Inserção iônica em hexacianoferratos de Cu-Fe: um estudo aplicado à armazenagem de energia em baterias recarregáveis

• Autor(a) principal: Isabel Sager Boldt
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-A4BNPE
• topic: Baterias Recarregáveis; Inserção Iônica; Hexacianoferratos; Espectroscopia Mössbauer; Físico-química; Eletroquímica; Pilhas e baterias; Mossbauer, Espectroscopia de; Baterias de lítio

Este trabalho apresenta o estudo de hexacianoferratos de Cu-Fe em reações de eletroinserção de íons lítio (Li+) e sódio (Na+) em meio aquoso, de maneira a avaliar a possibilidade de aplicação em baterias recarregáveis. Os sistemas estudados foram caracterizados quanto as suas propriedades composicionais, estruturais, morfológicas e eletrônicas, utilizando-se as técnicas de espectroscopia de absorção atômica, difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia Mössbauer. Técnicas eletroquímicas foram utilizadas para se avaliar o desempenho energético em reações de inserção iônica, bem como para o estudo de mecanismos reacionais e determinação de parâmetros cinéticos e termodinâmicos envolvidos nas reações. Os materiais preparados apresentam uma estequiometria CuII xFeII3-x[FeIII(CN)6]2.nH2O, onde os valores de x correspondem a 3,00; 2,60; 2,38 e 1,09. Os compostos nanoestruturados obtidos se encontram numa estrutura cúbica de face centrada Fm-3m típica de materiais análogos ao azul da Prússia, com uma faixa de tamanho médio de partículas entre 8 15 nm. As caracterizações eletroquímicas dos dispositivos mostraram que os materiais de melhor desempenho energético apresentam valores de capacidade da ordem de 60 80 mA.h.g-1 (na inserção de íons Na+) e de 90 120 mA.h.g -1 (na inserção de íons Li+), em taxas de carga/descarga de C/2 a 20C. A variação de potencial entre os estados carregado e descarregado ficou em torno de 0,5V, um valor bastante adequado. Resultados obtidos em estudos eletroquímicos in-situ, associados à espectroscopia Mössbauer, permitiram uma melhor compreensão dos processos de transferência de elétrons em pares redox FeIII/FeII alto-spin, FeIII/FeII baixo-spin e CuII/CuI, durante o processo de descarga do dispositivo. Foi ainda possível inferir a ocorrência de um efeito de cruzamento de spin (spin crossover) entre os estados FeII alto-spin e baixo-spin induzido pela perda das distorções de Jahn-Teller no CuI . Assim, foi possível demonstrar que o sistema estudado é uma classe promissora de materiais para aplicação em baterias de inserção iônica; sendo um sistema de baixo custo e seguro, em função dos materiais envolvidos e do uso de eletrólitos não inflamáveis. Os estudos realizados levaram a uma melhor compreensão do comportamento físico químico no processo de descarga; contribuindo de maneira relevante para o entendimento desta classe de materiais e fornecendo informações para o futuro desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho energético em dispositivos de armazenagem de energia.