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Tipo do documento: Dissertação
Título: Termodinâmica e cinética de portadores de carga iônica no cátodo Li2S
Título(s) alternativo(s): Thermodynamics and kinetics of ionic charge carriers at the Li2S cathode
Autor: PEREIRA, Josias Santos 
Primeiro orientador: SANTOS, Clenilton Costa dos
Primeiro coorientador: PRADO, Rodolpho Mouta Monte
Primeiro membro da banca: SANTOS, Clenilton Costa dos
Segundo membro da banca: PRADO, Rodolpho Mouta Monte
Terceiro membro da banca: LEÃO, Cedric Rocha
Quarto membro da banca: BARBOSA, Diego Augusto Batista
Resumo: Baterias são sistemas que armazenam energia eletroquímica e podem ser recarregáveis ou não. As baterias de íons de lítio são recarregáveis e têm sido aplicadas de forma muito eficiente principalmente em equipamentos eletrônicos, devido a sua alta densidade de potência e de energia, tanto gravimétrica quanto volumétrica. Nos últimos anos, a atenção tem se voltado para o desenvolvimento de veículos elétricos, nos quais baterias de íon de lítio baseadas nos cátodos LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC), LiNi1-x-yCoxAlyO2 (NCA) ou LiFePO4 (LFP) fornecem energia para o motor elétrico do veículo, sem emissão de poluentes na atmosfera. O mercado de veículos elétricos é multibilionário, com perspectiva de investimentos de 70 bilhões de dólares para 2026. No entanto, para aplicação em veículos elétricos, as baterias de íons de lítio ainda deixam a desejar em relação densidade de energia e custo de fabricação. Recentemente, as baterias de lítio-enxofre (Li-S) têm se destacado por causa da sua alta densidade de energia tanto gravimétrica (2500 Wh/kg) quanto volumétrica (2800 Wh/L). Entretanto, elas apresentam alguns problemas relacionados à dissolução de polissulfetos no eletrólito, formação de dendritos no ânodo, e baixas condutividades iônica e eletrônica do cátodo (tipicamente S8). Neste trabalho, estudamos o cátodo de Li2S (capacidade específica teórica de 1166 mAh/g) para aplicação em baterias de Li-S, investigando de formas qualitativa e quantitativa os portadores de carga e os mecanismos de transportes relevantes para condutividade iônica de Li+ , através de uma combinação de modelagem computacional clássica – baseada em campo de força, utilizando o programa GULP – e cálculos analíticos de termodinâmica estatística e cinética. Também investigamos a viabilidade da aplicação de deformação biaxial como alternativa para melhorar a condutividade iônica do Li2S, o que é fundamental para que possa ser aplicado comercialmente.
Abstract: Batteries are systems that store electrochemical energy and may be rechargeable or non-rechargeable. Lithium-ion batteries are rechargeable and have been applied very efficiently, mainly in electronic equipment, due to their high power and high gravimetric and volumetric energy density. In recent years, attention has focused on the development of electric vehicles, in which lithium-ion batteries based on LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC), LiNi1-x-yCoxAlyO2 (NCA) or LiFePO4 (LFP) cathodes provide energy for the vehicle's electric motor, without emission of pollutants into the atmosphere. The electric vehicles are a multi-billion dollar market, with an investment perspective of 70 billion dollars for 2026. However, for application in electric vehicles, lithium-ion batteries still fall short in terms of energy density and manufacturing cost. Recently, lithium-sulfur (Li-S) batteries have stood out because of their enhanced energy density, both gravimetric (2500 Wh/kg) and volumetric (2800 Wh/L). However, they present some problems related to the dissolution of polysulfides in the electrolyte, formation of dendrites at the anode, and low ionic and electronic conductivities of the cathode (typically S8). In this work, we study the Li2S cathode (theoretical specific capacity of 1166 mAh/g) for application in Li-S batteries, qualitatively and quantitatively investigating the charge carriers and transport mechanisms relevant to Li+ ionic conductivity, through a combination of classical computational modeling – based on a force-field, using the GULP program – and analytical calculations of statistical and kinetic thermodynamics. We also investigated the feasibility of applying biaxial strain as an alternative to improve the ionic conductivity of Li2S, which is essential for it to be commercially applied.
Palavras-chave: Baterias de Li-S;
Condutividade iônica;
Cátodo de Li2S
Li-S batteries;
Ionic conductivity;
Li2S cathode
Área(s) do CNPq: Transp.Eletrônicos e Prop. Elétricas de Superfícies; Interfaces e Películas
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE FÍSICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA/CCET
Citação: PEREIRA, Josias Santos. Termodinâmica e cinética de portadores de carga iônica no cátodo Li2S. 2022. 100 f. Dissertação( Programa de Pós-graduação em Física/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4298
Data de defesa: 29-Set-2022
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FISICA

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