Teses e Dissertações
Palavra-chave: RF magnetron sputtering
FILMES FINOS DE ÓXIDOS TERNÁRIOS LITIADOS Li(NiCoMn)O2 DEPOSITADOS POR RF MAGNETRON SPUTTERING
Daniel Andres Sanchez Lopez, Alexandre Urbano
Data da defesa: 26/10/2018
A demanda crescente por baterias com altas densidades de energia, para dispositivos
portáteis e veículos elétricos, esbarra na origem esgotável dos materiais atualmente
empregados. A previsão de esgotamento das reservas de cobalto, principal
componente das baterias de íon lítio, é entorno de cinquenta anos. Os óxidos de
metais de transição ternários do tipo lamelar com parcial substituição do cobalto em
sua composição (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) são os compostos mais promissores para
substituírem os eletrodos ricos em cobalto (LiCoO 2 ), e isso já vem acontecendo
comercialmente. Contudo, a eficiência desse material como eletrodo não é
plenamente alcançada devido à instabilidade dos eletrólitos nos altos potenciais de
oxidação requeridos nos processos de carga. Nesse trabalho, filmes finos foram
depositados por RF sputtering com objetivo de compreender como as propriedades
cristalográficas e morfológicas dos eletrodos ternários podem impactar na otimização
da sua eficiência eletroquímica. Os parâmetros de deposição que influenciam na
estequiometria, morfologia superficial e rendimento eletroquimico foram investigados
utilizando-se um planejamento fatorial de experimentos do tipo 2 2 , sendo a
composição atômica, a caracterização cristalográfica, a morfológica, e a eletroquímica
dos filmes ternários caracterizadas respectivamente por fluorescência de raios X,
difração raios X, espectroscopia no infravermelho, microscopia de força atômica, e
cronopotenciometria. Cada experimento do planejamento mostrou filmes
relativamente diferentes tanto em morfologia como em composição química. As
medidas de difração e fluorescência de raios X indicam, respectivamente, eletrodos
parcialmente cristalinos com pronunciada orientação preferencial e concentrações
maiores de manganês em relação aos outros metais, para todos os filmes depositados
por sputtering. Os estudos topográficos exibiram filmes com morfologia granular e
tamanhos de grãos diferentes, diretamente dependentes da potência de deposição. A
capacidade de carga dos filmes sofre forte influência da potência de deposição, que
produz filmes subestequiométricos e com maior rugosidade superficial. O valor da
capacidade de carga para o filme depositado com 100 W e 5 mL/min foi de
aproximadamente 250 mAh/g, valor superior ao encontrado na literatura para
eletrodos convencionais em pó com aditivos que é de 200 mAh/g. Esses resultados
revelaram que os caminhos a serem trilhados para se aumentar a capacidade de
carga dos eletrodos de baterias recarregáveis de íon lítio com óxidos ternários, que
mais se relaciona com as características morfológicas e cristalográficas do que com a
concentração de metais.