Materiais para cátodos de baterias secundárias de lítio

Abstract

Recebido em 21/12/00; aceito em 4/7/01 MATERIALS FOR CATHODES OF SECONDARY LITHIUM BATTERIES. In this work, cathodes employed in secondary lithium batteries are reviewed. These cathodes have great technologic and scientific importance, specifically, materials for cathodes as electronic conductor polymers (ECP), transition metal oxides (TMO) and nanocomposites of ECP/TMO. The use of a specific cathodic material is based in some intrinsic characteristics that improve the performance of the battery. Thus, some vantages and disvantages of these insertion compounds are discussed, as lithium insertion capacity, energy density, and the ciclability of these materials.Keywords: secondary lithium batteries; cathodic materials; transition metal oxides; electronic conducting polymers; nanocomposites. INTRODUÇÃOUma fonte eletroquímica de potência ou bateria pode ser definida como um dispositivo capaz de converter diretamente a energia liberada numa reação química em energia elétrica. As baterias apresentam basicamente duas funções principais, a primeira é agir como fontes portáteis de potência elétrica. A segunda, que tem crescido em importância nos últimos trinta anos, está baseada na habilidade de certos sistemas eletroquímicos de armazenar a energia suprida por uma fonte externa. Tais baterias são utilizadas, em veículos elé-tricos, fontes de emergência, como parte de um sistema de fornecimento de curta duração para demandas em pico e em conjunção com fontes renováveis de energia, como solar ou eólica, por exemplo.A primeira descrição de uma bateria eletroquímica foi feita pelo italiano Alessandro Volta em 1800. Tal "descoberta" representa o marco na história da eletroquímica e, particularmente, na história dos dispositivos denominados genericamente baterias. Desde então, um notável progresso tem sido feito na área de armazenamento eletroquímico de energia. Hoje, pode-se enumerar uma grande variedade de dispositivos englobados na categoria de baterias: células metal-ar, metal-hidreto metálico (Ni-HM), níquel-cádmio (Ni-Cd), células térmicas, íons-Lítio, entre outras.O mercado para dispositivos primários consiste basicamente na produção de baterias para aparelhos portáteis. As baterias secundá-rias ou recarregáveis representam maior interesse devido à grande demanda atual de aparelhos celulares e microcomputadores portá-teis. Em 1997, por exemplo, dos 34 bilhões de dólares movimentados com baterias, 24 foram destinados às baterias secundárias 1 .Graças à simplicidade e reversibilidade das reações eletroquímicas de inserção ou intercalação, a grande maioria dos dispositivos secundários que operam à temperatura ambiente é baseada nos chamados eletrodos de inserção. Como exemplos, têm-se os dispositivos secundários aquosos, como hidreto metálico/NiOOH ou Zn/MnO 2 , que envolvem a inserção de H + no hidreto metálico 2,3 ou MnO 2 4,5. Até mesmo o mecanismo de redução do eletrodo positivo das baterias de chumbo ácido, PbO 2 6,7 pode ser atribuído ao processo de inserção de H + 8 .Considerando-se a utilização de cátions metálicos...

Hot-filament metal oxide deposition (HFMOD): a novel method for depositing thin films of metallic oxides

“…These oxides have also been used as "templates" in the synthesis of composites of the type transition metal oxide/conducting polymer, generating promising results in the area of cathodic materials in secondary lithium batteries. 7 Several deposition techniques such as sputtering, [8][9][10] thermal evaporation, 3,11 plasma-enhanced chemical vapor deposition 12 and sol-gel 13,14 have been used to obtain tungsten and molybdenum oxide films. This report describes the development of a new deposition method, which we have called hot filament metal oxide deposition (HFMOD), using a metallic filament heated in a rarefied oxygen atmosphere.…”

Transporte de carga em compósitos de polianilina/V2O5

“…Considerando estas características, a comunidade científica vem desenvolvendo e investigando novos materiais obtidos pela inserção de polímeros orgânicos em matrizes inorgânicas, formando compó-sitos com um contato íntimo entre seus constituintes, em uma escala intermediária entre a molecular clássica e a microscópica [8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20] . Uma das matrizes inorgânicas mais investigadas é o V 2 O 5 xerogel [21][22][23][24][25][26][27][28] , cuja facilidade de síntese a partir do método sol-gel, permitindo sua formação a baixas temperaturas, incentivou diversos grupos de pesquisa a desenvolverem e analisarem nanocompósitos à base de V 2 O 5 e polímeros orgânicos [29][30][31] .…”

“…Além dessa função, os PCEs ainda participam do processo redox, diferentemente do negro de fumo normalmente utilizado nesses cátodos, contribuindo diretamente para o aumento da capacidade de carga da bateria 32 . Além disso, sua presença pode modificar a morfologia, porosidade e interação eletrostática entre os íons Li + e os átomos de oxigênio da matriz hospedeira, maximizando a mobilidade iônica e, conseqüentemente, otimizando o desempenho do dispositivo eletroquímico 13, . Kanatzidis et al foram os primeiros pesquisadores a sintetizar e caracterizar nanocompósitos constituídos de V 2 O 5 e PANI 33 .…”

Electrochemical behavior and structural changes of V2O5 xerogel

“…1 V 2 O 5 xerogels have been used as host materials for several metal cations 2 and they are also studied as cathodes for secondary lithium batteries. 3,4 The lamellar structure allows Li + intercalation/deintercalation during the reduction/ oxidation of vanadium cations. 5 This transition metal oxide also gives optically transparent thin films, which can be used as counter-electrode in electrochromic devices.…”