de acordo com a Espectroscopia de Absor??o UV-vis, al?m de diminuir a quantidade de impurezas met?licas constatadas em Fluoresc?ncia Raio X (FRX). Os efeitos da funcionaliza??o dos MWCNTs foram comprovados em Difra??o Raio X (DRX) e Espectroscopia Raman. A perda de massa do material identificada por An?lise Termogravim?trica (TG) mostra o aumento ap?s a funcionaliza??o. O processo de imobiliza??o dos nanotubos de carbonos sobre as fibras de soja foi comprovado via Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV), bem como, por an?lises eletroqu?micas que determinaram a forma??o de supercapacitores com maior capacit?ncia espec?fica, de 0,766 mF.cm-2, a uma concentra??o de 3,0%, com caracter?sticas t?xteis favor?veis. / In recent years the development of supercapacitors have been searched because of the property of possessing power density greater than conventional batteries. To meet the technological demands of modern society, the creation of energy storage devices, flexible and lightweight laptops, also called flexible supercapacitors are being studied. Carbon nanotubes (CNTs) increment special properties to textile substrates, such as, improving the electrical conductivity and antistatic, increased durability and heat insulation/conductivity and can be applied in various areas, and may act as energy suppliers for Biomedical monitoring devices or implants, military equipment and civil construction. The present work has as main objective in the formation of flexible supercapacitors using a method for preparation and modification of multiwall carbon nanotubes (MWCNT) for subsequent immobilization on soybean protein textile fabric. The first stage of this work corresponds to the formation of functional groups in the structure of MWCNTs for their dispersion in water through the functionalization with different acids (H2SO4 - sulfuric acid and HNO3 - nitric acid), being purified with HCl (hydrochloric acid) and neutralized with NH4OH (ammonium hydroxide). In the second step the material was functionalized with chitosan in order to cationize the MWCNT and potentiate its adsorption in soybean mesh. After establishing the appropriate parameters, different concentrations of MWCNTs (0%, 1.0%, 2.0% and 3.0% under weight of the functionalized material) were analyzed to identify the best result. The characterization techniques used proved that the acid functionalisation process was satisfactory for promoting the openings of the MWCNTs tubes, being identified by Transmission Electron Microscopy (TEM) and for facilitating their solubility in aqueous media observed in accordance with the Spectroscopy of UV-vis absorption, besides decreasing the amount of metallic impurities found in X-ray Fluorescence (XRF).The effect of the functionalization of MWCNTs was confirmed in X-ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy. The loss of mass of the material identified by Thermogravimetric Analysis (TG) shows the increase after the functionalization. The process of immobilization of the nanoparticles in the soybean substrate showed characteristic nanofilaments of the assembly of the MWCNTs on the surface of the samples visualized in Scanning Electron Microscopy (SEM), as well as, the electrochemical analyzes determined the formation of supercapacitors with greater specific capacitance of 0.766 mF.cm-2, at a concentration of 3.0%, with favorable textile characteristics.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2836.pdf: 3403611 bytes, checksum: f74fbdfee85c93466b5d6ecf02670823 (MD5) Previous issue date: 2009-11-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work bilayered electrodes made of polypyrrole Ppy and poly(2,5-dimercapto-1,3,4-tiadiazol) poly(DMcT) were produced and characterized on carbon-fiber substrate. To do so, several aspects were investigated: effect of the charge growth (1, 2, 5 and 10 C) on the electrochemical and morphological properties of Ppy electrodeposited on carbon fiber; definition of a growth charge/mass ratio for the Ppy film, leading to a high electrochemical performance electrodes with a stable specific capacity; proposition of an optimized methodology to prepare, by electrochemical means, bilayered composites