Estudos físico-químicos e desenvolvimento de baterias de inserção de prótons

• Autor(a) principal: Lorena Almeida Cadête Costa
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/36106
• topic: Bateria Recarregável; Materiais de Inserção; Difusão Iônica; Hexacianoferratos; Mecanismo Veicular; Rechargeable batteries; Insertion materials; Ionic diffusion; Hexacyanoferrates; Vehicle mechanism; Físico-química; Baterias; Eletroquímica; Pilhas e baterias; Energia – Armazenamento; Voltametria

No presente trabalho foi realizada a síntese de hexacianoferratos (HCF´s) baseados em Cu-Fe e VO-Fe (CuHCF e VOHCF). Estes materiais foram submetidos à caracterização físico-química e eletroquímica, como objetivo de aplicar estes materiais em dispositivos de armazenagem de energia por meio de reações de inserção de prótons em meio aquoso. Foi possível observar que os dois materiais são capazes de operar reversivelmente na inserção/desinserção de íons H+ na estrutura do composto. Para o material de CuHCF em H2SO4 4 mol.L-1 a capacidade específica em uma taxa de descarga 0,5C foi de 70 mAh∙g-1 e em 120C de 40 mAh∙g-1. Já o VOHCF apresenta em H2SO4 6 mol-1, capacidade em torno de 120 mAh∙g-1 em taxa 0,5 C e de 40 mAh∙g-1 em 120 C. Resultados estes muito relevantes, principalmente quanto ao desempenho energético em taxas tão altas quanto 120C. Estudos realizados por voltametria cíclica permitiram identificar que a transferência de carga nos eletrodos estudados é dependente principalmente da área superficial. Com o objetivo de compreender os mecanismos de inserção e difusão de prótons na estrutura cristalina do material ativo foi utilizada a técnica de titulação galvanostática intermitente (GITT) para obtenção de parâmetros cinéticos e termodinâmicos como coeficientes de difusão e energias de ativação. De modo complementar estes estudos foram realizados em eletrólito ácido comum (H2SO4/H2O) e deuterado (D2SO4/D2O). Estes estudos mostraram que as reações são dependentes da interação destes íons com as moléculas de água no interior da estrutura, e sugerem que o mecanismo de transporte de íons é o chamado mecanismo veicular, onde os íons hidrônio H3O+ se difundem ao longo da estrutura. Estes resultados confirmam assim que essa classe de compostos pode de fato ser promissora para o desenvolvimento de um novo tipo de baterias recarregáveis, as baterias de hidrônio; que podem ser dispositivos baratos, seguros, com boa densidade de energia e altíssima densidade de potência. Características estas adequadas principalmente a sistemas estacionários de grande porte como plantas de geração de energia por fontes alternativas, ou sistemas de manutenção ininterrupta de energia.