ESTUDO ELETROQUÍMICO DE NANOCOMPÓSITOS FORMADOS DE V₂O₅ E POLI(ANILINA N-ÁCIDO PROPANO SULFÔNICO)

Fritz Huguenin (PG) e Roberto Manuel Torresi (PQ)

Instituto de Química de São Carlos – Universidade de São Paulo. Caixa Postal 780 – 13560-970 São Carlos (SP). Brasil

Palavras Chaves: Nanocompósito, Pentóxido de Vanádio, Poli(anilina N-ácido-propano sulfônico)

INTRODUÇÃO

O pentóxido de vanádio, V₂O₅, corresponde a uma classe de óxidos de metais de transição bastante empregada em baterias secundárias de lítio. No entanto, esse composto inorgânico ainda apresenta algumas limitações, como a sua baixa condutividade eletrônica e uma lenta difusão de intercalante na estrutura. No presente trabalho, foi estudado o nanocompósito formado de V₂O₅ e um polímero condutor eletrônico, a poli(anilina N-ácido propano sulfônico), PPSA [1]. A principal vantagem na utilização desse polímero se deve ao aumento na participação catiônica no processo de compensação de carga, otimizando a cinética do processo redox em razão do tamanho de Li⁺. Foram utilizadas as técnicas de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e difração de raio-X (XRD) visando a caracterização química dos materiais. E, por último, a capacidade específica foi determinada através de cronopotenciometria.

EXPERIMENTAL

V₂O₅ foi sintetizado de acordo com o método sol-gel. Especificamente, 0,2 mL de vanadil tris(isopropóxido)(Gelest) foi adicionado a 1,3 mL de etanol e, então, a 120 mL de água. O sistema foi aquecido em um banho térmico a 55°C a vácuo sob agitação por 4 horas. Depois, a amostra foi aquecida a 100°C por 2 horas. O nanocompósito de V₂O₅.nH₂O e PPSA foi produzido pela adição de anilina N-ácido propano sulfônico na solução sol-gel precursora do V₂O₅.nH₂O, seguindo, depois, o mesmo procedimento. Um tratamento pós-oxidativo do nanocompósito foi realizado adicionando 200 mL de 30% H₂O₂ (aquoso) diretamente à solução sol-gel precursora, imediatamente depois da preparação original.

Foram utilizados um espectrômetro BOMEN MB-102 , com uma resolução de 4 cm^-1, e um difratômetro Carl Zeiss URD-6, usando uma radiação monocromática Cu K_a. Os experimentos de cronopotenciometria foram obtidas a partir do Autolab PGSTAT30, utilizando um contra-eletrodo de platina, um eletrodo quasi-referência de Ag/Ag+, 0,5 M de LiClO₄ (Aldrich) em carbonato de propileno (Aldrich) como eletrólito, e as amostras, depositadas em uma placa de vidro dopado com SnO₂ e F, como eletrodo de trabalho. Nesse procedimento foi empregada uma corrente de 10 mA, entre 0,9 V e –1,5 V.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A figura 1, mostra os espectros de FTIR de V₂O₅.nH₂O (curva a) e de [PPSA]_0,15V₂O₅.nH₂O (curva b). Os picos posicionados abaixo de 1000 cm^-1 estão relacionados com as vibrações V-O, enquanto os picos localizados acima desse valor indicam a formação do polímero. Através dos dados de XRD, determinou-se um aumento na distância entre os planos 001 do V₂O₅, variando 1,18 nm para 1,35 nm , indicando a intercalação do polímero na estrutura do óxido.

Determinou-se a capacidade específica do V₂O₅.nH₂O (curva a), [PPSA]_0,15V₂O₅.nH₂O (curva b) e H₂O₂-[PPSA]_0,15V₂O₅.nH₂O (curva c), através das curvas mostradas na figura 2. A carga inserida no nanocompósito, observada na curva c, indica a participação efetiva do polímero na estrutura do óxido, influenciando no processo difusional e na condutividade do sistema [2], propiciando uma maximização na capacidade específica, a qual é superior à soma das capacidades dos materiais orgânico e inorgânico individualmente.

CONCLUSÕES

Ao se inserir PPSA entre os planos do V₂O₅, observou-se uma maximização na sua capacidade específica, atribuído ao aumento na porosidade, amorficidade, rugosidade e condutividade, possibilitando um acesso mais rápido dos íons intercalantes e uma maior disponibilidade dos centros ativos V(V) no interior do filme.

REFERÊNCIAS

[1] F. Huguenin, M. T. P. Gambardella, R. M. Torresi, S. I. C. de Torresi and D. A. Buttry, J. Eletrochem. Soc. (submetido).

[2] E. Shouji and D. Buttry, Langmuir 15 (1999) 669.

(FAPESP)