Nanofibras de hard carbon como eletrodo negativo auto-suportado para a próxima geração de baterias de íons de sódio

• Processo: 22/12609-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Roberto Manuel Torresi
• Beneficiário: Vinícius Dias Silva
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/00675-4 - Arquitetura de materiais para armazenamento de energia eletroquímica e catálise, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/20532-1 - Rumo a eletrólitos avançados para baterias de íons de sódio: investigação in situ e in operando da interface do eletrodo negativo, BE.EP.PD
• Assunto(s): Líquidos iônicos Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Baterias de Sódio | hard carbon | líquidos iônicos | Eletroquímica

Resumo

Este projeto está inserido no contexto atualmente relevante, de interesse global, que trata do desenvolvimento de novas tecnologias energéticas alternativas aos combustíveis fósseis, de modo a mitigar os efeitos causados pelo aquecimento global. As baterias de lítio são atualmente as mais empregadas para armazenamento de energia em diversas aplicações. No entanto, devido à sua escassez, esses dispositivos são incapazes de suprir sozinhos a crescente demanda por acumuladores de cargas. Nesse contexto, surge as baterias de íons de sódio como uma alternativa de baixo custo, baseado em um elemento abundante na terra. Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de eletrodos negativos para baterias de íons de sódio, baseado em nanofibras de hard carbon, que tem sido considerado um dos mais promissores candidatos para esta aplicação. As nanofibras serão obtidas por uma técnica de fiação, o Supersonic Solution Blow (SSB), capaz de produzir nanofibras com diâmetro médio abaixo de 100 nm em larga escala. Como precursor do hard carbon, será utilizado materiais ecologicamente amigáveis, como a lignina, que inicialmente é um resíduo da indústria de celulose. Por fim, após várias análises criteriosas usando diferentes eletrólitos (aquosos, solventes orgânicos, e líquidos iônicos), e técnicas de caracterizações ex situ e in situ, um protótipo de bateria de íons de sódio de tipo pouch cell será montado e seu desempenho será avaliado. Assim, espera-se obter um eletrodo otimizado e competitivo capaz de atender aos requisitos operacionais e de desempenho exigidos para à comercialização, e contribuir com novos insights para o amadurecimento da tecnologia de eletrodos negativos baseados em hard carbon.

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)

SILVA, VINICIUS D.; GONCALVES, JOSUE M.; DIAS, YASMIN J.; SIMOES, THIAGO A.; MACEDO, DANIEL A.; SHAHBAZIAN-YASSAR, REZA; TORRESI, ROBERTO M.; YARIN, ALEXANDER L.; MEDEIROS, ELITON S.. Supersonic solution blowing: a novel approach to producing self-supported carbon-silica microporous nanofibers for Li-ion battery anodes. Journal of Materials Science, v. 59, n. 6, p. 17-pg., 2024-02-03. (20/06176-7, 22/12609-9, 21/00675-4)

SILVA, VINICIUS D.; MELO, EDUARDO C.; MARTINS, VITOR L.; DE OLIVEIRA, PAULO F. M.; ANDO, ROMULO A.; CATALANI, LUIZ H.; TORRESI, ROBERTO M.. Additive- and binder-free hard carbon nanofibers for sodium-ion batteries. NANO ENERGY, v. 136, p. 14-pg., 2025-04-01. (22/11983-4, 22/12609-9, 21/00675-4, 20/14955-6, 19/26309-4)

VINÍCIUS D. SILVA; ELITON S. MEDEIROS; ROBERTO M. TORRESI. A Perspective on the Supersonic Solution Blowing: Nanofibers at the Forefront of Energy Storage and Conversion, and Environmental Remediation. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 35, n. 11, 2024-05-24. (21/00675-4, 22/12609-9)