Repositório Colecção: Dissertações de Mestrado/Master Thesis
https://hdl.handle.net/1822/1903
Dissertações de Mestrado/Master Thesis2024-03-29T15:01:26ZDesenvolvimento de cátodos mais eficientes e sustentáveis para baterias de ião-lítio
https://hdl.handle.net/1822/54732
Título: Desenvolvimento de cátodos mais eficientes e sustentáveis para baterias de ião-lítio
Autor: Dias, José Pedro Machado
Resumo: A evolução tecnológica verificada ao longo dos anos, contribuiu para tornar a energia elétrica
num meio indispensável para o funcionamento dos equipamentos eletrónicos móveis. Como tal, existe a
necessidade de se armazenar energia, através de sistemas que garantam um compromisso entre
eficiência e sustentabilidade ambiental. Assim, as baterias de ião-lítio assumem-se como uma tecnologia
fiável, para integração em dispositivos, sensores e atuadores eletrónicos, com possibilidade de serem
móveis e flexíveis, úteis no âmbito da Internet of Things. Além disso, são também apropriadas para a
incorporação em veículos elétricos e híbridos, bem como em sistemas de produção e gestão de energia
renovável, com vista à potencialização dos conceitos de smart home, smart city e smart grid.
Este trabalho consistiu na produção de tintas condutoras para cátodos, constituídas pelo material
ativo lítio fosfato de ferro, C-LiFePO4 (LFP), pelo material condutor carbon black (C45), pelo solvente
ciclopentil metil éter (CPME), e por três polímeros diferentes (SBS 718, SEBS 108C e SEBS H6110). É
de referir que, no desenvolvimento das tintas, procedeu-se ao ensaio de diferentes métodos de
preparação, para um determinado polímero, analisando-se as propriedades reológicas das mesmas.
Os cátodos foram caracterizados a nível físico, morfológico e elétrico, sendo depois avaliados
electroquimicamente, através da sua incorporação em baterias de ião-lítio half-cell Swagelok, utilizando
ânodos de lítio metálico e membranas de Whatman como separador, imersas numa solução eletrolítica
de hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) dissolvido em carbonato de etileno (EC) e carbonato de dimetil (DMC).
Em relação aos resultados obtidos, as tintas apresentam propriedades reológicas que
possibilitam a impressão por screen printing, com uma tensão limite de escoamento de 2,24 Pa. Os
vários métodos de preparação beneficiam as características morfológicas e físicas das pastas de cátodo,
pela obtenção de uma excelente dispersão e distribuição homogénea das partículas dos materiais
constituintes, permitindo alcançar um bom nível de condutividade elétrica para todos os cátodos
produzidos. Os testes eletroquímicos revelam uma boa performance dos cátodos, sendo de realçar a
amostra desenvolvida com o polímero SBS 718 que apresenta uma capacidade de 133 mAh·g-1, após
50 ciclos, a uma taxa C. Os diferentes polímeros e métodos de preparação utilizados, possibilitam a
produção bem-sucedida e eficaz das pastas de cátodo, com recurso a um solvente verde.
Assim, este trabalho contribui para o desenvolvimento de baterias impressas de ião-lítio mais
sustentáveis e eficientes, através da produção de cátodos amigos do ambiente.; The technological evolution verified over the years has contributed to consolidate the fact that
electric energy plays an important role in the operation of electronic devices, particularly endowed with
mobility. As such, there is a need to store energy, trough systems that ensure a compromise between
efficiency and environmental sustainability. Thus, lithium-ion batteries are a reliable technology for
integration into electronic smart devices, sensors and actuators, with the possibility of being mobile and
flexible, particularly useful in the context of the Internet of Things. In addition, they are also appropriate
for their incorporation in electric and hybrid vehicles, as well as in renewable energy production and
management systems, contributing to develop the concepts of smart home, smart city and smart grid.
The present work consisted in the production of conductive inks for cathodes, based on lithium
iron phosphate active material, C-LiFePO4 (LFP), carbon black conductive material (C45), cyclopentyl
methyl ether solvent (CPME), and with three different polymers (SBS 718, SEBS 108C and SEBS H6110).
It is important to mention that, in the development of the inks, three different preparation methods were
considered for a given polymer, and their rheological properties were analyzed.
The cathodes were physically, morphologically and eletrically characterized, and then
electrochemically evaluated through their incorporation into Swagelok half-cell lithium-ion batteries, using
metallic lithium anodes and Whatman membranes as separator, immersed in an electrolytic solution of
lithium hexafluorophosphate (LiPF6) dissolved in ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC).
