Síntese e caracterização de pentóxido de vanádio (V 2 O 5 ) dopado com óxido de zinco (ZnO) para aplicação como cátodo em baterias de íons de lítio
Resumo
Este trabalho teve como objetivos a síntese e caracterização de géis de óxido
de vanádio (V
2
O
5
) dopados com óxido de zinco (ZnO). Estes materiais compõem
uma classe especial de óxidos de vanádio, e têm sido estudados com ênfase a sua
aplicação como elemento ativo em baterias de íons de lítio. Os géis de óxido de
vanádio (V
2
O
5
) foram sintetizados pela técnica de sol-gel. Nesta rota, o sol (solução
aquosa formada por precursores moleculares de interesse) evolui por meio de
reações de hidrólise e condensação para um estado conhecido como gel. Os géis
foram produzidos a partir de soluções aquosas contendo V
2
O
5
e H
2
O
2
, a temperatura
de 63 ºC. A dopagem do material ocorreu através da adição de ZnO a solução. Os
géis sintetizados foram depositados por impregnação sobre substratos de FTO de
forma a obtermos os xerogéis de V
2
O
5
. Os xerogéis formados foram recozidos a
393 K e 723 K e caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV),
difração de raios x (DRX), voltametria cíclica e cronopotenciometria. A difração de
raios x indicou que a dopagem com ZnO não afeta a ordem de longo alcance das
amostras, mesmo após recozimentos a 393 K e 723 K. Isso implica que o ZnO se
encontra disperso na estrutura do óxido. As análises por MEV demonstraram que a
morfologia superficial dos xerogéis não é dependente da concentração de dopantes.
Cadeias de óxido de vanádio interconectadas caracterizaram a superfície dos
xerogéis independente da temperatura de recozimento. Entretanto, após a
intercalação de íons de lítio, a superfície das amostras é formada por microporos,
precipitados e bastões. A voltametria cíclica mostrou que íons de lítio são
intercalados na estrutura dos xerogéis. Os melhores resultados foram obtidos para a
amostra dopada com 5 mol% de ZnO. Neste caso observamos a invariância da
eficiência eletroquímica do óxido frente vinte ciclos consecutivos de varredura. Além
disso, os resultados de voltametria cíclica correlacionam o bom desempenho
eletroquímico a concentração de dopantes, bem como a temperatura de
recozimento. Os resultados de cronopotenciometria corroboram a tendência
observada nas análises de voltametria cíclica. A dopagem com ZnO afeta a
capacidade específica das amostras. Comparada a amostra padrão não dopada, a
amostra contendo a maior concentração de ZnO apresentou capacidades próximas
de 480 mAh/g para primeiro o primeiro ciclo de carga/descarga. Entretanto em todos
os casos estudados, a capacidade específica cai para ciclos consecutivos. Por fim,
embora tenhamos observado melhora da eficiência eletroquímica com a temperatura
de recozimento, o mesmo não foi verificado nas medidas de cronopotenciometria, as
quais apontam para a queda da capacidade com o aumento da temperatura de
recozimento.