A I R E T A B

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e

F

) o d a i c n e c i L (

e d e d a d l u c a F a n a d a t n e s e r p a o ã ç a t r e s si D

e d a v o N e d a d is r e v i n U a d a i g o l o n c e T e s a i c n ê i C

m e e r t s e M e d u a r G o d o ã ç n e t b o a r a p a o b si L

s i e v á v o n e R s a i g r e n

E – Conversão E tléc irca e l

e v á t n e t s u S o ã ç a zi li t

U .

r o d a t n e ir

O : ProfªDoutoraGab irelaAlmeida o

C -oirentador :ProfªDoutora AnabelaGonçalves

A

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e

c

i

m

e

n

t

o

s

O trabalho expe irmenta l apresentado nesta Dsisertação fo i desenvolvido no s r ó t a r o b a

l io sdo Departamento de Química ,da Faculdade de Ciência se Tecnologia, da m o c r a t c a t n o c e d e d a d i n u t r o p o a e v it , a i c n ê u q e s n o c m E . a o b si L e d a v o N e d a d is r e v i n U r e v i d e d s a o s s e

p sa sáreas ,cuja sexpe irências ,sugestõe se apoios ,foram fundamentai s e o r e c n is u e m o r a s s e r p x e o j e s e d s a l e s a d o t A . o h l a b a r t e t n e s e r p o d o ã ç a zi l a e r a a r a p : o t n e m i c e h n o c e r o d n u f o r p r a g u l o ri e m ir p m

E ,a sminha palavra sde agradecimento vão para a Professora s a s a d o t o ç e d a r g a m e u q a , a r o d a t n e ir o a h n i m , a d i e m l A e d . M a l e ir b a G . M a r o t u o D a ç n a if n o c e a i m o n o t u a a d e o h l a b a r t o d o ã t s e g e d , o c if ít n e i c a t si v e d o t n o p o d s e õ ç a c i d n i a o m o c e si l á n a e d s o c i m í u q o r t c e l e s o d o t é m s o d o ã ç a c il p x e a n o m o c m e b s a d i d e c n o c m a tl o

v et ira cícilca e , acima de tudo , desejo expressa r e agradece r a sua amziade , s o t n e m o m m e u o h n a p m o c a e u e d n e t a e m e u q m o c s a n a m u h s e d a d il a u q e o ã s n e e r p m o c a u s a o ri m d a , a r o s s e f o r P o m o C . o h l a b a r t e t s e d l a n if e s a f a n , e t n e m a d a e m o n , si e c íf i d a s n o p s e r , o ã ç c e r r o

c biildade , exigência e peritnência demonstrada s no modo como a t s e n u o h n a p m o c a e m e u q m o c a s o d a d i u c o ã si v e r a n e e t a b e d m e s o t n u s s a s o u o d r o b a . o ã ç a c i d e d e o h n e p m e u e s o l e p a d n u f o r p o ã d it a r g a h n i m a r a s s e r p x e o j e s e D . o ã ç a t r e s si D r a s s e r p x e o r e u q e t n e m a d i u g e

S o meuagradecimento sao Professo rDouto rPedro , a i e r r o C o ti r

B nomeadamente ,pelasuapreciosacolaboração ,pelaoportunidadef acutlada a t s e d o t n e m i v l o v n e s e d o

n invesitgação, numaáreaf ascinanteeextremamentei mportante s a ir e t a b s a o ã s o m o

c , pelo mutio que apreend idevido à as u grande expe irência na a si u q s e

p laborato iral ,e paritcularmente , agradeço pelo seu empreendedorsimo e r

p m o

c eensão,s empredemonstrados nodecorre rdesteprojecto.

o

A Professo rDoutorJ oãoCa lro sLima ,queroagradece ropreciosoapoioconcedido , , l a i c e p s e m

e aprecioasua i ntelegênciaargutad e pensamentodemonstradono sassunto s s e õ ç a c il p x e s a s a d o t o ç e d a r g A . s o d it a b e d e t n e m a g n o

l sobrea electroquímicade bate iras

m o c m e

o d u t e d a m i c

a ,expresso o meu reconhecimento pela sua paciência ,dsiponibiildade e e

d a zi m

a mansifestados.

o

A Professo rDouto rMá iro Venitm Neves ,pela pos isbiildade de frequenta ro o

m o c m e b , r o d a n e d r o o C é l a u q o d o d a r t s e

M a conifançaecordiaildadedepostiadas.

o

A s Professore sPedro Pereria e David I nácio doDepartamento de Electrotécnica , s

a l e

p sugestõesfacutlada snaárea da electircidade epelasuadsiponibiildadee empenho .

s o d a ti c il o s s o d i d e p s o n s e t n a t s n o

c

Às Professora sTeresaeLuísa ,doLaborató iro407 ,peloapoiosempredemosntrado ,

o d u t e d a m i c a , e l a r o t a r o b a l o

n pelaatençãoepalavra samigas.

ÀCéilaMarsiaC .F .Sliveria , Ldo aborató iro407 ,sempre pacientenas respostas à s e

u q s e õ t s e u

q l hesoilctiavaalémdos euapoioprestado .

ÀDoutora Pat írciaM .P .de SousaVideria, deQuímica- íf isca eI norgânica ,peloseu .

s o d a r t s n o m e d e d a zi m a e o i o p a

o

A Professo r Douto r A . Jorge Parola , do Grupo de Fotoquímica, pelo seu o

m s a is u t n

e , boa despo isção e ajuda ,nomeadamente ,na compreensão e apicação da equaçãodeKapusitnskii.

s o

A DoutoresAnaMartaDinzi,YoaYoannLeydet e Ca lro sPinherio ,doLaborató iro 6

0

4 ,pelos apoios prestados eml aborató iro.

o

A Professo rDouto rRu iSliva ,do Deparamento de Mate irasi, pela ssugestões o

i o p a u e s o l e p , s o d a tl u c a

f demonstrado na aqui isção de mate irasi e ,sobretudo ,pela o

ã ç is o p si d a o b a m u e d e t n a t s n o c e r p m e s o ã ç a t s e fi n a

m .

o d , o ri m is a C o i d u á l C . g n E s o

A Centro de Estudo sem Economia da Energia ,do s e

t n e i b m A o d e s e t r o p s n a r

T ,Douto r João Sena , da Autosli, Eng . Paulo Corderio da o

ir é ti r c o c

E e senho rFernando Carreria da Ecobat ,pela sinformaçõe sprestada ssobre .s

C , a ri e r e P a n A a r o t u o D

À oordenadoradaBibiloteca daFCT/UNL, pelos uapron itdão e

t e n i b a g m u u o v r e s e r e u q m o

c naBibilotecaparaquepudesset rabalha rnaDsisertação .

e t r a u D o ir á s o R o d a ir a M a r o t u o D

À , do Serviço de Formação de Uitilzadore sda a

d a c e t o il b i

B TFC /UNL ,pelopreciosoapoiodemonstradoe mconsegui rosar itgo sq uelhe a

m r o f a r t u o e d , si a u q s o , o d n a ti c il o s i u

f , se iram i mpos ísvei sde obter e ,sobretudo pela e

d a zi m

a .

À Eng ªMarta Oilveria pela amziade ,ajuda e i ncen itvo ssempre manfiestado sao o

g n o

l d oMestrado.

ÀsenhoraMa iraJ osé, d sa ecrata iradoDepartamentoQuímica ,pelasua ismpaita e e

d a d il i b i n o p si

d , sempre demonstrados ,nomeadamente ,no stelefonema sefectuado sao d

o g n o

l e stetrabalho.

ÀsenhoraHelenaI nácio, dasecretá iradoDepartamentodeElectrotécnica ,pelos eu n

e e r p m o c e o i o p a e d n a r

g são demonstrado s na resolução de alguma s questõe s o

i c c a l e

r nada scomaorgânicadoMestrado.

