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Título: Desenvolvimento de um pseudocapacitor eletroquímico baseado em eletrodos de polianilina e lignina
Título(s) alternativo(s): Development of an electrochemical pseudocapacitor based on polyaniline and lignina electrodes
Autor(es): Oliveira, Muritchello de
Orientador(es): Rodrigues, Paula Cristina
Palavras-chave: Capacitadores
Eletrodos
Polianilinas
Lignina
Materiais compostos
Eletroquímica
Voltametria
Capacitors
Electrodes
Polyanilines
Lignin
Composite materials
Electrochemistry
Voltammetry
Data do documento: 19-Fev-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: OLIVEIRA, Muritchello de. Desenvolvimento de um pseudocapacitor eletroquímico baseado em eletrodos de polianilina e lignina. 2026. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: Este trabalho apresenta uma investigação aplicada sobre o desenvolvimento de materiais compósitos a serem empregados em um supercapacitor eletroquímico. A pesquisa parte da justificativa de que existe uma crescente demanda por soluções eficientes e mais sustentáveis no setor energético, tornando necessária a avaliação de materiais alternativos que possam assegurar boa performance em dispositivos eletroquímicos e reduzir impactos ambientais. Sendo assim, os compósitos abordados neste trabalho são confeccionados a partir de materiais de baixo custo, viáveis para aplicação em dispositivo eletroquímico e de baixo impacto ambiental, como: polianilina, lignina, negro de fumo e parafina. O objetivo principal foi desenvolver um compósito que apresentasse melhor resposta eletroquímica via testes de voltametria cíclica para ser utilizado como eletrodo em um supercapacitor eletroquímico. Para isso, a metodologia envolveu a preparação de compósitos com diferentes proporções entre materiais constituintes (polianilina, lignina, carbon black e parafina), seguida de testes de voltametria cíclica em sistema de três eletrodos, além da reticulação térmica dos compósitos mais promissores e posterior comparação entre amostras reticuladas e não reticuladas. Considerando os efeitos de inchaço e desinchaço, estresse mecânico acumulativo e a consequente perda do contato elétrico do material compósito com a superfície do coletor de corrente durante a voltametria cíclica, não foi possível obter resultados que demonstrassem uma resposta, em termos de capacitância específica, real de cada compósito. Devido a estes efeitos, não foi possível estabelecer, com rigor, qual dentre os compósitos mais promissores (K, I, H e F) apresenta desempenho superior para aplicação em pseudocapacitores eletroquímicos. Por essa razão, procedeu-se com a reticulação térmica destes materiais compósitos. Os resultados indicaram que os compósitos reticulados K, I, H e F apresentaram maior estabilidade mecânica em detrimento de sua capacitância específica quando comparados com seus respectivos materiais não reticulados ao longo de vários ciclos. Mesmo com o tratamento térmico, os resultados indicaram que os efeitos do inchaço e desinchaço ainda são evidentes. Conclui-se que, embora os compósitos desenvolvidos (K, I, H e F, bem como seus reticulados) sejam promissores para aplicação em pseudocapacitores eletroquímicos, os fenômenos de inchaço, desinchaço e estresse mecânico acumulativo comprometem a determinação precisa da capacitância específica e da estabilidade cíclica de cada compósito. A reticulação térmica pode ter proporcionado maior estabilidade mecânica, porém sem atenuar significativamente tais fenômenos físico-químicos. Dessa forma, a avaliação rigorosa da capacitância específica e estabilidade cíclica dos compósitos K, I, H e F exige a adoção de estratégias experimentais adicionais que permitam mitigar ou contornar esses efeitos.
Abstract: This work presents an applied investigation into the development of composite materials to be used in an electrochemical supercapacitor. The research is grounded in the justification that there is a growing demand for efficient and more sustainable solutions in the energy sector, making it necessary to evaluate alternative materials capable of ensuring good performance in electrochemical devices while reducing environmental impacts. Accordingly, the composites addressed in this study are fabricated from low-cost materials suitable for application in electrochemical devices and with low environmental impact, such as polyaniline, lignin, carbon black, and paraffin. The main objective was to develop a composite that would exhibit improved electrochemical response through cyclic voltammetry tests for use as an electrode in an electrochemical supercapacitor. To achieve this, the methodology involved preparing composites with different proportions of constituent materials (polyaniline, lignin, carbon black, and paraffin), followed by cyclic voltammetry tests in a threeelectrode system, as well as thermal crosslinking of the most promising composites and subsequent comparison between crosslinked and non-crosslinked samples. Considering the effects of swelling and deswelling, cumulative mechanical stress, and the resulting loss of electrical contact between the composite material and the current collector surface during cyclic voltammetry, it was not possible to obtain results that demonstrated a true response, in terms of specific capacitance, for each composite. Due to these effects, it was not possible to rigorously establish which of the most promising composites (K, I, H, and F) presents superior performance for application in electrochemical pseudocapacitors. For this reason, thermal crosslinking of these composite materials was carried out. The results indicated that the crosslinked composites K, I, H, and F exhibited greater mechanical stability at the expense of their specific capacitance when compared to their non-crosslinked counterparts over several cycles. Even with thermal treatment, the results showed that the effects of swelling and deswelling remain evident. It is concluded that, although the developed composites (K, I, H, and F, as well as their crosslinked versions) are promising for application in electrochemical pseudocapacitors, the phenomena of swelling, deswelling, and cumulative mechanical stress compromise the precise determination of the specific capacitance and cycling stability of each composite. Thermal crosslinking may have provided greater mechanical stability but did not significantly mitigate these physicochemical phenomena. Therefore, a rigorous evaluation of the specific capacitance and cycling stability of composites K, I, H, and F requires the adoption of additional experimental strategies capable of mitigating or circumventing these effects.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40177
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