PPGF/CCET

Uma banca de DEFESA de MESTRADO foi cadastrada pelo programa.
DISCENTE: MICAEL ROCHA DE AZEVÊDO
DATA: 24/03/2022
HORA: 09:00
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: 114
GRANDE ÁREA: Ciências Exatas e da Terra
ÁREA: Física
SUBÁREA: Física da Matéria Condensada
ESPECIALIDADE: Estrutura de Líquidos e Sólidos; Cristalografia
RESUMO: As baterias de íon de lítio (LIBs) apresentam um amplo leque de aplicações devido as vantagens associadas às suas altas densidades de energia. Elas são atualmente utilizadas em eletrônicos portáteis, veículos elétricos (EVs), e no armazenamento de energias renováveis. Apesar das vantagens, elas enfrentam problemas relacionados à segurança devido a utilização de eletrólitos líquidos que são tóxicos e inflamáveis. Esses problemas podem ser solucionados com a substituição dos eletrólitos líquidos por eletrólitos sólidos (SEs) óxidos inorgânicos, que possuem alta estabilidade térmica e são comumente compatíveis com materiais catódicos de maior potencial. Neste trabalho, investigamos a viabilidade 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 raios X, espectroscopia Raman e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), sendo determinada sua condutividade para diferentes temperaturas. O material não sofre decomposição nem transições de fase ao longo do intervalo de temperaturas analisado (300-1150K), confirmando a hipótese de que teria boa estabilidade térmica. Através das medidas de EIS, foram determinadas as condutividades e entalpias de ativação para diferentes temperaturas, sendo constatado que a ausência de subfases aumenta a condutividade em aproximadamente uma ordem de grandeza e diminui a entalpia de ativação em ~0,1 eV. Ainda assim, o Li3NbO4 apresentou baixa condutividade total à temperatura ambiente (σ < 5 × 10-13 S/cm) e alta entalpia de ativação total (Htot ≥ 0.88 eV) quando comparado aos SEs mais promissores. Com base no perfil dos plots de Nyquist percebemos que a condução observada para o Li3NbO4 é majoritariamente de origem eletrônica. Portanto, esse material não é viável para aplicação como SE na faixa de temperaturas investigada (T ≤ 673 K) no estado não modificado. Esse resultado não é surpreendente, visto que a maioria dos bons SEs possuem baixa condutividade iônica no estado original, sendo necessário realizar modificações para torná-lo um bom condutor iônico. Portanto, para aumentar a condutividade dessa fase ordenada, é proposta 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, cuja formação observamos em medidas de XRD in-situ em temperaturas na faixa 900-1000 K, 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 - 2043087 - AURO ATSUSHI TANAKA
Presidente - 2877563 - CLENILTON COSTA DOS SANTOS
Interno - 1314332 - JOAO VICTOR BARBOSA MOURA
Co-orientador externo à instituição - RODOLPHO MOUTA MONTE PRADO - UFC