Às senhoras Palminha e Marta , do Laborató iro 528 , pelo apoio e conifança o

m e

d nstrado saquando o trabalho laborato iral ,nemadamente ,em consegui rsempre o s a

ir e t a

m i sdel aborató ironecessá iro sàr ealziaçãoda sexpe irências.

o

A senhorJ oséMesqutia ,doLaborató irodeProjecto seEstágios ,Departamentode ,

a c is í

F pelo emprésitmo de equipamento s de medição . Agradeço a sua conifança e .

a i c n ê i c a p

s s o

A enhore s Fausitno e Eduardo Jobilng, do s Serviço s Técnico s e Oifcios, ,

a c is í F e d o t n e m a t r a p e

D que prontamente facutlarem as i nstalaçõe se se dsipuseram no i

o p

a o ne aexecuçãodet rabalhosr elaccionado scomo seléctrodos.

s o

A enho rJosé Lusí ,vidrerio, que ismpa itcamente acedeu ao pedido para a s

o h l a b a r t e d o ã ç a zi l a e

o

A scolega sda Faculdade de Ciência e Tecnologia do Departamento de química , a

ri e x i e T o ir á

M ,Sónia Jorge e Ricardo Santo spela sdica sfacutlada sno i nício do trabalho l

a t n e m ir e p x

e .

o v it n e c n i o l e p o t n e m i c e h n o c e r o v i v u e m o r a s s e r p x e o j e s e d , a il í m a f a h n i m À

s o m it l ú s o r it s e v n i i d i c e d e u q m e o t n e m o m o ri e m ir p o e d s e d o d a t s e fi n a

m doi sano sneste

Mestrado ,em que me deram o apoio humano, i ndsipensáve lpara completa rmai sesta h

n i m a d a p a t

e a vida .Se ique nem sempre fo ifáci lconformarem-se com a aparente ausênciaaquef oramvotados.

ÀAilce ,agradeçoos eu“ ism” ,prontamenteexpressodesdedei nício ,emquetome i e

t s e r a ç a r b a e d o ã si c e d

a Mestrado .Agradeço a sua paciência e incenitvo que foram e u q e d a d l u c if i d m o c i o f e u q i e S . si e c íf i d s i a m s o t n e m o m s o r a s s a p a r tl u a r a p s i a i c n e s s e

u it n e

s omeuafastamentoaquef o ivotada .

m e b m u s o d o t

A -hajam!

a c e s n o F a d l e u n a M o d n a n r e F

a o b si

R

e

s

u

m

o

O elevadaenergiadei onziação ,de 60 eV .Até àdata ,apesa r e d s i e v á g e r r a c e r s a ir e t a b r e v l o v n e s e d e d o d it n e s o n s o ç r o f s e s o d i v l o v n e s e d o d is m e r e t e d . si e v á g e r r a c e r o ã n , o i n í m u l a e d o d o n â e d s a ir e t a b m e t si x e s a n e p a , o i n í m u l a e d o d o n â , s a d a g e r r a c s e d e d s i o p e

D são descartada sumave zque apos isbiildade de a srecarrega ré a l e p a d i d e p m

i formaçãodeóxido sde alumínio mutio estávei sdevido à ilgaçãocovalente l

A -Omutiof orte .

m a z u d e r e u q s o s o u q a o ã n s o ti l ó r t c e l e r a t s e t e d o é o h l a b a r t e t s e d o v it c e j b o O r e d is n o

c avelmente a energia ilvre de Gibb sdesolvataçãodoalumínio ,permiitndotorna r . s a ir á d n u c e s m e o i n í m u l a e d s a ir á m ir p s a ir e t a b s a a c i m í u q o r t c e l e a l u l é c a m u n r a n e z a m r a e d o p e s e u q a i g r e n e e d e d a d it n a u q A d e o d a l o si l a t e m o d o ã ç a zi n o i e d a i g r e n e a d e d n e p e

d a energia de solvatação do i ão .O

( s o s o u q a s o ti l ó r t c e l e m e o d a n i m r e t e d , o i n í m u l a o d o ã ç u d e r e d o ã r d a p l a i c n e t o

p -1,66V) ,

, o ã ç a zi n o i e d a e u q r o i a m o ti u m o ã i o d o ã ç a t a v l o s e d a i g r e n e a d o ã ç i u b ir t n o c a m u m e t o d n e

s , po r siso, necessá iro uma quanitdade de energia enorme para quebra ra ilgação o i n é g i x

o - alumíniodevidaàenergiades olvataçãodesta ilgação .

s o ti l ó r t c e l e e s o d o r t c é l e e d s a m e t si s s o ir á v s o d a t s e t m a r o f o h l a b a r t e t n e s e r p o N d it b o s o d a tl u s e r s e r o h l e m m o c o ti l ó r t c e l e / o d o r t c é l e a m e t si s O . s o s o u q a o ã

n o sfo io

F B (l A [ o i n í m u l a e d o t a r o b r o u lf a r t e t o ti l ó r t c e l

e 4)3]/acetontirlio [CH3CN] ,com eléctrodo s l e v ís s o p r e s a c o v í u q e n i a m r o f e d o d a r t s n o m e d o d n a c if , e ti f a r g e d ) o d o t á c e o d o n â ( u o c if ir e V . a m e t si s e t s e r a g e r r a c e

r -se também que ,apó so processo de carregamento se e d m e d r o a n s e õ s n e t m a ri g n it

a 3-4Votl .Noentanto ,observou-sequedepoi sdoprocesso o d n a v r e s b o , o p m e t o d o g n o l o a l e v á t s e e v e t n a m e s o ã n o ã s n e t a , a g r a c e

d -se um

e u q s e t n e r r o c n o c s e õ ç c a e r a o d i v e d e t n e m l e v a v o r p , a g r a c s e d o t u a e d o n e m ó n e f e m o s n o

c macargadacélula .

e õ p o r p s o r u t u f s o t n e m i v l o v n e s e d o m o

A

b

s

t

r

a

c

t

A Unit lnowadays ,and desptie

y r a m ir p m u i n i m u l a y l n o s e ir e t t a b m u i n i m u l a y r a d n o c e s p o l e v e d o t r e d r o n i s t r o ff

e – nn -o

e l b a e g r a h c e

r - one sexsit .Afte rdsicharged they are dsicarded , isnce the pos isblitiy o f g n i g r a h c e

r i sprevented by the forma iton o faluminiumoxide sverystable due to a very l A g n o r t

s -Ocovalen tbond .

u p e h

T rpose o f thi s study i s to tes t non-aqueous electrolyte s tha t reduce y r a m ir p g n i n r u t g n i w o ll a , y g r e n e e e r f s b b i G n o it a v l o s m u i n i m u l a e h t y ll a it n a t s b u s . y r a d n o c e s n i s e ir e t t a b m u i n i m u l a n u o m a e h

T to fenergyt ha tcanbestoredi nanelectrochemica lcel ldepend sont he e n o it a zi n o

i nergyoft he siolatedmeta landenergyofi ons olva iton.

( s e t y l o r t c e l e s u o e u q a n i d e n i m r e t e d m u i n i m u l a f o l a it n e t o p n o it c u d e r d r a d n a t s e h

T -1.66

f o s m r e t e h t n a h t r e g r a l h c u m s n o i f o n o it a v l o s f o s m r e t e h t o t n o it u b ir t n o c a s a h , ) V m u i n i m u l a k a e r b o t y g r e n e f o t n u o m a e g r a l a s e k a t ti o s , n o it a zi n o

i -oxygenbondduet ot he

. n o it c e n n o c s i h t f o y g r e n e n o it a v l o s k r o w s i h t n

I wet estedva irou selectrodes ystem sandnon-aqueou selectrolytes.The t

s y

s em electrode/electrolyte wtih bette rresutl swa sthe aluminium tetralfuoroborate [A(lBF4)3]/acetontirlie [CH3CN] ,wtih electrode s(anode and cathode) fo graphtie ,being

d e t a r t s n o m e d y ll a c o v i u q e n

u to be pos isble to recharge thi ssystem .Afte rthe charging s s e c o r

p ,anapproximate3-4Vol tvotlagewasr eached .Howeve ,ri twa sobservedt ha tafte r fl e s a d n a , e m it r e v o e l b a t s n i a m e r t o n d i d n o is n e t , s s e c o r p g n i g r a h c s i h

t -dsicharge

. e g r a h c l l e c e h t e m u s n o c t a h t s n o it c a e r g n it e p m o c o t e u d y l b a b o r p , d e r r u c c o n o n e m o n e h p t n e v l o s s m e t s y s e h t e v o r p m i o t d e s o p o r p s i t i s t n e m p o l e v e d e r u t u f s A a / e t y l o r t c e l e

e

v

a

h

c

s

a

r

v

a

l

a

P

 Alumínio

 Baterias recarregáveis

 Electró iltos/solventes não aquosos

 Energia de solvatação

s

d

r

o

W

y

e

K

 Aluminium

 Rechargeablebatte ires

 N -onaqueou selectrolyte/solvents

s

a

r

u

t

a

i

v

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r

b

A

e

s

o

m

i

n

ó

r

c

A

,

s

o

l

o

b

m

í

S

C B A S

U “UntiedState sAdvancedBatteryConsor itum”

