Desenvolvimento de baterias impressas

Abstract

Atualmente, o mundo está a atingir níveis de desenvolvimento elevados, nomeadamente no âmbito da eletrónica. Este desenvolvimento tem como principais focos melhorar a eficiência, bem como avaliar novos materiais mais amigos do ambiente. Neste contexto, as energias renováveis contribuem para a descarbonização da economia, mas apresentam algumas limitações, tais como o facto de dependerem de fatores externos para funcionarem, como por exemplo o vento, sol, entre outros. Neste sentido, é necessário desenvolver sistemas de armazenamento de energia de modo a permitir armazenar a energia produzida quando esta não estivesse a ser utilizada. O mesmo se pode dizer para o desenvolvimento da eletrónica, que tornou os aparelhos cada vez mais pequenos e portáteis, necessitando assim de alguma forma de fornecer energia aos dispositivos para estes funcionarem. O trabalho realizado focou-se principalmente no desenvolvimento de membranas/filmes à base de PVDF e PVDF/HFP e também cátodos impressos através de um processo de impressão 3D à base de extrusão de soluções. Esta técnica baseia-se num processo que permite obter qualquer padrão desejado para a amostra, tornando assim este tipo de baterias interessante devido à sua capacidade de adaptação a objetos cada vez mais pequenos e leves. As amostras foram avaliadas quanto às suas caraterísticas morfológicas, mecânicas, térmicas e eletroquímicas de modo a concluir se estas poderiam ser aplicadas em baterias e quais as suas potencialidades quando utilizadas nas mesmas. Concluiu-se que as amostras podem realmente ser aplicadas como separadores em baterias, confirmando que a amostra de PVDF/HFP com uma densidade de enchimento de 100% é a que apresenta maior desempenho cíclico, com uma capacidade de descarga de 46 mAh/g, a uma taxa de 2C. A nível dos elétrodos impressos, concluiu-se que as amostras apresentam uma capacidade superior a 120 mAh/g, ao fim de 50 ciclos, à taxa de C.

Today the world is reaching high levels of development, in particular in the field of electronics, being increasingly taking into accounts environmental concerns, i.e., improving the efficiency of technology while using more environmentally friendly materials. In this context, renewable energies appear as a way to decarbonize the economy, but they show some limitations, such as the fact of depending on external factors, such as wind, sun, among others. In this sense, it is necessary to develop energy storage systems in order to store the energy produced. Similarly, the development of electronics, which increasingly small and portable devices, needs batteries to power the devices. The present work is focused on the development of PVDF and PVDF/HFP based membranes /films as well as cathodes printed through a solution extrusion 3D printing process. This technique is based on a simple process that allows to obtain any desired pattern for the sample, thus making these batteries quite interesting due to their ability to adapt to smaller and lighter objects. The samples were evaluated for their morphological, mechanical, thermal and electrochemical characteristics for their possible application in batteries. It is concluded that the samples can actually be applied as battery separators. It is also confirmed that the PVDF/HFP sample with a 100% filling density shows the highest cyclic performance with a discharge capacity of 46 mAh/g at a rate of 2C. At the level of the printed electrodes, it is concluded that, the samples show a capacity exceeding 120 mAh/g, after 50 cycles, at the rate of C.