Os resultados de voltametria e transmitância monocromática são mostrados à seguir . Como pode ser observado, o efeito dos aditivos é variado.
ESTUDO ESPECTROELETROQUÍMICO DO EFEITO DE ADITIVOS SOBRE AS REAÇÕES DO ELETRODO DE HIDRÓXIDO DE NÍQUEL
Kellie Provazi Souza1(PG), Susana I. Córdoba de Torresi1(PQ), M. Janete Giz2(PQ)
Instituto de Química,
Universidade de São Paulo
Instituto de Química de São
Carlos, São Carlos, Universidade de São Paulo
Palavras-chave: Hidróxido de níquel, espectroeletroquímica, aditivos
INTRODUÇÃO
O eletrodo de hidróxido de níquel é utilizado como principal componente ativo do eletrodo positivo na maior parte das pilhas alcalinas como Ni/Cd, Ni/Zn, Ni/Fe, Ni/H2. Esses acumuladores possuem características específicas e apresentam variadas aplicações como: satélites geostacionários, alimentação de recarga de computadores, aparelhos portáteis “sem fio”, e num futuro próximo veículos elétricos.
Quanto ao comportamento eletrocrômico, os óxidos de níquel tem a propriedade de mudar de cor de transparente à marrom intenso pela passagem de corrente elétrica. Devido a essa propriedade, os óxidos de níquel são bastante empregados em dispositivos eletrocrômicos.
O objetivo do presente trabalho é o estudo do efeito de aditivos como Co(OH)2, Cd(OH)2 e Zn(OH)2 nas propriedades eletroquímicas e eletrocrômicas do eletrodo de hidróxido de níquel.1,2
Primeiramente os substratos de vidro recobertos com SnO2 (30W/), foram pre-tratados por polarização anódica aplicando-se 2 mA.cm-2 durante 10 s em uma solução de NaOH 1 mol.l-1.
Os filmes de Ni(OH)2 foram depositados sobre esses substratos pelo processo de precipitação catódica galvanostática a partir de uma solução de Ni(NO3)2 0,01 mol.l-1 puro ou com aditivo M(NO3)2 (M= Cd, Co ou Zn) em 5 ou 10% permanecendo a concentração de níquel inalterada. Os filmes foram depositados aplicando-se uma corrente de –0,1 mA.cm-2 durante 200 s, o que corresponde a uma carga de aproximadamente 20 mC.cm-2. Este mecanismo de precipitação causa um aumento do pH interfacial, e há a eletro-redução de íons NO3- para íons NH4+ precipitando preferencialmente a-Ni(OH)2.
Os eletrodos de trabalho foram colocados numa cela de três eletrodos contendo KOH 1 mol.l-1 ou LiOH 1 mol.l-1 como eletrólitos. Um fio de platina foi utilizado como contra eletrodo e o eletrodo de referência é o de calomelano saturado (ECS).
As medidas espectroeletroquímicas foram realizadas no potenciostato Autolab PGSTAT 30 (Ecochemie) acoplado a um espectrofotômetro HP 8453 para medidas espectrais.
Os filmes foram dissolvidos em ácido nítrico e a quantidade de aditivo presente no filme foi determinada através de estudos por ICP-AES num Espectrômetro de Emissão Atômica com Plasma de Argônio Flame.
A morfologia dos eletrodos foi analisada por Microscopia de Força Atômica.
Os
resultados de voltametria e transmitância monocromática
são mostrados à seguir . Como pode ser observado, o
efeito dos aditivos é variado.
A figura 1A mostra os voltamogramas obtidos com quatro eletrodos diferentes Ni(OH)2 puro, com 10% de Cd(OH)2, Co(OH)2 ou Zn(OH)2, todos em solução de KOH 1 mol.l-1 como eletrólito. Todos os aditivos são benéficos pois deslocam o pico de oxidação para potenciais menos positivos, sendo que o cobalto é o que possui melhor resposta, seguido do zinco e do cádmio.
Na figura 1B são mostradas as variações de transmitância que foram medidas simultaneamente com os voltamogramas. Pode-se concluir que o efeito do Cd(OH)2 como aditivo melhora o contraste óptico em relação ao eletrodo de Ni(OH)2 puro, já a presença de 10% de Co(OH)2 ou Zn(OH)2 diminui o contraste óptico do eletrodo de Ni(OH)2; estudos com 5% de aditivo mostraram respostas diferentes, que serão discutidas no trabalho.
Espectros de absorção obtidos confirmam essas respostas.
Estudos por ICP-AES mostraram que o zinco precipita seletivamente com relação ao níquel, o que causa uma diminuição de carga elétrica no compósito Ni(OH)2 / Zn(OH)2.
Resultados obtidos por Microscopia de Força Atômica indicam que a morfologia do filme varia de acordo com o aditivo utilizado, sendo que a presença de zinco é a que modifica em maior grau a estrutura do Ni(OH)2.
Os aditivos tem a propriedade de melhorar a resposta eletroquímica dos eletrodos de hidróxido de níquel. Quanto a resposta eletrocrômica, a presença de 5% de Zn(OH)2 causa uma melhora no contraste óptico assim como a presença de 10% de Cd(OH)2. As concentrações de Co(OH)2 estudadas indicaram uma diminuição no contraste óptico em relação ao eletrodo de Ni(OH)2 puro.
1 D.H.Fritts, J. Electrochem. Soc. 129 (1982) 118.
2 H.H.Law, J. Sapjeta, J. Electrochem. Soc. 136 (1989) 1653.