R A C S

U “UntiedState sCounclif o rAutomoitveResearch”

g k / g

m Miilgrama spo rquliograma

l o m /

g Gramapo rmole

0_{C Grau sCel isus}

V V otl

m c /

g 3 _{Grama spo rcenítmetrocúbico}

K Grau sKelvin

m

p Picómetro( equivalea10- 21 )m

l o m / J

k QulioJ oulepo rmole

∆𝐻𝑣 EntalpiadeVaporziação

∆𝐻𝑓 EntalpiadeFormação

∆𝐺𝑓 Energia ilvredeGibbs

l

A(s) Alumínionoestados óildo

l

A(g) Alumínionoestadogasoso

l

A3+(g) Iãoalumínionoestadogasoso

m c / h

A 3 _{Ampere-horapo rcenítmetrocúbico}

g / h

A Ampere-horapo rgrama

V

e ElectrãoVotl

'Gionziação Energia ilvredeGibb sdei onziaç ão

Eo + 3 l A /l

A Potencia ldeoxidaçãopadrãodoalumínio

𝑛 Númerodemoles

𝐹 ConstantedeFaraday(equivalea96485Cmo)l

𝐸𝐶0𝑒𝑙 Potencia lpadrãot eó ircodacélula

𝐸𝑐𝑒𝑙 Potencia ldacélula

R ConstanteUniversa ldo sGase sPerfetios(equi .8,314J /mo lK)

T Temperatura

i x

O Oxidação

d e

R Redução

m c /

S Siemen spo rcen ítmetro

𝐸𝐶á0𝑡𝑜𝑑𝑜 Potencia lPadrãodocátodo

𝐸â0𝑛𝑜𝑑𝑜 Potencia lPadrãodoânodo

h

A Ampere-hora

A Ampere

h

W W -atthora

H

M Meta lhidreto

e- _Electrão

Cg CarbonoGraftie

C

P Carbonatodeproplieno

C

E Carbonatodeetlieno

C M

D Carbonatodedimet li

g K / h

A Ampere-horapo rquliograma

g K / h

W W -atthorapo rquliograma

L A F O

V U

U UnmannedUnderwate rVehi lce

I C

M Moto rdecombustãoi nterna

E

V s Veículo seléct ircos

. E . H .

S Standardhydrogenelectrode

m c / A

m 2 Miilamperepo rcen ítmetroquadrado

A M

T Tetrame it ldeCloretodeAmónia

l C y P u

B n-butli-cloreto-piirdínio

I C I E

M 1-metli-3-cloreto-e itilmidazóilo

C I P M

D 2-dimetli-3-cloreto-propiilmidazóilo

C T M

D 1 -d,4 imetli-1,2,4-cloretot irazóilo

O S M

D 2 Dime itsluflona

C A P M

T C elor todet irmetfienliamónio

m d /

A 2 Amperepo rdecímetroquadrado

g k / h W

k QulioWatt-horapo rquliograma

X R

F EspectrometiradeFluorescênciadeRaio sX

g / h A

m Miilampere-horapo rgrama

mL Mlilitiros

S E P

G Genera lPurposeElectrochemica lSystem

c o

V VotlageOpenCricuti

h Hora

m Minuto

Ω Ohm

m i m

Í

n

d

i

c

e

G

e

r

a

l

Agradecimentos i

Resumo v

Abstract v i

Palavra schave/ KeyWords v ii

s a r u t a i v e r b

A v iii

l a r e G e c i d n

Í x i

ÍndicedeFiguras x iii

ÍndicedeTabelas x v

I O L U T Í P A

C - INTRODUÇÃOTEÓRICA 1

.

1 ARMAZENAMENTODEENERGIA 2

o C 1 .

1 n isderaçõe sGerasi 2

o i n í m u l A o d s e d a d e ir p o r P 2 . 1 5 s a ir e t a B 3 . 1 8 s e õ ç i n if e D 1 . 3 . 1 8 s a ir e t a B e d o p i T . 2 . 3 .

1 11

i N e d s a ir e t a B 1 . 2 . 3 .

1 - HM 11

o it íL e d s e õ I e d s a ir e t a B 2 . 2 . 3 .

1 13

o i n í m u l A e d o d o n  e d s a ir e t a B 3 . 3 .

1 15

. o i n í m u l A e d s i e v á g e r r a c e R o ã n s a ir e t a B . 1 . 3 . 3 .

1 16

o i n í m u l A e d s i e v á g e r r a c e R s a ir e t a B 2 . 3 . 3 .

1 19

o t s o p o r P a m e t si S o d o ã ç ir c s e D 4 .

1 27

I I O L U T Í P A

C - PARTEEXPERIMENTAL 3 1

1 .

2 MATERIAIS 3 2

s o d o r t c é l E 1 . 1 .

2 32

s e t n e g a e R 2 . 1 .

2 33

2 .

2 MÉTODOS 3 4

F B (l A o n í m u l a e d l a s e d o ti l ó r t c e l e o d o ã ç a r a p e r P 1 . 2 .

2 4)3 34

o ã ç a r e p o e d s e õ ç i d n o c e a c i m í u q o r t c e l e a l u l é c a d m e g a t n o M 2 . 2 .

2 35

a g r a c s e D / a g r a C e d s o d u t s E 3 . 2 .

2 36

r o p s a r t s o m a s a d e si l á n A 4 . 2 .

I II O L U T Í P A

C - RESULTADOSEDISCUSSÃO 3 8

1 .

3 SISTEMADETETRAFLUORBORATODEALUMÍNIOEMDIETILÉTERDOETILENOGLICOL 3 9

1 . 1 .

3 Electrodepo isçãodeAlumínio 39 2

. 1 .

3 FenómenodeAutodescargadaCélulaElectroquímica. 41

2 .

3 SISTEMADETETRAFLUORBORATODEALUMÍNIOEMACETONITRILO 4 6

a n r e t x e a c ir t c é l e a ic n ê t si s e r a m u e d a ç n e s e r p a n a l u l é c a d o t n e m a t r o p m o C 1 . 2 .

3 51

V I O L U T Í P A

C - CONCLUSÕES 5 3

V O L U T Í P A

C - PERSPECTIVASFUTURAS 5 6

A I F A R G O I L B I

B 5 9

S O X E N

A 6 7

ANEXO .ICRONOGRAMAETABELADECUSTOS 6 8

a m a r g o n o r

C 68

.s o t s u c e d a l e b a

T 69

s

a

r

u

g

i

F

e

d

e

c

i

d

n

Í

1 a r u g i

F - Ssitema sde armazenamento segundo a gestão de energia e a .

a i c n ê t o p e d e d a d il a u q

3

2 a r u g i

F - Processo seletroquímico sdeumabate iraNi- HM . 12

3 a r u g i

F - Processo seletroquímico sdeumabate irai ãode íl ito. 14

4 a r u g i

F - P irncípiodef uncionamentoda sbate ira sdealumínio– .ra 17

5 a r u g i

F - Processoelectroquímiconacélula-Carga 82

6 a r u g i

F - Processoelectroquímiconacélula-Descarga 82

7 a r u g i

F .- Eléctrodo sdegraftiecom ilgaçõe semcobreerespec itvass ubas. 35

8 a r u g i

F . - Compar itmentodacélulacomosr espec itvo seléctrodo seelectróltio. 35

9 a r u g i

F - Depóstio no eléctrodo de graftie ,apó sa carga, com carregado rde s

a ir e t a

b .

