Caracterização de baterias de níquel hidreto metálico e de íon-lítio de telefone celular

• Main Author: Ricardo Floriano
• Other Authors: Jair Scarminio .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina.Centro de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Física. 2009
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000148698

O tema central deste trabalho é um estudo sobre as alterações estruturais e morfológicas observadas nos eletrodos de baterias descartada de telefone celular dos tipos níquel-hidreto metálico (Ni-HM) e íon-lítio, em função do estado de carga das baterias. Medidas de difração de raios-X seguidas do refinamento pelo método Rietveld mostraram que o catodo da bateria de Ni-HM no estado carregado é formado pelo composto β-NiOOH e pelo composto β-Ni(OH)2 quando no estado descarregado, ambos de estrutura hexagonal. Foi observada ainda a presença do composto K9Ni2O7 em todos os catodos estudados. O anodo destas baterias é formado pela liga LaNi5 de estrutura hexagonal e foi observada a presença do composto La(OH)3. Micrografias MEV revelaram grãos lisos para o catodo carregado e grão corrugados para o catodo descarregado. As análises de raios-X mostraram que os catodos das baterias de íon-lítio estudadas são formados pelo óxido de cobalto litiado. Observou-se que o catodo descarregado de baterias novas (alta capacidade de carga) tem a composição Li1CoO2 e estrutura cristalina hexagonal (Fase I), enquanto que o catodo carregado tem a composição Li0,5CoO2 e estrutura monoclínica (Fase III). Observou-se que catodo descarregado das baterias descartadas estudadas é formado pela coexistência da Fase I e uma fase hexagonal modificada, identificada por um aumento no parâmetro de rede c (Fase II). Já no estado carregado o catodo da bateria descartada é encontrado na Fase II única. Estes resultados junto com curvas de descarga destas baterias indicam que com a contínua ciclagem das baterias, os catodos vão irreversivelmente alterando suas estruturas cristalinas entre os estados carregado e descarregado. Verificou-se que o anodo é formado por grafite cristalino de estrutura hexagonal. A micrografia da superfície dos catodos descarregados da bateria descartada mostrou a formação de uma película sobre ela, o que não foi observado nos catodos das baterias novas. As micrografias MEV do anodo da bateria descartada mostraram grãos fragmentados enquanto que no da bateria nova observou-se grãos cristalinos planos e íntegros. Difratogramas de raios-X destes últimos anodos confirmam a formação de grãos bem cristalizados. === The main subject of this work is a study on structural and morphologic changes in electrodes of discarded nickel hydride and lithium-ion cell phone batteries, as function of their state of charge. X-ray diffraction measurements followed by the Rietveld refinement method showed that the charged cathodes of the Ni-MH batteries are composed by the β-NiOOH compound and by the compound β-Ni(OH)2 when in the discharged state, both having a hexagonal structure. It was also observed the presence of the K9Ni2O7 compound in all analysed cathodes. The anode of these batteries is composed by the LaNi5 allow with hexagonal structure and the presence of La(OH)3 compound was revelled in this electrode. MEV micrographies evinced smooth grains for the charged cathode and corrugated grains for the discharged cathode. X-ray analysis showed that the cathodes of the lithium-ion batteries are composed by lithium cobalt dioxide. For fresh ion-lithium batteries (high charge capacity) the discharged cathode has the composition Li1.0CoO2 and a hexagonal crystalline structure (Phase I), while a monoclinic structure and the Li0.5CoO2 composition were deduced for the charged cathode (Phase III). For the discarded batteries the coexistence of two phases was observed in the discharged cathodes, composed by the phase I and a modified hexagonal phase (Phase II), distinguished from phase I by an increased c lattice parameter. When charged these cathodes presented the single Phase II. These results together with electrochemical discharge curves show that under continuous cycling the cathode crystalline structure changes irreversibly between the charged and discharged states. The anode of these batteries was identified by X-ray analysis as hexagonal crystalline graphite. MEV micrographies in the cathodes of discarded ion-lithium batteries showed a coating covering its surface that was not observed in the cathodes of fresh batteries. Scraped grains were observed in the MEV micrographies of the discarded battery anodes whereas plane and very defined grains were view in the micrographies for the fresh battery anodes. For these latter anodes X-ray diffractograms confirmed the formation of well crystallized graphite grains.