Estudo de materiais funcionais para armazenamento de energia através de métodos de primeiros princípios: interfaces eletroquímicas e espectroscopia avançada

Resumo

Esta proposta deve inicializar uma colaboração de longo prazo entre os grupos sueco e brasileiro, em torno de tecnologias de bateria e ciência de materiais relacionadas a isso. O objetivo é desenvolver uma plataforma teórica baseada na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) combinada com teoria multi-configuracionais e cálculos avançados de espectroscopia, para caracterizar e projetar materiais funcionais relevantes para a próxima geração de tecnologias de baterias de Li-metal no estado sólido. O projeto foca em interfaces eletroquímicas. Em um prazo mais curto (um ano), os objetivos são: a) iniciar essa colaboração teórica por meio de missões científicas relacionadas à tecnologia de baterias; b) realizar cálculos de "benchmark" para avaliar o nível teórico apropriado para estrutura eletrônica, interações químicas e espectroscopia; c) iniciar a implementação das ferramentas para cálculos de propriedades espectroscópicas; d) estabelecer colaboração com parceiros experimentais na Suécia e no Brasil (por exemplo, usando instalações de radiação sincrotron como MAX-IV e Sirius) que se beneficiariam das ferramentas teóricas desenvolvidas aqui. Será buscado financiamento para colaboração a longo prazo. Em um prazo mais longo (cinco anos), os objetivos são: a) alcançar um entendimento fundamental dos mecanismos envolvidos nas reações de transferência de cargas e condutividade iônica através da interface Lítio metal - eletrólito, investigando as propriedades a nível atômico que governam a estabilidade eletroquímica; b) empregar metodologia de aprendizado de máquina ( "machine learning"), treinada nos cálculos baseados em DFT, para revelar as estruturas de interface, de maneira eficiente e precisa; c) desenvolver ferramentas teóricas que possam ser usadas para analisar espectros experimentais de interfaces através de técnicas como absorção de raios-x e espalhamento inelástico ressonante. Essas ferramentas podem ser aplicadas também a outros materiais. (AU)