of Ppy and poly(DMcT) on carbon fiber substrate. All materials had their morphological and electrochemical properties analyzed by means of scanning electron microscopy, cyclic voltammetry and impedance spectroscopy. Thinner Ppy films presented the higher coulombic efficiency and specific capacity values. Electrochemical impedance results indicated that Ppy catalyses the redox reactions of poly(DMcT), allowing its use in secondary batteries. Galvanostatic charge and discharge tests from either thin Ppy film and poly(DMcT)/Ppy (1 C) bilayered film electrodes resulted in excellent performances when used as lithium ion battery cathodes (130 and 300 mA h g-1, respectively) or electrochemical capacitor electrodes (240 and 500 F g-1, respectively). / Este trabalho visou obter e caracterizar filmes de polipirrol Ppi e poli(2,5-dimercapto-1,3,4-tiadiazol) poli(DMcT) com propriedades físico-químicas adequadas para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia. Para isso, foram realizados estudos do efeito das cargas de crescimento (1, 2, 5, 10 C) nas propriedades eletroquímicas e morfológicas dos filmes de polipirrol eletrodepositados sobre fibra de carbono; otimização de metodologia para produzir eletrodos de filmes bicamada poli(DMcT)/polipirrol e análise do efeito da interação entre estes polímeros nas propriedades finais dos eletrodos; estudos das propriedades elétricas dos eletrodos por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) e análise do desempenho destes eletrodos como catodos em baterias de lítio e eletrodos em capacitores eletroquímicos (supercapacitores). Os resultados mostraram uma influência positiva do substrato de fibra de carbono nas propriedades eletroquímicas e mecânicas dos filmes poliméricos eletrodepositados. Os filmes finos de Ppi apresentaram os melhores valores de eficiência coulômbica e capacidade específica quando comparados aos dos filmes mais espessos. Além disso, resultados de EIE indicaram que os filmes de polipirrol apresentam um importante efeito catalítico sobre as reações redox do poli(DMcT), o que viabiliza seu uso em condições normais de operação de uma bateria. Testes de carga e descarga realizados tanto para os filmes finos de polipirrol quanto para o bicamada de poli(DMcT)/polipirrol (1 C) mostraram excelentes desempenhos quando testados como catodos de bateria de lítio (130 e 300 mA h g-1, respectivamente) ou como eletrodos de um capacitor eletroquímico (240 e 500 F g-1, respectivamente).

Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-06-11T15:52:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese completa versão final.pdf: 13125308 bytes, checksum: 7dbcbc2967ce03174ca53b1f7d521f22 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-06-11T15:52:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese completa versão final.pdf: 13125308 bytes, checksum: 7dbcbc2967ce03174ca53b1f7d521f22 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-11T15:52:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese completa versão final.pdf: 13125308 bytes, checksum: 7dbcbc2967ce03174ca53b1f7d521f22 (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work presents and discusses the results concerning the electrochemical syntheses of CoOOH-Ni(OH)2 bilayer films. For this, different conditions of electrodeposition of the simple components Ni(OH)2 and CoOOH were studied. In the case of Ni(OH)2 deposition, the influence of the electrodeposition temperature on the electrochemical response of the films was studied from the deposition to 5 oC, 10 oC, 15 oC, 20 oC and 25 oC . By means of the Cyclic Voltammetry the different contributions in the charge stored in the material were determined. As a result, it was found that in the films deposited at 10 oC, both the innermost areas of the material, as well as the external ones, participate in the charge storage process, obtaining high capacitance values of 2549 F g-1. In the CoOOH films, the influence of the substrate on the performance of the material was studied. For this the films were deposited in Ti plates, steel plates and steel mesh. The films deposited on a steel plate showed superior electrochemical performance with high capacitance values