Simulações computacionais de eletrólitos em interfaces

Abstract

In this work the molecular dynamics, which is a computational simulation method, is used for the study of electrical, structural and dynamics properties of electrolytes for lithium and / or supercapacitor batteries. The electrolytes formed by ionic liquid and polymer were simulated at the interface with a flat electrode model, ionic liquid (IL), P(EO)7,8-IL, P(EO)15,6-IL e P(EO)15,6-Li+ -IL at different densities of charges, 0 q/nm2 , 0,25 q/nm2, 0,5 q/nm2 , 0,75 q/nm2 and 1,0 q/nm2 . The potential drop were calculated and assisted the analysis of the differential capacitances, being possible to observe the effect of the polymer poly (ethylene oxide) that acted like solvent, causing the decrease of the overscreening in relation to the system composed only by ionic liquid [EMIm]-[TFSI]. In this way, it was possible to calculate the differential capacitances that were also calculated for the different systems, noting that the increase in the number of molecules of PEO influences the decrease of the differential capacitances for each of the systems, such as the P(EO)15,6-IL, which has the highest amount of polymer PEO, had the lowest differential capacitance (3.4 on the positive electrode and 2.9 on the negative electrode) in relation to the other systems studied. In the case of batteries, the values obtained for the lithium ion to adsorb on the surface of the negative electrode is between 3,66V ~ 5,74V.

Neste trabalho é utilizado o método de simulação computacional de dinâmica molecular clássica, para o estudo de propriedades elétricas, estruturais e dinâmicas de eletrólitos para baterias de lítio e/ou supercapacitores. Os eletrólitos formados por líquido iônico e polímero foram simulados na interface com um modelo de eletrodo plano de grafeno. Propriedades estruturais, por exemplo, perfis de densidade na interface que possibilitaram a observação da organização das moléculas dos diferentes sistemas e a adsorção dessas moléculas dos na interface dos eletrodos. As simulações computacionais foram realizadas para os sistemas compostos por líquido Iônico (IL), P(EO)7,8-IL, P(EO)15,6-IL e P(EO)15,6-Li+ -IL, em diferentes densidades de carga 0 q/nm2 , 0,25 q/nm2 , 0,5 q/nm2 , 0,75 q/nm2 e 1,0 q/nm2 . As quedas de potenciais foram calculadas e auxiliaram a análise das capacitâncias diferenciais, sendo possível observar o efeito do polímero poli (oxietileno) que atuou como solvente, causando a diminuição do overscreening em relação ao sistema composto somente por líquido iônico [EMIm]-[TFSI]. Dessa forma, foi possível o cálculo das capacitâncias diferenciais que também foram calculadas para os diferentes sistemas, observando que o aumento da quantidade de moléculas do PEO influencia na diminuição das capacitâncias diferenciais para cada um dos sistemas, como, por exemplo, o sistema P(EO)15,6-IL que possui em sua composição maior quantidade de polímero PEO, teve a menor capacitância diferencial (3,4 no eletrodo positivo e 2,9 no eletrodo negativo) em relação aos demais sistemas estudados. No caso das baterias os valores obtidos para que o íon lítio consiga adsorver-se na superfície do eletrodo negativo está entre 3,66V~5,74V.