Um circuito equivalente genérico de eletrodos porosos usados em supercapacitores para modelar resultados eletroquímicos obtidos por diferentes técnicas

dc.contributor.advisorSilva, Leonardo Morais da
dc.contributor.authorMoreira, Cássio Murilo Rodrigues
dc.contributor.institutionUniversidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)pt_BR
dc.contributor.refereeSilva, Leonardo Morais da
dc.contributor.refereeMesquita, João Paulo de
dc.contributor.refereeFranco, Débora Vilela
dc.contributor.refereeFreitas Sobrinho, Renato Garcia de
dc.contributor.refereeTeófilo, Reinaldo Francisco
dc.date.accessioned2025-07-24T19:33:30Z
dc.date.issued2024
dc.date.submitted2024-09-06
dc.descriptionO presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.pt_BR
dc.descriptionAgência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) - Recursos de pesquisa recebidos da Chamada 18/2020 - Programa de Desenvolvimento de Pós-Graduação: Projeto Cadeia Minero-Química do Lítio, Código UFVJM: 32010010004P5.pt_BR
dc.descriptionNa Folha de Aprovação consta o nome: João Paulo de Mesquita Santana - Membro da Comissão Examinadora (Defesa).pt_BR
dc.description.abstractUm circuito elétrico foi proposto para o estudo de eletrodos rugosos/porosos empregados em supercapacitores utilizando apenas elementos passivos, resistores e capacitores, de maneira que se possa não só conhecer a natureza porosa deste material, mas também possibilitar a interpretação dos achados eletroquímicos por meio de diferentes técnicas eletroquímicas empregadas. Para isso um eletrodo de carvão ativado foi estudado em célula de três eletrodos e todas os resultados obtidos pelas técnicas eletroquímicas foram discutidas através das equações escritas pelos princípios físicos de um circuito eletroquímico genérico com três ramos RC em paralelo. As equações foram obtidas baseadas nos princípios físicos deste circuito elétrico e forneceram bons ajustes aos dados experimentais obtidos pelas quatro técnicas eletroquímicas, que juntamente com os resultados morfológicos colaboraram para o entendimento da característica porosa do material. A capacitância e resistência estão distribuídas ao longo do eletrodo de acordo com o tamanho do poro do material e são ativadas à medida que o sinal de excitação particular de cada técnica consegue penetrar na região, já que a largura do poro fictício representando diferentes defeitos de superfície pode dificultar o acesso do eletrólito nas regiões “internas” e “externas” da superfície morfológica heterogênea, e isso pôde ser medido de maneira quantitativa. Para cada técnica, foi observado um comportamento de penetração de sinal de excitação diferente, regrado pela distribuição dos poros e refletindo no valor da capacitância distribuída do material. A capacitância total para o carvão ativado comercial analisado variou de 160 a 240 F g−¹ , dependendo do sinal de excitação utilizado, mas a distribuição interna das capacitâncias apresentou a mesma tendência. As técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria apresentaram concordância, tanto em valores distribuídos, quando nos valores de capacitância e resistência total, mostrando assim que independente do regime, seja no domínio da frequência ou do tempo, um modelo robusto pode caracterizar o material de forma mais próxima à realidade. O modelo apresentado neste trabalho ainda foi utilizado com sucesso para caracterizar dispositivos completos, independentemente de sua configuração, desde que as características supercapacitivas estejam presentes, servindo também de amparo nas tomadas de decisão na engenharia de dispositivos.pt_BR
dc.description.abstractsAn electrical circuit was proposed for studying rough/porous electrodes used in supercapacitors, employing only passive elements—resistors and capacitors—allowing not only the characterization of the porous nature of the material but also enabling the interpretation of electrochemical findings through different electrochemical techniques. To this end, an activated carbon electrode was studied in a three-electrode cell, and all results obtained from the electrochemical techniques were analyzed using equations derived from the physical principles of a generic electrochemical circuit with three parallel RC branches. The equations, based on the physical principles of this electrical circuit, provided good fits to the experimental data obtained from four electrochemical techniques. Together with morphological results, they contributed to understanding the porous characteristics of the material. Capacitance and resistance were distributed along the electrode according to the pore size of the material, being activated as the specific excitation signal of each technique penetrated the region. This is because the width of the fictitious pore, representing different surface defects, may hinder electrolyte access to the "internal" and "external" regions of the heterogeneous morphological surface, which could be quantitatively measured. For each technique, a different excitation signal penetration behavior was observed, governed by the pore distribution and reflected in the distributed capacitance values of the material. The total capacitance for the analyzed commercial activated carbon ranged from 160 to 240 F g−¹, depending on the excitation signal used, though the internal capacitance distribution showed the same trend. Electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry techniques exhibited agreement in both distributed values and total capacitance and resistance values. This demonstrated that, regardless of the regime—whether in the frequency or time domain—a robust model can characterize the material more realistically. The model presented in this work was also successfully applied to characterize complete devices, regardless of their configuration, as long as supercapacitive characteristics were present. It also provided support for decision-making in device engineering.en
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.description.sponsorshipUniversidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)pt_BR
dc.description.thesisTese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2024.pt_BR
dc.identifier.citationMOREIRA, Cássio Murilo Rodrigues. Um circuito equivalente genérico de eletrodos porosos usados em supercapacitores para modelar resultados eletroquímicos obtidos por diferentes técnicas. 2024. 103 p. Tese (Doutorado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Diamantina, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttp://localhost:4000/handle/123456789/3824
dc.language.isopor
dc.publisherUFVJMpt_BR
dc.rightsOpen Accessen
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 Brazilen
dc.rights.licenseA concessão da licença deste item refere-se ao à termo de autorização impresso assinado pelo autor, assim como na licença Creative Commons, com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e o IBICT a disponibilizar por meio de seus repositórios, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, e preservação, a partir desta data.pt_BR
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.pt
dc.subjectSupercapacitorpt_BR
dc.subjectSimulação eletroquímicapt_BR
dc.subjectModelo de circuito equivalentept_BR
dc.subjectEletrodo poroso/defeituosopt_BR
dc.subjectElectrochemical simulationen
dc.subjectEquivalent circuit modelen
dc.subjectPorous/defective electrodeen
dc.subjectSupercapacitor.en
dc.titleUm circuito equivalente genérico de eletrodos porosos usados em supercapacitores para modelar resultados eletroquímicos obtidos por diferentes técnicaspt_BR
dc.typeThesisen

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