Preparação e caracterização eletroquímica de eletrodos de nanocompósito de nanoflocos de grafite e óxido de níquel para aplicação em supercapacitores

Abstract

Os nanocompósitos de materiais grafíticos e óxidos metálicos se tornaram materiais muito promissores para aplicação em eletrodos de Supercapacitores devido a capacidade de armazenar grande quantidade de carga. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar eletroquimicamente filmes finos de nanocompósitos de Nanofloco de Grafite (NFG) e Óxido de Níquel (NiO) para aplicação em eletrodos de Supercapacitores. O NFG foi preparado por meio de esfoliação mecânica de grafite natural em solução. A “solução suspensa” foi composta de dodecil sulfato de sódio, água deionizada, dimetilformamida e grafite natural. A esfoliação mecânica foi realizada utilizando um Mixer de uso doméstico. A deposição foi feita através da técnica de Drop Casting sobre substrato de aço inox. Os eletrodos de NFG foram caracterizados pelas técnicas de Voltametria cíclica (CV, cyclic voltammetry), RAMAN e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A partir de eletrodeposição o níquel foi depositado sobre o filme fino de NFG. Após tratamento térmico obteve-se o nanocompósito de NFG e NiO, a caracterização eletroquímica destes eletrodos foi feita por CV e Cronocoulometria, juntamente com as técnicas de RAMAN e MEV. Os resultados mostraram que o método de esfoliação de grafite natural desenvolvido é uma rota viável de preparação, possui grande potencial para aplicação em eletrodos de Supercapacitores. Os parâmetros da preparação dos eletrodos de NFG foram analisados em relação à Capacidade, Q*. O eletrodo de Nanocompósito armazena mais carga que o de NFG. Os resultados também mostraram que no eletrólito de KOH o Nanocompósito possui melhor desempenho eletroquímico do que no eletrólito de Na 2 SO 4 . O óxido de níquel decorou os nanoflocos e para 200μg/cm 2 de NiO depositado o NFG foi completamente coberto. O eletrodo de Nanocompósito com 160μg/cm 2 de NiO atingiu o maior valor de Capacidade, termo de difusão e carga total. Enquanto que o com 200μg/cm 2 apresentou maior comportamento simétrico na carga e descarga.

The nanocomposites of graphite materials and metallic oxides have become very promising materials for application in Supercapacitors electrodes due to the capacity to store large amount of charge. The objective of this work is to prepare and characterize electrochemically thin films of nanocomposites of Nanoflakes of Graphene (NFG) and Nickel Oxide (NiO) for application in supercapacitors electrodes. In the used method, the NFG is prepared by mechanical exfoliation of natural graphite in solution. The "suspended solution" is composed of sodium dodecyl sulfate, deionized water, dimethylformamide and natural graphite. The mechanical exfoliation was performed using a domestic mixer. The deposition was done through the technique of Drop Casting on stainless steel substrate. The NFG electrodes were characterized by cyclic voltammetry (CV), RAMAN and Scanning Electron Microscopy (SEM). From electrodeposition, the nickel was deposited on the thin film of NFG. After thermal treatment, the NFG and NiO nanocomposite were obtained. The electrochemical characterization of these electrodes was done by CV and Cronocoulometry, together with the RAMAN and MEV techniques. The results show that the natural graphite exfoliation method developed is a viable preparation route, and it has great potential for application in Supercapacitors electrodes. The parameters of the preparation of the NFG electrodes were analyzed in relation to the Capacity, Q*. The Nanocomposite electrode stores more charge than NFG. The results also show that in the KOH electrolyte the Nanocomposite has better electrochemical performance than in the Na 2 SO 4 electrolyte. The nickel oxide decorated the nanoflakes, and for 200μg/cm 2 of NiO deposited, the NFG was completely covered. The Nanocomposite electrode with 160 μg/cm 2 of NiO reached the highest value of Capacity, diffusion term and total load. On the other hand, the Nanocomposite electrode with 200μg/cm 2 showed the highest symmetry in loading and unloading.