Desenvolvimento e caracterização de elétrodos baseados em grafeno para desionização capacitiva - Santos, Diogo Rafael Rodrigues (2021)
Este trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização de elétrodos de grafeno induzidos por laser (LIG), com o intuito de serem testados num sistema de desionização capacitiva (CDI) para remoção de iões da água. Este estudo foi desenvolvido em colaboração com a Bosch Termotecnologia S.A (Aveiro) no âmbito do projeto ”Smart Green Homes”. A síntese dos elétrodos de LIG foi efetuada através da utilização de um polímero comercial Kapton (poliimida (C22H10O5N2)), sobre o qual se fez incidir um feixe laser (comprimento de onda 10,6 μm). O processamento deste material foi efetuado com alteração de diversos parâmetros que influenciam a estrutura do mesmo, nomeadamente a velocidade de varrimento do feixe laser. A caracterização do LIG e de elétrodos comerciais foi realizada através de técnicas de análises eletroquímicas (cronocoulometria e voltametria cíclica), espetroscopia de Raman e microscopia eletrónica de varrimento. De modo a caracterizar os elétrodos num sistema de CDI, foi desenvolvido um protótipo de testes, permitindo assim o estudo do seu funcionamento tanto no modo de corrente constante, como tensão constante. Através da análise dos ciclos de carga e descarga (com fluxo de água) foi possível avaliar o desempenho do sistema em diferentes condições, variando o número de elétrodos, o material que os constituem e a concentração de sal na água. Assim, foi possível verificar qual a influência dos diferentes parâmetros no desempenho final do sistema. Tanto para os elétrodos de LIG, como para os comerciais, os resultados dos ciclos de carga/descarga apresentaram um comportamento capacitivo, contudo, para os primeiros o desempenho registado é significativamente inferior no que diz respeito à carga acumulada, considerando a mesma área geométrica de elétrodo. Este facto deve-se essencialmente à diferença de cerca de 2 ordens de grandeza na área de superfície entre os dois materiais. No entanto, quando a comparação é feita em termos de área efetiva, os valores de carga acumulada são semelhantes nos dois casos. Assim, tendo em conta os resultados obtidos, complementados com o custo reduzido associado à produção do LIG, é possível afirmar que este material pode ter um papel competitivo na tecnologia de CDI, desde que a sua área de superfície seja otimizada