Desenvolvimento de um eletrodo anódico de óxido lamelar devanádiomodificado com nióbio com excelente desempenho em baterias de íonsde lítioe fácil reciclagem

• Processo: 23/04441-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - 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 de 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
• Vinculado ao auxílio: 22/07627-8 - 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, AP.PIPE
• Assunto(s): Eletrodos Nióbio Reciclagem Vanádio Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: eletrodo | Niobio | óxido | óxido modificado | Reciclagem | Vanádio | Eletroquímica

Resumo

O mercado de baterias tem sido impulsionado nas últimas décadas pelo aumento doprotagonismo, a nível mundial, das energias renováveis. Fontes primárias que produzemenergia limpa, como a eólica e a solar, devem estar conectadas a dispositivos dearmazenamento de energia, como baterias, para que a energia produzida seja satisfatoriamenteaproveitada, formando, assim, redes conhecidas como smart grids. Estas redes visamdistribuir a energia produzida e armazenada de maneira otimizada, equacionando a demandaenergética da sociedade com a quantidade de energia produzida. Para além das smart grids,baterias de diversos tipos já exercem papel central em tecnologias como drones, eletrônicosportáteis, ferramentas de pequeno e médio portes; e na indústria de veículos automotivos,cujos principais players mundiais já estabeleceram metas arrojadas de substituição das frotasmovidas a combustíveis fósseis por frotas eletrificadas. Assim, é urgente que a indústria debaterias seja capaz de produzir dispositivos cada vez mais eficientes, que ofereçam maiorautonomia de uso, mais potentes, e que, ao mesmo tempo, cheguem ao mercado com umcusto que viabilize sua difusão na sociedade. Para isso, em todo o mundo, centros de pesquisade renomadas universidades e da iniciativa privada tem investido esforços e recursosfinanceiros na casa de milhões de dólares ao ano em inovação tecnológica, objetivandoinvestigar, desenvolver e constantemente aprimorar novos materiais para baterias. Inseridosnesse contexto de inovação tecnológica, iniciamos testes com um novo tipo de eletrodoanódico binder-free de óxido de vanádio modificado com nióbio, para baterias de intercalaçãode íons de lítio, que tem demonstrado excelente performance eletroquímica, alcançandovalores de capacidade específica de até 1811 mAh/g, ótima ciclabilidade e que pode serfacilmente reciclado. Os resultados obtidos até o momento são promissores, contudo, ainda seapresentam em estágio embrionário. Nosso objetivo principal é aprofundar as análises deperformance eletroquímica que, acompanhadas por robusta caracterização estrutural, nospermitirá esclarecer o tipo de estrutura e os mecanismos que lhe conferem excelenteperformance eletroquímica, validando nosso material como possível solução para a dor demercado anteriormente destacada. O processo de síntese do material eletroativo do eletrodo sedá através de poucas etapas e possui alta reprodutibilidade, consistindo em uma coluna detroca catiônica, secagem do passante em temperatura de até 50ºC e incorporação à fibra decarbono (com e sem "coating" de nanotubos de carbono) via dip-coating, formando oeletrodo. Para análise da performance eletroquímica, estes eletrodos serão inseridos em celasdo 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 realizadaessa análise com devido rigor, esperamos comprovar a viabilidade técnica da utilização destecompósito anódico em bateria de íons-lítio e, assim, obter um material com elevado valoragregado e que seja de interesse para o mercado.