With respect to the obtained results, the favorable rheological properties of the inks, allow their
processing by screen printing, with a yield stress of 2,24 Pa. The different preparation methods benefit
the morphological and physical characteristics of the cathodes slurries, by obtaining an excellent
dispersion and homogenous distribution of the particles of the constituent materials, making it possible
to achieve a good level of electrical conductivity for all the produced cathodes. The electrochemical tests
show a good performance of the cathodes, with emphasis to the sample developed with the polymer SBS
718, which achieves a capacity of 133 mAh·g-1, after 50 cycles, at a C rate. The different polymers and
preparation methods used in this work, enable the successful and effective production of the cathode
slurries, considering an ecological approach by using a green solvent.
Thus, this work contributes to the development of more sustainable and efficient printed lithiumion
batteries, through the production of environmentally friendly cathodes.
Descrição: Dissertação de mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente (área de especialização em Energia)
<b>Tipo</b>: masterThesis2021-01-01T07:00:42ZCiências, tecnologias e análise económica de sistemas de energia fotovoltaica
https://hdl.handle.net/1822/45827
Título: Ciências, tecnologias e análise económica de sistemas de energia fotovoltaica
Autor: Loureiro, Albano Pedro Martins
Resumo: A dissertação de mestrado de Ciências, Tecnologias e Análise Económica de Sistemas de Energia Fotovoltaica consiste na exposição do estudo de Sistemas de Energia Fotovoltaica em contexto analítico e laboral, ou seja, inicialmente numa base teórica e explicativa acompanhada de seguida por um contexto prático e laboral na empresa DAPE em Braga, dando o conhecimento dos equipamentos de algumas marcas e respetivas fichas técnicas e ligações ao sistema.
O tema propriamente dito, debruça no estudo de sistemas fotovoltaicos que se compõem em várias partes tais como: a energia solar, tecnologias de painéis fotovoltaicos, os inversores, as baterias, controlador de carga, outros equipamentos associados, bombas solares e respetivo controlador.
Noutra fase, reunido o conhecimento de cada uma das tecnologias do sistema fotovoltaico, faz-se o estudo abrangente dos vários tipos de sistemas de autoconsumo. No capítulo seguinte, faz-se um estudo de bombas solares e respetivos controladores porque é um tipo particular de sistemas fotovoltaicos de autoconsumo.
Sabendo os equipamentos, tecnologias e os tipos de sistemas fotovoltaicos, faz-se o estudo do dimensionamento para obter os valores numéricos necessários de cada um dos equipamentos para constituir um sistema fotovoltaico de acordo com as necessidades e objetivos pretendidos. Por fim, faz-se um estudo da viabilidade económica de um projeto fotovoltaico para determinar o valor atual líquido, taxa interna de rendibilidade, período de recuperação do investimento e o retorno sobre o investimento e avaliar se é positivo investir e quanto num sistema fotovoltaico.
A presente dissertação salienta, quando necessário, a legislação que regula a atividade de produção de energia elétrica em sistemas de autoconsumo.; The Master's thesis on Science, Technology and Economic Analysis of Photovoltaic Energy Systems consists of the exposition of the study of Photovoltaic Energy Systems in an analytical and labor context, that is, initially on a theoretical and explanatory basis followed by a practical and labor context In the company DAPE in Braga, giving the knowledge of the equipment of some brands and their respective technical sheets and connections to the system.
The topic itself, focuses on the study of photovoltaic systems that are composed in various parts such as: solar energy, photovoltaic panel technologies, inverters, batteries, charge controller, other associated equipment, solar pumps and respective controller.
In another phase, gathering the knowledge of each of the technologies of the photovoltaic system, a comprehensive study of the various types of self-consumption systems is made. In the following chapter, a study of solar pumps and their controllers is made because it is a particular type of photovoltaic systems of self consumption.
Knowing the equipments, technologies and types of photovoltaic systems, the study of the sizing is done to obtain the necessary numerical values of each of the equipments to constitute a PV system according to the necessities and objectives. Finally, a study of the economic feasibility of a photovoltaic project is carried out to determine the net present value, internal rate of return, period of recovery of the investment and the return on the investment and to evaluate if it is positive to invest and how much in a photovoltaic system.
The present dissertation emphasizes, when necessary, the legislation that regulates the electric energy production activity in self consumption systems.
