Desenvolvimento de novos materiais para armazenamento de energia

Abstract

Desenvolveram-se materiais para dispositivos de armazenamento de energia elétrica e/ou magnética. Foram preparadas ferrites de lítio, sódio e ítrio, na forma de pós, através dos métodos de reação de estado sólido e sol-gel. Com vista à otimização dos parâmetros de síntese os materiais obtidos foram tratados termicamente e, posteriormente, foi feita uma caracterização estrutural, morfológica, elétrica e magnética. Com o objetivo de se obterem materiais flexíveis e leves, para serem aplicados em dispositivos eletrónicos de armazenamento de energia, prepararam-se dois tipos de compósitos. Utilizou-se, em cada tipo, a matriz polimérica (SIS ou PLA) e nela dispersaram-se partículas de ferrite de lítio, com diferentes concentrações. A preparação destes compósitos teve como objetivo manter as propriedades elétricas da ferrite e mecânicas do polímero, proporcionando uma nova classe de materiais com aplicabilidade industrial. Após serem preparados foram caracterizados termicamente, estruturalmente e eletricamente de forma a obter-se o mais apropriado para armazenar energia. Na gama de baixa frequência, as ferrites de sódio e de ítrio, obtidas por solgel, são as mais promissoras para armazenar energia, i.e., com maior constante dielétrica e menores perdas dielétricas. Na região de micro-ondas, as amostras de ferrite de sódio, obtidas quer por reação de estado sólido, quer por sol-gel, apresentam excelentes propriedades para serem aplicadas em dispositivos eletrónicos. No que concerne à caracterização magnética, a amostra contendo ferrite de lítio, obtida por reação de estado sólido, é a que apresenta maior suscetibilidade magnética e menor coercividade, sendo a mais interessante do ponto de vista magnético. Para o compósito com SIS como matriz, as partículas de ferrite de lítio foram modificadas superficialmente, obtendo-se um aumento de constante dielétrica de 15 %. No compósito à base de PLA, os resultados são promissores, sendo uma escolha adequada, pois trata-se de um polímero biodegradável, com menor impacto ambiental.

Materials were developed for electric and magnetic energy storage devices. Powders of lithium, sodium and yttrium ferrites were prepared by solid state reaction and sol-gel. In order to optimize the synthesis parameters, the found materials were heat treated and, later, a structural, morphological, electrical and magnetic characterization was performed. In order to achieve flexible and light materials, to be applied in electronic energy storage devices, two types of composites were prepared. A polymer matrix (SIS or PLA) was used for each type and lithium ferrite particles were dispersed therein at different concentrations. The preparation of these composites had as objective to maintain the electrical properties of the ferrite and the mechanical properties of the polymer, providing a new class of materials with industrial applicability. After their preparation, they were characterized thermally, structurally and electrically in order to obtain the most suitable for storing energy. In the low frequency range, sodium and yttrium ferrites, obtained by sol-gel, were the most promising to store energy, i.e., with higher dielectric constant and lower dielectric losses. In the microwave region, samples of sodium ferrite, prepared either by solid-state reaction or by sol-gel, were very likely to be applied in electronic devices. Regarding the magnetic characterization, the sample containing lithium ferrite, obtained by solid state reaction, was the one that presented greater magnetic susceptibility and less coercivity, being interesting in the magnetic point of view. For the composites with SIS as a matrix, the surface of the lithium ferrite particles was modified, obtaining an increasing of the dielectric constant of 15%. In the PLA-based composite, the results are promising, being an assertive choice because it is a biodegradable polymer having a lower impact on the environment.