Desenvolvimento de baterias de íons de sódio e pseudocapacitores de alto desempenho à base de MXene, nanomateriais de carbono e óxidos metálicos mistos

• Processo: 23/00142-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Roberto Manuel Torresi
• Beneficiário: Maria Paula de Souza Rodrigues
• 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
• Assunto(s): Supercapacitores Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: armazenamento eletroquímico de energia | Baterias de íon-sódio | supercapacitores | Eletroquímica

Resumo

O advento da nanotecnologia possibilitou novos materiais de eletrodos que flexibilizaram os limites entre capacitores eletroquímicos de dupla camada elétrica (EDLCs) e baterias baseadas na intercalação íons Na+ ou Li+. Assim, um dispositivo pseudocapacitivo e uma bateria podem compartilhar um mesmo tipo de eletrodo negativo em diferentes configurações assimétricas, respectivamente, por meio de um eletrodo positivo poroso de alta área superficial (i.e., carvão ativado) ou de um eletrodo positivo do tipo bateria, tais como óxidos metálicos mistos derivados de elementos abundantes (i.e., Na, Fe, Mg e Mn). Quando comparados as baterias de íons lítio (LIBs), capacitores eletroquímicos tem altíssima ciclabilidade e baixa densidade energia, enquanto as bateiras de íons de sódio (SIBs) apresentam densidades de energia menores, porém de mesma ordem de magnitude, assim como aspectos de envelhecimento, eficiência faradaica e tensão de trabalho média inferiores. Neste sentido, exploraremos os limites entre capacitores eletroquímicos e baterias que utilizam íons de sódio. Produziremos eletrodos do tipo buckypaper com boas propriedades físicas e eletroquímicas à base de MXenes (Ti3C2), micro e nanomateriais de carbono (e.g., carbonos não grafitizantes e nanotubos de carbono) e óxidos metálicos mistos. Estudaremos o desempenho dos eletrodos por meio de diferentes técnicas de caracterização eletroquímicas e físico-químicas. Especificamente em relação as SIBs, serão realizados estudos em modo de operação via espectroscopia Raman, com especial atenção a eficiência e ciclabilidade desses dispositivos. Ao final, é esperada a consolidação de novos materiais compósitos como eletrodos negativos de dispositivos pseudocapacitores e SIBs, assim como eletrodos positivos de SIBs com tensões de trabalho média mais altas e avanços em relações aos aspectos de envelhecimento e ciclabilidade, implicando em baterias mais seguras e sustentáveis.