Com a crescente demanda energética e o esgotamento dos combustíveis fosseis, a busca de novos materiais e tecnologias de armazenamento de energia tornou-se fundamental. As baterias de íons lítio (BILs), utilizadas em eletroeletrônicos e veículos elétricos, possuem grande versatilidade de modo que o aprimoramento dessa tecnologia é o foco principal em muitas pesquisas na área de energia¹. As BILs são compostas por um eletrodo negativo, um eletrodo positivo e um separador polimérico embebido numa solução de íons lítio. Os materiais do eletrodo positivo limitam, frequentemente, a performance das BILs² e, portanto, são muito estudados. Assim, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da influência da funcionalização e do tamanho de partículas do material a base de carbono no desempenho de eletrodos positivos de LiMn₂O₄ para aplicação em BILs.

Nesse trabalho, foram preparados compósitos utilizando 75% de material ativo (MA) LiMn₂O₄ do tipo espinélio sintetizado em nosso laboratório, 5% de polímero aglutinante (PVDF) e 20 % de material a base de carbono. Foram estudados três diferentes materiais, a fim de aumentar o transporte eletrônico do eletrodo durante os processos redox: Vulcan de ~70 nm sem (VSTT) e com tratamento térmico (VCTT) à 800 ºC por 5 h em atmosfera inerte e o Black Pearl (BP) de ~15 nm. Preparou-se uma suspensão com 20 mg do compósito e 4,0 mL do solvente n-metil pirrolidona (NMP). A suspensão foi mantida sobre agitação por 5 h a temperatura ambiente até obtenção de uma tinta viscosa que foi aplicada por gotejamento em substrato de platina aquecido à 80ºC. Em seguida, manteve-se os eletrodos por 24 h em estufa à 120ºC para polimerização do PVDF que confere ao filme boa aderência ao substrato. Utilizou-se uma célula de 3 eletrodos cujo contra eletrodo era de platina, eletrodo de referência de calomelanos saturado e o eletrodo de trabalho os compósitos preparados. O eletrólito foi o LiClO₄ 1 mol L^-1 dissolvido em uma mistura de carbonato de etileno (EC) e carbonato de dimetileno (DMC) na proporção 2:1 (V/V) e a medida eletroquímica foi a de voltametria cíclica (VC). Todas as medidas foram feitas em duplicata.

Todas as tintas preparadas apresentaram aspecto viscoso e homogêneo, porém a tinta com BP foi a mais fácil de manusear, sendo a mais homogênea e aderente ao substrato. Além disso, o tempo de preparo do eletrodo e número de aplicações por gotejamento foi menor do que as tintas com VSTT e VCTT. Todos os eletrodos apresentaram perfis voltamétricos típicos do LiMn₂O₄, exibindo dois picos anódicos e dois catódicos. Nas VCs obtidas a uma velocidade de varredura de 0,1 mV s^-1, os valores médios de carga de redução específica foram 1,4 x 10² C g^-1; 1,1 x 10² C g^-1 e 1,5 x 10² C g^-1para o VSTT, VCTT e BP, respectivamente. Esses resultados indicam que o BP e o VSTT são materiais promissores para uso em eletrodos compósitos. Além disso, os eletrodos com o BP apresentaram maiores valores de carga de redução específica que os demais eletrodos mesmo com o aumento da velocidade de varredura, devendo ser o material para a continuidade deste trabalho.