Dissertação/Tese TESE CASSIO MURILO RODRIGUES MOREIRA - PPGQ

Um circuito elétrico é proposto para 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. 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. O modelo ainda se estende aos estudos de 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

An electrical circuit is proposed for the study of rough/porous electrodes used in supercapacitors, utilizing only passive elements such as resistors and capacitors. This approach not only allows for the understanding of the porous nature of the material but also facilitates the interpretation of electrochemical findings through different electrochemical techniques employed. For this purpose, an activated carbon electrode was studied in a three-electrode cell, and all results obtained from the electrochemical techniques were discussed using the equations derived from the physical principles of a generic electrochemical circuit with three RC branches in parallel. Equations were obtained based on the physical principles of this electrical circuit and provided good fits to the experimental data obtained from the four electrochemical techniques. These, along with morphological results, contributed to the understanding of the porous characteristics of the material. Capacitance and resistance are distributed throughout the electrode according to the pore size of the material and are activated as the particular excitation signal of each technique penetrates the region, given that 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. This could be measured quantitatively. The model also extends to the study of complete devices, regardless of their configuration, as long as supercapacitive characteristics are present, also serving as a support for decision-making in device engineering