93

0 1 a r u g i

F - Espectro de Fluorescência de Raio sX do eléctrodo de graftie usado .

a g r a c a s ó p a , o i n í m u l a e d s e r ti d n e d u o ti s o p e d e s l a u q o n o d o t á c o m o c

04

1 1 a r u g i

F )(a – Curva de carga para umtempo de carregamento de 22 hora se i

o f a d a l u m u c a a g r a c A . V 9 e d a g r a c e d o ã s n e t a m

u de709Coulomb.

41

1 a r u g i

F 1 (b) - Curva de descarga ,em que se obteve uma tensão em cricutio V

4 7 , 2 e d o t r e b

a .

3 1 a r u g i

F - Espectro de Fluorescência de Raio sX do eléctrodo de graftie usado s n e g a t n o c 7 9 1 , 0 m o c , o i n í m u l a e d a ç n e s e r p a u o c if ir e v e s l a u q o n , o d o t á c o m o c

a g r a c e d o s s e c o r p o s ó p a , l A e d o s e p m e % 0 0 1 a e t n e l a v i u q e o , l A e

d .

43

4 1 a r u g i

F - EspectrodeFluorescênciadeRaio sXdoelectróltiousado ,noqua lse % 2 3 a e t n e l a v i u q e o , l A e d s n e g a t n o c 1 3 6 m o c , o i n í m u l a e d a ç n e s e r p a u o c if ir e v

l A e d o s e p m

e .

44

5 1 a r u g i

F - Curvade carga ítpicaparaumtempodecarregamentode2hora se V

4 e d a g r a c e d o ã s n e t a m

u .

46

6 1 a r u g i

F - Curva de descarga regsitada ao l ongo do tempo ,com uma tensão e

d a d it b

o 3,1V ,emcricutioaberto.

74

7 1 a r u g i

F - Esquemaeléctircodoprocessodedescargacomr essitênciava irável. 51

8 1 a r u g i

F - Montagem da expe irência de descarga com ressitência externa l

e v á ir a

v àdrietia.

51

9 1 a r u g i

F – Comportamentodacurvade descargadacélulaaol ongodotempo , l

e v á ir a v a n r e t x e a i c n ê t si s e r a m u a a d a g il á t s e a t s e o d n a u

q .

s

a

l

e

b

a

T

e

d

e

c

i

d

n

Í

1 a l e b a

T - Caractersí itca sdoAlumínio. 5

2 a l e b a

T - Bate ira sdealumínionãor ecarregávesi. 16

3 a l e b a

T - Equaçõe squímica set ensãoprodu izdadeumabate iradealumínio -ar.

71

4 a l e b a

T - Caractersíitca sdosr eagentes. 33

5 a l e b a

T - Semi-reacçõe ser eacçõe sglobasi. 34

6 a l e b a

T – Tempo sde redução a 50% da tensãoobitda apó so processo de e

a g r a

c tensão ifna l regsitada , com o electróltio de compo isção C4H10 F

B H .

O 4/C6H14O2/Al/N (C4H9) 4 .BF4 e eléctrodo sde graftie como ânodo e o

d o t á

c .

42

a l e b a

T 7 - Tensãoi nicia lobitdaapó scarregamentoeapó sot empoder edução :

o ã ç is o p m o c e d o ti l ó r t c e l e o m o c % 0 5

a C4H10O.HBF4/ HC 3CN/Al /N( C4H9) 4.BF4 o

d o t á c e o d o n â o m o c e ti f a r g e d s o d o r t c é l e

e .

I

o

l

u

tí

p

a

C

O

Ã

Ç

U

D

O

R

T

N

a

i

g

r

e

n

E

e

d

o

t

n

e

m

a

n

e

z

a

m

r

A

.

1

1 1. Considerações Gerais

á r e v e d , si e s s ó f si e v ít s u b m o c m e a d a e s a b a i g r e n e e d a m r o f r e u q l a u q , e t n e m l a u t c A , a d a n o d n a b a e t n e m a v is s e r g o r p r e

s o que torna impera itvo incen itva ra i nvesitgação em , si e v á v o n e r e s a p m il s i a m , s a v it a n r e tl a a i g r e n e e d s e t n o

f que promovam um

u o n r o t a c ir t c é l e a i g r e n e e d o ã ç a l u m u c a a , o v it o m e t s e r o P . o d a t n e t s u S o t n e m i v l o v n e s e D -

-se um assunto da maio rimportância e actuaildade ,na medida em que permtie uma a r a p a i g r e n e e d a v r e s e

r satsifaze raprocuradecurto ,médioedelongoprazo .

a , o t c a f e

D st ecnologia sdearmazenamentosãoclas isifcada sdeacordocomo itpo e a i g r e n e e

d ot empod erespostanecessá iraparaasuaoperação .Épo rsiso ,conveniente a r i n if e

d dsiponibiildade de armazenamento em termo sdo tempo que a capacidade de e d e d a d i c a p a c a , o d it n e s e t s e N . l a n i m o n a i c n ê t o p à a g r a c a r ir b o c e d o p l a n i m o n a i g r e n e d s o m r e t m e a d a c if is s a l c r e s e d o p o t n e m a n e z a m r

a a s neces isdade s de den isdade de

( a i g r e n

e dem o édi edel ongoprazo )ouemt ermo sdeexigência sdeden isdadedepotência . ) o z a r p o t r u c o ti u m e d e o t r u c e d ( o ã s o z a r p o g n o l e d e a i d é m e d a i g r e n e e d s e d a d is s e c e n e d s o l p m e x e o m o

C o

armazenamento de energia sola rou eóilca; ao rmazenamento de energia para produ iz r u o s i e v á v o n e r s e t n o f e d r it r a p a o i n é g o r d i

h o s ssitema sde armazenamento de grande o m o c , a i c n ê t o

p sãoabombagemdeáguaeo sssitema saa rcomp irmido .Noquer espetia a i g r e n e e d s a i c n ê g i x e s

à d e curtoe demutio curto prazo ,o sexemplo spodemse rpara a o ã ç a s n e p m o

c da queda de tensão; para asupressão de perturbaçõe s(ssitema sde apoio “backup”); para a manutenção de ssitema sde telecomunicaçõe se computadore sem

o t n e m a n o i c n u

f , parasegurançade base sdedado selectrónicas; es r ve tambémparaalsiar e

c if é d

o de energia renováve l ilgada ao aprovetiamento de energia sdo vento e solar; diminuir a sneces isdadesi niciai sde geradore sde apoioaequipamento sque f uncionama

ít s u b m o

c veisf óssesi; servecomor egeneraçãodemotore seléct irco separaaapilcaçãoe m s o c ir t c é l e s o l u c í e

v [1,2.]

a

N Figura1sãoapresentada sast ecnologia sdearmazenamento,r epresentada sem . a i g r e n e e d o ã t s e g e d e a i c n ê t o p e d e d a d il a u q a o d n u g e s s a ir o g e t a

o d i c á e

d -chumbo j(áhá mutioexsitentes) ,bate ira savançadas(ex .níquel-hidretometáilco )

o it íl s e õ i

e ,volante sde i nércia (Flywheesl )de baixa e atla energia ,utlra-condensadores , e

p u s r o p a c it é n g a m a i g r e n e e d o t n e m a n e z a m r a e d s a m e t si

s rcondutores (SMES -

g n it c u d n o c r e p u

S Magne it c Energy Storage) , ssitema s térmicos , bombagem , energia (

o d i m ir p m o c r a m e a i g r e n e e d o t n e m a n e z a m r a e a c i m r é t o e

g C S - AE (Compressed Ai r

e g a r o t S y g r e n

E .)

