Bolsa de PD em Eletroquímica

Post-doctoral fellowship in Electrochemistry

Nº: 1519

Área de conhecimento: Química

Field of knowledge: Chemistry

Nº do processo FAPESP: 2015/26308-7

FAPESP process: 2015/26308-7

Título do projeto: Otimização das propriedades físico-químicas de materiais nano-estruturados e suas aplicações em reconhecimento molecular, catálise e conversão/armazenamento de energia

Project title: Optimization of the physicochemical properties of nano-structured materials for applications in molecular recognition, catalysis and energy conversion/storage

Área de atuação: Eletroquímica - Armazenamento de Energia

Working area: Electrochemistry - Energy Sorage

Pesquisador principal: Roberto M. Torresi

Principal investigator: Roberto M. Torresi

Unidade/Instituição: Instituto de Química / Universidade de São Paulo

Unit/Instituition: Instituto de Química / Universidade de São Paulo

Data limite para inscrições: 10/05/2017

Deadline for submissions: 2017-05-10

Publicado em: 04/04/2017

Publishing date: 2017-04-04

Localização: Av. Prof. Lineu Prestes, 748 - Vila Universitária, São Paulo - SP, 05508-000

Locale: Av. Prof. Lineu Prestes, 748 - Vila Universitária, São Paulo - SP, 05508-000

E-mail para inscrições: rtorresi@iq.usp.br

E-mail for proposal submission: rtorresi@iq.usp.br

  • Resumo Summary

    O atual cenário energético e ambiental tem levado a sociedade a repensar novas fontes de energia, como alternativa aos combustíveis fósseis. Além disso, surge também a necessidade de novos modos de armazenamento energético. Neste contexto, enquadram-se os capacitores eletroquímicos (CE) e as baterias de ions metálicos (Li+ e Na+, por exemplo). No caso de CE, diferentemente das baterias, tais materiais retêm energia proveniente do carregamento eletrônico da dupla camada elétrica (eletrodo/solução) e, em alguns casos, de processos faradaicos rápidos, ou pseudocapacitivos. Outra divergência entre os CE e as baterias é a quantidade de energia armazenada (capacidade) e a potência média de cada dispositivo. Enquanto os capacitores possuem uma baixa capacidade e elevada potência; as baterias retêm uma expressiva capacidade, entretanto, com potências medianas.

    No entanto, o advento da nanotecnologia viabilizou novos materiais eletródicos que flexibilizaram tais limites entre CE e baterias. Seja um capacitor eletroquímico de dupla camada elétrica, seja um pseudocapacitor ou um capacitor eletroquímico híbrido, o emprego de materiais nanoestruturados permitiu que tais dispositivos obtivessem desempenho energético próximo ao de baterias. Tal fato deve-se, não exclusivamente, à elevada superfície específica presente em materiais nanoestruturados.

    No presente estudo, valendo-se de técnicas eletroquímicas, procurar-se-á explorar estes limites entre capacitores e baterias e entender as origens da capacitância e o comportamento eletroquímicos dos eletrodos que compõem o dispositivo. Desta forma, iremos produzir eletrodos com boas qualidades físicas e eletroquímicas e estudar sua performance em líquidos iônicos que vêm sendo desenvolvidos no grupo com ampla janela eletroquímica e boa propriedade de transporte.

    Atualmente, o desafio das baterias de íon lítio é desenvolver sistemas com maior ciclabilidade e altas densidades de potência e energia. Enquanto os eletrodos negativos de carvão podem ter bom desempenho (alta ciclabilidade e alta densidade de carga reversível acima de 370 mAhg-1), o óxido de cobalto LiCoO2, que é o material eletroativo normalmente usado em eletrodos positivos, tem muitas desvantagens, como baixa carga específica prática (140 mAh g-1) e instabilidade térmica no estado carregado (oxidado).

