Obtenção de nanofios de carbono a partir de copolímero de PAN eletrofiados para aplicação como supercapacitores

Abstract

Atualmente, existe uma demanda na busca por materiais com alta densidade de potencia, longo ciclo de vida e baixo impacto ambiental que sao em sua maioria utilizados para a producao de supercapacitores, sendo esses considerados fontes promissoras de energia para sistemas eletronicos. Os tipos de materiais mais promissores para essa aplicacao sao os baseados em carbono, devido a sua flexibilidade, area superficial e boa estabilidade eletroquimica. Para a producao de materiais carbonosos, o principal precursor utilizado e a poliacrilonitrila (PAN) e suas variacoes a partir da adicao de monomeros, como o acrilato de metila (MA). Geralmente, esses materiais sao utilizados em formas de mantas, fios ou nanofibras produzidos a partir de processos de fiacao e posteriormente carbonizados para gerar o material carbonaceo. Um dos processos de fiacao que tem sido amplamente estudado para a obtencao de nanofibras de carbono e o processo de eletrofiacao. Portanto, este trabalho apresenta os resultados obtidos do processo de carbonizacao de mantas eletrofiadas a partir de solucao de PAN homopolimero (PANH) e PAN-co-acrilato de metila 6 % (PA6MA) com dimetilformamida (DMF) com o intuito de obter material para uso em supercapacitores. Os polimeros utilizados foram analisados por DSC para a obtencao dos valores relacionados a faixa de ciclizacao, sendo possivel observar uma melhor estabilidade termica relacionada as amostras de PAN6MA com faixa de temperatura de 240-312 °C e temperatura maxima do pico exotermico de 292 °C. As mantas obtidas pelo processo de eletrofiacao foram oxidadas a 235°C por 5min e carbonizadas a 900 °C por 5 min. As mantas obtidas, antes e apos o processo de carbonizacao, foram analisadas por MEV apresentando fibras de superficie lisa, dispersas aleatoriamente e de dimensoes nanometricas, sendo os valores de diâmetro aproximado de 219 nm para as nanofibras de carbono de PANH (NfcPANH) e 185 nm para as nanofibras de carbono de PAN6MA (NfcPAN6MA). As mantas carbonizadas foram analisadas pela tecnica RAMAN e foi possivel a obtencao de dados referentes a estrutura carbonica presente nas amostras, onde os valores obtidos demonstraram que as amostras de NfcPAN6MA apresentaram menor valor de grau de cristalinidade medida a partir da relacao entre as bandas D e G conhecido como fator ID/IG, sendo o valor obtido igual a 1,06 para as NfcPNA6MA e 1,24 para as NfcPANH, isso demonstra uma maior presenca de estruturas grafiticas cristalinas quando comparadas as amostras produzidas a partir da PANH. Para obtencao das caracteristicas capacitivas foram realizados levantamento das curvas carga/ descarga por analise cronopotenciometrica, foi possivel observar as melhores caracteristicas relacionadas a capacitância especifica e estabilidade de ciclagem em baixas correntes aplicadas para as amostras de PAN6MA com valores de capacitância especifica de 270,9 F/g, densidade de energia de 30,0 Wh/kg e densidade de potencia de 153,5 W/kg. Os resultados obtidos demonstraram que o COSTA, H.M.S..; RODRIGUES, V.F.; MATSUSHIMA, J.T., et al., revista Materia, v.26, n.2, 2021 material apresentou potencial para a aplicacao proposta. Palavras-chave: Eletrofiacao, Carbonizacao, Supercapacitor, Copolimero PAN.