1 a r u g i

F - Ssitema sdearmazenamentos egundo a gestãodeenergiaeaquaildadedepotência.

] 1 [ e d o d a t p a d A

a , o ã ç a t r e s si d e t n e s e r p a

N solução de armazenamento de energia que i nteressa r

a si l a n

a , são a s bate iras .Estas ãs o uma das formas mai s interessantes ed fazer a a

i g r e n e e d o ã ç a l u m u c

a no senitdo de a dsiponiblizia r ilmpa e e ifcientemente (90%), o

d u t e r b o

s , se f oremrecarregávei sposi ,aoseremreutliziadas ,tornam-semai svantajosa s .l

a t n e i b m a e o c i m ó n o c e a t si v e d o t n o p o

d De facto , no s úl itmo s anos , ao níve l

l a n o i c a n r e t n

i , mte -se asssi itdo a uma mudança de paradigma assente num modelo s

i a m o c it é g r e n

e compa ítve l com um desenvolvimento futuro sustentado . Tem- es a

o d a c if ir e

e u q , ) O C ( o n o b r a c e d o d i x ó n o m e

d afectam a quaildade do a re sienta de dióxido de O C ( o n o b r a

c 2) ,um do sgase sde efetio de estufa correlaccionado scom a satleraçõe s s a c it á m il

c . Sailente-se que a mobiildade automóve lde propuslão eléct irca apresenta um o t n e m i d n e

r energé itco globa lna ordem do s80 % ,cerca de trê sveze ssupe iro ra o o t n e m i d n e

r damelhort ecnologiadecombustão( 25a30% ,)f actoestequeser elfectena d a d i n u r o p a d ir r o c r e p a i c n â t si

d e de energia consumida e na redução de CO2 [3-5 .] Po r , e t n i u g e s n o

c um dos maiore s desa ifos enfrentado s assenta no desenvolvimento e e d o t n e m a o ç i e f r e p

a tecnologia sdearmazenamentodeenergiaeléctirca ,nomeadamente , si e v á g e r r a c e r s a ir e t a b s a v o n e

d . Com efetio , observa-se que a s driec itva s poíl itcas si a n o i c a n r e t n

i para a área da energia vão nesse senitdo .Entre estas ,destacam- es so a , a c ir é m A a d s o d i n U s o d a t s E s o d a i g r e n E e d o t n e m a t r a p e D o e r t n e s o d i v l o v n e s e d s o d r o c a r o s n o C y r e t t a B d e c n a v d A s e t a t S d e ti n

U itum (USABC ) e a Untied State s Coun ic l fo r h c r a e s e R e v it o m o t u

A (USCAR) ,o sLaborató iro sArgonne e as i ndústira sde produção de a o m o c s a ir e t a

b JohnsonControsleaA123Systems [6- 21 .]

A inves itgação e o desenvolvimento e m nova s bate ira s recarregávei s tem- se o n r o t m e e t n e m l a i c n e s s e o d a e s a

b do ílito e da ssua sva irantes ,onde se empregam s a v o n m e o i d á n a v o e o i n â ti t o o m o c s i a ir e t a

m combinaçõesf osfatada s[ 31 - 51 ], bemcomo o t n e m i v l o v n e s e d o

n de nova sgeraçõesdebate ira sde ílito- [ ar 1 - ]61 . 8 Contudo ,o íl itoéum o s s a c s e e o r a r l a t e

m , encontrando- es emquanitdade s isgniifcaitvass omenteemdosil ocai s , ) e t e b i T e s e d n A ( a r r e T a d s o t o m e

r emqueo secosstiema ssãofrágesieondeéproibidaa , o d a l o r t u o r o P . o ã ç a r o l p x

e a produçãoanua ldestemeta lcresceaor timodecercade25% , s e õ ç a c il p a s a a r a p e t n e m a d a e m o

n electrónica sportátei s(telemóvei se computadores , o d n e v e r p , ) c t

e -se a itngi ro seu pico de produção po rvotla de 2015 , sendo apena s i a d s i a b o l g s e d a d is s e c e n s a d % 0 1 e d a c r e c r e c e n r o f a r a p e t n e i c if u

s ndúst ira automóvel

[ 91 ]. Po rconseguinte ,exsite uma neces isdade presente de inves itgar novo smate irasi s o v it a n r e tl a . , o h l a b a r t e t s e d o v it c e j b o

O conssite posi ,em desenvolve ruma nova geração de o d a v e l e m o c s a m s o d a r o l p x e s o n e m s i a ir e t a m m e s a d a e s a b , si e v á g e r r a c e r s a ir e t a b e d n e t e r p o d it n e s e t s e N . a c it é g r e n e o ã ç a l u m u c a e d l a i c n e t o

p -se usa ro alumínio como

g r a r e g e d z a p a c é l a t e m e t s e e u q á j , o d o n

2 .

1 Propriedades do Alumínio

o i n í m u l a

O (Al )apresenta caractersíitcas mutio atrac itva spara a construção de s a ir e t a

b posi ,éumada sespécie squímica smai sabundantes( 3º)nacrostat errestre; oseu é

o t s u

c rela itvamentebaixo;temuma atlacapacidadedearmazenamentodeenergiapo r o s e p e d e d a d i n

u e é ambientalmente umdo smate irai smai ssustentávesi. Este metal de o d o ír e p o d o t n e m e l e o d n u g e s o é , 3 1 o c i m ó t a o r e m ú

n II IA(Grupo13) ,blocop daTabela

A . a c i d ó ir e

P Tabela1apresenta a sp irncipai sprop iredade s íf isca se químicas do Al ,entre s a r t u o . 1 a l e b a

T -Caracteírs itca sdoAlumínio e r t s e r r e T a t s u r c a n a i c n â d n u b

A (mg/kg) 82300( ,8 %2 ) 3

a t si r C a r u t u r t s

E il na Cubicadef acecentrada a

s s a

M Atómica g( /mol) 26,9 8 5 2 ( 5 1 , 8 9 2 a o ã r d a P l a i c n e t o

P 0C) )( V - ,1 66

a i c n ê l a V e d s e õ r t c e l E 3 e d a d is n e

D (g/cm3_{) 2 ,7}

o ã s u F e d o t n o

P )( K 933,47( 660,32° C) o ã ç il u b E e d o t n o

P )( K 2792K( 2519° C) o c i m ó t A o i a

R (pm) 1 43

o c i n ó I o i a

R (pm) 53( 6) 1

o ã ç a zi n o I e d s a i g r e n

E ('Gi) (kJ/mo)l

'G1

'G2

'G3

, 7 7 5 5 , 6 1 8 1 7 , 4 4 7 2 8 ( o ã ç a zi r o p a V e d ) r o l a c ( a i p l a t n

E ∆𝐻𝑣) (kJ/mo)l 294.0

o ã ç a m r o F e d a i p l a t n

E �∆𝐻𝑓) (kJ/mo)l

l

A(s) 0 l

A()l 10,56 l

A(g) 326,4 l

A3+ ) g

( 5483,17

s b b i G e d e r v il a i g r e n

E �∆𝐺𝑓) (kJ/mo)l

l

A(s) 0 l

A()l 7 ,2 l

A(g) 285,7 l

A3+ ) g ( - ) g n il u a P ( e d a d i v it a g e n o r t c e l

E 1,61

) g n il u a P ( e d a d i v it is o p o r t c e l

E 2,39

o d a t p a d

A de[ 8 20-24 .] ,

a t si v e d o t n o p o

D dacapacidadeenergé itca ,possu iuma capacidadevolumét irca ed m c / h A 1 ,

8 3 ,emcomparação com2,06 Ah/cm3(íl ito) ,5,85Ah/cm3( iznco )e 3,83 Ah/cm3 o is é n g a m

( ) .Quantoàcapacidade gravimét irca, é de2,98Ah/g ,emcomparaçãocom3,86 ) o c n iz ( g / h A 2 8 , 0 e ) o is é n g a m ( g / h A 0 2 , 2 , ) o it íl ( g / h

A [8 .]

