PPGF/CCET

Uma banca de QUALIFICAÇÃO de MESTRADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE: MICAEL ROCHA DE AZEVÊDO
DATA: 04/03/2022
HORA: 14:00
LOCAL: Google Meet
TÍTULO: Li3NbO4 - síntese, caracterização e aplicabilidade como eletrólito sólido para baterias recarregáveis
PALAVRAS-CHAVES: Li3NbO4, eletrólito sólido, bateria de íon de lítio
PÁGINAS: 105
GRANDE ÁREA: Ciências Exatas e da Terra
ÁREA: Física
SUBÁREA: Física da Matéria Condensada
ESPECIALIDADE: Estrutura de Líquidos e Sólidos; Cristalografia
RESUMO: As primeiras baterias de íon de lítio (LIBs) começaram a ser comercializadas na década de 1990. Desde então, os telefones celulares encolheram, os computadores tornaram-se portáteis, foram desenvolvidos tablets, smartwatches e tantos outros dispositivos eletrônicos. Visto que as LIBs tornaram possível a revolução dos dispositivos eletrônicos portáteis, ao permitir a produção de baterias menores e mais leves, seus principais desenvolvedores foram reconhecidos com o Prêmio Nobel de Química em 2019, tamanha a importância das LIBs para a humanidade. Atualmente, essas baterias têm um amplo leque de aplicações, que vão desde a alimentação de eletrônicos portáteis, passando pela alimentação de veículos elétricos (EVs), até o armazenamento de energia de fontes renováveis intermitentes. Estas duas últimas aplicações são particularmente importantes por contribuírem para a redução de emissões de gases de efeito estufa, que são produzidos durante a queima de combustíveis fósseis e são responsáveis por impactos devastadores tanto à saúde humana quanto ao meio ambiente. Apesar das vantagens apresentadas, as LIBs enfrentam sérios problemas relacionados à segurança, devido a utilização de eletrólitos líquidos orgânicos, que são tóxicos e altamente inflamáveis, de modo que podem causar incêndios ou explosões se sofrerem sobrecarga, curto-circuito, ou forem expostos a oxigênio liberado pelo cátodo a altas temperaturas. Considerando aplicações em EVs, o risco é muito maior, dada à quantidade de células utilizadas (em alguns casos, são mais de 8 mil) e as condições de trabalho (elevadas temperaturas, vibrações, cargas rápidas etc.). Esses persistentes problemas relacionados à segurança podem ser solucionados com a substituição dos eletrólitos líquidos orgânicos por eletrólitos sólidos (SEs) óxidos inorgânicos, que além de possuírem alta estabilidade térmica, são comumente compatíveis com materiais catódicos de maior potencial, apresentam maior durabilidade (por serem mais resistentes a choques e vibrações) e podem operar em temperaturas mais elevadas. Neste trabalho, investigamos a possível utilização do Li3NbO4 como eletrólito sólido para LIBs, por este constituir a base para uma família importante de candidatos a cátodos com estrutura rocksalt para LIBs, mas ao mesmo tempo ter band gap superior a 3 eV, o que é uma propriedade atrativa para SEs. O fato de o material possuir nióbio em sua composição também nos chamou a atenção, uma vez que este é um metal abundante no Brasil, em comparação com outros países. O material foi sintetizado por reação de estado sólido e caracterizado por difração de raio-x, espectroscopia Raman e espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo determinada sua condutividade para diferentes temperaturas. Na fase com ordenamento catiônico, o Li3NbO4 apresenta baixa condutividade à temperatura ambiente, de modo que apenas para temperaturas superiores a 523 K o material terá uma condutividade da ordem de 10-4 S/cm, que seria um valor de condutividade iônica aceitável para aplicações comerciais. Através do plot de Arrhenius, determinamos sua energia de ativação e constatamos que o valor obtido (0,88 eV) é considerado alto quando comparado aos SEs mais promissores, como é o caso de garnets, que possuem energia de ativação de ~ 0,35 eV. Para aumentar a condutividade dessa fase ordenada, propomos a substituição parcial do Nb por metais aliovalentes, a fim de promover a formação de portadores de carga (vacâncias ou interstícios). Resultados preliminares indicam que a fase desordenada do Li3NbO4 possui condutividade iônica mais alta, sendo, portanto, mais promissora. Investigações mais aprofundadas de ambas as abordagens (substituição parcial e desordem) serão feitas em breve.
MEMBROS DA BANCA:
Externo ao Programa - 1505089 - ADEILTON PEREIRA MACIEL
Presidente - 2877563 - CLENILTON COSTA DOS SANTOS
Interno - 1314332 - JOAO VICTOR BARBOSA MOURA
Co-orientador - 029.525.503-01 - RODOLPHO MOUTA MONTE PRADO