ÁREA: Materiais
TÍTULO: Caracterização eletroquímica de supercapacitores a base de RuO2-TiO2
AUTORES: PEREIRA, R (UFMT) ; TEREZO, A. J. (UFMT)
RESUMO: Neste trabalho apresenta-se os resultados da caracterização eletroquímica de supercapacitores a base de RuO2 e TiO2 obtidos via método de Pechini. Os eletrodos foram caracterizados por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O comportamento eletroquímico dos eletrodos foi estudado em solução aquosa de ácido sulfúrico. A capacidade específica do eletrodo com 10% de RuO2 foi de 410,7 F g-1, 30 % de RuO2 foi de 234,42 F g-1, posteriormente a adição de rutênio provocou uma diminuição da capacidade específica. A análise dos resultados de impedância mostra que os eletrodos com 10 % de RuO2 apresenta impedância real elevada, comparando com os eletrodos com quantidade maior de RuO2.
PALAVRAS CHAVES: supercapacitores, caracterização eletroquímica, impedância eletroquímica
INTRODUÇÃO: A conversão eletroquímica de energia remonta à pilha de Alessandro Volta em 1800 onde na sociedade consumista atual está presente na vida cotidiana moderna, o grande exemplo são os telefones celulares que empregam baterias de íon-lítio, em sua grande maioria. Uma forma de melhorar a eficiência de geração portátil de energia á a associação de baterias e capacitores. Os capacitores eletroquímicos, cujo armazenamento de energia ocorre na interface entre o material poroso e o eletrólito, apresentam elevada quantidade de energia que pode ser utilizada na forma de pulso de curta duração e, portanto, podem ser empregados como fonte auxiliar em dispositivos eletrônicos[1]. Muitos materiais se destacam por serem utilizados como capacitores eletroquímicos, contudo os compostos a base de carbono ativado e óxidos metálicos são mais utilizados devido a sua alta capacidade de armazenamento de carga, relacionada com a grande área especifica e presença de sítios eletroquimicamente ativos na superfície dos materiais. Isso se deve ao fato de que estes óxidos apresentam alta capacidade de armazenar carga, devido à mudança do estado de oxidação dos metais, associada com as reações reversíveis que ocorrem no eletrodo[2].
A utilização de óxido de rutênio (RuO2) limita-se pelo alto custo do material. Em função disso tem ocorrido esforços para substituir o RuO2 por outros materiais. Assim, a proposta de investigar o comportamento eletroquímico dos compósitos de óxido de rutênio e óxido de titânio (TiO2) via método de Pechini, resulta na tentativa de promover a estabilidade do capacitor, diminuindo a quantidade de RuO2 empregado, afim de reduzir os custo na confecção dos capacitores sem perda significativa da capacidade de armazenamento de carga.
MATERIAL E MÉTODOS: A solução precursora do método de Pechini foi preparada em uma razão molar 1:10:40 entre cloreto de rutênio mais isopropóxido de titânio : ácido cítrico : etileno glicol. Primeiramente foi adicionado o etileno glicol em um béquer a 60 ºC e adicionou-se isopropóxido de titânio em constante agitação até homogeneização. Posteriormente acrescentou-se ácido cítrico até dissolução total e finalmente adicionou cloreto de rutênio. Os eletrodos foram confeccionados em um suporte de titânio, previamente tratado em ácido clorídrico concentrado (HCl) a quente, seguido da limpeza com água ultra pura e secagem a 110 ºC. Os eletrodos foram preparados depositando a solução sobre o suporte com auxilio de um pincel. Posteriormente os eletrodos foram tratados a 110 ºC por 1 hora, 250 ºC por 1 hora e 400 ºC por 30 minutos. O processo de pincelamento e tratamento térmico foi repetido 10 vezes.
A caracterização eletroquímica foi realizada por meio de voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), utilizando um potenciostato/galvanostato Autolab PGSTAT 302. Em todas as medidas foi utilizada uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 1,0 mol L-1 como eletrólito suporte, eletrodo de calomelano saturado (ECS) como referência, contra eletrodo (CE) de platina metálica com área geométrica de 1,0 cm2.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os voltamogramas cíclicos obtidos apresentaram comportamento típico de capacitores eletroquímicos a base de RuO2-TiO2 tendo em vista que seu perfil voltamétrico apresenta pequenos desvios do formato retangular. Os voltamogramas foram registrados na faixa de potencial entre 0 e 1,0 V vs (ECS) em diferentes velocidades de varredura. A partir dos voltamogramas cíclicos registrados, foi obtida a capacidade de carga dos eletrodos contendo diferentes quantidades de RuO2. A capacidade específica nas diversas proporções de RuO2-TiO2 estão apresentadas na Figura 1, onde o eletrodo contendo 10 % de RuO2 apresentou 410 F g-1, 30% de RuO2 foi de 234,42 F g-1, adicionando o RuO2 observa-se uma queda de capacidade, diminuindo para 37,76 F g-1 para o eletrodo com 50 % de RuO2, mantendo-se constante nos eletrodos com maiores teores de RuO2, demonstrando que os compósitos de RuO2-TiO2 apresentaram efeito sinérgico.
Na Figura 2 apresenta-se a resposta de impedância eletroquímica na forma da impedância real em função da freqüência para os eletrodos contendo 10%, 30%, 50 % e 100 % de RuO2. A análise dos resultados mostra que o eletrodo contendo 10 % de RuO2, embora apresente elevada capacidade específica, apresenta resistência (Zreal quando f  0) em torno de 50 kΩ, enquanto que o eletrodo contendo 30 % tem uma resistência na faixa 1kΩ, similarmente aos eletrodos de 50% e 100 % de RuO2. Neste contexto o eletrodo contendo 30 % de RuO2 apresentou bons resultados de capacidade específica e baixa resistência a transferência de carga.
CONCLUSÕES: Os dados mostram que eletrodos contendo pequenas quantidade de RuO2 (10 e 30%) apresentam capacidade maiores que capacitores de RuO2 puro. No caso de eletrodos contendo 50 % de RuO2 a capacidade é da mesma magnitude do RuO2 puro. No entanto, os resultados de impedância mostram que a resistência é dependente da quantidade de RuO2. O eletrodo contendo 10% de RuO2 apresenta impedância real maior que as demais composições, enquanto que a 30 % a resistência é da ordem do RuO2 puro. Assim, os capacitores contendo 30 % de RuO2 apresentam maior capacidade e impedância da mesma magnitude do RuO2 puro.
AGRADECIMENTOS: CNPq, FAPEMAT (Proc. 589/04) e UFMT.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1. Kötz, R. and Carlen, M., Principles and applications of electrochemical capacitors, Electrochimica Acta, 45, (2000) 2483-2498.
2. Wang Young-Gang., Zhang Xiao-Gang., Preparation and eletrochemical capacitance of RuO2/TiO2 nanotubes composites, Eletrochimica Acta, 49, (2004) 1957-1962.