Descrição: Dissertação de mestrado em Ciências e Tecnologias do Ambiente (área de especialização em Energia)
<b>Tipo</b>: masterThesis2020-04-07T06:00:12ZPhotocatalytic degradation of micropollutants with TiO /PVDF-TrFE membranes
https://hdl.handle.net/1822/45819
Título: Photocatalytic degradation of micropollutants with TiO /PVDF-TrFE membranes
Autor: Ribeiro, Joana Margarida Fernandes da Silva
Resumo: With the extensive use of chemicals produced through the development of technology, organic
pollutants in water represent a major concern, as they constitute a potential risk for the
ecosystem and human health. Furthermore, these compounds are extremely resistant to
biological degradation processes and wastewater and drinking water treatment plants, causing
their accumulation in water effluents. In this scope, Advanced Oxidation Processes arise as a
possible solution, in particular, heterogeneous semiconductor photocatalysis. The primary aim
of this study was to evaluate the effectiveness of immobilized titanium dioxide photocatalyst
for the removal of pollutants from wastewater. Membranes of poly(vinylidene
difluoride−trifluoroethylene) with 8% wt. P25 TiO2 nanoparticles were produced by solvent
casting, with and without the inclusion of zeolites (NaY) to improve wettability, characterized
and applied in the photocatalytic degradation of four micropollutants: the cationic dyes
Methylene Blue, the antibiotic Ciprofloxacin, the anti-inflammatory Ibuprofen and the plastic
precursor Bisphenol A. All the produced membranes possess a highly porous structure, with
interconnected pores and a degree of porosity around 70%, with pore sizes ranging between
30 and 80 μm. The composites present the characteristic absorption bands of β PVDF and show
unchanged polymer structure in comparison to the pristine polymeric membrane, even after
four uses. The membranes with TiO2 and zeolites are more hydrophilic than the pristine
membrane. The presence of TiO2 nanoparticles modify the hydrophobic nature of the
membranes after subjected to ultra violet, as does the inclusion of zeolites. In the first use, the
membrane with zeolites degraded Methylene blue with higher efficiency, ≃ 98% after 300 min,
and a degradation rate of ≃ 0.044 min-1. The membrane without zeolites performed better in
the degradation of Ciprofloxacin, ≃ 93% after 300 minutes, with a degradation rate of ≃ 0.010
min-1. Bisphenol A was not degraded and Ibuprofen seemed to generate by-products during the
reaction. In the first use, after 300 minutes, Ibuprofen degraded ≃ 18 and ≃ 48% and Bisphenol
A degraded ≃ 7 and ≃ 3%, using membranes with and without zeolites, respectively. Overall,
reutilization of the membranes showed little to no efficiency loss after fourth degradations of
Methylene blue, and a slight increase in the degradation of Ciprofloxacin, ≃ 98% with a reaction
rate of ≃ 0.015 min-1, and of Ibuprofen, ≃ 66% with a reaction rate of ≃ 0.003 min-1, for
membranes without zeolites after 300 minutes. The conjugation of these factors make these
membranes suitable for photocatalytic degradation of micropollutants.; Vários poluentes orgânicos surgem na água como consequência do excessivo uso de químicos
gerados com o desenvolvimento tecnológico. Estes poluentes constituem um potencial risco
para o ecossistema e saúde humana. Além disso, são extremamente resistentes a processos de
degradação biológica e estações de tratamento de águas residuais e água potável, causando a
sua acumulação no meio aquático. Neste sentido, os Processos de Oxidação Avançados surgem
como uma possível solução, em particular, a fotocatálise heterogénea com semicondutores. O
principal objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia da fotocatálise com dióxido de titánio
imobilizado para a remoção de poluentes de águas residuais. Assim, membranas de
poli(fluoreto de divinilideno-trifluoretileno) com 8% wt. de nanopartículas de TiO2 P25 foram
produzidas por solvent casting, com e sem a implementação de zeólitos (NaY) de modo a
melhorar a molhabilidade, caracterizadas e aplicadas na degradação fotocatalítica de quatro
micropoluentes: o corante catiónico Azul de metileno, o antíbiótico Ciprofloxacina, o antiinflamatório
