LABORATÓRIO DE BATERIAS, SUPERCAPACITORES E CÉLULAS FOTOVOLTAICAS À BASE DE GRAFENO
Coordenador: Dr. Rubens Nunes de Faria Junior
Telefones: (11) 3133-9206
E-mail: rfaria@ipen.br
Os Laboratórios de Baterias, Supercapacitores e
Células Fotovoltaicas do Centro de Ciências e Tecnologia de Materiais do
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares se destinam à pesquisa de materiais
avançados para dispositivos de captação e armazenamento de energia elétrica. Atualmente,
o grafeno (G) despontou como um material altamente promissor para aplicação em
dispositivos eletrônicos e vem sendo extensivamente investigado no âmbito
nacional e internacional. Em conjunto com a Dra. Solange Kazumi Sakata do
Centro de Tecnologia das Radiações, pesquisas inovadoras estão em andamento
para redução de derivados de óxido de grafeno (GO) utilizando o processo HDDR
(hidrogenação-desproporção-dessorção-recombinação) para aplicação em
supercapacitores (SC). Os nano compósitos de óxido de grafeno reduzido
apresentam características elétricas superiores que levam a valores maiores de
capacitância específica e condutividade elétrica. Os estudos de fotocélulas DSSC
estão sendo conduzidos pelo Dr. Eguiberto Galego e Dra. Marilene Morelli Serna
e estão voltados atualmente para a aplicação do grafeno neste tipo de
dispositivo para captação de energia. Medidas elétricas destes dispositivos de
armazenamento e captação de energia elétrica são realizadas em um analisador digital
(Arbin) e incluem testes galvanostáticos de carga e descarga e voltametria
cíclica. No campo das baterias recarregáveis, além das teses
em andamento, foi publicado em 2014 um livro introdutório a estes dispositivos
elétricos:
Em 2015, o Dr. Julio César Serafim Casini realizou
o pós-doutorado na redução dos derivados de óxido de grafeno (GO) com o
processo HDDR para aplicação em supercapacitores. A partir de 2016, como
Professor concursado do Instituto Federal de Rondônia (IFRO), coordena a parceria
com o IPEN nesta área. Atualmente, está na liderança da Área de Pesquisa e
Inovação do IFRO com o Grupo de Pesquisa CNPq de Materiais e Dispositivos
Elétricos, que pode ser acessado pelo link:
http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/5832293380302543
Utilização de
grafeno em células fotovoltaicas DSSC (Dye Sensitized Solar Cell)
O grande interesse no
desenvolvimento da célula DSSC reside em seu baixo custo de fabricação. Durante
os últimos 15 anos, o objetivo das pesquisas realizadas foi a substituição do
corante de rutênio e da platina utilizada no contra-eletrodo. Atualmente a maior eficiência de conversão
alcançada é de 13%, obtida utilizando-se moléculas de porfirinas como corante,
grafeno como contra-eletrodo (CE), e eletrólito a base de cobalto. Devido ao
alto custo da platina diversos materiais estão sendo estudados para a sua
substituição. Dentre estes, o grafeno apresenta grande vantagem devido a:
mobilidade dos portadores (~10.000 cm2V-1s-1),
área especifica (2.630 m2g-1), condutividade térmica
(~3.000Wm-1K-1) e transparência ótica (97,7%). No
entanto, a condutividade elétrica e a atividade catalítica são inferiores as
apresentadas pela platina. Verificou-se uma melhora da atividade catalítica
quando se empregou o grafeno com uma estrutura de colmeia e pela dopagem da
estrutura bi-dimensional com hetero-átomos (nitrogênio, boro e fosforo). Esta
dopagem promove o aumento de defeitos na estrutura do grafeno. Além da
utilização do grafeno como CE, este material também foi estudado para sua
utilização como uma interface entre o FTO e o ZnO no eletrodo de trabalho. Devido
a baixa rugosidade do grafeno a aplicação do mesmo, nesta interface, promove
uma melhor adesão entre o FTO e o ZnO. Nos eletrodos nano-estruturados, além da
adesão, o grafeno promove a redução dos processos de recombinação. O ZnO nanoestruturado também pode ser
empregado como material ativo de eletrodos de supercapacitores, podendo, assim,
ser aplicado tanto em dispositivos para armazenamento quanto em dispositivos
para captação de energia.
(ZnO nanorods)
EQUIPE:
Dr. Rubens Nunes de
Faria Junior (Coordenador)
Dr. Eguiberto
Galego (Responsável/DSSC-G)
Dra. Marilene
Morelli Serna (Pesquisadora/DSSC-G)
MSc Lia Maria Carlotti
Zarpelon (Doutoranda/BAT)
MSc Edson Pereira
Soares (Doutorando/BAT-G)
MSc Antonio Paulo
Rodrigues Fernandez (SENAI; SC)
MSc Gabriel Souza
Galdino (Futuro Doutorando, SC-GO)
Bel. Quezia de
Aguiar Cardoso (Mestranda/SC-GO)
Bel. Fernando
Gabriel Benitez Jara (Mestrando/SC-GO)
Pedro Victor Duarte
da Cruz (IC/SC)
Tatiane Yumi Tatei (IC/SC)
Bruna Rodrigues de
Lima (IC/DSSC)
Tayara Correia
Gonsalves (IC/SC)
COLABORADORES:
Dr. Lalgudi Venkataraman Ramanathan (DSSC)
Dr. Luis Filipe Carvalho Pedroso de
Lima (DMA)
PARCERIAS:
Dr. Julio César Serafim Casini (IFRO)
Dr. Gerhard Ett (IPT)
Dra. Solange Kazumi Sakata (IPEN-CTR)
