Advanced dendrimers for capture and storage of sustainable energy

Rita Figueiredo Pires

Key information

Authors:

Rita Figueiredo Pires (Rita Figueiredo Pires)

Supervisors:

Vasco Daniel Bigas Bonifácio (Vasco Daniel Bigas Bonifácio); Teresa Maria Alves Casimiro

Published in

12/17/2019

Abstract

A procura global de novas soluções sustentáveis de energia, motivada por uma revolução energética desencadeada por alterações climáticas, tem conduzido ao desenvolvimento de materiais inovadores capazes de satisfazer novos desafios. Neste trabalho foram fabricados dispositivos com um comportamento semelhante a fotodíodos, e desenvolvidos usando uma nova classe de dendrímeros do tipo doador-aceitador. Os novos materiais foram projetados, sintetizados e combinados com corantes de ruténio, permitindo a fabricação de dispositivos de baixo custo, incorporados em camada única e usando uma matriz biocompatível. Obtiveram-se com sucesso dispositivos a operar a uma baixa corrente no escuro e com uma resposta dependente do contra-elétrodo. O melhor sistema obtido usa um dendrímero de poli(imidazolona amina) (PIMAMG1OMe), um corante de ruténio comercial [Ru(dcbpy)2(NCS)2], e um contra-elétrodo de aço inoxidável. Este dispositivo alcançou uma detetividade específica de 8,8×108 Jones (a -0,4 V) e uma baixa densidade de corrente escura de 10 nAcm-2. O desenvolvimento de novos sistemas de armazenamento de energia é também é uma das grandes preocupações da sociedade global, principalmente devido ao crescimento exponencial de novas aplicações que obrigam a um elevado consumo energético. A próxima geração de dipositivos eletrónicos portáteis e flexíveis está a pressionar o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia flexíveis, leves e ecológicos. Os supercondensadores (SCs) são materiais altamente atrativos, principalmente devido às suas excelentes propriedades para uso em dispositivos optoelectrónicos, tais como a rápida capacidade de carga e descarga, as reduzidas dimensões, a elevada fiabilidade e a ampla gama de temperaturas de trabalho. Os SCs estão na vanguarda do desenvolvimento de dispositivos para o armazenamento de energia, incluindo os dispositivos eletrónicos flexíveis e incorporados em vestuário. As células de combustível microbiano (MFCs) são já consideradas como novas fontes de energia renovável. No entanto, a eficiência de produção de energia é muito baixa, constituindo uma desvantagem destes sistemas. Contudo, quando as MFCs são acopladas a um SC, a energia acumulada é libertada numa corrente mais alta e pode ser usada para carregar pequenos dispositivos. Neste trabalho foram projetados, sintetizados e investigados, novos polímeros de politioureias aromáticas, como potenciais materiais capacitivos. Em estudos preliminares, a PPMTU, uma politioureia aromática linear foi usada como um polímero modelo para revestir elétrodos impressos, e foi avaliado o seu desempenho como SCs em MFCs. Utilizando duas bactérias produtoras de eletricidade diferentes, a G. sulfurreducens e a S. oneidensis, estudou-se o desempenho capacitivo da PPMTU. Apesar de preliminares, os resultados obtidos mostram que MFCs acoplados a politioureias, usando G. sulfurreducens como fonte de bioeletricidade, são sistemas de energia sustentável muito promissores.