Desenvolvimento de um protótipo de bateria de íons de sódio com eletrólito polimérico à base de líquidos iônicos

• Processo: 23/17652-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Roberto Manuel Torresi
• Beneficiário: Felipe Machado
• 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): Eletrólitos poliméricos Estado sólido Líquidos iônicos Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Baterias de íon-sódio | eletrólito polimérico | Estado Sólido | líquidos iônicos | Pouch Cell | Prototipagem | Eletroquímica

Resumo

As baterias secundárias têm desempenhado um papel fulcral na sociedade contemporânea, instigado pela demanda crescente por dispositivos de armazenamento de energia renovável. Neste contexto, as baterias de íons de sódio (SIBs) têm se destacado como potenciais soluções para o armazenamento estacionário de energia em grande escala e a baixo custo, frente às baterias de íons de lítio (LIBs). No entanto, muitos desafios das SIBs ainda precisam ser superados, como o aumento da eficiência coulombiana, segurança e durabilidade. Como uma possível alternativa a esta problemática, os eletrólitos em estado sólido baseados em líquidos iônicos, especialmente os eletrólitos poliméricos, emergem como uma possível solução para o ganho de performance eletroquímica, juntamente com o desenvolvimento de baterias em estado sólido. Em face deste cenário, esta proposta de doutoramento visa desenvolver um protótipo de bateria tipo pouch empregando como um dos componentes principais um eletrólito polimérico derivado de líquidos iônicos, que apresente propriedades eletroquímicas e manufatura competitiva para difusão comercial em larga escala. O eletrólito será sintetizado pela técnica inovadora Supersonic Solution Blow (SSB), que tem se mostrado promissora para a fabricação de nanofibras poliméricas com dimensões controladas de maneira fácil e em grande volume. Os eletrodos serão constituídos de nanofibras de hard carbon, óxido de manganês, azul da Prússia e Na3V2(PO4)3, previamente sintetizado pelo grupo de pesquisa. Almeja-se estudar o desempenho e as propriedades do eletrólito e do conjunto eletrólito/eletrodos, assim como fenômenos interfaciais eletrodo/eletrólito, por meio de diferentes técnicas de caracterização físico-químicas e eletroquímicas, como espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, microscopia de transmissão e de força atômica, espectroscopia de impedância eletroquímica, voltametria cíclica, cronopotenciometria entre outras. Ao final do doutoramento, é esperada a validação do protótipo desenvolvido através de múltiplos testes de desempenho eletroquímico, e que a proposta permita ao grupo de pesquisa obter know-how para a produção e caracterização de SIBs de grandes dimensões, visando no longo prazo tornar-se referência na América Latina neste nicho. Por fim, salienta-se que a proposta é inovadora, visto que tem o potencial para aprimorar a segurança, a eficiência e a sustentabilidade das SIBs. Ademais, a pesquisa também demonstrará a capacidade de gerar eletrólitos sólidos com dimensões controladas e otimização dos custos do processo, tornando as SIBs mais econômicas e favorecendo a sua produção em larga escala.