Dispositivos de armazenamento de energia e monitoramento de pH baseados em compósitos de polianilina e polipirrol

dc.contributor.advisor-co1Marchesi, Luis Fernando Quintino Pereira
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dc.contributor.advisor1Pessoa, Christiana Andrade
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dc.contributor.instituicao-banca1Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.instituicao-banca2Universidade Federal do Paranápt_BR
dc.contributor.instituicao-banca3Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.referee1Garcia, Jarem Raul
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dc.contributor.referee2Vidotti, Marcio Eduardo
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dc.contributor.referee3Souza, Eder Carlos Ferreira de
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dc.creatorOliveira, Rafaela Daiane de
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dc.date.accessioned2020-06-22T13:01:27Z
dc.date.accessioned2026-06-24T19:40:27Z
dc.date.available2020-06-22T00:00:00Z
dc.date.available2020-06-22T13:01:27Z
dc.date.issued2019-12-12
dc.description.abstractThe increase in the use of energy demands the search for new energy storage devices that have good cycle life and high power and energy density. In order to meet this need, modified electrodes with supercapacitative properties have been developed. The present work deals with the obtaining of conducting polymer modified electrodes from different techniques for application in energy storage devices. Chapter 1 describes the use of the Layer-by-Layer (LbL) technique for modification of ITO electrodes with graphene oxide (OG) and polyaniline gum arabic (PANI-GA) electrodes. The concentration of gum arabic (GA) in the composite was optimized by electrochemical techniques, obtaining the best ratio of GA:PANI (1:1), in proportion (m / V). Characterization of LbL film (PANI-GA / OG)n (where n= number of bilayers) was performed by different techniques such as UV-Vis, FTIR, Raman, TEM, SEM, VC, EIE and chronoamperometry. The obtained films presented good stability in the chronoamperometry studies after some cycles of galvanostatic charge and discharge curves (CGCD), with increase of the supercapacitive properties as a function of the number of bilayers. The LbL film (PANI-GA / OG)15 showed CS of 12.81 mF cm-2 (j = 0.1 mA cm-2) and 72.8% CS retention after 1000 cycles of CGCD. The properties of (PANI-GA / OG)3 LbL film as a pH sensor was also investigated which presented a linear range (R2 = 0.9915) for pH values from 2 to 7. Chapter 2 describes the electrode modification by electrochemical polymerization of polypyrrole and polyaniline on the polished carbon graphite (CG) surface from depleted cells, designated CG/PPY/PANI. The electrochemical parameters for CG electrode modification were optimized considering the electrochemical response by the VC and CGCD. The optimized conditions for CG electrode area expansion were E = 2.0 V and t = 750 s, for PPY polymerization were E = 1.0 V and q = 750 mC and for PANI electropolymerization, E = 0.8 V and q = 3 C. The modified CG / PPY / PANI electrode presented better electrochemical results compared to the CG / PPY and CG / PANI electrodes. EIS results for GC/PPY/PANI showed the pseudocapacitive behavior of the electrode and, from CGCD, CS= 3416 mF cm-2 (j = 2 mA cm-2) and 76% capacitance retention after 850 CGCD cycles were obtained. The optimized electrode was characterized by FTIR, Raman and SEM / FEG, evidencing the modification of the CG surface. SEM/FEG images present the globular structures characteristic of conducting polymer electrodeposited. The modified CG/PPY/PANI electrode presented electrochemical properties, such as stability and specific capacitance, which make it promising for application in energy storage devices.pt_BR
dc.description.resumoO uso crescente de energia impulsiona a pesquisa por novos dispositivos para armazenamento de carga que ofereçam boa estabilidade e alta densidade de potência e de energia. Visando suprir essa necessidade, eletrodos modificados com propriedades supercapacitivas têm sido desenvolvidos. O presente trabalho aborda a obtenção de eletrodos modificados com polímeros condutores a partir de diferentes técnicas para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia. O capítulo 1 descreve a utilização da técnica Layer-by-Layer (LbL) para modificação de eletrodos de ITO com óxido de grafeno (OG) e compósito de polianilina e goma arábica (PANI-GA). A concentração de goma arábica (GA) no compósito foi otimizada a partir de técnicas eletroquímicas, obtendo-se como melhor proporção GA:PANI (1:1), em proporção (m/V). A caracterização do filme LbL (PANI-GA/OG)n (onde n=número de bicamadas) foi realizada por diferentes técnicas tais como UV-Vis, FTIR, Raman, TEM, MEV, VC, EIE e cronoamperometria. Os filmes obtidos apresentaram boa estabilidade nos estudos de cronoamperometria após vários ciclos de curvas galvanostáticas de carga e descarga (CGCD), com aumento das propriedades supercapacitivas em função do número de bicamadas. O filme LbL (PANI-GA/OG)15 apresentou CS de 12,81 mF cm-2 (j = 0,1 mA cm-2) e retenção de CS de 72,8% após 1000 ciclos de CGCD. As propriedades deste filme LbL (PANI-GA/OG)3 como sensor para monitoramento de pH foi também investigada o qual apresentou uma faixa linear (R2 = 0,9915) para valores de pH de 2 a 7. O capítulo 2 aborda a modificação de eletrodo por polimerização eletroquímica de polipirrol e polianilina na superfície polida de carbono grafite (CG) proveniente de pilhas exauridas, designado CG/PPY/PANI. Os parâmetros eletroquímicos para modificação do eletrodo CG foram otimizadas, considerando a resposta eletroquímica para VC e CGCD. As condições otimizadas para expansão da área do eletrodo CG foram E = 2,0 V e t = 750 s, para a polimerização de PPY foram E = 1,0 V e q = 750 mC e para eletropolimerização da PANI foram E = 0,8 V e q = 3 C. O eletrodo modificado CG/PPY/PANI apresentou melhores resultados eletroquímicos em comparação aos eletrodos CG/PPY e CG/PANI. Resultados de EIE para o CG/PPY/PANI evidenciaram o comportamento pseudocapacitivo do eletrodo e, através das CGCD, obteve-se CS de 3416 mF cm-2 (j = 2 mA cm-2) e retenção da capacitância de 76% após 850 ciclos de CGCD. O eletrodo otimizado foi caracterizado por FTIR, Raman e MEV/FEG, evidenciando a modificação da superfície de CG. As imagens de MEV/FEG apresentam as estruturas globulares características da eletrodeposição de polímero condutor. O eletrodo modificado CG/PPY/PANI apresentou propriedades eletroquímicas, tais como, estabilidade e capacitância específica, que o tornam promissor para aplicação em dispositivos de armazenamento de energia.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.identifier.citationOLIVEIRA, Rafaela Daiane. Dispositivos de armazenamento de energia e monitoramento de pH baseados em compósitos de polianilina e polipirrol. 2019. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/1207
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Químicapt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma Associado de Pós-Graduação em Química - Doutoradopt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectSupercapacitorpt_BR
dc.subjectPolianilinapt_BR
dc.subjectPolipirrolpt_BR
dc.subjectÓxido de grafenopt_BR
dc.subjectSensorpt_BR
dc.subjectSupercapacitorpt_BR
dc.subjectPolyanilinept_BR
dc.subjectPolypyrrolept_BR
dc.subjectGraphene oxidept_BR
dc.subjectSensorpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICApt_BR
dc.titleDispositivos de armazenamento de energia e monitoramento de pH baseados em compósitos de polianilina e polipirrolpt_BR
dc.typeTesept_BR

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