Explorando novos horizontes com nióbio: refinamento da morfologia do óxido de nióbio e do niobato de sódio para o incremento da eficiência no armazenamento de energia

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Melo, Eduardo Carmine de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Armazenamento de energia; Energy storage; Hydrothermal method; Método hidrotérmico; Morfologia; Morphology; Niobato de sódio; Niobium pentoxide; Pentóxido de nióbio; Pseudocapacitance; Pseudocapacitância; Sodium niobate
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46136/tde-30042025-182410/

Este trabalho descreve a síntese e caracterização de diversas morfologias de pentóxido de nióbio (Nb2O5) e niobato de sódio (NaNbO3) utilizando o método hidrotermal, com foco na otimização dos reagentes, temperatura e tempo de reação. A caracterização estrutural e morfológica dos materiais foi realizada através de microscopia eletrônica, difração de raio X, espectroscopia Raman, isotermas de adsorção/dessorção de nitrogênio e espectroscopia de fotoelétron na região de raio X. Adicionalmente, as propriedades eletroquímicas foram avaliadas por meio de voltametria cíclica, técnicas de titulação galvanostática intermitente, espectroscopia de impedância eletroquímica e ciclos de carga e descarga galvanostáticos. Para o Nb2O5, quatro morfologias distintas foram sintetizadas: flores, esferas, cascas e bastões. Dentre estas, as esferas, com sua estrutura cristalina pseudohexagonal, exibiu o melhor desempenho eletroquímico, alcançando uma retenção de capacidade de 124,7 mAh g-1 a uma corrente de 1 A g-1, com uma alta contribuição da corrente capacitiva de 85,5% a 0,1 mV s-1 e uma menor resistência de polarização durante o processo de intercalação de íons lítio. Em relação ao NaNbO3, foram exploradas morfologias em forma de fios e cubos, com variações no tempo de reação hidrotermal e na temperatura de calcinação. Os materiais calcinados a 600 °C demonstraram o melhor desempenho eletroquímico, com uma capacidade de retenção após 300 ciclos galvanostáticos de carga e descarga de 92% e 93%, respectivamente, embora a capacidade específica tenha ficado abaixo dos valores teóricos reportados. Este estudo fornece insights importantes sobre as relações entre as técnicas de síntese, a morfologia dos materiais e suas propriedades eletroquímicas, oferecendo uma contribuição para o desenvolvimento de materiais com morfologia controlada para o armazenamento de energia eletroquímicos.