LABORATÓRIO DE SUPERCAPACITORES, BATERIAS E CÉLULAS FOTOVOLTAICAS À BASE
DE GRAFENO
Coordenador:
Dr. Rubens Nunes de Faria Junior
Telefones:
(11) 2810-5590
E-mail:
rfaria@ipen.br
Os Laboratórios
de Baterias, Supercapacitores e Células Fotovoltaicas do Centro de Ciências e
Tecnologia de Materiais do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares se
destinam à pesquisa de materiais avançados para dispositivos de captação e
armazenamento de energia elétrica. Atualmente, o grafeno (G) despontou como um
material altamente promissor para aplicação em dispositivos eletrônicos e vem
sendo extensivamente investigado no âmbito nacional e internacional. Em
conjunto com a Dra. Solange Kazumi Sakata do Centro de Tecnologia das
Radiações, pesquisas inovadoras estão em andamento para redução de derivados de
óxido de grafeno (GO) utilizando o processo HDDR
(hidrogenação-desproporção-dessorção-recombinação) para aplicação em
supercapacitores (SC). Os nano compósitos de óxido de grafeno reduzido
apresentam características elétricas superiores que levam a valores maiores de
capacitância específica e condutividade elétrica. Os estudos de fotocélulas DSSC
estão sendo conduzidos pelo Dr. Eguiberto Galego e Dra. Marilene Morelli Serna
e estão voltados atualmente para a aplicação do grafeno neste tipo de
dispositivo para captação de energia. Medidas elétricas destes dispositivos de armazenamento e
captação de energia elétrica são realizadas em analisador digital e incluem
testes galvanostáticos de carga e descarga e voltametria cíclica. No campo das
baterias recarregáveis foi publicado um livro introdutório a estes dispositivos
elétricos:
Utilização de
grafeno em células fotovoltaicas G-DSSC
(Dye Sensitized
Solar Cell)
O grande interesse no desenvolvimento da célula DSSC reside em
seu baixo custo de fabricação. Durante os últimos 15 anos, o objetivo das
pesquisas realizadas foi a substituição do corante de rutênio e da platina
utilizada no contra-eletrodo. Atualmente
a maior eficiência de conversão alcançada é de 13%, obtida utilizando-se
moléculas de porfirinas como corante, grafeno como contra-eletrodo (CE), e
eletrólito a base de cobalto. Devido ao alto custo da platina diversos materiais
estão sendo estudados para a sua substituição. Dentre estes, o grafeno
apresenta grande vantagem devido a: mobilidade dos portadores (~10.000 cm2V-1s-1),
área especifica (2.630 m2g-1), condutividade térmica
(~3.000Wm-1K-1) e transparência ótica (97,7%). No
entanto, a condutividade elétrica e a atividade catalítica são inferiores as
apresentadas pela platina. Verificou-se uma melhora da atividade catalítica
quando se empregou o grafeno com uma estrutura de colmeia e pela dopagem da
estrutura bi-dimensional com hetero-átomos (nitrogênio, boro e fosforo). Esta
dopagem promove o aumento de defeitos na estrutura do grafeno. Além da
utilização do grafeno como CE, este material também foi estudado para sua
utilização como uma interface entre o FTO e o ZnO no eletrodo de trabalho.
Devido a baixa rugosidade do grafeno a aplicação do mesmo, nesta interface,
promove uma melhor adesão entre o FTO e o ZnO. Nos eletrodos nano-estruturados,
além da adesão, o grafeno promove a redução dos processos de recombinação. O
ZnO nanoestruturado também pode ser empregado como material ativo de eletrodos
de supercapacitores, podendo, assim, ser aplicado tanto em dispositivos para
armazenamento quanto em dispositivos para captação de energia.
(ZnO nanorods)
MODELAMENTO MATEMÁTICO
Em sua
tese de doutorado, o Dr. Antonio Paulo Rodrigues Fernandez (SENAI - Theobaldo
De Nigris), desenvolveu o modelamento matemático de supercapacitores
eletroquímicos utilizando equacionamento no domínio do tempo para determinação
da capacitância dependente do potencial elétrico. Modelagem inteligente de
supercapacitores utilizando cálculo de ordem fracionária está sendo realizada
no Pós-Doutorado do Dr. Klebber de Araújo
Ottoboni da Coordenadoria-Geral do
Programa de Desenvolvimento do Submarino com Propulsão Nuclear.
EQUIPE:
Dr. Eguiberto
Galego (Responsável/DSSC-G)
Dra. Marilene
Morelli Serna (DSSC-G)
Dr. Klebber de
Araújo Ottoboni (Pós-Doutorado)
MSc. Fernando
Gabriel Benitez Jara (Doutorando)
MSc. Pedro Vitor
Duarte da Cruz (Doutorando)
MSc. Paula Maria da
Silva (Doutoranda)
Bel. Bianca Duarte
da Costa (Mestranda)
Bel. Daniel Vieira
da Silva (Mestrando)
Bel. Ingrid Ariani
Belineli Barbosa (Mestranda)
Eng. Lígia S.
Vieira da Silva (Mestranda-IFRO)
Enzo Ferreira Coelho Granato
de Araujo (IC)
Lucca Ajaj Ribeiro
(IC)
Eduardo Molina (IC)
Alessandro dos
Santos Silva (IC)
COLABORADORES:
Dra. Dolores
Ribeiro Ricci Lazar (IPEN-CCTM)
Dr. Lalgudi Venkataraman Ramanathan (CCTM)
PARCERIAS:
Dr. Antonio Paulo
Rodrigues Fernandez (SENAI)
Dr. Julio César
Serafim Casini (IFP)
Dr. Jossano
Saldanha Marcuzzo (JMHP Ltda)
Eng. Natanael
Batista David (QUANTUM Ltda)
