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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:
  • Data da defesa: 12.02.2016
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    • ABNT

      SILVA, Nelson Alexandre Galiote; HUGUENIN, Fritz Cavalcante. Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos. 2016.Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, 2016. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/ >.
    • APA

      Silva, N. A. G., & Huguenin, F. C. (2016). Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos. Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/
    • NLM

      Silva NAG, Huguenin FC. Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos [Internet]. 2016 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/
    • Vancouver

      Silva NAG, Huguenin FC. Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos [Internet]. 2016 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-11032016-192108/


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