Electroquímica e Energia

Objetivos

Apreensão dos conceitos fundamentais das reacções electroquímicas, incluindo os principais parâmetros termodinâmicos e cinéticos. Identificação e caracterização dos principais tipos de células electroquímicas para armazenagem de energia. Os estudantes terão adquirido a capacidade de: - descrever os parâmetros básicos relevantes para os equipamentos electroquímicos, incluindo baterias e células de combustível. - calcular a eficiência de armazenagem e os parâmetros fundamentais no controlo da qualidade e a eficiência de uma bateria.

Programa

Introdução. Relevância de tema. Fundamentos de Electroquímica. Reacções de eléctrodo vs. reacções redox. Células galvânicas e células electrolíticas. Termodinâmica. Variação de energia livre e força electromotriz. A série elctroquímica. Cinética de um processo de electrodo; equação de Butler-Vomer e equação de Tafel. Lei de Faraday. Electroquímica dos materiais; corrosão electroquímica. Baterias; baterias primárias e secundárias. Fundamentos e Parâmetros relevantes. Exemplos de baterias comerciais. Ciclos de carga- descarga. Eficiência de armazenagem e auto-descarga. Células de combustível, fundamentos e tecnologias. Células de ácido fosfórico, de carbonato fundido, de óxido sólido e alcalinas. Outras células para armazenagem: células redox de fluxos. Armazenagem de hidrogénio.

Pré Requisitos

Noções básicas de Química (a nível de licenciatura em qualquer área científica).

Competências Transversais

Comunicação e organização: os estudantes deverão preparar e fazer uma apresentação da sua monografia (em 15 -18 min), seguida de discussão (10 min). A gestão do tempo, boa comunicação e apresentação atractiva são consideradas, bem como a capacidade de discutir abertamente o tema e o seu próprio trabalho. O nível da apresentação é determinante na nota final (cerca de 1/3 da nota da monografia, M). Autonomia e planeamento: os estudantes deverão ser autónomos na pesquisa bibliográfica no âmbito da monografia, o que é essencial porque todos os trabalhos são diferentes. Contribui com 10% para a avaliação global.

Componente Laboratorial

Cada grupo de 2 (max 3) alunos deverá desenvolver um pequeno projecto laboratorial, de entre os propostos pelo corpo docente. Trabalho a realizar em 3-4 sessões, distribuidas ao longo do semestre ou concentradas no tempo. Datas a acordar com o corpo docente. Os projectos serão focados num dos temas das aulas. Exemplos: - Caracterização de uma bateria recarregável (ião litio, Zn- AgO ou Pb-ácido), usando técnicas electroquímicas clássicas tais como polarização potenciodinâmica, ciclos de carga/descarga; determinação da capacidade e/ou da eficiência de armazenagem e do estado de carga. - Caracterização de uma célula primária (litio metálico ou outra). - Prática experimental de uma técnica electroquímica específica. - Desenvolvimento e caracterização de uma célula electroquímica artesanal. - Aprendizagem de ciência da corrosão usando técnicas electroquímicas avançadas.

Componente de Programação

- Modelação de uma bateria usando software adequado (Matlab/ Simulink ou equivalente). Trabalho a ser desenvolvido por grupos de 2 estudantes. - Computação básica, para tratamento de dados e apresentação de trabalhos.

Princípios Éticos

Todos os membros de um grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação todo o aluno deve divulgar qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa avaliação oral, todo o aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.