Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-05-11T22:51:17Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ ETIMÓGENES DUARTE SEGUNDO – TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3042948 bytes, checksum: e0c377da642dbbf1ba0a1022f463d9de (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-11T22:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ ETIMÓGENES DUARTE SEGUNDO – TESE (PPGEQ) 2017.pdf: 3042948 bytes, checksum: e0c377da642dbbf1ba0a1022f463d9de (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Para satisfazer aplicações industriais e o crescente consumo de combustíveis fósseis, têm-se realizado várias pesquisas sobre o desenvolvimento de materiais e tecnologias para o armazenamento de energia de forma sustentável e renovável. O grafeno é um material que despertou interesse de estudos recentes devido às suas excelentes propriedades físico-químicas, mecânicas, térmicas, elétricas e ópticas. Em uma bateria de íons de lítio, o grafeno supera as limitações de capacidade do grafite, comumente usado como material anódico. Neste trabalho, estudou-se o uso de monocamada de grafeno como ânodo em uma bateria de íons de lítio para verificar a influência da densidade de corrente e da composição do eletrólito no desempenho eletroquímico do material. A densidade de corrente foi aplicada em três níveis diferentes: 3, 5 e 10 μA/cm2. O eletrólito testado foi LiPF6 1M em etilenocarbonato/dietilcarbonato (50/50v) (EC-DEC), etilmetilcarbonato (EMC) ou propilenocarbonato (PC). As análises de microscopia de força atômica e Raman exibiram uma monocamada de grafeno uniforme sobre a superfície do substrato. Os espectros de impedância eletroquímica da célula descarregada foram analisados para investigar a cinética do processo de eletrodo nos diferentes eletrólitos. Os resultados mostraram um processo controlado pela transferência de carga, mas com grande contribuição da difusão de íons de lítio. Na caracterização eletroquímica, os melhores resultados foram obtidos para o eletrólito EC-DEC. A capacidade irreversível no 1º ciclo variou de 11,39 a 77,47%, em função da densidade de corrente aplicada, e maior capacidade de descarga foi de 21 575 mAh/g, para 3 μA/cm2. Com a aplicação dessa mesma densidade de corrente, a eficiência coulômbica média foi de 67,12% e a capacidade de descarga sofreu redução de 87,90%, ao longo de 20 ciclos. Os resultados obtidos confirmaram o grande potencial do grafeno para aplicação em sistemas de armazenamento de energia. / To satisfy industrial applications and the growing consumption of fossil fuels, researches have been performed on the development of materials and technologies for energy storage in a renewable and sustainable way. Graphene is a material that has interested recent studies due to its excellent physical-chemical, mechanical, thermal, electrical and optical properties. In a lithium-ion battery, graphene overcomes the capacity limitations of graphite, commonly used as anode material. In this work, monolayer graphene using as anode was studied in a lithium-ion battery to verify the influence of current density and electrolyte composition on the electrochemical performance of electrode material. Current density was applied in three different levels: 3, 5 and 10 μA/cm2. The electrolyte tested was LiPF6 1M in ethylene carbonate/diethyl carbonate (50/50v) (EC-DEC), ethyl methyl carbonate (EMC) or propylene carbonate (PC). AFM and Raman microscopy analysis exhibited a uniform monolayer graphene over substrate surface. The EIS spectra of discharged cell were analyzed to investigate the kinetics of electrode process in different electrolytes. Results showed a process controlled by charge transfer but with great contribution of lithium-ion diffusion in case of EC-DEC solvent. Irreversible capacity in the 1st cycle ranged from 11.39 to 77.47%, as function of applied current density, and the highest discharge capacity was 21,575 mAh/g, for 3 μA/cm2. With application of this current density value, the average coulombic efficiency was 67.12% and the discharge capacity was reduced by 87.90% over 20 cycles. Results confirmed the great potential of graphene for application in energy storage systems.

This diploma thesis deals with lithium-ion batteries. It is focused on negative electrode on grafit based. The goal of this thesis is to show the problematics of lithium-ion batteries together with possibilities for improvement of their basic parametres as capacity and current elektricity loadability. The first part is focused on the description of functionality of lithiumion battery. The second part is practical and it is focused on production of negative electrodes from natural graphite 280H which has different thickness and compression pressure. The third part describes preparation of negative electrodes from natural graphite 280H and also includes results of measurement. In the last part are different types of negative electrodes from natural graphite 280H compared and evaluated including the determination of conclusions. This comparison and evaluation based on obtained data.