of 614,3 F g-1 and a stability of 92,6% after 1000 cycles of Cyclic Voltammetry. Taking into account the best conditions of obtaining simple films, CoOOH-Ni(OH)2 bilayer films were developed from the electrochemical oxidation of Co(OH)2 and Ni(OH)2 films used as precursors. The characterization from Raman Spectroscopy showed the effective conversion of Co(OH)2 to CoOOH, with preservation of Ni(OH)2. The bilayer films showed high electrochemical performance as a result of the synergy between the components. Capacitance values of 1795 F g-1 at 1,0 mA cm-2 and capacitance retention of 96,82 % at 10 mA cm-2 were relevant characteristics of bilayer films, making these a promising material in the application as electrode for energy storage devices. / No presente trabalho se apresentam e discutem os resultados referentes à obtenção por via eletroquímica de filmes bicamadas de CoOOH-Ni(OH)2. Para isso foram estudadas diferentes condições de eletrodeposição dos componentes simples Ni(OH)2 e CoOOH. No caso da deposição de Ni(OH)2 se estudou a influência da temperatura de eletrodeposição na resposta eletroquímica dos filmes a partir da deposição a 5 oC, 10 oC, 15 oC, 20 oC e 25 oC. Por meio da Voltametria Cíclica foram determinadas as diferentes contribuições na carga armazenada no material. Como resultado a destacar foi encontrado que nos filmes depositados a 10 oC, tanto as áreas mais internas do material, como as externas, participam do processo de armazenamento de carga, obtendo-se elevados valores de capacitância de 2549 Fg-1. Nos filmes de CoOOH foi estudada a influência do substrato no desempenho do material. Para isso os filmes foram depositados em placas de Ti, placas de aço e malha de aço. Os filmes depositados em placa de aço mostraram desempenho eletroquímico superior, com elevados valores de capacitância de 614,3 F g-1 e uma estabilidade de 92,6 % despois de 1000 ciclos de Voltametria Cíclica. Tendo em conta as melhores condições de obtenção dos filmes simples, foram desenvolvidos filmes bicamada de CoOOH-Ni(OH)2 a partir da oxidação eletroquímica dos filmes de Co(OH)2 e Ni(OH)2 usados como precursores. A caracterização a partir da Espectroscopia Raman mostrou a efetiva conversão de Co(OH)2 a CoOOH, com preservação do Ni(OH)2. Os filmes bicamadas mostraram elevado desempenho eletroquímico como resultado da sinergia entre os componentes. Valores de capacitância de 1795 F g-1 a 1,0 mA cm-2 e uma retenção da capacitância de 96,82 % a 10 mA cm-2 foram características relevantes dos filmes bicamada, tornandoos um material promissor na aplicação como eletrodo para dispositivos de armazenamento de energia.

Submitted by Diogo Oliveira (diogo_dpo@hotmail.com) on 2018-09-11T19:27:30Z No. of bitstreams: 4 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Diogo Padilha Oliveira.pdf: 2087027 bytes, checksum: dce925c5d03b977ea55d48f64a89b36c (MD5) Carta de Encaminhamento para Autodepósito.pdf: 1300274 bytes, checksum: bc86221770e14a2d384060440c52b343 (MD5) Ata de Defesa Pública.pdf: 1062842 bytes, checksum: 30613942cf00a0bcfda46d50a69d6af4 (MD5) / Approved for entry into archive by PPGCEM Ciência e Engenharia de Materiais (ppgcem@ufam.edu.br) on 2018-09-11T19:42:20Z (GMT) No. of bitstreams: 4 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Diogo Padilha Oliveira.pdf: 2087027 bytes, checksum: dce925c5d03b977ea55d48f64a89b36c (MD5) Carta de Encaminhamento para Autodepósito.pdf: 1300274 bytes, checksum: bc86221770e14a2d384060440c52b343 (MD5) Ata de Defesa Pública.pdf: 1062842 bytes, checksum: 30613942cf00a0bcfda46d50a69d6af4 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-09-12T13:44:19Z (GMT) No. of bitstreams: 4 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Diogo Padilha Oliveira.pdf: 2087027 bytes, checksum: dce925c5d03b977ea55d48f64a89b36c (MD5) Carta de Encaminhamento para Autodepósito.pdf: 1300274 bytes, checksum: bc86221770e14a2d384060440c52b343 (MD5) Ata de Defesa Pública.pdf: 1062842 bytes, checksum: 30613942cf00a0bcfda46d50a69d6af4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-12T13:44:19Z (GMT). No. of bitstreams: 4 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Diogo Padilha Oliveira.pdf: 2087027 bytes, checksum: