Desenvolvimento de materiais de cátodo para baterias de ião lítio à base de polímeros condutores com dopagem pseudo-catiónica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Ariana Serralha Ribeiro
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/22884
Resumo: Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015
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spelling Desenvolvimento de materiais de cátodo para baterias de ião lítio à base de polímeros condutores com dopagem pseudo-catiónicaBaterias ião lítioPEDOT:PSSEQCMElipsometriaPBDTeses de mestrado - 2015Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia do AmbienteTese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2015Com intuito de se encontrar cátodos com elevado desempenho para baterias de ião lítio, os fenómenos de transferência de massa que ocorrem durante a conversão redox de filmes electricamente condutores são estudados neste trabalho. O material de cátodo deve ser leve e capaz de incorporar lítio enquanto se descarrega a bateria (redução) e que o expulse durante a carga da mesma (oxidação). Os fenómenos de transferência de massa que ocorrem durante a conversão redox de filmes de polietilenodioxitiofeno dopados com poliestirenossulfonato de sódio (PEDOT:PSS) são investigados por métodos electroquímicos acoplados a Microgravimetria (EQCM), Deflexão de Raio Laser/Técnica de Efeito de Miragem (PBD) e Elipsometria in-situ em dois solventes diferentes contendo LiClO4. Estes filmes poliméricos foram sintetizados de forma potenciostática e potenciodinâmica sobre elétrodos de platina a partir de soluções aquosas contendo o monómero (10 mM EDOT) e o dopante PSS (0.1 M NaPSS). Para o caso dos crescimentos potenciostáticos, aplicou-se um potencial de 900 mV ao eléctrodo durante 120 segundos. Após a síntese procedeu-se à sua caracterização, numa gama de potencial entre -400 e 400 mV com uma velocidade de varrimento constante de 50 mVs-1. No caso dos crescimentos potenciodinâmicos, utilizou-se uma gama de potenciais entre -850 e 850 mV. Também se procedeu à caracterização dos filmes obtidos na mesma gama de potenciais que a empregue para o estudo dos filmes sintetizados a potencial constante e com a mesma velocidade de varrimento. A informação combinada de PBD e EQCM permitiu distinguir os fluxos de massa do solvente e dos iões, que foram resolvidos individualmente. A informação adquirida pela elipsometria quer durante a síntese do polímero quer durante o processo de conversão redox foi tratada matematicamente e ajustada a um modelo físico adequado a fim de aferir a espessura do filme polimérico e as variações das suas constantes dieléctricas decorrentes dos fluxos de carga e de massa na matriz polimérica. Os dados revelaram uma dopagem pseudo-catiónica quase ideal e bastante rápida, sendo a participação dos catiões lítio dominante no processo de conversão. Depois de efectuados vários ciclos de conversões carga/descarga do PEDOT:PSS demonstrou-se a elevada estabilidade das respostas elétricas e de transferência de massa dos eléctrodos modificados.In order to find cathodes for lithium ion batteries, the mass transfer phenomena occurring during the redox conversion of electrically conductive films is studied in this work. The cathode material should be lightweight and capable of incorporating lithium as the battery is discharged (reduction) and the expelling during charging (oxidation). The mass transfer phenomena taking place during the redox conversion of PEDOT:PSS films is investigated by coupling electrochemical methods with Microgravimetry (EQCM), Probe Beam Deflection (PBD) and in-situ Ellipsometry in two different organic solvents containing LiClO4. Polymeric films were potentiostatically and potentiodynamically synthesized onto platinum electrodes from aqueous solutions containing the monomer (10 mM EDOT) and the dopant (0.1 M NaPSS). In the case of potentiostatic growth, a potential of 900 mV was applied to the electrode for 120 seconds. After the synthesis the modified electrodes were characterized by cyclic voltammetry in a potential range between -400 and 400 mV at a scan rate of 50 mVs-1. In case of potentiodynamic growth, the electrode potential was scanned in the range from -850 to 850 mV. The modified electrode characterization was carried out under the same conditions as employed to investigate the behaviour of the potentiostatically grown films. The combined information of the PBD and EQCM allows distinguishing the solvent mass fluxes from that of the ions that can be resolved individually. The ellipsometric information acquired both in the course of the synthesis and during the redox conversion process was mathematically treated and fitted to a suitable physical model in order to monitor the film thickness and dielectric constants change imparted by the mass fluxes in the polymer matrix. The data revealed a quite fast quasi-ideal pseudo-cationic doping being the lithium cation participation in the conversion the dominant process. Long runs of charging/discharging conversions of the PEDOT:PSS demonstrated the high stability of electric and mass transfer responses of the modified electrodes.Correia, Jorge Palma, 1962-Repositório da Universidade de LisboaSilva, Ariana Serralha Ribeiro2016-03-08T13:15:45Z201520152015-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/22884TID:Mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambienteporinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:10:37Zoai:repositorio.ul.pt:10451/22884Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:40:26.640014Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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