Investigação da influência de 2,5-dimercapto-1,3,4-tiadiazol nas propriedades eletroquímicas de polipirrol e nanotubos de carbono

Currently, portable electronics are becoming smaller, requiring energy storage devices, compatible with their size, such as supercapacitors. In this context, composites materials composed of conducting polymers and carbon nanotube (CTN) have been extensively researched for using as electrodes in supercapacitors. The conducting polymers increase the electronic conductivity and CTN reinforces mechanically and stabilizes thermally the conducting composite. This study has as main objectives the synthesis and characterization of composite Polypyrrole (PPy) / poly 2,5 dimercapto-1,3,4-thiadiazole (PDMcT)/ CTN and its application as electrodes in supercapacitors Type I. There is a need to control the anodic charge of the PDMcT film present in the ternary composite to ensure a good electrochemical response. This control was performed by successive cycling of the PDMcT film using cyclic voltammetry until the anodic charge was remained constant. Based on the results of infrared analysis (IR), X-ray diffraction, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM) was possible to prove that the ternary composite was synthesized chemically and electrochemically. The composites synthesized electrochemically were characterized by cyclic voltammetry and charge and discharge tests. The ternary composite of Ppy/PDMcT/CTN and binary of Ppy/CTN synthesized electrochemically showed the highest values of anodic charge, specific capacitance, specific power and coulombic efficiency when compared with the values obtained for the composites PDMcT/CTN and Ppy/PDMcT and their constituent materials. The capacitor device of Type I composed of ternary composites synthesized electrochemically with anodic charges of PDMcT/CTN and Ppy 1,3 mC and 1000 mC, respectively, were galvanostatically tested. The capacitance charge and discharge values obtained were 353,1 F g-1 and 348,8 F g-1, respectively, showing coulombic efficiency of 98.8% and power of 10,240 KW after 1000 cycles. However, the same device with anodic charges PDMcT / Ppy CTN and 4.9 mC and 250 mC, respectively, resulted the values of capacitance charge and discharge of 193 F g-1 and 180 F g-1, respectively, with a coulombic efficiency of 93.48% and a power of 22,860 KW kg-1 after 1000 cycles. These results indicate a good reversibility redox of the ternary composite and a synergistic effect between the constituent materials. The Ppy and the PDMcT remained active during the charge and discharge processes and therefore both helped to intensify the electrochemical properties of the ternary composite. Then, the ternary composite Ppy / PDMcT / CTN is a promising material as electrodes for supercapacitors Type I.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisMestre em QuímicaAtualmente a quantidade de aparelhos eletrônicos cada vez menores vem crescendo e exigindo dispositivos de armazenamento de energia, como supercapacitores, compatíveis com seus tamanhos. Neste âmbito, compósitos constituídos de polímeros condutores e nanotubos de carbono (NTC) tem sido bastante estudados para utilização como eletrodos em supercapacitores, em que polímeros condutores colaboram para o aumento da condutividade eletrônica do compósito final e os NTC reforçam mecanicamente e estabilizam termicamente os polímeros condutores. Este trabalho tem como objetivo principal a síntese e caracterização de compósitos de Polipirrol (Ppi)/ Poli-2,5-dimercapto-1,3,4-tiadiazol (PDMcT)/ NTC e sua aplicação como eletrodos em supercapacitores do Tipo I. Um dos grandes desafios para que o compósito ternário apresentasse boas respostas eletroquímicas foi controle da carga anódica do filme de PDMcT. Esse controle foi realizado por VC dos compósitos contendo PDMcT até que a carga anódica permanecesse constante ao longo da ciclagem. A partir dos resultados de infravermelho (IV), difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível comprovar que o compósito ternário foi sintetizado via química e eletroquímica. Os compósitos sintetizados foram caracterizados eletroquimicamente por voltametria cíclica (VC) e testes de carga e descarga. O compósito ternário de Ppi/PDMcT/NTC e o binário de Ppi/NTC sintetizados via eletroquímica apresentaram os maiores valores de carga anódica, capacitância específica, eficiência coulômbica e potência específica quando comparados com os valores obtidos para os outros compósitos binários de PDMcT/NTC e Ppi/PDMcT e os materiais constituintes. O dispositivo de capacitor Tipo I do compósito ternário sintetizado via eletroquímica com cargas anódicas de PDMcT/NTC e Ppi de 1,3 mC e 1000 mC, respectivamente, foi submetido aos testes galvanostáticos e, após 1000 ciclos os valores de capacitância de carga e descarga obtidos foram 353,1 F g-1 e 348,8 F g-1, respectivamente, dando uma eficiência coulômbica de 98,8% e uma potência de 10,240 KW kg-1. No entanto, o mesmo dispositivo com as cargas anódicas de PDMcT/NTC e Ppi de 4,9 mC e 250 mC, respectivamente, resultou nos valores de capacitâncias de carga e descarga de 193 F g-1 e 180 F g-1, respectivamente, uma eficiência coulômbica de 93,48% e uma potência de 22,860 KW kg-1, após 1000 ciclos. Estes resultados indicaram uma boa reversibilidade redox dos materiais e um sinergismo nas propriedades devido ao PDMcT e Ppi terem se mantidos ativos durante os processos de carga e descarga. Portanto, o compósito ternário Ppi/PDMcT/NTC é um material promissor como eletrodos em supercapacitores do Tipo I