dce925c5d03b977ea55d48f64a89b36c (MD5) Carta de Encaminhamento para Autodepósito.pdf: 1300274 bytes, checksum: bc86221770e14a2d384060440c52b343 (MD5) Ata de Defesa Pública.pdf: 1062842 bytes, checksum: 30613942cf00a0bcfda46d50a69d6af4 (MD5) Previous issue date: 2018-02-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The materials research for high efficiency in energy storage has grown in recent years. Different phases of NiS for application in supercapacitors have been synthesized at different temperatures by hydrothermal method, which is a simple and low cost way. In this work different phases of NiS in powdered carbon were obtained, and their evaluation was made for use in supercapacitors. The material obtained showed better electrochemical properties in the condition synthesis 2 mmol of Na2 S · 9H2O, 1 mmol of Ni (NO3) 2 · 6H2O and 10% by weight of Vulcan carbon at 160 ° C, with a specific capacitance value of 685,66 F g-1. The NiS / Carbon was able to provide a good power density, 327.87 W kg-1, with an energy density of 15.24 Wh kg -1 and 26.10% of capacitance retention after 1000 cycles. The low values of energy density and capacitance retention can be justified by the material amorphous morphology, which has a direct influence on the interaction of the electrode with the electrolyte. Due to these results, the obtained NiS / Carbon is a material with potential use for the application in electrochemical capacitors. / A pesquisa por materiais com alta eficiência em armazenamento de energia tem crescido muito nos últimos anos. Diferentes fases de NiS para aplicação em supercapacitores têm sido sintetizadas em diferentes temperaturas através do método hidrotermal, que tem como principais vantagens ser simples e de baixo custo. Neste trabalho foram obtidas diferentes fases de NiS em carbono em pó, e foi feita sua avaliação para a utilização em supercapacitores. O material obtido apresentou melhores propriedades eletroquímicas na condição de síntese 2 mmol de Na2S·9H2O, 1 mmol de Ni(NO3)2·6H2O e 10% em peso de carbono Vulcan a 160 °C, alcançando valor de capacitância específica de 685,66 F g-1. O NiS/Carbono conseguiu fornecer uma boa densidade de potência, 327,87 W kg-1, com uma densidade de energia de 15,24 Wh kg-1, obtendo 26,10 % de retenção da capacitância em 1000 ciclos. Os baixos valores de densidade de energia e de retenção da capacitância podem ser justificados pela morfologia amorfa deste material, que tem influência direta na interação do eletrodo com o eletrólito. Devido a esses resultados, o NiS/Carbono obtido é um material com potencial uso para a aplicação em capacitores eletroquímicos.

Nesta tese de doutorado foram desenvolvidos e caracterizados nanomateriais eletroativos, explorando estratégias de estabilização e os efeitos sinérgicos em nanomateriais multifuncionais baseados em alfa-hidróxido de níquel, com potencial aplicação nas mais essências e urgentes áreas de atuação científica e tecnológicas, como por exemplo na conversão e armazenamento de energia, e sensores amperométricos. Nesse sentido, foram desenvolvidos nanopartículas (NPs) de alfa-hidróxidos de níquel (α-Ni(OH)2) estabilizados pela formação de nanocompósitos com óxido de grafeno (GO), denominados de α-Ni(OH)2@GO. Analogamente, foram preparados NPs de sais de hidróxido duplo de níquel e cobalto (α- NiCo(OH)2), estabilizados pela incorporação cátions Co2+ na estrutura do α-Ni(OH)2, e o correspondente nanocompósito com óxido de grafeno reduzido (rGO) denominado de α- NiCo(OH)2@rGO. De modo geral, os nanocompósitos exibiram alta capacidade de carga em elevadas densidades de corrente, alta capacidade de retenção de carga e elevada estabilidade como consequência da interação sinergística de seus componentes, com potencial aplicação em dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho, como por exemplo em supercapacitores híbridos. Por outro lado, um dos principais desafios no campo da conversão de energia, concentra-se no desenvolvimento de eletrocatalisadores eficientes e robustos para impulsionar a cinética intrinsecamente lenta da reação de evolução de oxigênio (OER), que envolve etapas de transferência de elétrons acopladas a de prótons. Para