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Título: Pilhas secas comerciais: reciclagem do grafite e sua aplicação como contra eletrodo em células solares sensibilizadas por corante
Título(s) alternativo(s): Commercial dry batteries: recycling of graphite and its application as a counter electrode in dye sensitized solar cells
Autor(es): Vieira, Ana Paula da Silva
Orientador(es): Tractz, Gideã Taques
Palavras-chave: Energia - Fontes alternativas
Carbono
Eletrodos
Energia solar
Renewable energy sources
Carbon
Electrodes
Solar energy
Data do documento: 29-Nov-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Campo Mourao
Citação: VIEIRA, Ana Paula da Silva. Pilhas secas comerciais: reciclagem do grafite e sua aplicação como contra eletrodo em células solares sensibilizadas por corante. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Química) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2023.
Resumo: A utilização de recursos renováveis de energia para redução da emissão de gases poluentes é uma alternativa viável para um futuro sustentável. Dentre as fontes renováveis de energia será abordada, neste trabalho, a energia solar. O sol é uma fonte de energia limpa e a radiação por ele emitida pode ser convertida em energia elétrica. A busca pelo aproveitamento, de modo eficiente, desta radiação vem crescendo nas últimas décadas e um campo de estudo é o uso do efeito fotovoltaico. As células solares sensibilizadas por corantes (CSSC) pertencem à terceira geração das células solares e são dispositivos fotovoltaicos promissores para a conversão de energia. Elas são compostas por um óxido semicondutor, um corante fotossensível, um eletrólito e um contra eletrodo, no qual geralmente é empregada a platina. Visando reduzir custos de produção, materiais alternativos como grafite podem ser utilizados como contra eletrodo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um contra eletrodo para uma CSSC, utilizando o grafite extraído de pilhas secas exauridas. Como anodo do sistema foi utilizado TiO2 com corante natural extraído da Beta Vulgaris Esculenta (beterraba) e eletrólito contendo um par redox de I3-/3I-. Os grafites, utilizados como contra eletrodos, foram extraídos de pilhas secas comerciais, de três marcas diferentes denominadas como Marca 1 (P1), 2 (P2) e 3 (P3), macerados e depositados em substrato condutor FTO. As células foram montadas em formato sanduíche do anodo e do cátodo com uma área ativa de 0,2 cm2. As técnicas de caracterização empregadas foram espectroscopia na região do UV-visível, microscopia eletrônica de varredura, fluorescência de raios X, potencial de circuito aberto, fotocronoamperometria e curvas j-E. Os resultados mostraram que os contra eletrodos apresentaram uma morfologia não definida e que os mesmos apresentaram na composição pequenas quantidades de alguns metais como Mn, Fe, Ni, Zn, Pb, Ti e Zr. As medidas eletroquímicas revelaram que os dispositivos foram fotossensíveis e que dentre os contra eletrodos aplicados o que apresentou resultados mais significativos de eficiência em foto-conversão foi produzido com o grafite extraído da Marca 2 (P2), com parâmetros fotovoltaicos de: j (mA cm-2) = 0,078±0,016; E(V)=0,558±0,032; FF=0,367±0,074; ƞ (%) = 1,616x10-2 ± 0,005.
Abstract: Using renewable energy resources to reduce the emission of polluting gases is a viable alternative for a sustainable future. Among the renewable energy sources discussed in this paper is solar energy. The sun is a clean source of energy and the radiation it emits can be converted into electricity. The search for efficient use of this radiation has been growing in recent decades, and one field of study is the use of the photovoltaic effect. Dye-sensitized solar cells (DSSC) belong to the third generation of solar cells and are promising photovoltaic devices for energy conversion. They are composed of a semiconductor oxide, a photosensitive dye, an electrolyte and a counter electrode, in which platinum is generally used. In order to reduce production costs, alternative materials such as graphite can be used as a counter electrode. The aim of this work is to develop a counter electrode for a DSSC, using graphite extracted from exhausted dry batteries. TiO2 was used as the system's anode, with natural dye extracted from Beta Vulgaris Esculenta (beetroot) and an electrolyte containing a redox pair of I3-/3I-. The graphite used as counter electrodes was extracted from three different brand batteries, brand 1 (P1), 2 (P2) and 3 (P3), macerated and coated on a conductive FTO substrate. The cells were assembled in an anode and cathode sandwich format with an active area of 0.2 cm2. The characterization techniques performed were: UV-Visible region Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy, X-ray fluorescence, Open Circuit Potential, Photochronoamperometry and j-V curves. The results have showed that the counter electrodes had an undefined morphology and that they presented small amounts of metals such as Mn, Fe, Ni, Zn, Pb, Ti and Zr. The electrochemical measurements showed that the devices were photosensitive and among the counter electrodes used, the one that showed the most significant results in terms of photoconversion efficiency was produced with graphite extracted from the Brand 2 (P2) battery, with photovoltaic parameters of j (mA cm-2) =0.078±0.016; V (V)=0.558±0,032; FF=0.367±0.074; ƞ (%) = 1.616x10-2 ± 0.005.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33461
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