Orientador: Gustavo Doubek, Rubens Maciel Filho

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

Resumo: A preocupação com o meio ambiente, principalmente devido a emissão de gases do efeito estufa pelo uso de combustíveis fósseis, impulsiona a mudança para o uso da eletricidade como fonte energética. Novos sistemas eletroquímicos de armazenamento de energia são uma boa alternativa devido a sua...

Resumo: A preocupação com o meio ambiente, principalmente devido a emissão de gases do efeito estufa pelo uso de combustíveis fósseis, impulsiona a mudança para o uso da eletricidade como fonte energética. Novos sistemas eletroquímicos de armazenamento de energia são uma boa alternativa devido a sua elevada densidade energética, simplicidade e confiabilidade, por isso as baterias Metal-Ar, principalmente as Li-O2, têm tido grande destaque nos últimos anos. O lítio possui elevada capacidade teórica de armazenamento de energia e seu estudo é muito difundido devido as baterias Li-íon. No entanto, ainda existem diversos desafios a serem superados para que as baterias Li-O2 possam ser aplicadas com eficiência. Por isso esta pesquisa tem como objetivo estudar as condições de operação de baterias Li-O2, vazão e pressão de oxigênio, no sistema aberto, e pressão, no sistema fechado, além de estudar a influência do Dimetilsulfóxido (DMSO) e o Tetraetileno Glicol Dimetil Éter (TEGDME), a fim de melhorar a sua capacidade de armazenamento de energia e adicionar conhecimento sobre os produtos de descarga. O eletrodo de ar estudado foi Nanotubos de Carbono (CNT) sobre papel carbono e como resultado, notou-se que para ambos os eletrólitos, no sistema aberto o aumento da pressão e da vazão, levava a diminuição da capacidade devido ao arraste do eletrólito, de modo que o melhor resultado obtido foi para a condição de 1,0 bar e 0,2 L.min-1, com capacidades de 17801 mAh.g-1, para o DMSO, e de 10685 mAh.g-1 para o TEGDME. Para o sistema fechado, conforme esperado, o aumento da pressão levou ao aumento da capacidade, e o melhor resultado foi para a pressão de 3,0 bar, com capacidades de 22537 mAh.g-1, para o DMSO, e de 8764 mAh.g-1 para o TEGDME. Além disso foi analisado o comportamento do potencial de descarga, e foi realizada a caracterização do ponto central e dos melhores resultados do sistema aberto e fechado onde foram identificados os produtos de descarga e as morfologias dos eletrodos. As capacidades do sistema fechado foram superiores às do sistema aberto, e as do DMSO tiveram desempenho superior as do TEGDME, devido ao ataque deste solvente ao lítio

Abstract: The concern for the environment, mainly due the emission of greenhouse gases by the use of fossil fuels, promote the change towards the use of electricity as an energy source. New electrochemical energy storage systems are a good alternative due their high energy density, simplicity and...

Abstract: The concern for the environment, mainly due the emission of greenhouse gases by the use of fossil fuels, promote the change towards the use of electricity as an energy source. New electrochemical energy storage systems are a good alternative due their high energy density, simplicity and reliability, which is why Metal-Air batteries, especially Li-O2 batteries, have been highlighted in recent years. The lithium has high theoretical energy storage capacity and its study is widespread due to Li-ion batteries. However, there are still several challenges to be overcome in order than Li-O2 can be applied efficiently. Therefore, this research aims to study the operating conditions of Li-O2 batteries, flow and oxygen pressure, in the open system, and pressure, in the closed system, besides studying the influence of Dimethyl sulfoxide (DMSO) and Tetraethylene Glycol Dimethyl Ether (TEGDME), in order to improve their energy storage capacity, adding knowledge about the discharge products. The studied air electrode was Carbon Nanotubes (CNT) over carbon paper and as a result, it was noted that for both electrolytes, in the open system the increase in pressure and flow led to a decrease in capacity due the electrolyte dragging, so that the best result was for the condition of 1.0 bar and 0.2 L.min-1, with capacities of 17801 mAh.g-1 for DMSO, and 10685 mAh.g-1 for TEGDME . For the closed system, as expected, the increase in pressure led to an increase in capacity, and the best result was for the pressure of 3.0 bar, with capacities of 22537 mAh.g-1 for the DMSO, and 8764 mAh.g-1 for the TEGDME. In addition, the behavior of the discharge potential was analyzed, and the characterization of the central point and the best results for the open and closed system were carried out, in which the discharge products and electrode morphologies were identified. The capacities of the closed system were superior than the open system, and results for the DMSO were better than the TEGDME, due to the lithium attack of this solvent

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