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

• Processo: 20/00802-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2021
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Acordo de Cooperação: Swedish Research Council (VR)
• Proposta de Mobilidade: SPRINT - Projetos de pesquisa - Mobilidade
• Pesquisador responsável: Helena Maria Petrilli
• Beneficiário: Helena Maria Petrilli
• Pesquisador Responsável no exterior: Olof Ragnar Eriksson
• Instituição Parceira no exterior: Uppsala University (UU) , Suécia
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Paulo
• Pesquisadores associados: ANGELA BURLAMAQUI KLAUTAU CRISPINO ; Filipe Camargo Dalmatti Alves Lima
• Vinculado ao auxílio: 18/07760-4 - Instabilidades de rede funcionais em perovskitas naturalmente estruturadas, AP.R
• Assunto(s): Materiais funcionais Estrutura eletrônica Interfaces eletroquímicas Energia renovável Baterias Radiação síncrotron Espectroscopia Teoria do funcional da densidade Cooperação técnica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Baterias e energias renováveis | Design de Materiais Funcionais | Dft | Espectroscopia de interfaces | simulação computacional de materiais | Estrutura Eletrônica de Materiais

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)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SOUSA, O. M.; SORGENFREI, F.; ASSALI, L. V. C.; LALIC, M. V.; KLAUTAU, A. B.; THUNSTROM, P.; ARAUJO, C. M.; ERIKSSON, O.; PETRILLI, H. M.. Pressure effect on the structural, electronic, and magnetic properties of the battery cathode material LiMn2O4: An ab-initio study. JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS, v. 175, p. 6-pg., 2023-01-14. (20/00802-3)