Efeito de mistura e concentração iônica no desempenho de eletrólitos em supercapacitores
Data
2020-03-31
Autores
Inoue, Pedro Naoiti 
Orientadores
Fileti, Thaciana Valentina Malaspina
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
In this work, we performed an atomistic computational investigation of a different electrolyte’s class, which consists in the mixture of WiSE electrolytes (water-in-salt) with the organic liquid of acetonitrile, abbreviated by AWiSE. The WiSE-type electrolytes are the usual electrolytes of water + ions (cations and anions) in which the ion concentration is significantly higher (10 times higher). The addition of co-solvents (acetonitrile) to the electrolyte has been suggested to control and improve the physical properties, especially the electrolytic ones, of the WiSE electrolyte. Based on experimental studies, where mixtures of acetonitrile and water were investigated, here we investigate by means of the Molecular Dynamics technique not only the properties of pure electrolytes, but also of graphene electrolytic cells. For this, we consider the conventional Li-TFSI electrolyte in water in two different concentrations, 2 mol/L called ‘NORMAL’ and 21 mol/L labelled ‘WiSE’. To these two concentrations we add acetonitrile in three different concentrations: 3, 5, and 7 mol/L. For the study of supercapacitors, selected electrolytic cells were subjected to a potential difference of 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 and 3.0V. Due this it was possible to investigate the performance of the proposed electrolyte solutions and quantify the effects of the mixture and concentration.
Neste trabalho realizamos uma investigação computacional atomística de uma classe diferenciada de eletrólitos, que consiste da mistura entre eletrólitos WiSE (water-in-salt) com o liquido orgânico de acetonitrila, abreviado por AWiSE. Os eletrólitos tipo WiSE, nada mais são que eletrólitos usuais de água + íons (cátion e ânions) nos quais a concentração de íons é aumentada significativamente (10 vezes maior). A adição de co-solventes (acetonitrila) ao eletrólito foi sugerida para controle e melhoria das propriedades físicas, especialmente as eletrolíticas, do eletrólito WiSE. Com base em estudos experimentais, onde misturas de acetonitrila e água foram investigadas, aqui investigamos por meio da técnica de Dinâmica Molecular não somente as propriedades dos eletrólitos puros, mas também de células eletrolíticas de grafeno. Para isso, consideramos o eletrólito convencional de Li-TFSI em água em duas concentrações distintas, 2 mol/L chamado de ‘NORMAL’ e 21 mol/L dito ‘WiSE’. A estas duas concentrações adicionamos acetonitrila em três concentrações diferentes: 3, 5, e 7 mol/L. Para o estudo dos supercapacitores, células eletrolíticas selecionadas foram submetidas a uma diferença de potencial de 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 e 3.0V. Com isso foi possível investigar a performance das soluções eletrolíticas propostas e quantificar os efeitos da mistura e da concentração.
Neste trabalho realizamos uma investigação computacional atomística de uma classe diferenciada de eletrólitos, que consiste da mistura entre eletrólitos WiSE (water-in-salt) com o liquido orgânico de acetonitrila, abreviado por AWiSE. Os eletrólitos tipo WiSE, nada mais são que eletrólitos usuais de água + íons (cátion e ânions) nos quais a concentração de íons é aumentada significativamente (10 vezes maior). A adição de co-solventes (acetonitrila) ao eletrólito foi sugerida para controle e melhoria das propriedades físicas, especialmente as eletrolíticas, do eletrólito WiSE. Com base em estudos experimentais, onde misturas de acetonitrila e água foram investigadas, aqui investigamos por meio da técnica de Dinâmica Molecular não somente as propriedades dos eletrólitos puros, mas também de células eletrolíticas de grafeno. Para isso, consideramos o eletrólito convencional de Li-TFSI em água em duas concentrações distintas, 2 mol/L chamado de ‘NORMAL’ e 21 mol/L dito ‘WiSE’. A estas duas concentrações adicionamos acetonitrila em três concentrações diferentes: 3, 5, e 7 mol/L. Para o estudo dos supercapacitores, células eletrolíticas selecionadas foram submetidas a uma diferença de potencial de 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 e 3.0V. Com isso foi possível investigar a performance das soluções eletrolíticas propostas e quantificar os efeitos da mistura e da concentração.