Publicação
Desenvolvimento de cátodos mais eficientes e sustentáveis para baterias de ião-lítio
| Resumo: | A evolução tecnológica verificada ao longo dos anos, contribuiu para tornar a energia elétrica num meio indispensável para o funcionamento dos equipamentos eletrónicos móveis. Como tal, existe a necessidade de se armazenar energia, através de sistemas que garantam um compromisso entre eficiência e sustentabilidade ambiental. Assim, as baterias de ião-lítio assumem-se como uma tecnologia fiável, para integração em dispositivos, sensores e atuadores eletrónicos, com possibilidade de serem móveis e flexíveis, úteis no âmbito da Internet of Things. Além disso, são também apropriadas para a incorporação em veículos elétricos e híbridos, bem como em sistemas de produção e gestão de energia renovável, com vista à potencialização dos conceitos de smart home, smart city e smart grid. Este trabalho consistiu na produção de tintas condutoras para cátodos, constituídas pelo material ativo lítio fosfato de ferro, C-LiFePO4 (LFP), pelo material condutor carbon black (C45), pelo solvente ciclopentil metil éter (CPME), e por três polímeros diferentes (SBS 718, SEBS 108C e SEBS H6110). É de referir que, no desenvolvimento das tintas, procedeu-se ao ensaio de diferentes métodos de preparação, para um determinado polímero, analisando-se as propriedades reológicas das mesmas. Os cátodos foram caracterizados a nível físico, morfológico e elétrico, sendo depois avaliados electroquimicamente, através da sua incorporação em baterias de ião-lítio half-cell Swagelok, utilizando ânodos de lítio metálico e membranas de Whatman como separador, imersas numa solução eletrolítica de hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) dissolvido em carbonato de etileno (EC) e carbonato de dimetil (DMC). Em relação aos resultados obtidos, as tintas apresentam propriedades reológicas que possibilitam a impressão por screen printing, com uma tensão limite de escoamento de 2,24 Pa. Os vários métodos de preparação beneficiam as características morfológicas e físicas das pastas de cátodo, pela obtenção de uma excelente dispersão e distribuição homogénea das partículas dos materiais constituintes, permitindo alcançar um bom nível de condutividade elétrica para todos os cátodos produzidos. Os testes eletroquímicos revelam uma boa performance dos cátodos, sendo de realçar a amostra desenvolvida com o polímero SBS 718 que apresenta uma capacidade de 133 mAh·g-1, após 50 ciclos, a uma taxa C. Os diferentes polímeros e métodos de preparação utilizados, possibilitam a produção bem-sucedida e eficaz das pastas de cátodo, com recurso a um solvente verde. Assim, este trabalho contribui para o desenvolvimento de baterias impressas de ião-lítio mais sustentáveis e eficientes, através da produção de cátodos amigos do ambiente. |
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| Autores principais: | Dias, José Pedro Machado |
| Assunto: | Bateria de ião-lítio Cátodo Material ativo Baterias impressas Lithium-ion battery Cathode Active material Printed batteries |
| Ano: | 2017 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A evolução tecnológica verificada ao longo dos anos, contribuiu para tornar a energia elétrica num meio indispensável para o funcionamento dos equipamentos eletrónicos móveis. Como tal, existe a necessidade de se armazenar energia, através de sistemas que garantam um compromisso entre eficiência e sustentabilidade ambiental. Assim, as baterias de ião-lítio assumem-se como uma tecnologia fiável, para integração em dispositivos, sensores e atuadores eletrónicos, com possibilidade de serem móveis e flexíveis, úteis no âmbito da Internet of Things. Além disso, são também apropriadas para a incorporação em veículos elétricos e híbridos, bem como em sistemas de produção e gestão de energia renovável, com vista à potencialização dos conceitos de smart home, smart city e smart grid. Este trabalho consistiu na produção de tintas condutoras para cátodos, constituídas pelo material ativo lítio fosfato de ferro, C-LiFePO4 (LFP), pelo material condutor carbon black (C45), pelo solvente ciclopentil metil éter (CPME), e por três polímeros diferentes (SBS 718, SEBS 108C e SEBS H6110). É de referir que, no desenvolvimento das tintas, procedeu-se ao ensaio de diferentes métodos de preparação, para um determinado polímero, analisando-se as propriedades reológicas das mesmas. Os cátodos foram caracterizados a nível físico, morfológico e elétrico, sendo depois avaliados electroquimicamente, através da sua incorporação em baterias de ião-lítio half-cell Swagelok, utilizando ânodos de lítio metálico e membranas de Whatman como separador, imersas numa solução eletrolítica de hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) dissolvido em carbonato de etileno (EC) e carbonato de dimetil (DMC). Em relação aos resultados obtidos, as tintas apresentam propriedades reológicas que possibilitam a impressão por screen printing, com uma tensão limite de escoamento de 2,24 Pa. Os vários métodos de preparação beneficiam as características morfológicas e físicas das pastas de cátodo, pela obtenção de uma excelente dispersão e distribuição homogénea das partículas dos materiais constituintes, permitindo alcançar um bom nível de condutividade elétrica para todos os cátodos produzidos. Os testes eletroquímicos revelam uma boa performance dos cátodos, sendo de realçar a amostra desenvolvida com o polímero SBS 718 que apresenta uma capacidade de 133 mAh·g-1, após 50 ciclos, a uma taxa C. Os diferentes polímeros e métodos de preparação utilizados, possibilitam a produção bem-sucedida e eficaz das pastas de cátodo, com recurso a um solvente verde. Assim, este trabalho contribui para o desenvolvimento de baterias impressas de ião-lítio mais sustentáveis e eficientes, através da produção de cátodos amigos do ambiente. |
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