Ibuprofeno e o percursor plástico Bisfenol A. Todas as membranas produzidas
possuem uma estrutura porosa, com poros interconectados e um grau de porosidade de cerca
de 70%, com tamanho de poros entre os 30 e os 80 μm. Os compósitos apresentam as bandas
de absorção características da fase β do PVDF e mostram uma estrutura polimérica intacta,
mesmo depois de quatro utilizações. As membranas com TiO2 e zeólitos são mais hidrofílicas
do que a membrana pura. A presença de nanopartículas de TiO2 modifica a natureza hidrofóbica
das membranas após sujeitas a luz ultra-violeta, assim como a inclusão de zeólitos. Na primeira
utilização, a membrana com zeólitos degradou Azul de metileno com maior eficiência, ≃ 98%
em 300 minutos, com uma velocidade de degradação de ≃ 0.044 min-1. A membrana sem
zeólitos degradou Ciprofloxacina com mais eficiência, 93% em 300 minutos, com uma
velocidade de degradação de ≃ 0.010 min-1. O Bisfenol A não foi degradado e o Ibuprofeno
pareceu gerar sub-produtos aquando da reação. Na primeira utilização, o ibuprofeno degradou
≃ 18 e ≃ 48% em 300 minutos e bisfenol A degradou ≃ 7 e ≃ 3% em 300 minutos, usando
membranas com e sem zeólitos, respetivamente. De uma forma geral, a reutilização das
membranas mostrou pouca ou nenhuma perda de eficiência após quatro degradações de Azul
de metileno, e um ligeiro aumento na de Ciprofloxacina, ≃ 98% com uma velocidade de reação
de ≃ 0.015 min-1, e de Ibuprofeno, ≃ 66% com uma velocidade de reação de ≃ 0.003 min-1, para
membranas sem zeólitos após 300 minutos. A conjugação destes fatores faz destas membranas
apropriadas para a degradação fotocatalítica de micropoluentes.
Descrição: Dissertação de mestrado em Física (área de especialização em Física Aplicada)
<b>Tipo</b>: masterThesisEstudo do efeito magneto-dielétrico em nanocompósitos poliméricos
https://hdl.handle.net/1822/45818
Título: Estudo do efeito magneto-dielétrico em nanocompósitos poliméricos
Autor: Silva, Diogo Coelho da
Resumo: Os compósitos particulados desenvolvidos neste trabalho com fases
magnetostritiva (ferrita de cobalto) e ferroelétrica (poli(fluoreto de vinilideno)),
têm a fórmula geral [xCoFe2O4]/[(1-x) PVDF] e foram preparados com
percentagens de massa x=0, 3, 11 e 20 % (wt.%), através da evaporação de
solvente a partir da solução, um processo facilmente escalável.
Foi observado que as nanopartículas de ferrita, bem dispersas na matriz,
atuam como agente para a nucleação da fase piezoelétrica β do polímero. O
valor da constante dielétrica, perdas dielétricas, magnetização de saturação e
temperatura de fusão dos filmes compósitos de base polimérica foram
determinados e verificou-se que os mesmos aumentam com o aumento do
conteúdo de CoFe2O4, sendo máximos para o compósito com x=20 wt.% (13,
0,13 ,13 emu.g-1 e 177 ºC respetivamente).
Verificou-se ainda, que o acoplamento magnetodielétrico (MD) depende do
conteúdo de CoFe2O4. A variação da constante dielétrica (MDE(%)) com o
campo magnético aplicado é superior para as amostras com x=20 wt.% (4,2%).
Por outro lado, o valor do coeficiente MD (ᵞ) é superior para a amostra com x=3
wt.% (0,015 emu-2g2).
Tais valores estão entre os melhores reportados em materiais MD baseados
em cerâmicos, sendo este o maior valor reportado nos compósitos poliméricos,
tornando estes compósitos muito promissores para uma grande diversidade de
aplicações.; Particulate composites of cobalt ferrite and piezoelectric poly(vinylidene
fluoride), PVDF, phases having general formula [xCoFe2O4]/[(1-x) PVDF] were
prepared for x = 0, 3, 11 and 20 wt.%, using an easy-scalable solution method.
It was observed that the well-dispersed ferrite nanoparticles nucleate the
piezoelectric β-phase of the polymer. The value of dielectric constant, dielectric
loss, saturation magnetization and melting temperature of polymer composite
films were found to increase with increasing CoFe2O4 content, being maximized
to the composite with x=20 wt% (13, 0.13, 13 emu.g-1and 177 ºC respectively).
The magnetodielectric (MD) coupling was established to depend on the CFO
content; the change in the dielectric response (MDE(%)) was higher on the x=20
wt.% sample (4.β%) and in turn the value of the εD coefficient (ᵞ) was higher on
the x=3 wt.% sample (0.015 emu-2g2).
