Desenvolvimento de eletrodos de nanocompósitos de óxido de grafeno e óxidos metálicos para aplicação em supercapacitores

Abstract

Neste trabalho foram desenvolvidos eletrodos baseados em nanocompósitos de grafeno oxidado (GO) e óxidos metálicos para aplicação em eletrodos supercapacitores. Estes nanocompósitos permitem grandes valores de carga armazenada comparados a eletrodos com somente um des- tes materiais. O ponto principal deste trabalho é estudar a influência da quantidade e proporção de cada um dos nanomateriais constituintes do nanocompósito no comportamento eletroquí- mico dos eletrodos. Foram utilizadas para a produção destes nanocompósitos as técnicas de deposição eletroforética e eletrodeposição. Imagens de microscopia eletrônica de varredura dos nanocompósitos de óxido de níquel sobre GO (NiO/GO) mostraram que as partículas de NiO foram depositadas sobre a superfície das folhas de GO, comprovando a formação do nanocom- pósito. A espectroscopia Raman confirmou a presença de NiO sobre o GO. As técnicas de vol- tametria cíclica e carga/descarga galvanostática foram utilizadas para caracterização eletroquí- mica dos eletrodos obtidos. Verificou-se que existe um limite para a capacidade voltamétrica (24mC/cm 2 ) com o aumento da quantidade de nanocompósito no eletrodo, independente da proporção de NiO/GO. O aumento da espessura do GO contribuiu para o aumento dos proces- sos faradaicos. Por outro lado, o aumento na quantidade de NiO contribuiu significativamente para uma intensificação dos processos não-faradaicos, indicando um aumento da área superfi- cial dos nanocompósitos. Foram produzidos também nanocompósitos a partir de misturas entre os seguintes metais: níquel, cobalto e manganês. O nanocompósito misto que apresentou maior capacidade voltamétrica quando comparado aos nanocompósitos produzidos apenas com um dos metais foi o nanocompósito misto de óxido de níquel com óxido de cobalto sobre GO.

In this work, electrodes based on nanocomposites of graphene oxide (GO) and metal oxide were developed for application in supercapacitor electrodes. These nanocomposites have large stored charge values compared to electrodes with only one of these materials. The main goal of this work is to study the influence of the quantity and proportion of each of the constituent nanomaterials of the nanocomposite on the electrochemical behavior of the electrodes. The techniques of electrophoretic deposition and electrodeposition were used for the production of these nanocomposites. Scanning electron microscopy images of the nanocomposites of nickel oxide on GO (NiO/GO) showed that the NiO particles were deposited on the surface of the GO sheets, proving the formation of the nanocomposite. Raman spectroscopy confirmed the presence of NiO on GO. The techniques of cyclic voltammetry and galvanostatic loading / dis- charge were used for the electrochemical characterization of the electrodes obtained. It was verified that there is a limit for the voltammetric capacity (24mC/cm 2 ) with the increase of the amount of nanocomposite in the electrode, independent of the NiO / GO ratio. The increase in GO thickness contributed to the increase in faradaic process. On the other hand, the increase in the amount of NiO contributed significantly to an intensification of the non faradaic processes, indicating an increase in the surface area of the nanocomposites. Nanocomposites were pro- duced from mixture between the following metals: nickel, cobalt and manganese. The mixed nanocomposite that presented higher voltammetric capacity when compared to the nanocompo- sites produced with only one of the metals was the mixed nanocomposite of nickel oxide with cobalt oxide on GO.