isso, foram preparados nanocompósitos ternários baseados em NPs de αNi(OH)2 de diferentes tamanhos, octacarboxiftalocianina de ferro (FeOCPc) e rGO (α-NiFeOCPc@rGO). As NPs de α- Ni@rGO-K maiores e mais cristalinas e seus respectivos nanocompósitos mostraram propriedades eletrocatalíticas superiores para a OER quando comparados com os respectivos derivados de α-Ni(OH)2-Na, indicando a relevância do tamanho do nanocristal de α-Ni(OH)2 na estrutura do nanocompósito e consequente efeitos sinérgicos nas propriedades eletroquímicas e eletrocatalíticas dos nanocompósitos ternários. Além disso, foram desenvolvidos eletrodos modificados com NPs de hidróxido duplo lamelar de NiCe (α-NiCe) como sensores de alta sensibilidade, e de fundamental importância para detecção e quantificação de prednisona, uma droga proibida pelo Comitê Olímpico Internacional (COI). Em resumo, a incorporação de 20% em mols de íons Ce(III/IV) em nanopartículas de α- Ni(OH)2 aumentou a estabilidade deste material na fase alfa, conferindo melhores propriedades eletrocatalíticas responsáveis pela rápida oxidação da prednisona e de seus subprodutos de degradação, permitindo a preparação de sensores amperométricos com elevada sensibilidade e baixo limite de detecção (LOD) em comparação aos eletrodos modificados já reportando na literatura. Em suma, as estratégias no design de nanomateriais foram exploradas com sucesso para gerar novos nanomateriais e nanocompósitos com propriedades eletrocatalíticas e de armazenamento de carga aprimoradas, com potencial de aplicação em sensores e supercapacitores híbridos. / In this doctoral thesis, nanomaterials design strategies were explored in order to improve the stability of alpha-nickel hydroxide nanoparticles while developing synergistic effects, generating multifunctional electrochemically active nanomaterials and nanocomposites with potential application in amperometric sensors and energy conversion and storage devices. In this context, the α-Ni(OH)2 NPs were stabilized by generating double hydroxide salts, by interaction with octacarboxyphthalocyanine molecules and graphene oxide (GO) generating hybrid and nanocomposite materials, for example α-Ni(OH)2@GO. Nickel hydroxide NPs was stabilized by incorporation of Co2+ cation to produce α-NixCoy(OH)2 double hydroxide salts and the corresponding nanocomposite with reduced graphene oxide (rGO) designated - NiCo(OH)2@rGO. In this way, nanocomposites with potential application in high performance energy storage devices such as hybrid supercapacitors were produced, since exhibited large charge capacities at high current densities and great stability as a consequence of the synergistic interaction of their componentes. One of the main challenges in the field of energy conversion, the development of efficient and robust electrocatalysts to boost the intrinsically slow multielectronic multiprotonic transfer kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) was also addressed using ternary nanocomposites based on α-Ni(OH)2 NPs, iron octacarboxyphthalocyanine (FeOCPc) and rGO (α-NiFeOCPc@rGO). The more crystalline - Ni@rGO-K NPs and their respective nanocomposites showed superior electrocatalytic properties when compared to the respective α-Ni(OH)2-Na derivatives, indicating the relevance of the α-Ni(OH)2 nanocrystal size and synergistic effects on their electrochemical and electrocatalytic properties. In addition, amperometric sensors based on NiCe layered doublehydroxide NPs (α-NiCe) were developed for determination of prednisone, a drug forbidden by the International Olympic Committee (IOC). The incorporation of 20 m% of Ce3+/4+ ions in α- Ni(OH)2 nanoparticles increased its stability in the alpha phase, conferring improved electrocatalytic properties responsible for the rapid oxidation of prednisone and its degradation byproducts, responsible for the higher sensitivity and lower detection limits (LOD) than similar devices reported in the literature. In short, nanomaterials design strategies were successfully explored to generated new nanomaterials and nanocomposites with enhanced electrocatalytic and charge storage properties with potential application in sensors and hybrid supercapacitors.