A elevada den isdade energé itca deve-se ao facto de apresenta rtrê selectrõe sde o c i n ó i o i a r m u a r a p a i c n ê l a

v relaitvamente pequeno .De facto ,quando comparado com o d o s a c o é o m o c , s e t n e l a v o n o m s e õ

i Li+ e doNa+ ,a energia necessá ira para retria rum o d a l o si o m o t á o d o ã r t c e l

e naf ase gasosa é, itpicamente ,de 5eV,enquantoquenumi ão b P o d s o l p m e x e ( e t n e l a v i

b 2+ _,Cd2+ _,Ni2+_{) são necessá iro scerca de 25 eV adicionai spara} . o ã r t c e l e o d n u g e s o r i a r t x

e No caso de um ião tirvalente ,como o alumínio (Al3+_{) ,são} s o ir á s s e c e

n mai sca. 35 eV ,para ionzia ro tercerio electrão .Este facto fa zcom que o o i n í m u l

a tenhaumaenergiadei onziaçãobastanteelevada, decercade60eV .Estevalo ré r o ir e p u s s e z e v 2 1 e t n e m a d a m i x o r p

a a o do íl ito que ,como refe irdo ,possu iapena s1 n ê l a v e d o ã r t c e l

e c (ia aoqua lcorrespondeumaenergiadei onziaçãode5eV) .Destemodo , s a c i m í u q o r t c e l e s a l u l é c s

a baseada snoânododealumínio ,poderãoarmazena rmutiomai s a i g r e n

e doquea sdeânodode íl ito .

o d u t n o

C ,embora aenergia dei onziaçãodoalumínioseja maisf avoráve ldoque a e t s e , o it íl o

d úlitmometa lpossu iumpotencia lpadrãode redução[𝐿𝑖( 𝑞+𝑎 )� 𝑒− → 𝑖𝐿 (𝑠),

𝐸0_{� � 3, 50 V�masif avoráve lque odoalumínio[𝐴𝑙} � 𝑞𝑎 �

3+ _{� 3𝑒}− _{→ 𝑙𝐴}

�𝑠� ,𝐸0� � 1, 66 V� .

a t s

E stiuação resutla da elevada energia de solvatação do alumínio em electróltio s s o s o u q

a ,poi saenergiaarmazenadanumacéluladeânododealumínionãos ódependedo o d o ã ç a z i n o i e d l a i c n e t o

p meta lsiolado ,ma sdepende, f undamentalmente ,da energiade . o ã i o d o ã ç a t a v l o s

A relaçãoentreaenergiadei onziaçãodometa lAl(g) sioladoeopotencia lpadrãode

o ã ç u d e

r nãoé ilnea rma santes, asomaalgéb ircaentreaenergiadei onizaçãodometa lea o ã i o d o ã ç a t a v l o s e d a i g r e n

e 𝐴𝑙� 𝑙3+𝑠 �𝑜 depoi sde ionizado .Isto signiifca que ,em todo o

o s s e c o r

p , estãoenvolvidas st rê forma sdeenergiadsi itntas ,nomeadamente :

o t á o r a ri t e r a r a p a ir á s s e c e n o ã ç a m il b u s e d a i g r e n e a )

i mo da rede crsitailna metáilca

a d a i c o s s

a ,portanto ,à passagem de 𝐴𝑙�𝑠� → 𝑙𝐴�𝑔� e de isgnada po r'Gsubilmação (Energia

o ã ç a zi n o i e d a i g r e n e a )

ii doalumíniocomoátomo siolado ,de isgnadapo r'Gionziação ,queé

( o ã ç a zi n o i e d s a i g r e n e s ê r t s a d a m o s

a 'G1 +'G2 +'G3) associada sàpassagemde 𝑙𝐴�𝑔� →

𝑙𝐴�𝑔�3+;

a ) ii

i energiades olvataçãodoi ãodealumíniononovoelectróltio ,associadaàpassagemde 𝑙

𝐴�𝑔�3+ → 𝑙𝐴 � 𝑙3+𝑠 �𝑜 ,de isgnadapor'Gsolvatação (EnergiaLivredeGibb sdeSolvatação)

a , m is s

A somaalgébircada s3parcela spodes e rescrtiapelaequaçãos eguinte:

'Gionziação +'GSubilmação - 'GSolvatação = -nFEoA/lAl3+ (I)

e u q m

e Eo

+ 3 l A /l

A éopotencia ldeoxidaçãopadrãodoalumínio , me Votl .

, a m e t si s o o d o t m e , e u q m is s a a t r o p m

I o termo de solvatação seja o meno r

o ã ç u d e r e d o ã r d a p l a i c n e t o p o á r e s r o i a m e u q r o p , l e v ís s o

p (emvalo rabsoluto) ,ou seja ,

r o i a

m seráaquantidadedeenergiaques econseguriáarmazena rnumacéluladealumínio.

, o t n a t r o

P e ste projecto vsia testa r electróltio s (não aquosos ) que reduzam e

d e r v il a i g r e n e a e t n e m l e v a r e d is n o

c Gibbs de solvatação ('Gsolvatação )do alumínio ,po r

a a m r o

3 .

1 Baterias

1 . 3 .

1 De ifnições

, a i g r e n e r a l u m u c a e ti m r e p a ir e t a b a m

U conservá-laer esttiuí-lamasit arde,atravé s s a c i m í u q o r t c e l e s e õ ç c a e r e

d d ie oxdação-redução .Essa sreacções permtiem converter a a c i m í u q a i g r e n

e do sagente sac itvos( geralmentemetasi )emenergiaeléctirca .Representa . e d a d i c ir t c e l e e d a m o n ó t u a e t n o f a m u , m is s a

Éconsttiuidapo rumconjuntodecélula selectroquímicas(unidade sbá iscas )e ,cada ,

a m

u conssiteempelomenost rês( à sveze squatro )componentes:

.

1 Umânodo- o termina lnega itvoondesedáar edução .Forneceelectrõe sparaocricutio a g r a c s e d e d a c i m í u q o r t c e l e o ã ç c a e r a e t n a r u d o d a d i x o é e o n r e t x e o c ir t c é l

e . Emgera lé

e m m

u ta lou uma ilga. Atlernaitvamente ,pode utliziar- es o hidrogénio .O processo e d é o c i d ó n

a isgnadopo roxidação do metal ,agente de redução para formar/produ iz r ; s o c il á t e m s e õ i .

2 Um cátodo - o termina lpo is itvo ,é o eléctrodo oxidante .Acetia electrõe sa par it rdo o n r e t x e o ti u c ri

c eér edu izdodurantear eacçãoelectroquímicadedescarga .Geralmente o c il á t e m o d i x ó m u r o p o d í u ti t s n o c

é ,podendo se rusado igualmente o oxigénio .O o r a x i e d a r a p ) o d i x ó ( e t n a d i x o e t n e g a o d o ã ç u d e r r o p o d n a g is e d é o c i d ó t a c o s s e c o r p ;l a t e m .

3 Oelectróltio( condutori ónico )providenciaomeionoqua lseefectuaat ransferênciade é o ti l ó r t c e l e O . o d o t á c o e o d o n â o e r t n e , a l u l é c a d r o ir e t n i o n s e õ i e d a m r o f a b o s a g r a c r o p o d í u ti t s n o c e t n e v l o s m u e t n e m a c i p

it composto s químico s dsisolvido s que o ã n r e s e v e D . a c i n ó i e d a d i v it u d n o c a m e v o m o r

p -conduto rde electrõe spara evtia ra . a l u l é c a d a g r a c s e d o t u

a Refria- es que os i õe smetáilco ssão átomo sde carga po isitva ( tca iões) ,portanto,s emelectrõesi ncorporados .O saniõe s i(õe snegaitvos,)t ambémnão

m e v o m a g r a c s e d a e t n a r u d e s e õ r t c e l e m e u s s o

p -se ,atravé sdo electróltio ,para o

. o d o t á

c Oelectróltiodeveapresentarumaboaconduitvidadei ónica( >10-3S/cmentre -0

9 a 0

4 0C )para minimzia ra ressitência i nterna ;deve se roperaciona lnuma ampla a

l e n a

.

