Beyond Li-ion: development of reversible non-aqueous metal-air batteries

• Grant number: 21/07297-5
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Young Researchers
• Start date: August 01, 2021
• End date: July 10, 2023
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Chemistry - Physical-Chemistry
• Principal Investigator: Vitor Leite Martins
• Grantee: Vitor Leite Martins
• Host Institution: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brazil
• Associated research grant: 19/26309-4 - Beyond Li-ion: development of reversible non-aqueous metal-air batteries, AP.JP

Abstract

Armazenamento de energia eletroquímica revolucionou os dispositivos eletrônicos portáteis, sendo que baterias tiveram um papel importante nas capacidades de celulares e notebook, e também no desenvolvimento e comercialização de carros elétricos. Porém, baterias de íon-Li usados hoje ainda são muito similares aquelas desenvolvidas há três décadas, com pequenos melhoramentos no envelopamento da célula e na engenharia de eletrodos, separadores e eletrólitos. Baterias estarão mais presentes em nossas vidas, com carros elétricos se popularizando e com a instalação de distribuição de energia decentralizada. Para isso, baterias precisam ser mais baratas, armazenar mais energia e recarregaram mais rapidamente. Baterias de Metal-Ar são um tipo de bateria incipiente, que podem ser disruptivas se sistemas reversíveis e duráveis são alcançados. Por exemplo, bateria Li-Ar é o único tipo que pode ser competitivo com gasolina em energia volumétrica. Mas essas baterias ainda sofrem baixa eficiência energética, baixa retenção de capacidade e vida útil curta. Melhoramentos precisam ser feitos em todos os componentes: o eletrodo negativo (metal), o eletrodo positivo (onde a reação de oxigênio ocorre) e o eletrólito (com grande impacto na eletroquímica do oxigênio). Este projeto irá investigar os três componentes com técnica in operando e in situ durante a carga/descarga da bateria. Por exemplo, a formação da interface eletrólito sólido a superfície do metal será analisada por espectroscopia Raman e Infravermelho. Novos materiais de carbono com diferentes propriedades estruturais serão produzidos para o eletrodo positivo, e os produtos da reação de oxigênio serão investigados com as mesmas técnicas, além espectroscopia de massa (acoplado a eletroquímica) e tomografia de raio-X. O papel dos solventes e sais do eletrólito serão investigados com as mesmas técnicas. (AU)

Scientific publications

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(References retrieved automatically from Web of Science and SciELO through information on FAPESP grants and their corresponding numbers as mentioned in the publications by the authors)

MARTINS, VITOR L.. Advances on liquid electrolytes for Li-ion and Li metal batteries. CURRENT OPINION IN ELECTROCHEMISTRY, v. 38, p. 6-pg., 2023-02-28. (21/07297-5, 19/26309-4)

DOMINGUES, LEANDRO S.; DE MELO, HERCILIO G.; MARTINS, VITOR L.. Ionic liquids as potential electrolytes for sodium-ion batteries: an overview. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 25, n. 18, p. 18-pg., 2023-04-13. (21/07297-5, 19/26309-4)

SANCHEZ-RAMIREZ, NEDHER; MONJE, IVONNE E.; MARTINS, VITOR L.; BELANGER, DANIEL; CAMARGO, PEDRO H. C.; TORRESI, ROBERTO M.. Four Phosphonium-based Ionic Liquids. Synthesis, Characterization and Electrochemical Performance as Electrolytes for Silicon Anodes. CHEMISTRYSELECT, v. 7, n. 4, JAN 27 2022. (14/01987-6, 20/08553-2, 19/26309-4, 19/07638-7, 17/20043-7, 15/11164-0, 15/26308-7, 21/07297-5)

DA SILVA FILHO, SINVAL BRAZ; DE OLIVEIRA, LARISSA VERENA F.; OLIVEIRA, ROSELAINE DA SILVA; FAEZ, ROSELENA; MARTINS, VITOR L.; CAMILO, FERNANDA FERRAZ. Free-standing solid polymer electrolytes based on elastomeric material and ionic liquids for safer lithium-ion battery applications. Solid State Ionics, v. 379, p. 10-pg., 2022-04-02. (14/23065-3, 18/20826-4, 21/07297-5, 19/26309-4, 15/26308-7)