Armazenamento eletroquímico de hidrogênio a partir de compósito de pneus inservíveis e calcogeneto de bismuto

Abstract

Com o aumento da demanda por novas fontes de energia e a necessidade pela busca de alternativas aos combustíveis fósseis, destaca-se a necessidade de desenvolvimento de novos sistemas renováveis de geração e armazenamento de energia. O hidrogênio se apresenta como uma alternativa, porém os métodos atuais de armazenamento são ineficazes e dispendiosos. Portanto, neste trabalho apresentamos uma alternativa baseada no processo de armazenamento eletroquímico de hidrogênio. Objetivando uma solução sustentável, o negro de carbono oriundo de pneus inservíveis foi utilizado como precursor na produção dos nanocompósitos para armazenamento eletroquímico de hidrogênio. Portanto, os nanocompósitos foram constituídos de negro de carbono recuperado de pneus inservíveis, partículas de sulfeto de bismuto (III) e nanotubos de carbono funcionalizado de paredes múltiplas (FMWCNT). O sulfeto de bismuto ancorado em nanotubos de carbono de múltiplas paredes funcionalizados (Bi2S3- FMWCNT) foram sintetizado pelo método hidrotérmico. Os nanocompósitos FMWCNT/NF e Bi2S3- FMWCNT/NF foram preparados pelo método de impregnação. Os nanocompósitos foram caracterizados por MEV-FEG, EDS, BET, TG, DSC, FTIR e EIS e avaliados quanto ao desempenho do armazenamento eletroquímico de hidrogênio utilizando as técnicas de voltametria cíclica, carga/descarga e impedância eletroquímica. Desta forma, foi possível determinar capacitância específica (Fg-1) e a capacidade específica de descarga de hidrogênio (mAh g-1). Eletrodos alcançaram capacitâncias específicas entre 1083,7 e 5355,8 F g⁻¹.

With the increasing demand for new energy sources and the need to seek alternatives to fossil fuels, there is a highlighted need for the development of new renewable systems for energy generation and storage. Hydrogen emerges as an alternative; however, current storage methods are ineffective and costly. Therefore, in this work, we present an alternative based on the electrochemical hydrogen storage process. Aiming for a sustainable solution, carbon black derived from end-of-life tires was used as a precursor in the production of nanocomposites for electrochemical hydrogen storage. Thus, the nanocomposites were composed of carbon black recovered from end-of-life tires, bismuth sulfide (III) particles, and functionalized multi-walled carbon nanotubes (FMWCNT). The bismuth sulfide anchored on functionalized multi-walled carbon nanotubes (Bi₂S₃-FMWCNT) was synthesized by the hydrothermal method. The nanocomposites FMWCNT/NF and Bi₂S₃- FMWCNT/NF were prepared by the impregnation method. The nanocomposites were characterized by FE-SEM, EDS, BET, TG, DSC, FTIR, and EIS, and evaluated for their electrochemical hydrogen storage performance using cyclic voltammetry, charge/discharge, and electrochemical impedance techniques. In this way, it was possible to determine the specific capacitance (F g⁻¹) and the specific hydrogen discharge capacity (mAh g⁻¹). Electrodes achieved specific capacitances ranging from 1083.7 to 5355.8 F g⁻¹.