Caracterização in situ/operando de nanopartículas de óxido de manganês e lítio dopadas como materiais de eletrodo positivo para bateria de íons lítio

Resumo

Este projeto está inserido no contexto de desenvolvimento de novos materiais de armazenamento de energia, que, juntamente com o aquecimento global e a produção de energia por fontes renováveis, são tópicos importantes que estão em discussão na sociedade. Para atender às demandas futuras de energia e também devido ao esgotamento de combustíveis fósseis, torna-se essencial a busca por novas tecnologias de produção e armazenamento sustentáveis de energia. Nesse contexto, as baterias de íons lítio dominam o mercado como fonte de energia para equipamentos portáteis e são uma solução promissora para aplicações que necessitam de alta potência, como veículos elétricos e armazenamento de energia elétrica, que impõem uma demanda enorme ao aprimoramento adicional dessas baterias. A fim de obter melhores baterias, é crucial entender como os componentes de um dispositivo real respondem e interagem durante seu uso. Recentemente, parte significativa das pesquisas em baterias de íons lítio se concentram no desenvolvimento de técnicas avançadas de caracterização in situ e in operando para compreender profundamente o mecanismo de reação durante uma resposta eletroquímica da bateria. Em particular, técnicas de raios X de fonte de luz sincrotron para caracterização in situ se destacam como um dos métodos mais eficazes permitindo caracterização quase não destrutiva. Os óxidos de manganês e lítio do tipo espinélio são considerados materiais para eletrodo positivo mais promissores para baterias de íons lítio devido à sua capacidade específica razoável e por serem ambientalmente amigáveis, seguros e de baixo custo. No entanto, este material ainda requer estudo adicional para melhorar seu desempenho em ciclabilidade. Para isso, algumas estratégias são propostas como dopagem catiônica (substituição parcial do manganês por outros cátions como alumínio, cobalto e níquel) e redução do tamanho de partícula chegando a escala nanométrica. Portanto, este projeto de pesquisa propõe um estudo aprofundado das alterações estruturais e de valência média do íon manganês devido a sua substituição parcial por Al3+ ou Ni2+ ou Co2+ em nanopartículas de óxido de manganês e lítio do tipo espinélio já sintetizadas em nosso laboratório (na UFSCar) usando técnicas combinadas de caracterização eletroquímica e in situ/operando. (AU)