Orientador: Gustavo Doubek

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Preocupações com o aumento da poluição do meio ambiente e alterações climáticas, principalmente devido à emissão de gases do efeito estufa pelo uso de combustíveis fósseis, impulsiona o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia elétrica. Neste contexto, as baterias de Li-O2...

Resumo: Preocupações com o aumento da poluição do meio ambiente e alterações climáticas, principalmente devido à emissão de gases do efeito estufa pelo uso de combustíveis fósseis, impulsiona o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia elétrica. Neste contexto, as baterias de Li-O2 desempenham um papel importante devido à sua alta densidade de energia teórica e prática. Assim, esta pesquisa analisou um sistema aberto (com fluxo de oxigênio) e um sistema fechado (sem fluxo de oxigênio) em baterias de Li-O2 apróticas, utilizando nanotubos de carbono de parede múltipla radialmente orientados funcionalizados com plasma oxigênio, como eletrodo de ar. Primeiramente, os eletrodos foram sintetizados e caracterizados. Pelas análises de MEV verificou-se que apenas a primeira e oitava bateladas de crescimentos possuíam a morfologia de ROMWCNT. Com o auxílio das técnicas de Raman e XPS confirmou-se a eficiência do tratamento com plasma oxigênio e o aumento no número de defeitos na estrutura dos nanotubos de carbono. Testes de descarga foram conduzidos com uma corrente de 23 µA/cm² e os produtos de descarga foram caracterizados por DRX e Raman. Em ambos os sistemas, fechado e aberto, Li2O2 e LiOH foram identificados, e o LiOOH.H2O, o Li2O e o LiO2 foram identificados apenas para o sistema fechado. Através das análises por MEV observou-se diferentes morfologias para cada sistema. O desempenho eletroquímico das baterias foi avaliado em diferentes condições de operação. Para o sistema aberto, em uma pressão de oxigênio de 1,5 bar, quando a vazão de oxigênio aumentou, 0,1, 0,3, 0,5 L/min, a capacidade diminuiu, 2460, 2107, 1459 mAh/g, respectivamente, e para o sistema fechado, o aumento da pressão de oxigênio, 1,0, 1,5, 2,0 bar, aumentou a capacidade, 2617, 4917, 5851 mAh/g, respectivamente. Além disso, a decomposição dos produtos após a carga foi analisada, onde o LiOH, único produto detectado por DRX, foi decomposto somente no teste onde a carga ocorreu por um maior período de tempo, cerca de 50 horas

Abstract: The concern about the environment pollution and climate change, mainly due the emission of greenhouse gases by the use of fossil fuels lead to the development of electric energy storage systems. In this context, Li-O2 batteries play an important role due their high theoretical and...

Abstract: The concern about the environment pollution and climate change, mainly due the emission of greenhouse gases by the use of fossil fuels lead to the development of electric energy storage systems. In this context, Li-O2 batteries play an important role due their high theoretical and practical energy density. Thus, this research analyzed an open system (with oxygen flow) and a closed system (without oxygen flow) in aprotic Li-O2 batteries, using radially ordered multiwalled carbon nanotube functionalized with oxygen plasma as the air electrode. First, the electrodes were synthesized and characterized, and using SEM analysis it was observed that only the first and eighth growth had the morphology of ROMWCNT. The Raman and XPS techniques confirmed the efficiency of the treatment with oxygen plasma and the increase in the defects number in the structure of the carbon nanotubes. Discharge tests were conducted with a current of 23 µA/cm² and the discharge products were characterized by DRX and Raman. In both systems, closed and open, Li2O2 and LiOH were identified, and LiOOH.H2O, Li2O and LiO2 were identified only in the closed system. Through SEM analysis, different morphologies were observed for each system. The electrochemical performance of the batteries was evaluated in different operating conditions. For the open system, at an oxygen pressure of 1.5 bar, when the oxygen flow rate increased, 0.1, 0.3, 0.5 L/min, the capacity decreased, 2460, 2107, 1459 mAh/g respectively, and for the closed system, the increase of the oxygen pressure, 1.0, 1.5, 2.0 bar, increased the capacity, 2617, 4917, 5851 mAh/g respectively. In addition, the decomposition of the products after charge was analyzed, in which the LiOH, the only product detected by XRD, was decomposed in the test in which the charge occurred for a longer period of time, about 50 hours

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