Investigação da influência de diferentes metais em óxidos lamelares de alta entropia para catodos para baterias de íon-sódio

• Processo: 24/14118-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2027
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Gustavo Doubek
• Beneficiário: Maria Gabriella Detone Guaita
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Empresa: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química (IQ)
• Vinculado ao auxílio: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país, AP.PCPE
• Assunto(s): Energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cathodes | high-entropy oxides | operando techniques | O3 oxides | post-lithium-ion batteries | sodium-ion battery | Energia

Resumo

As baterias de íon-lítio são as baterias recarregáveis mais avançadas e utilizadas atualmente, entretanto sua ampla utilização pode futuramente limitar os recursos de lítio e cobalto disponíveis, influenciando significativamente no custo e na própria sobrevivência dessa tecnologia. Por isso, novas tecnologias têm sido investigadas para substituir o uso do lítio, matéria-prima do material ativo do catodo das baterias de íon-lítio. Das tecnologias emergentes, destacam-se as baterias de íon-sódio que substituem o lítio pelo sódio, mais abundante e barato. Entre os materiais empregados como catodo em baterias de íon-sódio, os óxidos lamelares do tipo O3 apresentam as propriedades mais adequados para aplicações comerciais, contudo esses óxidos sofrem de inúmeras transições de fase durante o funcionamento da bateria, reduzindo seu tempo de vida. Estudos recentes têm relatado que o uso de óxido de alta entropia, contendo cinco ou mais elementos em quantidades iguais ou aproximadamente iguais, melhora as propriedades eletroquímicas dos óxidos lamelares, entretanto um estudo sistemático do papel de cada elemento nesses materiais de alta entropia ainda é inexistente. Nesse projeto propomos uma investigação meticulosa do impacto de diferentes metais de transição nas propriedades estruturais e eletroquímicas de óxidos lamelares do tipo O3 através da síntese padronizada de compostos com alta entropia fixada. A influência dos elementos Mg, Al, Zr e Mo serão avaliadas através da síntese por estado sólido mantendo suas concentrações fixas, permitindo a avaliação do impacto do estado de oxidação, raio iônico e interação com oxigênio nas propriedades do óxido de alta entropia. Através das caracterizações ex situ e operando dos materiais sintetizados, principalmente XRD e XANES operando, será possível correlacionar o impacto de cada metal avaliado na aceleração, retardamento ou mesmo inibição das transições de fase e determinar a variação dos estados de oxidação durante a operação do eletrodo. Todos os dados coletados serão utilizados para entender o impacto de cada metal sobre as propriedades intrínsecas do óxido de alta entropia, que serão relacionadas aos desempenhos eletroquímicos obtidos. Assim, será possível projetar racionalmente, com base nas propriedades e tendências observadas para cada metal, uma composição de óxido O3 de alta entropia com as melhores propriedades que será testada como catodo em baterias de íon-sódio completas.