Desenvolvimento de materiais de cátodo inovadores para baterias de ião metálico

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zeferino, Jorge Filipe Araújo de Antunes
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/57295
Resumo: Tese de Mestrado, Química, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
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spelling Desenvolvimento de materiais de cátodo inovadores para baterias de ião metálicoPEDOT:DSDopagem pseudocatiónicaPolímeros eletronicamente condutoresBaterias de ião metálicoEfeito de miragemConvolução temporalTese de mestrado 2022Domínio/Área Científica::Ciências Naturais::Ciências QuímicasTese de Mestrado, Química, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasEste trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de materiais de cátodo inovadores para baterias de ião metálico. A inovação encontra-se na aplicação de polímeros eletronicamente condutores (ECP) como material de cátodo, comparado com materiais convencionais baseados em matrizes cristalinas inorgânicas estes possuem uma maior ciclabilidade e estabilidade de processo eletroquímico. A aplicação de ECPs pode também permitir o uso de iões metálicos alternativos ao lítio, como por exemplo o magnésio. O poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) é um polímero eletronicamente condutor interessante devido a poder ser dopado com diferentes polianiões como o poliestirenosulfonato, poli(2‐ acrilamido‐2‐metil‐1‐propanosulfonato), entre outros. Isto permite a sua modificação e adaptação enquanto material para aplicações específicas, neste caso, material de cátodo para baterias de ião metálico, uma vez que pode apresentar processos de dopagem pseudocatiónica aquando da sua conversão redox. O polianião em foco neste trabalho é o Sulfato de Dextran (DS), que devido à sua estrutura química poderá ter a capacidade de manter a eletroneutralidade mesmo quando dopado por catiões dipositivos. Foram sintetizados vários filmes de PEDOT:DS através de diferentes vias: potenciodinâmica, potenciostática e galvanostática em meio aquoso. A caraterização eletroquímica dos mesmos foi levada a cabo em meio orgânico devido à maior estabilidade eletroquímica do solvente orgânico na janela de potencial utilizada para baterias de ião metálico. Os eletrólitos de suporte utilizados ao longo do trabalho experimental foram soluções de perclorato de lítio e perclorato de magnésio em acetonitrilo. O primeiro foi utilizado como referência devido ao estudo extensivo já realizado em filmes de PEDOT, o segundo foi estudado como ião metálico alternativo. Para além da caraterização eletroquímica foram também feitos estudos de transferência de massa através da microbalança eletroquímica de cristal quartzo e de fluxos iónicos através da deflexão de feixe laser (efeito de miragem). A última em conjunto com a convolução temporal permite retirar os valores da participação individual de cada ião durante a conversão redox do filme polimérico. Por último foi empregue elipsometria ex-situ de modo obter os parâmetros óticos assim como a espessura de filmes de PEDOT:DS.This work aims to develop innovative cathode materials for metal ion batteries. The innovation lies in the application of electronically conductive polymers (ECP) as cathode material, compared to conventional materials based on crystalline matrices these have a higher cyclability and stability of electrochemical process. The application of ECPs may also allow the use of alternative metal ions to lithium, such as magnesium. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is an interesting electronically conducting polymer due to the fact that it can be doped with different polyanions such as polystyrenesulfonate, poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate), among others. This allows its modification and adaptation as a material for a specific applications, in this case, cathode material for metal ion batteries since it can present pseudocationic doping processes upon its redox conversion. The polyanion in focus in this work is Dextran Sulfate (DS), which due to its chemical structure may have the ability to maintain electroneutrality even when doped by dipositive cations. Different PEDOT:DS films were synthesized through different routes: potentiodynamic, potentiostatic and galvanostatic in aqueous media. The electrochemical characterisation of them was carried out in organic media due to the higher electrochemical stability of the organic solvent in the potential window used. The supporting electrolyte solutions used along the experimental work were solutions of lithium perchlorate and magnesium perchlorate in acetonitrile. The former was used as reference due to the extensive study already performed for PEDOT films, the latter was studied as an alternative metal ion. In addition to the electrochemical characterisation, mass transfer studies were also performed using the quartz crystal electrochemical microbalance and those of the laser beam deflection (mirage effect). The latter allows the calculation of the individual participation values for each ion during the redox conversion of the polymeric film, using temporal convolution. Finally, ex-situ ellipsometry was applied in order to obtain the optical parameters as well as the thickness of PEDOT:DS films.Correia, Jorge Manuel PalmaRepositório da Universidade de LisboaZeferino, Jorge Filipe Araújo de Antunes2023-04-28T17:22:25Z202220222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/57295porinfo: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:RCAAP2023-11-08T17:05:26Zoai:repositorio.ul.pt:10451/57295Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:07:43.274022Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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