Gama

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12887 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Carvões ativados (ACs) foram desenvolvidos a partir do pecíolo da palma por meio de um novo método ecologicamente correto composto de carbonização hidrotérmica de H2SO4 altamente diluído e pirólise ativadora de KOH de baixa concentração seguida de modificação de superfície induzida por gama sob ambiente oxidante de NaNO3. Os carbonos grafíticos preparados foram posteriormente utilizados como material ativo para eletrodos de supercapacitores. As propriedades físico-químicas dos ACs foram caracterizadas usando microscópio eletrônico de varredura de emissão de campo - espectroscopia de raios X dispersiva de energia, isotermas de adsorção / dessorção de N com análise de área superficial de Brunauer-Emmett-Teller, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X e espectroscopia Raman. O desempenho eletroquímico dos eletrodos fabricados foi investigado por voltametria cíclica, espectroscopia de carga-descarga galvanostática e impedância eletroquímica. Mesmo tratado com concentração extremamente baixa de H2SO4 e pequena relação KOH:hidrocarvão, o SBET máximo de 1365 m2 g−1 para um AC foi obtido após irradiação gama. Isto foi atribuído à formação de redes interconectadas induzidas por radiação, gerando microporos dentro da estrutura do material. Os eletrodos do supercapacitor exibiram capacitância elétrica de camada dupla, proporcionando a capacitância específica mais alta de 309 F g-1, bem como excelente estabilidade de ciclo em 10.000 ciclos. Os resultados promissores garantem fortemente a alta possibilidade de aplicação do método ecologicamente correto na produção de materiais de supercapacitores.

Recentemente, a energia fóssil tornou-se menos atraente devido ao seu fornecimento limitado de energia a longo prazo e às questões ambientais. Por outro lado, as energias alternativas têm sido cada vez mais levadas em consideração para garantir a sustentabilidade e um ambiente limpo. Independentemente das fontes de energia, todo o processamento de energia renovável requer um sistema de armazenamento de energia (ESS) estável e confiável. Consideráveis ​​atenções foram atraídas para os supercapacitores, pois eles oferecem alta estabilidade, capacidade de carregamento rápido e ampla temperatura operacional. Esta classe de dispositivos de armazenamento de energia também apresenta alta densidade de potência com eficiência energética de até 98%1. Ao contrário dos capacitores dielétricos sólidos tradicionais, a capacitância total dos supercapacitores depende essencialmente da capacitância elétrica de camada dupla (EDLC) e da pseudocapacitância eletroquímica. De facto, o valor da capacitância de um supercapacitor é influenciado por vários factores, nomeadamente área superficial específica, estrutura dos poros, condutividade eléctrica e funcionalidade superficial dos eléctrodos. Os EDLCs normalmente fornecem uma área de superfície específica superior a 500 m2 g-1, levando a uma capacitância específica muito maior do que a dos capacitores convencionais. A reversibilidade de acumulação rápida de carga em EDLCs também permite a conclusão do ciclo de carga/descarga em segundos2. Ao contrário das baterias recarregáveis, cuja vida cíclica é reduzida após uma série de processos de carga/descarga baseados em reações químicas, os EDLCs podem manter uma estrutura de eletrodo excepcional e alta capacidade mesmo após milhões de ciclos operacionais3. Infelizmente, os EDLCs disponíveis comercialmente ainda sofrem de uma densidade de energia muito menor (<10 Wh kg-1) quando comparados aos das baterias (35–40 Wh kg-1)4. Na verdade, a densidade de energia e a capacitância total de um supercapacitor podem ser melhoradas ao introduzir um mecanismo adicional de armazenamento-transferência de carga, denominado pseudocapacitância, para o material do eletrodo. O mecanismo ocorre através de reações rápidas e reversíveis de oxidação-redução na interface eletrodo/eletrólito e no material do eletrodo. Em outras palavras, esse processo faradaico ajuda a diminuir a lacuna de energia entre EDLCs e baterias5,6. Os comportamentos pseudocapacitivos em SCs são governados principalmente pela presença de grupos funcionais contendo heteroátomos na superfície do eletrodo. Óxidos metálicos, nitretos metálicos e polímeros condutores são os materiais mais utilizados em eletrodos de pseudocapacitores. No entanto, o processo de produção requer procedimentos complexos em combinação com uma série de substâncias tóxicas, representando assim riscos ambientais5.