4 O separado rou membrana que siola elect ircamente o seléctrodo spo is itvo e nega itvo ) o v it a tl u c a f( . r e t n i s o c i m í u q e s o c is íf s o s s e c o r p s o d , m is s a , e d n e p e d o h n e p m e s e d u e s O -d , s o d a n o i c c a l e

r ecargaededescarga ,entreo seléctrodo seo selectróltio s[ 6.]

a g r a c s e d e d o s s e c o r p

O é sempre umprocessoespontâneo ed - áse apó sa bate ira , a d a g e r r a

c em que há um excesso de electrõe s no ânodo , ifcando electrziado e t n e m a v it a g e

n e um déifce do smesmos no cátodo , ifcando electircamente po is itv ,o l a i c n e t o p e d a ç n e r e fi d a m u n o d n a tl u s e

r , _{𝐸𝑐𝑒𝑙} ,entreo spólo sdacélula 2[ 5].

A dfierença de potencial , me V tlo , é a tensão teó irca ob itda entre o sterminai s o v it a g e n e o v it is o

p de uma célula. É de isgnada também po rforça electromotir ze é d a n i m r e t e

d a pelo svalore sdepotênciai sdeeléctrodo𝐸𝐶á𝑡𝑜𝑑𝑜 e𝐸Â𝑛𝑜𝑑𝑜segundoas eguinte

o ã ç a u q e :

𝐸𝑐𝑒𝑙 � 𝐸𝐶á𝑡𝑜𝑑𝑜� 𝐸Â𝑛𝑜𝑑𝑜 ( II)

A tensãor eals erás empremeno rqueat ensãot eó ircadevidoàpolarziação2 ( )η e à s s

a d e u

q der essitênciainterna3 )I( R (quedaOhmica) dacélula eq u dependem dacorrentede a

g r a

c ,daciné itcadoeléctrodo ,dat emperaturae doestadodecarga. Peloqueaequação :r e s á r e v e d r o ir e t n a

𝐸𝑐𝑒𝑙 � 𝐸𝐶á𝑡𝑜𝑑𝑜� 𝐸Â𝑛𝑜𝑑𝑜� 𝑅𝐼 � 𝜂 ( III )

2 _{Polarziação :é a atleração do potencia lde um eléctrodo a parit rdo seu potencia lde equiílb iro sob a} o d o ã ç a zi r a l o p ( s o d o r t c é l e s o n s i e v ís r e v e r ri s o n e m ó n e f m o c a d a n o i c a l e r á t s E . e t n e r r o c a m u e d o ã ç a c il p a d o ã ç a zi r a l o p ( a c it il o r t c e l e e s a f a n u o ) o d o r t c é l

e econcentração) .Apolarziaçãodependedot amanho,f orma o d e e t n e r r o c e d e d a d it n a u q a d , a r u t a r e p m e t a d , a c it íl o r t c e l e o ã ç u l o s a d , s o d o r t c é l e s o d o ã ç is o p m o c e i p á r a m u a o d i v e d e c e r a p a e t n e m l a m r o N . a l u l é c a d o ã ç c a e r a n s a d i v l o v n e s e i c é p s e s a d o c is íf o d a t s

e daou

. a l u l é c a d a g r a c s e d a d a g n o l o r p

3_{RessitênciaI nterna :éar essitênciaao lfuxodecorrenteconitnuanoi nteiro rdeumacélula ,quecausauma} a e u q r ir e f e r e D . a l u l é c a l e p a d i c e n r o f e t n e r r o c à l a n o i c r o p o r p , o d a h c e f o ti u c ri c e d o ã s n e t a n a d e u q n ê t si s e

à o t n a u

Q caracterziaçãodeumabate ira,énecessá iroatende raalgun sparâmetro s r e d n e e r p m o c a r a p s e t n a t r o p m

i que ro seu funcionamento ,que r o seu rendimento , 2 [ e t n e m a d a e m o

n 6, ]2 : 7

- a Capacidade ,emAh(ouCoulomb) – exp irmeai nten isdade máximadecorrente ) e r e p m A m e

( quet eo ircamenteumacélulaécapazdef ornece rduranteumahora .

Po rexemplo ,uma bate ira d e 100 Ah com uma taxa de descarga4 _{de 1C tem a} e d e d a d i c a p a

c 100Amperedurante1hora .Amesmabate iracomouumat axadedescarga e c e n r o f , C 5 , 0 e

d 50 Amperedurante2horas;

- a Energia Especi ifca ,emWh – tota lde energia que a bate ira pode fornece rpo r ; a g r a c s e d e d a x a t a d a n i m r e t e d a m u a r a p , a s s a m e d e d a d i n u

- a Den isdadeEnergé itca ,emWh- tota ldeenergiaqueabate irapodef ornece rpo r ; a g r a c s e d e d a x a t a d a n i m r e t e d a m u a r a p e m u l o v e d e d a d i n u

- o Ciclo de V ai – d número de veze sque a bate ira pode esta rdescarregada e s a e t n a r u d a d a g e r r a

c ua vida útli .De refe ir rque quando uma bate ira não consegui r 0 8 a r o ir e p u s a g r a c a m u r a t n e s e r p

a % da carga nominal ,con isdera-se que oseu ciclo de o d a n i m r e t á t s e a d i v . si a p i c n ir p s o e r t n

E requsitio sque a sbate ira sdevempossuri ,sailentam- es [6,8 :] o ciclo de vida que se pretende longo, de baixa manutenção e de baixo custo e o desempenho (interessa célula scomelevadas tensão e den isdade energé itca.) A sbate ira s

r e s a d n i a m e v e

d operacionalmentes egura sedebaixat oxicidade.

4 Taxadedescargaou ,emI nglês ,C- erat , isgniifcai gualmenteacapacidadeemAmperequeumacélulapode a m u e t n e m a c ir e m u n é e a l u l é c a m u e d a g r a c s e d e d u o a g r a c e d e t n e r r o c e d a x a t a É . a r o h r o p r e c e n r o f a l u l é c a m u e d e d a d i c a p a c a d o l p it l ú m m u u o o ã ç c a r

s a i r e t a B e d o p i T . 2 . 3 . 1

s

A bate iras dividem-se em duas catego iras :a sp irmá ira s(não recarregávesi )e a s s

a ir á d n u c e

s (our ecarregávesi).

s a ir e t a b s

A p irmá iras são aquela sque produzem elect ircidade à custa de uma a

c i m í u q o r t c e l e o ã ç c a e

r rirever ísvel, o que impilca a sua inutliziação apó soperação .A s o

p it o d o ã s s a ir á m ir p s a ir e t a

b alcailna ,carbono- iznco , ílito , iznco-ar ,alumínio-a rentre .

s a r t u o

s a ir á d n u c e s s a ir e t a b s

A (recarregávesi) podemse rrecarregada spo ruma fonte de t

n a a n r e t x e o ã ç a t n e m il

a e sde produzriem electircidade ,ouseja, u am bate ira secundá ira g

e r r a c r e s e d o

p ada e descarregada vá ira s vezes. Consoante a compo isção química , s

o m e d o

p encontrardfierente s itpo sdestasbate iras :dechumbo-ácido( representamcerca 0

6 e

d % da sbate ira vendida sem todo mundo) ,de níquel-cádmio (cada ve zmeno s )

si a t n e i b m a s e t c a p m i s u e s s o a o d i v e d s a d a zi li t

u e ,a sactualmente mai sdfiundidas , a sde l

e u q í

n -hidretometáilco( -M )Ni H ea sdei ão íl ito( Li- )ião.

m a t n e s e r p a , o l p m e x e o m o

C - se de seguida o sp irncípio sde funcionamento desta s ,

s a m il t

ú mutio uitilzada sempequeno sequipamento selectrónico sportátesi, como sejam s

e r o d a t u p m o c s o e s i e v ó m e l e t s

o , ma stambém em outra sapilcaçõe seléct irca scomo m

a j e

s o sveículo shíb irdo seléctircos .

2 . 3 .

