ESTUDO MATEMÁTICO E COMPUTACIONAL DOS PROCESSOS DIFUSIONAIS NO FENÔMENO ELETROCRÔMICO

Resumo

Um material eletrocrômico é caracterizado pelas mudanças reversíveis das propriedades ópticas e de cor pela ação de corrente ou potencial elétrico. As aplicações desses materiais são diversas. Diante disso, estudos sobre as causas dos fenômenos eletrocrômicos são muito relevantes. Nesse contexto, sustenta-se a hipótese de que a difusão de íons é o processo com maior impacto no fenômeno do eletrocromismo, sendo sua causa direta. O presente trabalho tem por objetivo estudar as propriedades físicas e eletroquímicas relevantes ao processo de difusão de íons nos fenômenos eletrocrômicos, especificamente em filmes finos de WO3. Para executar este estudo, o trabalho foi dividido em uma fase experimental e outra computacional, de modo que os resultados dessas etapas são analisados comparativamente. Os materiais e métodos são utilizados conforme rotas reconhecidas na literatura. A obtenção dos filmes foi realizada pelo processo sol-gel. Foram utilizadas diferentes velocidades para a imersão e emersão segundo a técnica de dip-coating, assim como temperaturas para o tratamento térmico, a fim de se realizar um estudo quanto a influência dessas propriedades. Para a caracterização eletroquímica dos filmes empregou-se as técnicas de voltametria cíclica, cronocoulometria e cronoamperometria. Obteve-se valores maiores para os perfis de densidade de cargas nos filmes com velocidade de deposição de 120mm/s, duas camadas e tempo de tratamento de 2h. Posteriormente, a caracterização ótica, pela técnica de espectroscopia, será realizada simultaneamente à técnica de cronopotenciometria. Desta maneira, será possível obter-se resultados inéditos relacionando a eletroinserção de cargas à modificação das propriedades óticas nos filmes eletrocrômicos. O modelo matemático e o código computacional desenvolvidos neste trabalho foram então validados por intermédio da comparação com os resultados experimentais. Concluiu-se que a análise computacional é efetiva e extremamente proveitosa, uma vez que permite obter, com pouco esforço, resultados para sistemas que iriam impuser grande dificuldade a investigação puramente experimental. Portanto, a construção do modelo matemático e computacional, serve como base para conclusões importantes quanto ao efeito de diferentes propriedades físicas e eletroquímicas, embasando recomendações quanto à melhoria do desempenho de dispositivos eletrocrômicos. Espera-se, portanto, que seja fornecida uma nova e aprimorada compreensão quanto ao impacto da difusão de íons de lítio, promovendo um impacto positivo com potencial para se estender ao estudo de diferentes materiais e dispositivos, como baterias e células solares.