Funcionalização de grafite via plasma frio para aplicações em supercapacitores

Abstract

Materiais a base de carbono modificados são de grande interesse no estudo da obtenção de estruturas para supercapacitores do tipo EDLC, que são supercapacitores que funcionam a base de interações eletrostáticas e não de reações químicas. Nesse trabalho, dois tipos de grafite foram submetidos a tratamento por plasma não térmico de nitrogênio em meio líquido para a funcionalização das matrizes de carbono para posterior utilização como supercapacitores dupla camada elétrica. Os materiais obtidos com as funcionalizações NTP assim como as estruturas não modificadas foram caracterizados por microscopias eletrônicas (MEV e TEM), DRX, FTIR, XPS e voltametria cíclica. Os materiais tratados provenientes de grafite expandido mantiveram as características grafíticas e mostraram boa inserção de grupos oxigenados, houve um aumento nas ligações sp3 dos materiais que foram testados como supercapacitores e mostraram-se bastante promissores pois tiveram a elevação na capacitância e densidade de energia. Já o grafite produzido a partir da decomposição de gás natural veicular também foi tratado por plasma não térmico e mostraram-se muito propensos a funcionalização e ganho em ligações sp3, o caráter amorfo foi observado nas amostras tratadas que tiveram aumento significativo na capacitância e densidade de energia, mostrando que ambos os materiais utilizados no trabalho apresentaram melhora em relação a capacidade de armazenamento de energia.

Abstract: Modified carbon-based materials are of great interest in the study of obtaining structures for EDLC supercapacitors, which operate based on electrostatic interactions rather than chemical reactions. In this work, two types of graphite are subjected to nitrogen non-thermal plasma treatment to functionalize the carbon matrices for later use as double layer capacitors supercapacitors. The materials obtained with NTP functionalization, as well as the pure structures, were characterized by electron microscopy (SEM and TEM), XRD, FTIR, XPS, and cyclic voltammetry. The treated materials from expanded graphite maintained their graphitic characteristics and showed good insertion of oxygenated groups. There was an increase in sp3 bonds in the materials tested as supercapacitors, and they showed great promise due to increased capacitance and energy density. The materials treated with graphite produced from the decomposition of natural gas vehicle were also treated by non-thermal plasma and were very prone to functionalization and gain in sp3 bonds. The amorphous character was observed in the treated samples, which had a significant increase in capacitance and energy density, showing that both materials used in the work showed improvement in relation to energy storage capacity.