Desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos de alto desempenho a partir de biomassa fúngica ancorada com nanopartículas metálicas biossintetizadas

dc.contributor.advisorSaczk, Adelir Aparecida
dc.contributor.co-advisorBufalo, Tatiana Cardoso e
dc.contributor.refereeAndrade, Adalgisa Rodrigues de
dc.contributor.refereeSilva, Tiago Almeida
dc.contributor.refereeBufalo, Tatiana Cardoso e
dc.contributor.refereeMagriotis, Zuy Maria
dc.contributor.refereeThomasi, Sérgio Scherrer
dc.creatorBazzana, Matheus Julien Ferreira
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7441434583520532
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8144-314X
dc.date.accessioned2025-11-12T15:37:36Z
dc.date.issued2024-02-23
dc.description.abstractThe improvement and development of energy storage devices is a rising field which aims at enabling to make the most of the energy generated by renewable sources, intervening in the problems related to intermittent energy production. Electrochemical capacitors are among these devices, and they stand out for their high potence density and long useful life, being ideal for application in electronic devices, electric vehicles, among others. Recent studies discuss the use of biomass-derived carbon materials for the development of electrodes for electrochemical supercapacitors. The use of fungus-derived biomass for the production of carbon materials has been attracting attention due to the rapid growth of fungi and the diversity of biomass sources. In addition to that, fungal biomass is also applied to the biosynthesis of metallic nanoparticles (MNPs), allowing the reduction or elimination of potentially dangerous chemical substances, prioritizing environmental, economic and efficiency issues. Recent studies report MNPs anchorage to carbon materials with the intention of improving capacitance and conductivity when applied to the development of supercapacitors. Despite the potentialities associated with the incorporation of MNPs to carbon materials for the increase of specific capacitance, MNPs synthesis classic methods and the anchorage to carbon materials make use of potentially toxic chemical substances and demand great energy consumption. MNPs anchorage to fungal biomass simultaneously to the intracellular biosynthesis process in a single step for the further production of a carbon material for the production of electrodes for supercapacitors is a feasible and sustainable alternative. Thus, the objective of this work was to carry out MNPs intracelular biosynthesis using fungal biomass of Coprinopsis calospora (CPC), pertaining to the phylum Basidiomycota, and of Penicillium flavigenum (PCF), pertaining to phylum Ascomycota, in order to produce carbon materials with anchored MNPs and their use in the development of electrodes for high performance electrochemical supercapacitors. By means of the results gathered, it was possible to attest that NPsAu and NPsAg intracellular biosynthesis mediated by the biomass of the mycelia of fungi CPC and PCF and the production of carbon fungi (CF) were successfully carried out. The electrochemical performance assessment by cyclic voltammetry (CV) of modified glassy carbon electrodes (GCEs) elicited that GCE_CFCPC_NPsAu and GCE_CFCPC_NPsAg presented maximum specific capacitance of 179.00 F g-1 and 208.33 F g -1 , respectively, indicating a 28.4% and 24.0% increase in relation to GCE_CFCPC in the respective supporting electrolytes assessed. The electrodes made from CF of the PCF fungus did not show significant differences with the presence of MNPs. Thus, differences in electrochemical stability were found between electrodes produced using CF from the fungus CPC and PCF, significantly influencing the performance of modified electrodes used in the development of electrochemical supercapacitors. The stability throughout the analyses for the GCE_CFCPC_NPsAu and GCE_CFCPC_NPSAg were assessed by galvanostatic charge and discharge (GCD) due to the excellent electrochemical performances among the assessed electrodes, showing retention of the maximum capacitance after 1,000 cycles of 97.67% and 98.68% respectively.
