Utilização de técnicas in situ no estudo da Alizarin Red S para baterias de fluxo redox com quinonas simétricas - Clarindo, José Eduardo dos Santos (2024)
As baterias de fluxo redox aquosas utilizando quinonas simétricas (SQA-RFB) são uma tecnologia promissora para o armazenamento de energia limpa e renovável, oferecendo alta eficiência e sustentabilidade. O estudo de quinonas, como a Alizarin Red S (ARS), é fundamental para entender e otimizar os mecanismos eletroquímicos envolvidos, promovendo o desenvolvimento de baterias mais estáveis e eficientes para aplicações em larga escala na transição energética. Nesta tese de doutorado, o objetivo foi investigar o comportamento e os mecanismos eletroquímicos da ARS para aplicação em SQA-RFB. Utilizando técnicas eletroquímicas acopladas a espectroscopias in situ, como FTIR e UV-Vis, elucidaram-se os mecanismos associados à ARS. Os resultados indicaram que eletrodos de grafite com alta densidade de borda (HEDGE) proporcionaram maior densidade de corrente faradaica e um perfil voltamétrico simétrico, sugerindo processos redox reversíveis. Em contrapartida, eletrodos de ouro policristalino, carbono vítreo, SGL 10 AA e fibra de carbono flexível mostraram processos redox irreversíveis ou quasi-reversíveis. Estudos espectroscópicos revelaram que os estados vibracionais e eletrônicos da ARS, especialmente as ligações CO, são fortemente influenciados pela superfície do eletrodo, e verificou-se também que a distribuição de carga no anel da molécula de ARS oscila durante a transferência de carga eletrodo-eletrólito. A análise da cinética de transferência de carga mostrou que o HEDGE opera por meio de um mecanismo concertado 2H+/2e-, em contraste com os outros eletrodos. Em superfícies menos eficazes, foram observadas modificações eletrônicas intramoleculares que levaram à formação de estruturas instáveis durante o potencial de redução, alterando o número de prótons/elétrons envolvidos. Por fim, a engenharia de eletrodos demonstrou a capacidade de estabilizar o par redox de alto potencial da ARS, resultando no primeiro relato de uma SQA-RFB totalmente ciclável.