Modelagem teórica para melhoramento da eficiência energética em supercapacitores

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dc.contributor.advisor1Oliveira, Guilherme Colherinhas de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0171051425848743pt_BR
dc.contributor.referee1Oliveira, Guilherme Colherinhas de
dc.contributor.referee2Castro, Marcos Antonio de
dc.contributor.referee3Andrade, Douglas Xavier de
dc.creatorChagas, Henrique de Araujo
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1522466138848893pt_BR
dc.date.accessioned2023-04-27T10:39:51Z
dc.date.available2023-04-27T10:39:51Z
dc.date.issued2023-03-01
dc.description.abstractTwo-dimensional carbon materials, such as graphene and graphyne, have stood out in energy storage applications due to their unique physical, chemical, and electronic properties. Graphyne, in particular, presents even more remarkable properties, such as higher specific area, electronic mobility, and intrinsic energy band. Furthermore, biocompatible ionic liquids (ILs), such as those formed by choline and glycine, are increasingly being studied as a less toxic alternative for the environment. This work performed molecular dynamics simulations to investigate the properties of electrolytes based on aqueous mixtures of the biodegradable IL [Ch][Gly] with the IL [Bmim][PF6] as electrolytes in graphyne supercapacitors. Through energetic, structural, and electrostatic analyses, it was possible to describe the Electric Double Layer (EDL) formed near the electrodes. It was found that, although the structure and formation of the EDL are governed by a complex network of electrostatic and van der Waals (vdW) interactions, their interaction with the electrode is dominated by vdW interactions. It was observed that choline-based electrolytes can perform as well as most conventional ILs, but with the advantage of low toxicity. The comparison between graphyne and graphene supercapacitors for the IL mixture revealed a higher capacitance for graphyne, even when comparing similar values for the potential drop. Subsequently, an extensive comparison of electrode performances in energy storage applications under thermodynamic conditions was performed. The electrostatic properties of eight different supercapacitors, four made of graphene and four made of graphyne, in different electrolytes were investigated. A detailed analysis of the energy and organization of the electric charges of these systems is reported for all systems. The results indicate the superiority of the graphyne electrode over the graphene electrodes, confirming previous findings and making graphyne a promising candidate for electrochemical energy storage systems. Thus, this study contributes to the understanding of the properties of two-dimensional carbon materials and their application in energy storage devices.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Dayane Basílio (dayanebasilio@ufg.br) on 2023-04-26T14:03:14Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Henrique de Araujo Chagas - 2023.pdf: 17876402 bytes, checksum: dfa879cabd504c21089d75dac573ce96 (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
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dc.description.resumoMateriais bidimensionais de carbono, como o grafeno e o grafino, têm se destacado em aplicações de armazenamento de energia devido às suas propriedades físicas, químicas e eletrônicas únicas. O grafino, em particular, apresenta propriedades ainda mais notáveis, como maior área específica, mobilidade eletrônica e banda de energia intrínseca. Além disso, líquidos iônicos (LI) biocompatíveis, como o formado por colina e glicina, estão sendo cada vez mais estudados como uma alternativa menos tóxica para o meio ambiente. Este trabalho utilizou simulações de dinâmica molecular para investigar as propriedades de eletrólitos baseados em misturas aquosas do líquido iônico biodegradável [Ch][Gly] com o líquido iônico [Bmim][PF6] em supercapacitores de grafino. Através de análises energéticas, estruturais e eletrostáticas, foi possível descrever a Dupla Camada Elétrica (EDL) formada próximo aos eletrodos. Descobriu-se que, embora a estrutura e a formação da EDL sejam governadas por uma complexa rede de interações eletrostáticas e de van der Waals (vdW), sua interação com o eletrodo é dominada pelas interações de vdW. Observou-se que eletrólitos à base de colina podem ter um desempenho tão bom quanto a maioria dos líquidos iônicos convencionais, mas com a vantagem de baixa toxicidade. A comparação entre os supercapacitores de grafino e grafeno para a mistura de LIs revelou uma capacitância maior para o grafino, mesmo comparando valores semelhantes para a queda de potencial. Posteriormente, foi realizada uma comparação extensiva dos desempenhos dos eletrodos em aplicações de armazenamento de energia sob condições termodinâmicas. Foram investigadas as propriedades eletrostáticas de oito diferentes supercapacitores, sendo quatro de grafeno e quatro de grafino, em diferentes eletrólitos. Uma análise detalhada da energia e da organização das cargas elétricas desses sistemas é relatada para todos os sistemas. Os resultados indicam a superioridade do eletrodo de grafino sobre os eletrodos de grafeno, confirmando os encontrados anteriormente e tornando o grafino um candidato promissor para sistemas de armazenamento de energia eletroquímica. Com isso, este estudo contribui para a compreensão das propriedades dos materiais bidimensionais de carbono e sua aplicação em dispositivos de armazenamento de energia.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationCHAGAS, H. A. Modelagem teórica para melhoramento da eficiência energética em supercapacitores. 2023. 86 f. Dissertação (Mestrado em Fisica) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/12790
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Física - IF (RMG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Fisica (IF)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectDinâmica molecularpor
dc.subjectSupercapacitorpor
dc.subjectGrafinopor
dc.subjectGrafenopor
dc.subjectLíquidos iônicospor
dc.subjectEletrólitospor
dc.subjectEnergia eletroquímicapor
dc.subjectMolecular dynamicseng
dc.subjectGraphyneeng
dc.subjectGrapheneeng
dc.subjectIonic liquidseng
dc.subjectElectrolyteseng
dc.subjectElectrochemical energyeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DOS FLUIDOS, FISICA DE PLASMAS E DESCARGAS ELETRICAS::FISICA DE PLASMAS E DESCARGAS ELETRICASpt_BR
dc.titleModelagem teórica para melhoramento da eficiência energética em supercapacitorespt_BR
dc.title.alternativeTheoretical modeling for improving energy efficiency in supercapacitorseng
dc.typeDissertaçãopt_BR

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