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
• Data de Início da vigência: 30 de setembro de 2024
• Data de Término da vigência: 28 de março de 2025
• Área de 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
• Instituição Anfitriã: 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.