Membranas nanoestruturadas de polipirrol para aplicação em baterias

Abstract

Esta dissertação teve como objetivo fabricar e caracterizar membranas nanoestruturadas de polipirrol dopadas com moléculas redox-ativas, visando sua aplicação como eletrodos de uma bateria recarregável. As moléculas Indigo-5-5'-ácido dissulfônico (Indigo Carmim - IC), e 2,2´-azinobis (3 - etilbenzotiazolina - 6 - ácido sulfônico), (ABTS), foram escolhidas como dopantes do filme polimérico. As análises por voltametria cíclica destas moléculas em solução apresentaram comportamentos reversíveis controlados por processos difusivos. Filmes de polipirrol foram então eletropolimerizados potenciodinamicamente, na presença destas moléculas (PPy[IC], PPy[ABTS]), sobre susbtrato de vidro recoberto com ITO. Os voltamogramas destes filmes mostraram que os dopantes foram realmente incorporados ao polipirrol, sendo que suas propriedades redox foram preservadas. Os picos de corrente destes voltamogramas apresentaram um aumento linear com a velocidade de varredura, indicando o confinamento da molécula redox-ativa na superfície do eletrodo. Em seguida, os filmes de PPy[IC] e PPy[ABTS] foram nanoestruturados, utilizando máscaras coloidais de poliestireno (PS), removidas com tolueno após a preparação das membranas poliméricas. O processo de nanoestruturação destes filmes mostrou-se eficiente e revelou que a membrana polimérica cresce moldando a superfície das esferas, formando ao redor destas uma fina película com espessura de ? 60 nm. Testes de carga/descarga foram realizados nestas membranas nanoestruturadas, de forma a comparar sua capacidade de armazenamento de carga com a capacidade observada nos filmes compactos (não nanoestruturados). Verificou-se que as membranas crescidas até o equador das esferas são as que apresentam maior ganho percentual na capacidade dos filmes. Este ganho foi de 55% para o filme de PPy[IC] e 53% para o filme de PPy[ABTS], ambos crescidos sobre esferas de PS com 360 nm de diâmetro. Estes aumentos são significativos e revelam que a nanoestruturação dos filmes é uma estratégia viável para a otimização da capacidade de armazenamento de carga. Foram realizadas medidas preliminares com um protótipo de bateria, constituído por eletrodos de filmes compactos de PPy[IC] e PPy [ABTS], as quais mostraram a viabilidade da montagem da bateria, no entanto ajustes ainda devem ser feitos de forma a garantir a qualidade das medidas e para que possamos preparar um protótipo com os filmes nanoestruturados.