Desenvolvimento de um eletrodo anódico de óxido lamelar de vanádio modificado com nióbio com excelente desempenho em baterias de íons de lítio e fácil reciclagem

• Processo: 22/07627-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Décio Batista de Freitas Neto
• Beneficiário: Décio Batista de Freitas Neto
• Empresa: Teiu Pesquisa e Desenvolvimento em Energia Ltda
• CNAE: Fabricação de produtos químicos inorgânicos não especificados anteriormente ; Fabricação de baterias e acumuladores para veículos automotores ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Município: Ribeirão Preto
• Pesquisadores principais: João Victor Bonaldo Rodrigues Rocha
• Pesquisadores associados: Herenilton Paulino Oliveira
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/06010-2 - Desenvolvimento de células de baterias de íons-lítio contendo eletrodo anódico de óxido lamelar de vanádio modificado com nióbio (vno) e eletrodo catódico de fosfato de ferro litiado (lfp) de com fácil reciclagem, AP.PIPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/04441-3 - Desenvolvimento de um eletrodo anódico de óxido lamelar devanádiomodificado com nióbio com excelente desempenho em baterias de íonsde lítioe fácil reciclagem, BP.PIPE
• Assunto(s): Eletroquímica Eletrodos Baterias de íon-lítio Nanotubos de carbono Nióbio Reciclagem Vanádio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: baterias de ions de Litio | Binder-free | eletrodo | nanotubos de carbono | nióbio | óxido | óxido modificado | Reciclagem | vanádio | Eletroquímica

Resumo

O mercado de baterias tem sido impulsionado nas últimas décadas pelo aumento do protagonismo, ao nível mundial, das energias renováveis. Fontes primárias que produzem energia limpa, como a eólica e a solar, devem estar conectadas a dispositivos de armazenamento de energia, como baterias, para que a energia produzida seja satisfatoriamente aproveitada, formando, assim, redes conhecidas como smartgrids. Estas redes visam distribuir a energia produzida e armazenada de maneira otimizada, equacionando a demanda energética da sociedade com a quantidade de energia produzida. Para além das smartgrids, baterias de diversos tipos já exercem papel central em tecnologias como drones, eletrônicos portáteis, ferramentas de pequeno e médio portes; e na indústria de veículos automotivos, cujos principais players mundiais já estabeleceram metas arrojadas de substituição das frotas movidas a combustíveis fósseis por frotas eletrificadas. Assim, é urgente que a indústria de baterias seja capaz de produzir dispositivos cada vez mais eficientes, que ofereçam maior autonomia de uso, mais potentes, e que, ao mesmo tempo, cheguem ao mercado com um custo que viabilize sua difusão na sociedade. Para isso, em todo o mundo, centros de pesquisa de renomadas universidades e da iniciativa privada tem investido esforços e recursos financeiros na casa de milhões de dólares ao ano em inovação tecnológica, objetivando investigar, desenvolver e constantemente aprimorar novos materiais para baterias. Inseridos nesse contexto de inovação tecnológica, iniciamos testes com um novo tipo de eletrodo anódico binder-free de óxido de vanádio modificado com nióbio, para baterias de intercalação de íons de lítio, que tem demonstrado excelente performance eletroquímica, alcançando valores de capacidade específica de até 1811 mAh/g, ótima ciclabilidade e que pode ser facilmente reciclado. Os resultados obtidos até o momento são promissores, contudo, ainda se apresentam em estágio embrionário. Nosso objetivo principal é aprofundar as análises de performance eletroquímica que, acompanhadas por robusta caracterização estrutural, nos permitirá esclarecer o tipo de estrutura e os mecanismos que lhe conferem excelente performance eletroquímica, validando nosso material como possível solução para a dor de mercado anteriormente destacada. O processo de síntese do material eletroativo do eletrodo se dá através de poucas etapas e possui alta reprodutibilidade, consistindo em uma coluna de troca catiônica, secagem do eluente em temperatura de até 50 °C e incorporação à fibra de carbono (com e sem coating de nanotubos de carbono) via dip-coating, formando o eletrodo. Para análise da performance eletroquímica, estes eletrodos serão inseridos em celas do tipo sweglok, utilizando lítio metálico como eletrodo de referência e contra-eletrodo; eletrólito comercial de bateria não-aquoso, em uma dry-box com argônio. Uma vez realizada essa análise com devido rigor, esperamos comprovar a viabilidade técnica da utilização deste compósito anódico em bateria de íons-lítio e, assim, obter um material com elevado valor agregado e que seja de interesse para o mercado. (AU)