A presente tese visou desenvolver e investigar o desempenho eletroquímico de eletrodos compósitos do tipo binder-free baseados em óxidos metálicos suportados sobre fibras de carbono nonwoven em eletrólitos não aquosos de lítio e sódio. A fibra de carbono adquirida foi obtida a partir da carbonização de poliacrilonitrila, e a carga eletroativa composta por nanotubos de carbono (CNT), óxido de grafeno reduzido (rGO) e nanoestruturas de óxido de vanádio (V2O5.nH2O) e de ferro (Fe2O3). O V2O5.nH2O foi eletrodepositado sobre a fibra recoberta com CNT, esse método garantiu um bom controle de massa eletrodepositada e o Fe2O3 foi incorporado por impregnação, mergulhando-se o eletrodo em solução precursora, em seguida secagem e tratamento térmico. A análise de desempenho eletroquímico foi realizada a partir de voltametria e cronopotenciometria cíclicas. Os resultados mostram que o eletrodo V@CNT-feltro pode atuar como cátodo e o eletrodo Fe-rGO@CNT-feltro como ânodo em baterias de lítio, com excelentes valores capacidade específica. O compósito contendo óxido de ferro apresentou capacidade específica de 1.600 e 2.121mAh/g na corrente de 1A/g, nas proporções de Fe-rGO/CNT e 60% e 54%, respectivamente. Esses altos valores se devem a processos pseudocapacitivos que resultaram em um incremento no armazenamento de lítio. No entanto, esses valores de capacidade sofreram muita flutuação, especialmente em correntes gravimétricas de 2 e 3A/g, que pode ter sido causada por mudanças estruturais no óxido de ferro durante as reações de conversão em valores de correntes elevados combinado com uma elevada área superficial do eletrodo. O óxido de vanádio apresentou 633 mAh/g de capacidade específica em 0,5A/g, na proporção V2O5.nH2O/CNT de 34% e no intervalo de potencial 1,5-4,2 V vs. Li/Li+. Os valores observados são muito superiores aos observados em eletrodos comerciais, sofrem influência de processos pseudocapacitivos e do sinergismo entre os óxidos metálicos e os carbonáceos, em especial o CNT que, além das interações eletrônicas com os óxidos, cria um arranjo tridimensional que aprimora o transporte eletrônico e a resistência estrutural do eletrodo.

This thesis aimed to develop and investigate the electrochemical performance of binder-free composite electrodes based on metal oxides supported on nonwoven carbon fibers in non-aqueous lithium and sodium electrolytes. The acquired carbon fiber was obtained from the carbonization of polyacrylonitrile, and the electroactive load was composed of carbon nanotubes (CNT), reduced graphene oxide (rGO) and vanadium (V2O5.nH2O) and iron (Fe2O3) oxides nanostructures. The V2O5.nH2O was electrodeposited on the fiber covered with CNT, this method ensured good control of the electrodeposited mass and the Fe2O3 was incorporated by impregnation, immersing the electrode in a precursor solution, followed by drying and thermal treatment. The electrochemical performance analysis was performed using cyclic voltammetry and chronopotentiometry. The results show that the V@CNT-felt electrode can act as a cathode and the Fe-rGO@CNT-felt electrode as an anode in lithium batteries, with excellent specific capacity values. The composite containing iron oxide showed a specific capacity of 1,600 and 2,121mAh/g at a current of 1A/g, in the proportions of Fe-rGO/CNT and 60% and 54%, respectively. These high values are due to pseudocapacitive processes that resulted in an increase in lithium storage. However, these capacitance values suffered a lot of fluctuation, especially at gravimetric currents of 2 and 3A/g, which may have been caused by structural changes in the iron oxide during the conversion reactions at high current values combined with a high surface area. of the electrode. Vanadium oxide presented 633 mAh/g of specific capacity at 0.5A/g, in the ratio V2O5.nH2O/CNT of 34% and in the potential range 1.5-4.2 V vs. Li/Li+. The observed values are much higher than those observed in commercial electrodes, they are influenced by pseudocapacitive processes and the synergism between the metal oxides and the carbonaceous, especially CNT which, in addition to electronic interactions with oxides, creates a three-dimensional arrangement that improves the electron transport and the structural resistance of the electrode.