Dissertação/Tese SEMICONDUTORES HETEROESTRUTURADOS DE BiVO4/V2O5 COMO FOTOANODO PARA BATERIAS AQUOSAS DE ZINCO-IODO - PPGQ

O desenvolvimento de dispositivos capazes de armazenar energia vem, gradualmente, se tornando tema de relevância notável para a sociedade atual. As baterias redox são alternativas interessantes, sobretudo na construção de sistemas químicos potenciais para a conversão em eletricidade. Mais especificamente, as baterias aquosas redox de zinco-iodo (ZIRB) têm relativamente baixo custo, alta estabilidade química, segurança ao manuseio e pode ser concebível em projeto tecnológico ambientalmente amigável. O sistema das ZIRBs funciona através dos processos reversíveis de oxidação e redução das espécies e . Durante a carga, o ânion é oxidado e promove a redução do ; o processo reverso ocorre durante a descarga elétrica. Neste trabalho, a heterojunção BiVO4/V2O5 foi empregada como fotoanodo, para governar o processo de carga fotoassistida da bateria. Sob iluminação, as cargas fotogeradas induzem a oxidação do na interface eletrodo/eletrólito, proporcionando a queda de potencial da carga. As estruturas e as morfologias dos materiais sintetizados foram determinadas por difratometria de raios X, reflectância difusa UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura. O desempenho da carga do sistema foi monitorado por voltametria, cronopotenciometria e impedância potenciostática. A fim de simular a excitação energética do espectro pela luz solar, a iluminação da fotobateria foi irradiada com luz de Xe. O carregamento da bateria com a densidade de corrente de 0,34 mA cm-2 , realizado no escuro, demandou um potencial de 2,43 V, ao passo que ocorreu redução de ~11,9% do potencial para a mesma carga sob luz, alcançando uma capacidade especifica de carga de 500 mA h g -1 . Os presentes resultados da fotoeletroquímica contribuem substantivamente ao desenvolvimento tecnológico e a novos estudos fundamentais sobre sistemas baseados na estocagem química de eletricidade, destinados a sistemas geradores renováveis de energia.

The development of chemical mechanisms towards storing energy has been increasingly a topic of notable relevance for our society. Redox batteries are interesting alternatives for storing electricity. More specifically, zinc-iodine aqueous redox batteries (ZIRB) are interesting in several aspects, including low cost, high chemical stability, safety on handling and friendly environmental characteristics. The ZIRB system works through the reversible oxidation and reduction processes of and . On charging, is oxidized and promotes the reduction of the reverse process occurs during its discharge. In this work, the BiVO4/V2O5 heterojunction was used as a photoanode to accompany the process of photoassisted battery charging. Under illumination, the stimulated photogenerated charges, at the electrode/electrolyte interface, promotes the oxidation of , thus dropping the charge potential. The structural and morphological characterization of the synthesized materials in the laboratory were performed with different techniques, namely X-ray diffraction, diffuse UVVis reflectance, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. The system efficiency was evaluated by voltammetry, chronopotentiometry and potentiostatic impedance. In order to simulate the sunlight spectrum, the photobattery was illuminated with an Xe light source. Charging the battery at a current density of 0.34 mA cm-2 , in dark conditions, required a potential of 2.43 V, whereas, under light, the potential for the same charge dropped by ~11.9%, reaching a specific load capacity of 500 mA h g -1 . The present results add to the technological development in the field of photoelectrochemistry to building water redox batteries, along with boosting further research and development on chemical storage of electricity generated from renewable energy sources.