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DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE
ENERGIA CONSTITUÍDOS DE COMPÓSITOS DE POLIANILINA
Universidade São Francisco, Itatiba/SP, e-mail - sneves@usf.com.br
Palavras-chave: polianilina, compósitos, dispositivos eletroquímicos.
Introdução - Atualmente, a pesquisa relacionada a dispositivos de armazenamento de energia tem-se direcionado principalmente, para a intensificação da capacidade de armazenamento de carga. Neste trabalho, propomos a utilização de compósitos de polianilina (PAni) obtidos eletroquimicamente via síntese template, como catodo em microbaterias. Investigamos a potencialidade deste novo material utilizando inicialmente um eletrólito aquoso e, posteriormente, o gel polimérico poli(dimetilsiloxano)co-poli(oxido de etileno), (SEO)/LiClO4. O comportamento eletroquímico dos compósitos foi analisado através de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e medidas de curva de carga/descarga.
Metodologia - A PAni foi sintetizada sobre substratos de ITO e também no interior dos poros de filmes de sílica sol-gel (2,3 mm de espessura), pelo método potenciodinâmico (0,2 a 0,8 V vs. Ag½AgCl, 5 mV.s-1, Qdep = 3,0 mC cm-2 ) em solução de HCl 1,0 M/ NaCl 1,0 M contendo 0,1 M de anilina destilada. Preparamos o eletrólito gel polimérico dissolvendo 5 % (m/m) de LiClO4 em poli(dimetilsiloxano) co-(óxido de etileno). Manteve-se o sistema sob agitação e aquecimento (85°C) durante 8 h.
Montagem dos Dispositivos: Seguiram as especificações abaixo:
Nas medidas de impedância aplicamos ao sistema perturbações senoidais de ± 0,010 V entre 10-2 e 105 Hz, (AUTOLAB-EcoChemie).
Resultados e Discussão - Os espectros de impedância (Fig. 1a) foram ajustados através do circuito equivalente R(RQ)1(RQ)2Q3. Verificamos três regiões distintas nos espectros: (i) Em altas freqüências observamos um semicírculo [(RQ)1] relacionado à formação de um filme de Li2CO3 sobre a superfície do eletrodo. (ii) Um segundo semicírculo é observado em médias frequências sendo associado aos processos de transferência de carga [(RQ)2]. Na Figura 3b, verificamos inicialmente um aumento da resistência de transferência de carga apresentando um máximo em DE = 1,5 V, que coincide com o mínimo valor da capacitância da dupla camada. Atribuímos esta inversão de comportamento à transição do estado de oxidação da polianilina (leucoesmeraldina ® esmeraldina). (iii) Somente no limite de baixas frequências e altos potenciais, identificamos processos relacionados à difusão iônica ajustados pelo elemento de fase constante, parte Q3 do circuito.
A Figura 1c apresenta a curva de carga/descarga do compósito onde observa-se a formação de um platô em 0,75 V, relacionado a prováveis mudanças estruturais no filme. Visando a simulação de um protótipo de microbateria de lítio, substituímos o eletrólito aquoso pelo gel polimérico. Observamos na curva de carga (Fig. 1d) a presença de dois platôs, que também podem estar relacionados às transições conformacionais das cadeias da PAni. A capacidade de carga determinada para o sistema gel polimérico foi da mesma ordem de grandeza do sistema aquoso com a vantagem de ampliação da potência do sistema.
Conclusões – (i) O eletrólito gel polimérico (SEO)/LiClO4 é adequado para a utilização em dispositivos de armazenamento de energia. (ii) A matriz de sílica sol-gel possui uma rede de poros interconectados que permite que a PAni seja sintetizada com uma “certa” restrição espacial, impedindo que os processos de reticulação ocorram deliberadamente. Uma vez que, nem todos os poros são ocupados na polimerização ocorre um maior intumescimento do filme pelo eletrólito, intensificando os processos de transferência de carga e transporte de massa e, consequentemente, as propriedades eletroquímicas do compósito.
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