Please use this identifier to cite or link to this item:
http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/73165
Type: | Dissertação |
Title: | Estabilidade térmica do eletrodo positivo LiCr(MoO4)2 para baterias de íon de lítio |
Authors: | Santos, Mariana Oliveira dos |
Advisor: | Prado, Rodolpho Mouta Monte |
Keywords: | Estabilidade térmica;Eletrodos;Baterias de lítio |
Issue Date: | 2023 |
Citation: | SANTOS, M. O. Estabilidade térmica do eletrodo positivo LiCr(MoO4)2 para baterias de íon de lítio. 2023. 72 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023. |
Abstract in Brazilian Portuguese: | A popularização dos veículos elétricos (EVs) depende de melhorias pendentes em segurança, custo, e densidade de energia das baterias de íon de lítio (LIBs). Um componente crucial para isso é o eletrodo positivo, visto que o seu material ativo se decompõe se for aquecido ‘carregado’, com liberação de oxigênio – o que pode desencadear a combustão do eletrólito e causar incêndios – e ele também contém cobalto, um metal de alto custo. Diante desse cenário, este trabalho teve por objetivo investigar a estabilidade térmica a altas temperaturas do LiCr(MoO4)2, um material ativo livre de cobalto e com alta capacidade específica. O material foi sintetizado por reação de estado sólido precedida por moagem úmida, e caracterizado por difração de raios X (XRD), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura, onde se comparou o efeito do aquecimento do material (que é sintetizado já no estado ‘carregado’) em dois ambientes distintos: um em ar, com o material sozinho; e outro em atmosfera de argônio, com o material como componente da borra (material ativo + PVdF + carbono condutor) que é usada no eletrodo, simulando o ambiente ao qual o material ativo é exposto no interior da bateria. O material obtido possui grupo espacial P1̅, em conformidade com a literatura, e tamanho de partícula no intervalo de 0,4-7 μm. Os resultados de XRD e Raman mostraram que ele permanece estável em ar em todo o intervalo de temperatura investigado (301 K – 973 K), i.e., não sofre transição de fase estrutural nem decomposição. Nesse intervalo, ele apresentou expansão térmica negativa (NTE) ao longo do eixo b, devido à rotação de tetraedros MoO4; o coeficiente de expansão térmica ao longo do eixo a manteve-se aproximadamente constante em 10 × 10-6 K-1, enquanto os coeficientes dos eixos b e c ficaram nas faixas -2 a -15 × 10-6 K-1 e 30 a 55 × 10-6 K-1, respectivamente. Já como componente da borra, ao ser aquecido em atmosfera de argônio ele sofre ataque químico de produtos da pirólise do PVdF e se decompõe a partir de ~450 °C, mais de 100 °C acima da temperatura de decomposição dos eletrodos positivos comerciais NCA, LCO e NMC. Portanto, o LiCr(MoO4)2 possui segurança superior a 3 dos 4 principais eletrodos positivos comerciais (tendo como exceção apenas o LFP), sendo, portanto, um candidato promissor para aplicação como eletrodo positivo em LIBs. |
Abstract: | The popularization of electric vehicles (EVs) depends on pending improvements in the safety, cost, and energy density of lithium-ion batteries (LIBs). A crucial component to this is the positive electrode since its active material decomposes if heated 'charged', releasing oxygen – which can trigger electrolyte combustion and cause fires – and it also contains cobalt, costly metal. Given this scenario, this work investigated the high-temperature thermal stability of LiCr(MoO4)2, an active cobalt-free material with a high specific capacity. The material was synthesized by solid-state reaction preceded by wet milling and characterized by x-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and scanning electron microscopy, where the effect of heating the material (which is synthesized already in the 'charged' state) in two different environments was compared: one in air, with the material alone; and another in argon atmosphere, with the material as a component of the slurry (active material + PVdF + conductive carbon) that is used in the electrode, simulating the environment to which the active material is exposed inside the battery. The obtained material has space group P1̅, in agreement with the literature, and particle size in the 0.4 – 7 μm range. XRD and Raman results showed that it remains stable in the air throughout the investigated temperature range (300 K - 973 K), i.e., it neither undergoes structural phase transition nor decomposition. In this range, it showed negative thermal expansion (NTE) along the b-axis due to MoO4 tetrahedra rotation; the coefficient of thermal expansion along the a-axis remained approximately constant at 10 × 10-6 K-1, while the b- and c-axis coefficients were in the ranges -2 to -15 × 10-6 K-1and 30 to 55 × 10-6 K-1, respectively. As a slurry component, when heated in an argon atmosphere, it undergoes chemical attack from pyrolysis products of PVdF and starts to decompose at ~450 °C, more than 100 °C above the decomposition temperature of commercial positive electrodes NCA, LCO and NMC. Thus, LiCr(MoO4)2 has higher safety than 3 of the 4 major commercial positive electrodes (with only LFP as an exception) and is, therefore, a promising candidate for application as a positive electrode in LIBs. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/73165 |
Appears in Collections: | DFI - Dissertações defendidas na UFC |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
2023_dis_mosantos.pdf | 5,29 MB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.