Such values are favourably comparable with the ones found in the ceramicbased
MD materials, being the highest reported among polymeric composites,
making this composites very promising for a wide range of applications.
Descrição: Dissertação de mestrado em Física (área de especialização Física Aplicada)
<b>Tipo</b>: masterThesis2017-06-02T09:41:50ZNovas membranas poliméricas compósitas para a remoção de poluentes químicos da água
https://hdl.handle.net/1822/45658
Título: Novas membranas poliméricas compósitas para a remoção de poluentes químicos da água
Autor: Lima, Ricardo José Silva
Resumo: O consumo de água com concentrações flúor (F-) fora dos níveis aconselhados pela Organização Mundial da Saúde (OMS) pode culminar no aparecimento de doenças graves como fluoroses dentária ou óssea atrasos cognitivos em crianças. Por este motivo a OMS aconselha os limites de concentração de flúor entre 0.5 e 1.0 mg/L para águas de consumo Humano.
As membranas poliméricas têm vindo a ser alvo de investigação como possível solução para a remoção de contaminantes químicos e produção de água potável, no entanto os sistemas existentes no mercado apresentam alguns inconvenientes como o elevado custo e a baixa eficiência. Nesse sentido o poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e os seus copolímeros têm vindo a ser explorado como uma alternativa viável para a produção destes sistemas devido à sua estabilidade térmica e mecânica e resistência química. A incorporação de partículas adsorventes específicas nas suas estruturas apresenta-se também como uma alternativa de futuro para desenvolver sistemas de purificação de água eficazes.
Deste modo, estudou-se a capacidade de remoção de F- de meios aquosos por parte de partículas de gibbsite (GIB), bayerite (BAY), zeólitos (NaY), montmorillonita (MMT) e hidroxiapatita (HA), bem como a influência de parâmetros como concentração, tempo de reação, temperatura e pH na eficiência da remoção. As partículas com melhor taxa de remoção de F- (MMT e HA) foram posteriormente imobilizadas em matrizes de poli(fluoreto de vinilideno - hexafluorpropileno) (P(VDF-HFP)) e produzidas membranas porosas para sistemas de filtração. Procedeu-se à caracterização da morfologia, porosidade, estrutura, fluxo e permeabilidade das mesmas, como também da sua eficiência de remoção de F- em meio aquoso. As taxas mais elevadas de ~35 e 70 % foram obtidas para membranas de MMT/P(VDF-HFP) e HA/P(VDF-HFP) respetivamente.
Os resultados globais obtidos demonstram que estes materiais são adequados para produzir sistemas de purificação de água versáteis ajustáveis aos níveis de contaminação existentes, como também aos níveis de descontaminação pretendidos.; Water consumption with fluorine (F-) concentrations outside the levels recommended by the World Health Organization (WHO) may result in the appearance of serious diseases, such as dental and bone fluorosis and cognitive delays in children. For this reason, the WHO recommends the limits of fluorine concentrations between 0.5 and 1.0 mg/L in drinking water.
Polymeric membranes have been explored as a possible solution for the removal of chemical contaminants and producing potable water, however the existing systems present several drawbacks, such as high costs and low efficiency. Accordingly, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and its copolymers have been explored as a viable alternative for the production of these systems, due to their thermal and mechanical stability and chemical resistance. The incorporation of specific adsorbent particles in their structure is also presented as a future alternative to develop effective water purification systems.
Thus, it was studied the fluoride removal capacity of aqueous media by particles such as gibbsite (GIB), bayerite (BAY), zeolite (NaY), montmorillonite (MMT) and hydroxyapatite (HA), as well as the influence of parameters such as concentration, reaction time, temperature and pH on removal efficiency. The particles with improved removal rate of F- (MMT and HA) were subsequently immobilized into matrices of poly (vinylidene fluoride - hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) and were produced porous membranes for filtration systems. It was performed the characterization of the morphology, porosity, structure, flux and permeability of the membranes, as well as its F- removal efficiency in an aqueous medium. The highest rates of ~35 and 70 % were obtained for membranes of MMT/P (VDF-HFP) and HA/P (VDF-HFP) respectively.
The overall results show that these materials are suitable for producing versatile water purification systems, adjustable to the existing levels of contamination, as well as to the desired level of decontamination
Descrição: Dissertação de mestrado em Ciências do Ambiente (área de especialização em Energia)
<b>Tipo</b>: masterThesis