CINE - Divisão para Armazenamento de Energia Avançado

• Processo: 17/11958-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Vigência: 01 de agosto de 2018 - 31 de julho de 2023
• Área do conhecimento: Interdisciplinar
• Convênio/Acordo: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
• Pesquisador responsável: Rubens Maciel Filho
• Beneficiário: Rubens Maciel Filho
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Empresas Sedes: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química (FEQ); BG E&P Brasil Ltda
• Município: Rio de JaneiroCampinas
• Pesquisadores principais: Antonio Riul Júnior ; Hudson Giovani Zanin
• Pesquisadores associados: André Luiz Jardini Munhoz ; Gustavo Doubek ; Hudson Giovani Zanin ; Maria Ingrid Rocha Barbosa Schiavon
• Auxílios(s) vinculado(s): 21/14442-1 - EMU concedido no processo 2017/11958-1: TGA, AP.EMU; 19/04863-0 - EMU concedido no processo 2017/11958-1 microscópio eletrônico de varredura de alta ressolução FEG-SEM, AP.EMU; 19/04866-9 - EMU concedido no processo 2017/11958-1: XPS para caracterização química de superfície, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/09387-1 - Caracterização in-situ de eletrodos de baterias de lítio-íon e lítio-enxofre por espectroscopia FTIR e Raman, BP.DR; 22/02222-0 - Desenvolvimento de protótipos pouch cells de baterias de lítio-enxofre (Li-S) em estado sólido-líquido com alta estabilidade e avançada escala de maturidade tecnológica, BP.DR; 22/02235-4 - Desenvolvimento de células a combustível de óxido sólido e reformador de etanol, BP.MS; + mais bolsas vinculadas 20/14968-0 - Caracterização em modo de operação de eletrodos e eletrólitos em sistemas de armazenamento de energia de potência: análise de gases residuais em diferentes montagens de células e condições de abuso, BP.MS; 20/05626-9 - Controle e impacto da umidade em solventes usados no preparo de eletrólitos de baterias Li-O2, BP.IC; 18/16663-2 - Projeto otimizado de eletrodos porosos para baterias de Li-ar usando nanotubos de carbono funcionalizados, BP.DR - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Supercapacitores Armazenamento de energia Energia renovável Baterias
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: battery | energy | Storage | Supercapacitor | Energy
• Publicação FAPESP: https://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/fapesp_uk_FukX9vc_166_166.pdf

Resumo

Em 2050, espera-se que a eletricidade mude de 18 para 50% da matriz energética mundial, as fontes de energia renováveis se expandirão quatro vezes da atual capacidade instalada, mas as emissões de CO2 devem ser metade do valor de hoje. Nesse cenário, é imperativo construir novas soluções para o armazenamento de energia que ainda não estão disponíveis hoje e que podem lidar com as demandas previstas. Além disso, o aumento mundial de dispositivos eletrônicos portáteis e portáteis incentiva pesquisas em dispositivos de armazenamento e fornecimento de energia de baixo custo, flexibilidade, peso leve e ambientalmente amigáveis. A fim de efetivamente armazenar e fornecer energia, o avanço da tecnologia de bateria e o supercapacitor é vital para torná-los economicamente mais viáveis para aplicações de comunicações a transporte. A capacidade desses dispositivos em armazenar e redistribuir energia de forma eficaz e eficiente é altamente dependente da engenharia de suas construções e química das interfaces eletrodos / eletrólitos. A alta área de superfície, os eletrodos quimicamente estáveis e o conhecimento da interface de eletrodo / eletrólito são cruciais para baterias e supercondensadores. A fim de ter informações sobre a operação e desenvolver materiais novos e mais eficientes e eletrólitos para dispositivos, uma compreensão química e estrutural abrangente dos fenômenos da interface é fundamental. Neste projeto, buscamos nuclear um Centro de Armazenamento de Energia Avançado, onde vamos estudar baterias e supercapacitores de última geração em condições dinâmicas por espectroscopias Raman e FTIR e raios-X de sincrotron de alta intensidade. Raman e FTIR serão realizados usando fibras ópticas, acoplando célula a espectrômetros, permitindo monitorar as reações durante a carga e descarga de um dispositivo. A difracção de raios-X com alta resolução e tempo resolvido será realizada na linha Sirius do LNLS. As técnicas in situ serão desenvolvidas para condições operando para abordar fenômenos interfaciais fundamentais que poderiam ser vinculados com cálculos multiescala e simulações dinâmicas. Esta ferramenta adaptada funcionará em sinergia com a nova síntese de materiais com base em eletrodos de carbono de alta superfície e rápida transferência de carga. O centro também contará com uma forte integração de seus parceiros no Brasil e no exterior para criar uma melhor compreensão da química e engenharia para os dispositivos. O Centro tratará adequadamente da formação de recursos humanos, da transferência de tecnologia e a divulgação de educação e conhecimento seguindo a proposta previamente acordada com nosso HUB situado no LNNano / CNPEM. (AU)

