Orientador: Gustavo Doubek

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

Resumo: Motivados pela necessidade da diminuição de emissões de gases do efeito estufa, a substituição do sistema de combustão interna pelos elétricos ou híbridos na geração de energia em veículos automotores tem recebido bastante atenção recentemente. Nesse sentido, as baterias de íons de lítio têm...

Resumo: Motivados pela necessidade da diminuição de emissões de gases do efeito estufa, a substituição do sistema de combustão interna pelos elétricos ou híbridos na geração de energia em veículos automotores tem recebido bastante atenção recentemente. Nesse sentido, as baterias de íons de lítio têm se mostrado a melhor alternativa, entretanto as tecnologias atuais ainda conferem uma autonomia limitada a esses veículos. No campo das pesquisas, as baterias lítio-ar vêm atraindo esforços por apresentar uma densidade energética específica cerca de três vezes maior do que as atuais baterias lítio-íon chegando a ser comparável até à densidade energética dos combustíveis fósseis. Simplificadamente, células de lítio-ar são dispositivos que armazenam energia elétrica por meio da reação de formação e decomposição de óxidos provenientes da reação entre o lítio e o oxigênio. Na descarga, o lítio metálico (ânodo) é oxidado formando íons Li+ que por sua vez são conduzidos através do eletrólito até o cátodo onde a reação com o oxigênio ocorre. Durante a carga há liberação de oxigênio, revertendo o processo. Ainda são muitos os desafios a serem enfrentados para que a tecnologia se desenvolva até atingir níveis praticáveis. Esse trabalho visa o estudo desse sistema, mais especificamente a análise dos eletrodos empregados no cátodo e sua influência no desempenho do dispositivo lítio-ar, capacidade e reversibilidade. Dois tipos de eletrodos foram avaliados, diferindo-se o substrato ou o método de deposição do catalisador: um composto de carbono e politetrafluoretileno (PTFE) impregnado em um tecido de carbono condutivo e uma folha de espuma de níquel impregnada de uma tinta catalítica. O último material apresentou um desempenho bastante superior em relação do primeiro, com capacidades de descarga mais do que duas vezes maiores. Verificou-se também que a massa de catalisador no eletrodo foi um parâmetro importante no desempenho da célula, sendo que maiores massas de catalisador acarretaram em uma diminuição da capacidade de descarga do sistema

Abstract: Driven by the need for the reduction of greenhouse effect gas emissions, the replacement of the supply system of automotive vehicles of internal combustion by electric or hybrid has recently received considerable attention. On these terms the lithium-ion batteries arose as the best...

Abstract: Driven by the need for the reduction of greenhouse effect gas emissions, the replacement of the supply system of automotive vehicles of internal combustion by electric or hybrid has recently received considerable attention. On these terms the lithium-ion batteries arose as the best alternative, however the current technologies still grant limited autonomy to these vehicles. In the research field, the lithium-air batteries have been drawing efforts for showing a specific energy density around three times greater than the current batteries in such a way that it can be compared even to the fossil fuels energy density. In a simple way, lithium-air cells are devices that store electrical energy through oxide formation and decomposition reaction from the reaction between Lithium and oxygen. During discharge, the metallic Lithium (anode) is oxidized forming Li+ ions, which in turn are conduced through the electrolyte until the cathode where the reaction with Oxygen occurs. Through charge, there is oxygen release, reverting the process. Many challenges remain to be encountered before this technology reaches feasible levels. This work aims to study this system, more specifically an assessment on the electrodes employed in cathode, its influence on the lithium-air device performance, efficiency, capacity and reversibility. Two types of electrodes were evaluated, differing on the substrate or the catalyst deposition method: a carbon compound and polytetrafluoroethylene (PTFE) impregnated on a conductive carbon fiber and a catalytic ink impregnation on the nickel foam sheet. The last one presented a significant higher performance, with a discharge capacity twice as higher than the first one. The catalyst mass on the electrode was also an important parameter. Larger catalyst masses leaded to a decrease in the discharge capacity of the system

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