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Estudo de materiais cerâmicos derivados de precursores poliméricos, aplicados a baterias de lítio-enxofre, por técnicas de Raio-X in-situ.

Processo: 23/11416-5
Modalidade de apoio:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
Vigência (Início): 18 de junho de 2024
Vigência (Término): 12 de dezembro de 2024
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Elétrica - Materiais Elétricos
Pesquisador responsável:Hudson Giovani Zanin
Beneficiário:Murilo Machado Amaral
Supervisor: Johanna Nelson Weker
Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Local de pesquisa: SLAC National Accelerator Laboratory, Estados Unidos  
Vinculado à bolsa:21/09387-1 - Caracterização in-situ de eletrodos de baterias de lítio-íon e lítio-enxofre por espectroscopia FTIR e Raman, BP.DR
Assunto(s):Baterias
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Lithium-sulfur batteries | operando | Polymer-derived ceramics | Baterias

Resumo

Baterias de lítio-enxofre (Li-S) têm apresentado resultados promissores, como alta capacidade de carga e densidade de energia. Por outro lado, o fenômeno conhecido como efeito shuttle é uma de suas maiores desvantagens, que gera uma perda progressiva e irreversível de material ativo (enxofre), reduzindo significativamente o número de ciclos das mesmas. No entanto, para inibir o efeito shuttle e estender a vida útil das baterias de Li-S, diversos materiais carbonáceos têm sido estudados como hospedeiros para o enxofre, inibindo sua expansão volumétrica e adsorvendo polissulfetos de lítio intermediários dissolvidos no eletrólito. Recentemente, o uso de materiais cerâmicos derivados de precursores poliméricos como hospedeiros de enxofre em cátodos de baterias de Li-S tem demonstrado uma boa adsorção de polissulfetos de lítio, proporcionando uma vida útil mais longa para essas baterias, incluindo-se um recente trabalho do autor desta proposta. Logo, para estudar a aplicação de novos materiais para essa finalidade, técnicas in-situ e operando são importantes para analisar a estabilidade dos mesmos e a formação de novos compostos durante os processos de carga e descarga da bateria. Para tanto, as técnicas de espectroscopia FTIR e Raman apresentam alta sensibilidade a mudanças estruturais que ocorrem na superfície, enquanto outras são mais sensitivas a mudanças no bulk dos eletrodos. Dessa forma, é de grande importância o emprego de análises complementares, para observar diferentes fenômenos que ocorrem durante as reações eletroquímicas. Dentre essas, destacam-se técnicas como espectroscopia de absorção de Raio-X, que apresenta informações sobre os estados químicos dos materiais, podendo evidenciar a formação de sulfeto de lítio (Li2S) e enxofre. Além disso, técnicas de imageamento também são importantes, como microscopia de transmissão de Raio-X, que pode evidenciar mudanças morfológicas do material durante condições de carregamento e descarregamento. Desse modo, esse projeto proporcionará uma melhor compreensão do desempenho dos materiais cerâmicos durante o processo de adsorção de polissulfetos de lítio dissolvidos no eletrólito, as quais poderão colaborar para o aprimoramento das baterias de Li-S, como o desenvolvimento de novos materiais, contribuindo para futuras aplicações comerciais destas baterias.

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