    A necessidade de baterias de íon-lítio de alta potência e densidade de energia acarreta um problema relacionado com a segurança, devido aos problemas relacionados ao uso de solventes orgânicos tipicamente empregados como eletrólitos. Sabe-se que os líquidos iônicos (LIs) podem ser utilizados como eletrólitos, devido ao fato de não serem inflamáveis e terem altas estabilidade térmica e eletroquímica, porém são necessários LIs com boas propriedades de transporte, que permitam a fácil difusão do lítio.

    O candidato a esta bolsa deve ter expertise em técnicas eletroquímicas em geral e de caraterização física (SEM, TEM, especroscopias vibracionais, RX, ICP-OES, etc). O selecionado deverá conduzir experimentos de modo independente; auxiliar na orientação de alunos e em atividades do laboratório; e apresentar desenvoltura na redação de relatórios e artigos científicos, em inglês.

    A bolsa tem duração de 12 meses, com possibilidade de prorrogação por mais 12 meses. Os interessados devem enviar, até 10/05/17, os seguintes documentos para o e-mail rtorresi@iq.usp.br:
    a) carta justificando o interesse na vaga;
    b) curriculum vitae atualizado ou link para o CV Lattes;
    c) Email e telefone de dois (2) pesquisadores para referências.

    The current energy and environmental scenario has led society to rethink new energy sources as an alternative to fossil fuels. In addition, there is also the need for new modes of energy storage. In this context, electrochemical capacitors (EC) and metal ion batteries (Li + and Na +, for example) are included. In the case of EC, unlike batteries, such materials retain energy from the electronic loading of the electric double layer (electrode / solution) and, in some cases, fast redox processes, or pseudo-capacitives.

    Another divergence between the CE and the batteries is the amount of stored energy (capacity) and the average power of each device. While the capacitors have a low charge storage capacity and high power; batteries retain an expressive charge storage capacity.

    However, the advent of nanotechnology enabled new electrolytic materials that flexibilized such limits between EC and batteries. Whether it is a doble-layer electrochemical capacitor, be it a pseudocapacitor or a hybrid electrochemical capacitor, the use of nanostructured materials allowed such devices to achieve energy performance close to those of batteries.

    In the present study, using electrochemical techniques, we will try to explore these limits between capacitors and batteries and to understand the electrochemical capacitances and electrochemical behavior of the electrodes that make up the device. In this way, we will produce electrodes with good physical and electrochemical qualities and study their performance in ionic liquids that has been synthetized in our group with wide electrochemical window and good transport properties.

    Currently the challenge of lithium-ion batteries is to develop systems with greater cycling, and high densities of power and energy. While negative carbon electrodes can perform well (high cycling and high reversible charge density above 370 mAhg-1), cobalt oxide LiCoO2, which is the electroactive material normally used in positive electrodes, has many disadvantages, such as low load Specific practice (140 mAh g-1) and thermal instability in the charged (oxidized) state.

    The need for high-power lithium-ion batteries and energy density entails a safety-related problem due to problems related to the use of organic solvents typically employed as electrolytes. It is known that ionic liquids (LIs) can be used as electrolytes because they are not flammable and have high thermal and electrochemical stability, however, it is necessary to have LIs with good transport properties that allow easy diffusion of lithium.

    The candidate for this grant must have expertise in electrochemical techniques in general and physical characterization (SEM, TEM, vibrational spectroscopies, RX, ICP-OES, etc.). The selected should conduct experiments independently; assist in guiding students and in laboratory activities; and to be proficient in writing reports and scientific articles in English.

    The scholarship is for 12 months, with the possibility of an extension for another 12 months. Interested researchers must send the following documents to the e-mail rtorresi@iq.usp.br, until 10/05/2017:
    A) letter justifying the interest in the position;
    B) updated curriculum vitae or link to the CV Lattes;
    C) E-mail and telephone of of two (2) researchers for references.

    This opportunity is open to candidates of any nationalities. The selected candidate will receive a FAPESP’s Post-Doctoral fellowship in the amount of R$ 6.819,30 monthly and a research contingency fund, equivalent to 15% of the annual value of the fellowship which should be spent in items directly related to the research activity. 

    More information about the fellowship is at: fapesp.br/en/5427.