1 . 1Baterias deNi- HM

ir e t a b

A a de Ni-MH é composta po rdoi seléctrodos :um de NiOOH (hidróxido de e

d o d i x

ó níquel )e outro composto po ruma ilga metáilca que armazena hidrogénio (M.) Ambo sestão i mersos mnu ee cl tróltio de KOH/H2O (hidróxido de potás iso dsisolvido em

a u g

A Figura 2 mostra o sprocesso seletroquímico sque ocorrem numa bate ira de Ni -H

M .

2 a r u g i

F - Processo seletroquímico sdeum abate iraNi- HM . o

d a t p a d

A d [ 1e 3 ]

a r t n o c n e l e u q í n e d o v it is o p o d o r t c é l e o , ) a 2 . g if ( , a d a g e r r a c á t s e a ir e t a b a o d n a u

Q

-β a m r o f a n e

s -NiOOH ,enquantooeléctrodonega itvode ilgametáilcaestánaf ormadeM H a

c il á t e m a g il e d o d o r t c é l e o , ) b 2 . g if ( , a g r a c s e d e d o s s e c o r p o N . ) o c il á t e m o t e r d i h

( perde

s e õ

i H+_{eoeléctrododeníquelr ecebei õe sH}+ _{.As ism ,quandoabate iraestádescarregada ,} o

, ) c 2 . g if

( le cé trodo po is itvo de níque lencontra- se sob a forma β-N(iOH)2 ,enquanto o c

é l

e trodo negaitvo de ilga metáilca apresenta-se sema presença de hidrogénio (M) .No e

r e d o s s e c o r

p carga ,( ifg.2d) ,o eléctrodo de níque lperde iões H+ _{transformando- se} e

t n e m a v o

n naforma β-NiOOH ,e,paralelamente ,oeléctrodode ilgametáilcarecebeiões H+ _{, transformando- es novamente em (MH) . Portanto , em ambo s o s eléctrodo s o s}

o d a d r e p e d s o s s e c o r

p iões H+ _{,bemcomo, oprocessode ganhodestesi ões, processa- es} r

o

p viadeintercalaçãoiónicanaestruturacrsitailnado smate irasi .

e e u q r a t n e il a s e

D ste itpodebate iraapresentaumelevadograude auto-descarga , a

g e r r a c s e d a ir e t a b a , a j e s u

o - es espontaneamente . Isto isgniifca que o s iões H+ e

d isntercalamdoeléctrodoMHemigramparaoeléctrododeníquels emaneces isdadede o

t r u

c -cricutia ro sseu spólos .

a t n e s e r p a a ir e t a b e d o p it e t s e , o m it l ú r o

P umpotencia ldecélulade1,2V. )

a

. 3 .

1 2 .2Baterias deIões deL oíti

m o c l a

T o a bate ira de Ni-MH ,a bate ira de iõe sde íl ito ué m dsipo is itvo que e d o n e m ó n e f o a t n e s e r p

a intercalaçãoi ónica ,comadfierençadequeoi ãointercalanteéo i

L ( o it

íl +_{) .Este fenómeno é descrtio pela dfiusão do siõe sde ílito (Li}+ _{)atravé sda rede} a l a c r e t n i o d n a u q e u q a ç n e r e fi d a m o c , o d o n â o d o m o c o d o t á c o d o t n a t a n il a t si r

c num ,

a l a c r e t n is e

d n o outro ,e vice-versa .A i ntercalação de um i ão Li+ _{num eléctrodo requer ,} r e t n a m a r a p , e t n e m a ir o t a g ir b

o a neutraildade ,ai ntercalaçãodeumelectrão .Oeléctrodo m u , e t n e m e t n e u q e s n o c , e e t n a l a c r e t n i o ã i o e b e c e r e u

q electrão, é redu izdo ,enquanto

e u

q oeléctrodoquecedeoi ãoi ntercalantee ,consequentemente ,umelectrão ,éoxidado.

u e b e c e r a ir e t a b a t s e , r a l a c r e t n is e d a r o , r a l a c r e t n i a r o , o c i n ó i o t n e m i v o m o a o d i v e D e d e m o n o e t n e m l a n i g ir

o rocking chai r(paralelsimo ao de uma caderia animada de o r o t n e m i v o

m ta itvooudebalanço ,emqueduranteoprocessodecargaededescarga ,o s e s o d a l a c r e t n i s e l e n o d n a t s e , o d o t á c o e o d o n â o e r t n e s o d a t r o p s n a r t o ã s s e õ i .) s o d a l a c r e t n is e

d É este movimento i ónico que pos isblitia uma bate ira de i ão de ílito de e c e n r o

f r energi éa e cl tirca para um determinado equipamento (po r exemplo , um r o d a t u p m o

c ) 3[ 2-34].

a ir e t a b a t s

E éde isgnadapori ãode íl itoporqueoagenter esponsáve lpelaoxidação (doado rdeeléctrões )epelaredução( querecebeos éel ctrões )do seléctrodos, éoi ão de

o it

íl .Podecompor- es rp : o

1- o ác todo: Liga silitada scomoo LiCoO2 e oLiMn2O4 ; 2- o ânodo: Carbono/ graftie;

3- E el ctróltio :Sai sde ílito c mo o po rexemplo LiClO4, dsisolvido sem solvente s .s o c i n â g r o ) s o d o t á c ( s o v it is o p s o d o r t c é l e s i a p i c n ir p s

O estudadossãoo scomposto sde óxido s n M i L ( s ê n a g n a m e d e s a b à s o o m o c , s o d a it il o ã ç is n a r t e d s i a t e m e

d 2O4) ,cobatlo( LiCoO2 )e

O i N i L ( l e u q í

n 2) .O eléctrodo nega itvo (ânodo )mai susado é o carbono graftie (Cg) .O e

l

e ctróltio é uma msitura de solvente sorgânico sapró itco scomo são o sexemplo sdo ( o n e li p o r p e d o t a n o b r a

o m o c o it íl e

d o percloratode ílito( LiClO4) ,hexalfuorofosfatode ilíto( LiPF6, )e ot irlfatode O

S i L ( o it

íl 3CF3) 2[ 5- 03 ].

A iFgura3, apresentaop irncípiodef uncionamentodeste itpodebate iras.

) a

( BateiraCarregada (b )BateiraaDescarregar ( c)BateiraDescarrega ad (d )BateiraaRecarregar

a r u g i

F 3 - Processo seletroquímico sdeumabate ira oi ã de ílito. o

d a t p a d

A d [31] e

o d n a u

Q a bate ira está Carregada , (ifg.3a) , isgniifca que uma determinada s

o d a ri t e r m a r o f o it íl e d s e õ i e d m e g a t n e c r e

p a oeléctrodopo is itvo , ifcandoocátodosobea i

L e d a m r o

f 0,5CoO2 e oânodo na forma de LiC6. oN processo denomidado por Descarga, ( 3if b), g. osi õe sdeLi+_{de isntercalamespontaneamentedoânododegraftiei ntercalandono}

á

c todoe umeléctrãosegue amesmadriecção ,ma spelocricutioexterno .Nestastiuação r

a zi li t u a á t s

e -se a bate ira para fornece r energia eléctirca, po r exemplo , para um .

o c ir t c é l e o h l e r a p a o d a n i m r e t e

d Seguidamente , a bate ira encontra- s de escarrega , da ( 3ifg. c) ,ou seja, o cátodo preenchido com iõe sde íl ito enquanto que o ânodo está

e t n e i c if e

d do smesmos. Ar eacçãoseguinteéade isntercalaçãodosí õ iesL+docátodopara i

L o ã i o d o ã ç a l a c r e t n i e t n e u q e s n o c a e o ti l ó r t c e l e

o + do electróltio para o ânodo.

o ti u c ri c a i v , o d o n â o a r a p r a r g i m e o d o t á c o r a x i e d e v e d o ã r t c é l e m u , e t n e m e t n a ti m o c n o C

a g r a C e d o d a d i m o n e d o s s e c o r p e t s E . o n r e t x

e , ( 3if d ,g. ) nãoé espontâneo ,é necessá iro a .