Semicondutores heteroestruturados de BiVO4/V2O5 como fotoanodo para baterias aquosas de zinco-iodo

Abstract

O desenvolvimento de dispositivos capazes de armazenar energia vem, gradualmente, se tornando tema de relevância notável para a sociedade atual. As baterias redox são alternativas interessantes, sobretudo na construção de sistemas químicos potenciais para a conversão em eletricidade. Mais especificamente, as baterias aquosas redox de zinco-iodo (ZIRB) têm relativamente baixo custo, alta estabilidade química, segurança ao manuseio e pode ser concebível em projeto tecnológico ambientalmente amigável. O sistema das ZIRBs funciona através dos processos reversíveis de oxidação e redução das espécies Znº /Zn(OH)²-4 e I-/I-3. Durante a carga, o ânion I- é oxidado e promove a redução do Zn(OH)²-4; o processo reverso ocorre durante a descarga elétrica. Neste trabalho, a heterojunção BiVO4/V2O5 foi empregada como fotoanodo, para governar o processo de carga fotoassistida da bateria. Sob iluminação, as cargas fotogeradas induzem a oxidação do I- na interface eletrodo/eletrólito, proporcionando a queda de potencial da carga. As estruturas e as morfologias dos materiais sintetizados foram determinadas por difratometria de raios X, reflectância difusa UV-Vis, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura. O desempenho da carga do sistema foi monitorado por voltametria, cronopotenciometria e impedância potenciostática. A fim de simular a excitação energética do espectro pela luz solar, a iluminação da fotobateria foi irradiada com luz de Xe. O carregamento da bateria com a densidade de corrente de 0,34 mA cm-², realizado no escuro, demandou um potencial de 2,43 V, ao passo que ocorreu redução de ~11,9% do potencial para a mesma carga sob luz, alcançando uma capacidade especifica de carga de 500 mA h g-¹. Os presentes resultados da fotoeletroquímica contribuem substantivamente ao desenvolvimento tecnológico e a novos estudos fundamentais sobre sistemas baseados na estocagem química de eletricidade, destinados a sistemas geradores renováveis de energia.