Ciências Dos Materiais

 Bateria de telefone celular

Aplicação de materiais cerâmicos em dispositivos de armazenamento de energia, em especial baterias secundárias de íons lítio, dispositivos nos quais os materiais cerâmicos, especialmente óxidos, são muito importantes em todas as partes do dispositivo. A revisão está focada nos materiais cerâmicos para catodos e anodos, partes chaves destes dispositivos. Ela tem por principal finalidade ser uma fonte de informação para aqueles que desejem trabalhar com o desenvolvimento de materiais cerâmicos para tais tipos de dispositivos. Aspectos relacionados à nanotecnologia e materiais óxidos nanoestruturados .

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DAS BATERIAS DE ÍONS LÍTIO

No processo de carga de uma bateria secundária de lítio, esta atua como uma célula eletroquímica; os íons Li+são desinseridos do catodo (C), caso este seja um material litiado, sob a ação de um campo externo provocando a oxidação de um elemento de transição de valência variável (Mne-) presente neste eletrodo, Equação D. Os íons Li+ migram através do eletrólito até o anodo, onde são reduzidos com a chegada dos elétrons que o catodo entrega ao circuito externo, Equação E, produto do processo de oxidação anteriormente descrito. No processo de descarga (desinserção dos íons Li+ do anodo e reinserção no catodo) ocorrem os processos redox inversos espontaneamente [2, 6-8]. A bateria neste caso se comporta como uma célula galvânica. Este processo, mais precisamente, é que permite identificar os eletrodos (anodo e catodo). A reação química produz uma diferença de potencial, a qual quando o circuito é fechado exteriormente, permite a realização de trabalho. As equações que descrevem o processo de carga, partindo de um catodo litiado são:

Eletrodo positivo (catodo):

Eletrodo negativo (anodo):

 Células Solares

Células solares são dispositivos capazes de converter energia luminosa diretamente em

eletricidade, sendo que para isso são utilizadas as propriedades eletrônicas de uma classe de

materiais conhecidas como semicondutores. O princípio básico de seu funcionamento é o

efeito fotovoltaico. Existem vários tipos de utilização deste tipo de tecnologia, por

exemplo, existem calculadoras que funcionam com células solares, já foram construídas

algumas casas funcionando com este tipo de tecnologia e satélites que utilizam a energia

solar para manter seus sistemas elétricos funcionando, outras aplicações das células solares

são a irrigação e a telefonia em lugares isolados. – Como as Células Solares Funcionam?

O objetivo de uma célula solar é transformar energia luminosa em elétrica, estas células

são feitas de um material semicondutor, em geral utiliza-se o silício. Basicamente uma

célula solar é uma junção p-n que ao sofrer a incidência de luz irá produzir uma corrente

elétrica.

O silício cristalino que pode ser utilizado como matéria prima da célula, possui certas

propriedades físicas específicas. O átomo de silício possui exatamente quatro elétrons em

sua última camada eletrônica, estes quatro elétrons estão todos sendo compartilhados por

ligações covalentes, e portanto, não tem liberdade de se movimentar pelo cristal. Sendo

assim, o silício cristalino não é um bom condutor de eletricidade. Para contornar este

problema certas impurezas são acrescentadas ao cristal. Suponha que seja feita uma difusão

de fósforo no silício, neste caso alguns sítios de Si são substituídos por átomos de fósforo 5

que pertencem ao grupo V da tabela periódica e, conseqüentemente possuem cinco átomos

na última camada. Portanto, os átomos de fósforo terão quatro de seus elétrons

compartilhados, restando um elétron que não faz parte de uma ligação covalente, mas ainda

é atraído pela carga positiva do núcleo de fósforo.

Ocorre então que os elétrons do fósforo que não estão fazendo parte de uma ligação

covalente conseguem romper facilmente a sua ligação com o núcleo, sendo necessário

apenas uma baixa energia para fazer isso. Neste caso, estes elétrons passam a ser

considerados livres e o silício dopado passa a possuir uma camada do tipo n.

 Células de Combustíveis

A Célula de Combustível (as vezes também denominada Célula a Combustível) é um dispositivo eletroquímico que combina hidrogênio (H) e oxigênio (O) para produzir eletricidade (corrente elétrica), que é o movimento ordenado de elétrons (e), tendo água e calor como subprodutos.

Não obstante o fato de que, na prática das aplicações, para que se obtenha os níveis de Potência desejados, é preciso que várias Células de Combustível sejam agrupadas, formando aquilo que denominamos uma Pilha de Células de Combustível, na sua forma elementar, uma única Célula de Combustível é constituída três seguimentos: dois elétrodos - um ânodo e um cátodo - com um eletrólito entre eles, separando-os.

Todavia, é de fundamental importância, também, que se tenha um agente Catalizador, para provocar as reações químicas de ionização do combustível (no caso o hidrogênio) por Catalização(1), diminuindo a energia de ativação, aumentando assim a velocidade da reação. As células de combustível dependem de catalisadores para ambas as reações anódica e catódica.

Duas reações químicas diferentes (primeiro oxidação e depois redução(2)) ocorrem, em sequência, nas duas regiões de intermédios onde se encontram a substância catalizadora, que existem nas camadas alojadas entre os três segmentos da célula de combustível e, o resultado final dessas duas reações é que o combustível é consumido, a água e calor