Pesquisa de mestrando da Uniube otimiza produto para aplicação em baterias de carros elétricos
Larissa Rodrigues
O ex-aluno do Programa de Pós-graduação em Engenharia Química (PPGEQ - Mestrado Profissional), Marco Antônio Gonçalves, desenvolveu uma pesquisa com objetivo de propor uma abordagem diferente na produção de baterias para carros elétricos. O projeto inovador foi apresentado como forma de dissertação de mestrado e pode ser utilizado para a redução do uso de combustíveis fósseis em veículos. A banca foi composta pelos professores e doutores Alexandre de Faria Lima, orientador, Rogério Valentim Gelamo e David Maikel Fernandes.
De acordo com o engenheiro, o projeto foi idealizado para a compreensão da influência das principais impurezas contidas no processo do óxido de Nióbio, tais como ferro, potássio, fósforo, tântalo e flúor. A pesquisa teve como foco o produto NTO (Nióbio, Titânio, Óxido), na fórmula química de TiNb2O7, que é necessária para a boa aplicação em bateria. "Recentemente, os óxidos à base de nióbio têm atraído interesse crescente como escolha potencial para materiais anódicos com alta segurança e cinética de armazenamento rápido de energia, para a tecnologia de baterias de íon lítio. O óxido misto, em TiNb2O7 especificamente, tem sido considerado candidato promissor para os materiais anódicos das baterias de íon lítio de nova geração, contudo, seus precursores necessitam de um severo e oneroso processo de purificação, já que são processados a partir de minérios complexos. Além do custo, as etapas de purificação resultam em quantidades importantes de efluentes ácidos e alcalinos, os quais geram custos adicionais ao produto devido ao tratamento desses resíduos", explica Marco.
A pesquisa utilizou a técnica de difração de raios-X, uma tecnologia de análise que permite descobrir, analisar e caracterizar o composto formado; e a microscopia eletrônica de varredura, para medir e verificar o tamanho das partículas de TiNb2O7, requisito de extrema importância para a aplicação desse produto sintetizado em baterias, já que não é possível visualizá-las a olho nu. Após essas análises foi feita também a aplicação dos óxidos mistos sintetizados em baterias de íon lítio, do tipo moeda, o que possibilitou ao pesquisador o entendimento da influência das impurezas citadas também na performance eletroquímica da bateria.
"Os resultados obtidos mostraram ser possível a síntese do TiNb2O7, a partir de uma rota de processo simplificada. Mostraram ainda que apesar do impacto na formação do TiNb2O7, a presença do ferro não foi prejudicial para a performance eletroquímica em bateria tipo moeda. A presença do fósforo e o potássio resultou em sérios problemas nas etapas de preparação dos eletrodos da bateria, resultando em óxidos mistos com altas durezas. O fósforo resultou na formação de fosfatos de nióbio e o potássio desclassificou o material sintetizado como material anódico. A presença do tântalo promoveu aumentos significativos da performance das baterias, atribuída a formação dos óxidos mistos de alta pureza em TiNb2O7 e TiTa2O7. No entanto, esse fenômeno deve ser enxergado com cautela, devido ao alto custo dos produtos de tântalo, frente à necessidade de baixo custo das futuras baterias e íon lítio para carros elétricos", complementa.
Para Marco, a montagem do material foi um desafio, já que foram obtidos e tratados muitos resultados, em uma tecnologia com particularidades extremamente recentes. "A rota de síntese foi desenvolvida exclusivamente para esse trabalho, permitindo a incorporação das impurezas em estudo. A coleta das imagens e as avaliações eletroquímicas foram realizados com o apoio de instituições japonesas. Agora, a minha expectativa é poder contribuir com essa nova tecnologia, em escala de produção comercial, resultando na redução de custo de purificação do óxido de nióbio, e consequentemente, na geração do efluente gerado para a purificação do óxido de nióbio, mantendo os benefícios eletroquímicos do TiNb2O7, como material anódico nas baterias de íon Lítio".
Dessa forma, com o trabalho foi possível entender cada vez mais as necessidades de cada etapa de purificação, possibilitando a otimização do processo industrial. "As etapas de purificações dos óxidos são as etapas que mais oneram, tanto no custo produtivo quanto na geração de efluente e no custo para o tratamento do efluente gerado. Obviamente, as avaliações das baterias do tipo moeda (coin cell) são consideradas o primeiro estágio da avaliação das baterias, novas etapas de testes eletroquímicos precisarão ser realizadas. Contudo, já estamos testando com os parceiros japoneses a aplicação do TiNb2O7, sintetizados com óxido de nióbio, contendo maiores concentrações de impurezas, e os resultados são bastantes promissores", destaca o egresso.
O PPGEQ da Uniube tem como área de concentração o Desenvolvimento de Processos Químicos Agroindustriais e linha de pesquisa em Inovação em Processos Agroindustriais e em Energia Renovável. Ele consiste no primeiro programa da área apoiado pela Capes em Uberaba e foi planejado para realizar parcerias entre as indústrias e os acadêmicos, ou seja, aprofunda conhecimentos teóricos e práticos, que são diretamente voltados ao alto desempenho do aluno para que seja alcançado o mais alto nível de qualificação profissional.
"O programa foi de extrema importância para a minha vida profissional, já que permitiu o aumento significativo do conhecimento técnico na minha área trabalho e de pesquisa, com destaque as disciplinas de processo de separação, fluidização e fenômenos de transporte, em que nos permitiu o entendimento da formação e comportamento das partículas, estrutura dos compostos em diversas tecnologia de processo, determinante para esse e outros trabalhos de pesquisas que estou desenvolvendo na minha área atual de trabalho", conclui.