Técnicas de absorção síncrotron in-situ para estudar materiais de média e alta entropia como catalisadores em baterias de Li-S tipo pouch cell

• Processo: 24/01031-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Hudson Giovani Zanin
• Beneficiário: Érick Alves Santos
• 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: 22/02222-0 - Desenvolvimento de protótipos pouch cells de baterias de lítio-enxofre (Li-S) em estado sólido-líquido com alta estabilidade e avançada escala de maturidade tecnológica, BP.DR
• Assunto(s): Baterias Catalisadores Radiação síncrotron Eletroquímica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: baterias | Catalisador | in-situ | Lítio-Enxofre | Pouch Cell | síncrotron | Eletroquímica

Resumo

As baterias de lítio-enxofre (Li-S) destacam-se como sistemas de armazenamento de energia com grande potencial, apresentando uma capacidade específica teórica cinco vezes superior às baterias de íon de lítio (Li-ion), além de maior densidade energética e volumétrica. A composição do eletrodo dessas baterias inclui materiais acessíveis e de baixa agressão ambiental, como alótropos do carbono e enxofre. Apesar das vantagens evidentes, há desafios a serem superados, como a baixa condutividade elétrica do enxofre (S8) no eletrodo e a formação de produtos sólidos de descarga (Li2S ou Li2S2), conhecido como efeito shuttle. Diante desses desafios, a comunidade científica busca aprimorar a condutividade dos eletrodos das baterias Li-S e mitigar o efeito shuttle. Uma opção atualmente explorada são os materiais de alta e média entropia como catalisadores, devido à sua forte capacidade de absorção de polissulfetos de lítio no eletrólito, conversão dos produtos sólidos e hospedeiros para a difusão de íons de lítio. Nesse contexto, este projeto tem como objetivo avançar nos estudos dos materiais catalíticos para os eletrodos de baterias Li-S no formato pouch cell, com ênfase na montagem e caracterização in-situ de materiais de alta e média entropia (MEM e MEH). Alinhando-se às técnicas eletroquímicas realizadas no Brasil, a metodologia proposta incorpora técnicas avançadas de absorção in-situ por meio de radiação sincrotron, como espectroscopia de absorção de raios-X (XAS), microscopia de raios-X por transmissão (TXM) e tomografia computadorizada por contraste de fase de raios-X (CT). Os resultados esperados deste projeto visam enfrentar desafios críticos na tecnologia de baterias, contribuindo para o avanço do conhecimento e promovendo a inovação na ciência de materiais para aplicações de energia sustentável. Um dos principais objetivos do projeto BEPE é especializar o candidato em técnicas de absorção in-situ sincrotron aplicadas a baterias, em um tradicional acelerador de partículas, o National Accelerator Laboratory (SLAC), localizado na Stanford University, sob orientação da pesquisadora líder Johanna Nelson Weker.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SANTOS, ERICK A.; AMARAL, MURILO M.; DAMASCENO, BARBARA S.; DA SILVA, LEONARDO M.; ZANIN, HUDSON G.; WEKER, JOHANNA N.; RODELLA, CRISTIANE B.. Advanced in situ/operando characterizations of lithium-sulfur batteries: A sine qua non. NANO ENERGY, v. 130, p. 37-pg., 2024-08-14. (22/02222-0, 17/11958-1, 21/09387-1, 24/01031-1, 17/11986-5)