dc.description.areastematicasdaextensaoEducação
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.odsODS 7: Energia limpa e acessível
dc.description.odsODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.odsODS 4: Educação de qualidade
dc.description.odsODS 17: Parcerias e meios de implementação
dc.description.resumoO desenvolvimento e melhoramento de dispositivos de armazenamento de energia é uma área de estudo em ascensão que busca viabilizar o máximo aproveitamento da energia gerada por fontes renováveis, intervindo nos problemas relacionados a produção intermitente de energia. Entre esses dispositivos estão os supercapacitores eletroquímicos, que se destacam devido à alta densidade de potência e longa vida útil, sendo ideais para aplicações em dispositivos eletrônicos, veículos elétricos, entre outros. Estudos recentes abordam a utilização de materiais de carbono derivados de biomassa para o desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos. A utilização de biomassa derivada de fungos para produção de materiais de carbono tem atraído a atenção devido ao rápido crescimento fúngico e à diversidade de fontes de biomassa. Além disso, a biomassa fúngica também é aplicada na biossíntese de nanopartículas metálicas (NPsM), possibilitando a redução ou eliminação de substâncias químicas potencialmente perigosas, priorizando questões ambientais, econômicas e de eficiência. Estudos recentes reportam o ancoramento de NPsM a materiais de carbono com o intuito de melhorar a capacitância e a condutividade quando aplicados no desenvolvimento de supercapacitores. Apesar das potencialidades associadas à incorporação de NPsM a materiais de carbono para aumento da capacitância específica, os métodos clássicos de síntese de NPsM e o encoramento a materiais de carbono, fazem uso de substâncias químicas potencialmente tóxicas e com grande gasto energético. O ancoramento das NPsM à biomassa fúngica simultaneamente ao processo de biossíntese intracelular em uma única etapa para posterior produção de um material de carbono para a produção de eletrodos para supercapacacitores é uma alternativa viável e sustentável. Assim o objetivo desse trabalho foi realizar a biossíntese intracelular de NPsM utilizando a biomassa do fungo Coprinopsis calospora (CPC), pertencente ao filo Basidiomycota, e do fungo Penicillium flavigenum (PCF), pertencente ao filo Ascomycota, a fim de produzir materiais de carbono com NPsM ancoradas e utilização no desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos de alto desempenho. Por meio dos resultados obtidos, constatou-se que a biossíntese intracelular das NPsAu e NPsAg mediada pela biomassa de micélios dos fungos CPC e PCF e a produção dos carbonos derivados de biomassa de micélios fúngicos (CF) foram realizadas com êxito. A avaliação de desempenho eletroquímico por voltametria cíclica (VC) dos eletrodos de carbono vítreo (ECV) modificados, evidenciaram que o ECV_CFCPC_NPsAu e ECV_CFCPC_NPsAg apresentam capacitância específica máxima de 179,00 F g-1 e 208,33 F g -1 , respectivamente indicando um aumento de 252,15% e 31,85% em relação ao ECV_CFCPC nos respectivos eletrólitos de suporte avaliados. Os eletrodos construídos a partir dos CF do fungo PCF não apresentaram diferenças significativas com a presença da NPsM. Assim, foi constatada diferenças na estabilidade eletroquímica entre os eletrodos produzido a partido do CF do fungo CPC e PCF, influenciando significativamente no desempenho dos eletrodos modificados utilizados no desenvolvimento supercapacitores eletroquímicos. A estabilidade ao longo das análises para o ECV_CFCPC_NPsAu e o ECV_CFCPC_NPsAg foram avaliadas por carga e descarga galvanostática (CGD) devido aos excelentes desempenhos eletroquímicos entre os eletrodos avaliados, exibindo retenção da capacitância máxima após 1000 ciclos de 97,67% e 98,68% respectivamente.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipFinanciadora de Estudos e Projetos (FINEP)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.description.tipodeimpactoCulturais
dc.description.tipodeimpactoOutros
dc.identifier.citationBAZZANA, M. J. F. Desenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos de alto desempenho a partir de biomassa fúngica ancorada com nanopartículas metálicas biossintetizadas. 2024. 135 f. Tese (Doutorado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2024.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60461
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Naturais (ICN)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.departmentDepartamento de Química
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Agroquímica
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectFungos
dc.subjectNanopartículas
dc.subjectMateriais de carbono
dc.subjectArmazenamento de energia
dc.subjectBionanomateriais
dc.subjectCarbono de biomassa
dc.subjectSupercapacitores eletroquímicos
dc.subjectFungi
dc.subjectNanoparticles
dc.subjectCarbon materials
dc.subjectEnergy storage
dc.subjectBionanomaterials
dc.subjectBiomass carbon
dc.subjectElectrochemical supercapacitors
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleDesenvolvimento de eletrodos para supercapacitores eletroquímicos de alto desempenho a partir de biomassa fúngica ancorada com nanopartículas metálicas biossintetizadas
dc.title.alternativeDevelopment of electrodes for high-performance electrochemical supercapacitors from fungal biomass anchored with biosynthetic metal nanoparticles
dc.typetese

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