Esta dissertação tem por objetivo reportar dados relativos às características elétricas e microestruturais de eletrodos aplicadas em dispositivos armazenadores de energia, especificamente supercapacitores constituídos por eletrodos de carvão ativado. Os parâmetros elétricos estudados foram a resistência em série equivalente obtida pelo método da interrupção de corrente (ESR(Inst)) (sendo que a sigla ESR é oriunda do termo inglês Equivalent Series Resistance), a resistência em paralelo equivalente (EPR(Dep)) obtida pelo método do valor dependente (sendo que a sigla EPR é oriunda do termo inglês Equivalent Parallel Resistance) e a capacitância (C(DC)) obtida pelo método da corrente contínua (sendo que a sigla DC oriunda do termo inglês Direct Current). Tais parâmetros foram escolhidos devido ao impacto que causam no tempo de vida útil, na capacidade de armazenamento de cargas elétricas, na velocidade de carga e descarga, na perda por efeito termoiônico nos processos de carga e descarga e na perda de cargas armazenadas devido à autodescarga em supercapacitores. Os dados microestruturais reportam por meio de imagens a homogeneidade da porosidade e por meio de valores correlacionados a composição química e eventuais contaminações presentes nos eletrodos. Os dados e valores coletados possuem a intenção de servir como referência comparativa de qualidade e apontar qual parâmetro afeta mais a qualidade do supercapacitor. Para tanto foram realizados testes a fim de coletar valores de C(DC), ESR(Inst) e EPR(Dep) após a exposição de supercapacitores de 1F/5,5V a temperaturas de 50ºC, 75ºC, 100ºC e 125ºC por 672 horas, sendo os dados coletados ao inicio dos testes, à temperatura ambiente, e posteriormente a cada 168 horas. Feitos os experimentos concluiu-se que o parâmetro que sofreu maior deterioração com o acréscimo de energia térmica foi a EPR(Dep), em seguida a C(DC), que de fato pouco sofreu alteração e a ESR(Inst), em que a mudança dentro do erro de medição foi imperceptível. / This paper aims to report information on electrical and microstructural characteristics of electrodes applied at devices that store energy, specifically supercapacitors made of activated carbon electrodes. The studied electrical parameters were the equivalent series resistance obtained by the method of the instantaneous value of the voltage drop (ESR(Inst)), where the acronym ESR has the meaning Equivalent Series Resistance, the equivalent parallel resistance (EPR(Dep)) obtained by the method of dependent value, where the acronym EPR has the meaning Equivalent Parallel Resistance, and the capacitance (C(DC)) obtained by the method of direct current. These parameters were chosen because of the impact they have on lifetime, the storage capacity of electric charge, the speed of loading and unloading, the loss thermionic effect on the charge and discharge processes and loss of stored charge due to self-discharge in supercapacitors. The data given by microstructural images of the homogeneity and porosity values correlated by the chemical composition and possible contaminations present in the electrodes. The collected data and values are intended to serve as a comparative reference point and quality parameter which most affects the quality of the supercapacitor. For both tests were carried out in order to collect values of C(DC), ESR(Inst) and EPR(Dep) after supercapacitors of the 1F/5.5V are exposure at temperatures of 50, 75, 100 and 125°C for 672 hours, and the data collected at the beginning of the tests (room temperature) and subsequently every 168 hours. Made experiments it was concluded that the parameter further deterioration suffered with the increase of thermal energy is EPR(Dep), then C(DC), which in fact little changed and ESR(Inst), in which the change in the measurement error was are noticeable.