Síntese e caracterização de aerogéis de TiO2-RuO2 como eletrodos em supercapacitores

Abstract

Supercapacitores são dispositivos utilizados para armazenamento de energia que possuem alta densidade de potência e rápida taxa de carga e descarga. As propriedades desses supercapacitores, como a capacitância, dependem do material utilizado em seus eletrodos. O óxido de rutênio (RuO2) é um óxido metálico bastante estudado devido a sua alta capacitância teórica e rápidas reações de redução e oxidação. Já o óxido de titânio (TiO2) é um material de baixo custo, abundante e com alta estabilidade química, mas que possui uma baixa capacitância devido à sua baixa condutividade. Outro fator importante em relação a essas propriedades é a área superficial dos eletrodos, de forma que os aerogéis são promissores para essa aplicação, pois possuem uma estrutura nanométrica interconectada com alta área superficial. Desta forma, o trabalho consiste em uma síntese de aerogéis de TiO2 incorporados com RuO2, em diferentes concentrações, para a aplicação em supercapacitores. As amostras foram sintetizadas e tratadas termicamente em diferentes temperaturas (25 e 450 ºC). O material obtido foi caracterizado e as suas propriedades elétricas foram analisadas a partir dos dispositivos montados, correspondentes as diferentes amostras obtidas, a fim de avaliar a influência da concentração de RuO2 na capacitância dos aerogéis de TiO2. Os aerogéis contendo RuO2 mantiveram uma alta área superficial e obtiveram melhores capacitâncias específicas em relação aos aerogéis de TiO2, sendo a maior capacitância específica obtida na amostra TiO2-10%RuO2 25 ºC num valor de 25,55 F/g.

Abstract: Supercapacitors are energy storage devices with high power density and high charge/discharge rates. Their properties, such as capacitance, are highly influenced by the electrode material. Ruthenium Oxide (RuO2) is a metallic oxide widely studied due to its high theoretical capacitance and fast reduction and oxidation reactions. Titanium oxide (TiO2) is an abundant and low-cost material with a high chemical stability; however, it has a low capacitance due to its low conductivity. Another important factor in a supercapacitor electrode is its surface area, therefore aerogels are promising for this application due to their high surface area, which is a result of their interconnected nanostructure. This work consists in the synthesis of TiO2 aerogels incorporated with RuO2 in different concentrations for supercapacitors. The samples were heat treated in different temperatures (25 and 450 ºC) and the material obtained were characterized to evaluate the influence of the RuO2 concentration in the aerogel capacitance. The aerogels containing RuO2 maintained a high surface area and showed a higher specific capacitance than the TiO2 aerogels, with the TiO2-10%RuO2 25 ºC having the higher specific capacitance of 25.55 F/g.