Novas membranas porosas baseadas na celulose para separadores em baterias de ião-lítio

Abstract

Quer seja numa perspetiva ambiental, quer económica, o crescimento das energias renováveis é absolutamente inevitável. Inerentemente relacionado com a alteração do paradigma energético surge também aquele que se refere ao desenvolvimento de novos métodos de armazenamento da energia. Estes tenderão a ser mais eficientes, fiáveis, económicos e amigos do ambiente. As baterias são dispositivos que convertem a energia química armazenada em energia elétrica e são, nos dias que correm, produtos de elevada importância no mercado energético global e obrigando a uma crescente preocupação pelos aspetos ambientais, sendo gradual a exploração de polímeros naturais nesta área. Exemplo de um polímero natural, é o acetato de celulose, obtido a baixos custos através da reação da polpa da madeira com o ácido acético. Este é um polímero natural capaz de originar filmes e membranas e tem aplicação em indústrias como tabaqueira e têxtil, entre outras possíveis aplicações de revestimento, filtração e separação. O trabalho desenvolvido consistiu na preparação de membranas de acetato de celulose e a sua aplicação como separadores de baterias, estudando a viabilidade do seu uso em baterias de ião lítio. Através de técnicas de caracterização foram testadas e estudas as propriedades morfológicas, estruturais, térmicas, físicas e eletroquímicas da membrana. Os resultados obtidos indicaram uma elevada porosidade para todos os separadores. A sua absorção de eletrólito indicou um uptake de 225 %, para o AC85, 190 % para o separador AC75 e 130 % para o separador AC80. O separador AC85 demonstrou ser o mais eficiente e apresentou uma capacidade de descarga na ordem dos 138,7 mAh.g-1. Assim, este trabalho comprovou o funcionamento do separador baseado em acetato de celulose em baterias de ião lítio, valorizando e contribuindo para o desenvolvimento de materiais mais sustentáveis e amigos do ambiente, para o uso em baterias.

From an environmental and an economic perspective, the increase in the use of renewable energy is absolutely unavoidable. Inherently related to the change of the energy paradigm also appears the development of new methods of energy storage. These must improve efficiency, reliability and environmental friendliness. Batteries are devices that convert chemical energy into electrical energy and are products of high importance in the global energy market. They are also a growing concern from the environmental point of view, being the gradual exploitation of natural polymers in this area a necessity. An example of a natural polymer is cellulose acetate, obtained at low cost through the reaction of the wood pulp with acetic acid. This is a natural polymer allowing the preparation of films and membranes and has application in industries such as tobacco and textiles, among other, such as coating, filtration and separation membrane applications. The developed work consisted in the preparation of cellulose acetate membranes and their application as battery separators, studying the viability of their use in lithium ion batteries. The morphological, structural, thermal, physical and electrochemical properties of the membranes were evaluated. The results indicate high porosity for all separators. Electrolyte uptake values of 225% for AC85, 190% for the AC75 and 130% for the AC80 separators were obtained. The separator AC85 demonstrated to be the most efficient and presents a discharge capacity in the order of 138.7 mAh.g-1. Thus, this work proved the operation of cellulose acetate based separator in lithium ion batteries, valuing and contributing to the development of more environmentally friendly and sustainable materials for battery applications.