Publicações científicas

(32)

(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)

PIRES, BRUNO MORANDI; NUNES, WILLIAN GONCALVES; FREITAS, BRUNO GUILHERME; OLIVEIRA, FRANCISCA ELENICE RODRIGUES; KATIC, VERA; RODELLA, CRISTIANE BARBIERI; DA SILVA, LEONARDO MORAIS; ZANIN, HUDSON. Characterization of porous cobalt hexacyanoferrate and activated carbon electrodes under dynamic polarization conditions in a sodium-ion pseudocapacitor. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY, v. 54, p. 53-62, MAR 2021. (17/11958-1, 14/02163-7, 18/20756-6)

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VICENTINI, RAFAEL; DA SILVA, LEONARDO M.; FRANCO, DEBORA V.; NUNES, WILLIAN G.; FIATES, JULIANE; DOUBEK, GUSTAVO; FRANCO, LUIS F. M.; FREITAS, RENATO G.; FANTINI, CRISTIANO; ZANIN, HUDSON. Raman probing carbon & aqueous electrolytes interfaces and molecular dynamics simulations towards understanding electrochemical properties under polarization conditions in supercapacitors. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY, v. 60, p. 279-292, SEP 2021. (17/11958-1, 18/02713-8, 16/25082-8, 14/02163-7, 18/20756-6)

C. DA SILVA, DEBORA A.; PINZON C., MANUEL J.; MESSIAS, ANDRESA; FILETI, EUDES E.; PASCON, ALINE; FRANCO, DEBORA V.; DA SILVA, LEONARDO MORAIS; ZANIN, HUDSON G.. Effect of conductivity, viscosity, and density of water-in-salt electrolytes on the electrochemical behavior of supercapacitors: molecular dynamics simulations and in situ characterization studies. MATERIALS ADVANCES, NOV 2021. (14/02163-7, 17/11958-1)

VICENTINI, RAFAEL; BERALDO, RENATO; AGUIAR, JOAO PEDRO; OLIVEIRA, FRANCISCA ELENICE; RUFINO, FERNANDO CESAR; GONZALEZ LARRUDE, DUNIESKYS ROBERTO; DA SILVA, LEONARDO MORAIS; ZANIN, HUDSON. Niobium pentoxide nanoparticles decorated graphene as electrode material in aqueous-based supercapacitors: Accurate determination of the working voltage window and the analysis of the distributed capacitance in the time domain. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 44, n. B, DEC 15 2021. (17/11958-1, 14/02163-7)

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DA SILVA, LEONARDO M.; CESAR, REINALDO; MOREIRA, CASSIO M. R.; SANTOS, JEFERSON H. M.; DE SOUZA, LINDOMAR G.; PIRES, BRUNO MORANDI; VICENTINI, RAFAEL; NUNES, WILLIAN; ZANIN, HUDSON. Reviewing the fundamentals of supercapacitors and the difficulties involving the analysis of the electrochemical findings obtained for porous electrode materials. ENERGY STORAGE MATERIALS, v. 27, p. 555-590, MAY 2020. (17/11958-1, 14/02163-7)

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VICENTINI, RAFAEL; COSTA, LENON HENRIQUE; NUNES, WILLIAN; BOAS, OTAVIO VILAS; SOARES, DAVI MARCELO; ALVES, THAYANE ALMEIDA; REAL, CARLA; BUENO, CAROLINE; PETERLEVITZ, ALFREDO CARLOS; ZANIN, HUDSON. Direct growth of mesoporous Carbon on aluminum foil for supercapacitors devices. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS, v. 29, n. 12, p. 10573-10582, JUN 2018. (17/11958-1, 17/03371-0, 14/02163-7, 16/25082-8, 17/03640-1, 17/02634-8, 16/21941-6)

TELES, JOSE J. S.; FARIA, EMANUEL R.; SANTOS, JEFERSON H. M.; DE SOUSA, LINDOMAR G.; FRANCO, DEBORA V.; NUNES, WILLIAN G.; ZANIN, HUDSON; DA SILVA, LEONARDO M.. Supercapacitive properties, anomalous diffusion, and porous behavior of nanostructured mixed metal oxides containing Sn, Ru, and Ir. Electrochimica Acta, v. 295, p. 302-315, FEB 1 2019. (17/11958-1, 14/02163-7)

