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Síntese de um material multifuncional como uma forma de reciclagem verde de baterias de íons de lítio exauridas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Leal, Vitor Moreira
Orientador(a): Freitas, Marcos Benedito Jose Geraldo de lattes
Banca de defesa: Ferreira, Rafael de Queiroz lattes, Bocchi, Nerilso lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
Mestrado em Química
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Química
Departamento: Centro de Ciências Exatas
País: BR
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/15941
Resumo: The green recycling of spent lithium-ion batteries has shown to be of great importance in the conservation of the environment, preservation of mineral resources and the development of cheaper metallic materials. An assay of the cathode leaching parameters of spent batteries was carried out via ICP-OES. The cathodic active material from the lithium-ion batteries was leached with lactic acid. From the leachate, recycled materials were synthesized by selective precipitation and calcination (4.5 h at 450 °C). The composition and characterization of the microstructure of the recycled material was confirmed by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, SEM and thermal analysis. Recycled metallic materials were evaluated as pseudocapacitors and electrochemical sensors using cyclic voltammetry, linear scanning and charge and discharge cycles. The electrochemical reproducibility of the material as a pseudocapacitor was verified by cyclic voltammetry. The recycled material presented 11.63 F g-1 of specific capacitance, after a thousand cycles of galvanostatic charge and discharge at currents of 3 mA g-1. By linear scanning voltammetry it was verified the oxidation of ascorbic acid at 0.10 V and the growth of the anodic peak current with the increase of its concentration. The analytical curve of the sensor showed an R2 of 0.9915, sensitivity of 0.0498 ± 0.0023 µA mol L-1 and LD of 0.0245 mol L-1 in the concentration range of 0.166 to 1.0 mmol L-1. The modified electrode was characterized by SEM before and after its cycling. As a photocatalyst, the recycled material showed 61.47% efficiency for the decolorization of methylene blue after 120 min, in the presence of UV radiation and H2O2. The reaction was determined to be pseudo-first order and had a k of 7,95 ∙ 10−3 min-1. The recycled material presented a multifunctionality in its applications, being used as raw material for the development of pseudocapacitors, non-enzymatic electrochemical sensors and photocatalysts.
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The composition and characterization of the microstructure of the recycled material was confirmed by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, SEM and thermal analysis. Recycled metallic materials were evaluated as pseudocapacitors and electrochemical sensors using cyclic voltammetry, linear scanning and charge and discharge cycles. The electrochemical reproducibility of the material as a pseudocapacitor was verified by cyclic voltammetry. The recycled material presented 11.63 F g-1 of specific capacitance, after a thousand cycles of galvanostatic charge and discharge at currents of 3 mA g-1. By linear scanning voltammetry it was verified the oxidation of ascorbic acid at 0.10 V and the growth of the anodic peak current with the increase of its concentration. The analytical curve of the sensor showed an R2 of 0.9915, sensitivity of 0.0498 ± 0.0023 µA mol L-1 and LD of 0.0245 mol L-1 in the concentration range of 0.166 to 1.0 mmol L-1. The modified electrode was characterized by SEM before and after its cycling. As a photocatalyst, the recycled material showed 61.47% efficiency for the decolorization of methylene blue after 120 min, in the presence of UV radiation and H2O2. The reaction was determined to be pseudo-first order and had a k of 7,95 ∙ 10−3 min-1. The recycled material presented a multifunctionality in its applications, being used as raw material for the development of pseudocapacitors, non-enzymatic electrochemical sensors and photocatalysts.A reciclagem verde das baterias de íons de lítio exauridas apresenta grande importância para a conservação do meio ambiente, preservação dos recursos minerais e o desenvolvimento de materiais metálicos mais baratos. Realizou-se uma triagem dos parâmetros de lixiviação do cátodo da bateria exaurida via ICP-OES. O material ativo catódico das baterias de íons de lítio foi lixiviado com ácido lático. A partir do lixiviado foram sintetizados os materiais reciclados por precipitação seletiva e calcinação (4,5 h a 450 °C). A composição e caracterização da microestrutura do material reciclado foi confirmada por difração de raios X, espectroscopia Raman, MEV e análise térmica. Os materiais metálicos reciclados foram avaliados como pseudocapacitores e sensores eletroquímicos utilizando voltametrias cíclicas, de varredura linear e ciclos de carga e descarga. Verificou-se a reprodutibilidade eletroquímica do material como pseudocapacitor por voltametria cíclica. O material reciclado apresentou 11,63 F g-1 de capacitância específica, após mil ciclos de carga e descarga galvanostática em correntes de 3 mA g-1 . Por voltametrias de varredura linear verificou-se a oxidação do ácido ascórbico em 0,10 V e o crescimento da corrente de pico anódico com o aumento de sua concentração. A curva analítica do sensor apresentou um R2 de 0,9915, sensibilidade de 0,0498 ± 0,0023 µA mol L-1 e LD de 0,0245 mol L-1 na faixa de concentração de 0,166 a 1,0 mmol L-1. O eletrodo modificado foi caracterizado por MEV antes e após sua ciclagem. Como fotocatalisador o material reciclado apresentou 61,47% de eficiência para a descoloração de azul de metileno após 120 min, na presença de radiação UV e H2O2. A reação foi determinada como de pseudo-primeira ordem e apresentou um k de 7,95 ∙ 10−3 min-1. O material reciclado apresentou uma multifuncionalidade em suas aplicações, sendo utilizado como matéria-prima para o desenvolvimento de pseudocapacitores, sensores eletroquímicos não-enzimáticos e fotocatalisadores.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Texthttp://repositorio.ufes.br/handle/10/15941porUniversidade Federal do Espírito SantoMestrado em QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFESBRCentro de Ciências Exatassubject.br-rjbnQuímicaLixo eletrônicoSíntese de um material multifuncional como uma forma de reciclagem verde de baterias de íons de lítio exauridas Synthesis of a multifunctional material as a form of green recycling of spent lithium-ion batteriesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALDissertação de Mestrado Vitor Moreira vfinal.pdfapplication/pdf3400157http://repositorio.ufes.br/bitstreams/e10223a8-3264-429e-bb4a-9c4a605d75b5/downloadabad3dc8dcbd0f7b80ad6c19bdc87827MD5110/159412025-08-19 17:41:13.308oai:repositorio.ufes.br:10/15941http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-08-19T17:41:13Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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