Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos (2016)
- Authors:
- Autor USP: SILVA, NELSON ALEXANDRE GALIOTE - FFCLRP
- Unidade: FFCLRP
- Sigla do Departamento: 593
- Subjects: NANOPARTÍCULAS; BATERIAS ELÉTRICAS; ELETROCATÁLISE
- Keywords: Baterias de Lítio-ar; Electrochemical impedance spectroscopy; Espectroscopia de impedância eletroquímica; Lithium-air batteries; Nanopartículas de platina e carbono e líquido iônico; Oxygen reduction reaction; Platinum and carbon nanoparticles; RRO
- Language: Português
- Abstract: O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculasde oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions dolíquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos
- Imprenta:
- Publisher place: Ribeirão Preto
- Date published: 2016
- Data da defesa: 12.02.2016
-
ABNT
SILVA, Nelson Alexandre Galiote. Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos. 2016. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2016. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/. Acesso em: 27 dez. 2025. -
APA
Silva, N. A. G. (2016). Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/ -
NLM
Silva NAG. Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos [Internet]. 2016 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/ -
Vancouver
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