FIATES, JULIANE; ZHANG, YONG; FRANCO, LUIS F. M.; MAGINN, EDWARD J.; DOUBEK, GUSTAVO. Impact of anion shape on Li+ solvation and on transport properties for lithium-air batteries: a molecular dynamics study. Physical Chemistry Chemical Physics, v. 22, n. 28, p. 15842-15852, JUL 28 2020. (17/11958-1, 18/02713-8)

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NUNES, WILLIAN G.; VICENTINI, RAFAEL; FREITAS, BRUNO G. A.; OLIVEIRA, FRANCISCA E. R.; PASCON MARQUE, ALINE M.; MACIEL FILHO, RUBENS; DOUBEK, GUSTAVO; DA SILVA, LEONARDO M.; ZANIN, HUDSON. Pseudo-capacitive behavior of multi-walled carbon nanotubes decorated with nickel and manganese (hydr)oxides nanoparticles. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 31, OCT 2020. (16/25082-8, 14/02163-7, 17/11958-1, 18/20756-6)

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NUNES, WILLIAN G.; PIRES, BRUNO M.; DE OLIVEIRA, FRANCISCA E. R.; DE MARQUE, ALINE M. P.; CREMASCO, LETICIA F.; VICENTINI, RAFAEL; DOUBEK, GUSTAVO; DA SILVA, LEONARDO M.; ZANIN, HUDSON. Study of the aging process of nanostructured porous carbon-based electrodes in electrochemical capacitors filled with aqueous or organic electrolytes. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 28, APR 2020. (18/20756-6, 14/02163-7, 17/11958-1)

VICENTINI, RAFAEL; NUNES, WILLIAN; FREITAS, BRUNO G. A.; DA SILVA, LEONARDO M.; SOARES, DAVI MARCELO; CESAR, REINALDO; RODELLA, CRISTIANE B.; ZANIN, HUDSON. Niobium pentoxide nanoparticles @ multi-walled carbon nanotubes and activated carbon composite material as electrodes for electrochemical capacitors. ENERGY STORAGE MATERIALS, v. 22, p. 311-322, NOV 2019. (17/11958-1, 14/02163-7)

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CREMASCO, LETICIA F.; ANCHIETA, CHAYENE G.; NEPEL, THAYANE C. M.; MIRANDA, ANDRE N.; SOUSA, BIANCA P.; RODELLA, CRISTIANE B.; FILHO, RUBENS M.; DOUBEK, GUSTAVO. Operando Synchrotron XRD of Bromide Mediated Li-O-2 Battery. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES, v. 13, n. 11, p. 13123-13131, MAR 24 2021. (17/11958-1)

FREITAS, BRUNO; NUNES, WILLIAN G.; SOARES, DAVI MARCELO; RUFINO, FERNANDO C.; MOREIRA, CASSIO MURILO; DA SILVA, LEONARDO MORAIS; ZANIN, HUDSON. Robust, flexible, freestanding and high surface area activated carbon and multi-walled carbon nanotubes composite material with outstanding electrode properties for aqueous-based supercapacitors. MATERIALS ADVANCES, MAR 2021. (18/20756-6, 17/11958-1, 14/02163-7)

ALEXANDRELI, MURILO; BROCCHI, CESAR B.; SOARES, DAVI MARCELO; NUNES, WILLIAN G.; FREITAS, BRUNO G.; DE OLIVEIRA, FRANCISCA E. R.; ARANHA SCHIAVO, LUIZ EDUARDO CAMARGO; PETERLEVITZ, ALFREDO C.; DA SILVA, LEONARDO M.; ZANIN, HUDSON. Pseudocapacitive behaviour of iron oxides supported on carbon nanofibers as a composite electrode material for aqueous-based supercapacitors. JOURNAL OF ENERGY STORAGE, v. 42, OCT 2021. (17/11958-1, 14/02163-7, 18/20756-6)

NEPEL, THAYANE C. M.; ANCHIETA, CHAYENE G.; CREMASCO, LETICIA F.; SOUSA, BIANCA P.; MIRANDA, ANDRE N.; OLIVEIRA, LORRANE C. C. B.; FRANCISCO, BRUNO A. B.; JULIO, JULIA P. DE O.; MAIA, FRANCISCO C. B.; FREITAS, RAUL O.; et al. In Situ Infrared Micro and Nanospectroscopy for Discharge Chemical Composition Investigation of Non-Aqueous Lithium-Air Cells. ADVANCED ENERGY MATERIALS, v. 11, n. 45, OCT 2021. (17/11958-1)

Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa