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De métodos ab initio até o contínuo para a busca de materiais para baterias de sódio-íon

Processo: 19/23681-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de setembro de 2020
Vigência (Término): 31 de agosto de 2022
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Juarez Lopes Ferreira da Silva
Beneficiário:Tuanan da Costa Lourenço
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:17/11631-2 - Ciência Computacional de Materiais, AP.PCPE
Assunto(s):Simulação de dinâmica molecular   Eletrodos   Eletrólitos   Teoria do funcional da densidade   Baterias   Química computacional

Resumo

Nos últimos 30 anos, as baterias de lítio-íon se tornaram a tecnologia de armazenamento de energia mais utilizada no mercado, entretanto, recentes projeções têm mostrado que nas próximas décadas o Li poderá se tornar escasso devido ao aumento da demanda por baterias. Devido às similaridades com o Lítio, a grande abundância de sódio no planeta, e os custos dos materiais utilizados nos componentes, as baterias de sódio-íon têm sido consideradas promissoras candidatas para a substituição das baterias de lítio-íon. Embora Na e Li+ apresentem similaridades químicas, as baterias de sódio-íon apresentam algumas incompatibilidades com os materiais utilizados nos eletrodos comerciais das baterias de lítio-íon. Os ânodos de grafite apresentam uma intercalação desfavorável para o íon sódio devido à incompatibilidades termodinâmicas, enquanto que os cátodos de óxidos de metais de transição apresentam certas instabilidades devido à mudanças de fase causadas pelas modificações das concentrações de Na+ durante o ciclo eletroquímico. Para os eletrólitos, a principal desvantagem em relação às baterias de Li+ são as reações indesejadas na superfície dos ânodos e a formação da interface sólida do eletrólito (ISE). Desta maneira, é evidente a necessidade do desenvolvimento de novos materiais específicos para as baterias de sódio-íon. O presente projeto possui como objetivo a realização de um screening computacional em multiescala utilizando desde métodos \ab initio até cálculos no contínuo para materiais específicos para aplicações em ânodos e eletrólitos em baterias de sódio-íon. A escolha de uma abordagem computacional se dá pela facilidade de acessar informações à nível atomístico e realizar as correlações com dados experimentais, assim como os baixos custos envolvidos e a possibilidade de se testar uma larga gama de materiais. Com o desenvolvimento de uma metodologia em multiescala para o estudo de baterias de sódio-íon, também será possível realizar estudos envolvendo diferentes tipos de baterias, como K, Ca, e Mg. (AU)