Eletroquímica das baterias de íon-lítio

O Efeito de Tamanho Quântico descreve o fenômeno em que as propriedades eletrônicas e ópticas de um material mudam à medida que seu tamanho se aproxima da nanoescala. Quando as dimensões de um material se tornam comparáveis ​​ao comprimento de onda de De Broglie do elétron, ocorre o confinamento quântico. Isso quantiza os níveis de energia do elétron, levando a uma lacuna de banda dependente do tamanho, [latex]E_g(R) approx E_{g,bulk} + frac{hbar^2pi^2}{2R^2}(frac{1}{m_e^*} + frac{1}{m_h^*})[/latex].

A pressão de vapor de equilíbrio da água sobre uma superfície líquida no ar úmido ([latex]p^*_{H_2O,a}[/latex]) é ligeiramente maior que a pressão de vapor de equilíbrio sobre uma superfície de água pura ([latex]p^*_{H_2O}[/latex]). Essa diferença é quantificada pelo fator de intensificação do vapor de água, [latex]f_w[/latex], que depende da temperatura e da pressão do ar úmido. A relação é [latex]p^*_{H_2O,a} = f_w(T, p_{ms}) cdot p^*_{H_2O}[/latex].

Ímãs de terras raras são ímãs permanentes potentes feitos de ligas de elementos de terras raras. Desenvolvidos nas décadas de 1970 e 1980, os tipos mais comuns são os ímãs de neodímio (NdFeB) e os ímãs de samário-cobalto (SmCo). Eles são o tipo mais forte de ímãs permanentes disponíveis, produzindo campos magnéticos significativamente mais intensos do que os ímãs de ferrite ou alnico, o que permite a miniaturização e o melhor desempenho em diversas tecnologias. Nota: o termo "elemento de terra rara" é um equívoco histórico. Esses elementos não são excepcionalmente raros na crosta terrestre. O cério, o mais abundante, é o 25º elemento mais abundante, semelhante ao cobre. Mesmo o lutécio, a terra rara estável menos abundante, é quase 200 vezes mais comum do que o ouro. O rótulo "raro" surgiu porque esses elementos eram difíceis de separar.

O Índice de Brancura CIE é uma fórmula padronizada pela Comissão Internacional de Iluminação para quantificar a percepção de brancura. É calculado a partir dos valores triestímulo CIE (X, Y, Z) e das coordenadas cromáticas (x, y) da amostra e de uma fonte de iluminação de referência. A fórmula principal é [latex]W_{CIE} = Y + 800(x_n - x) + 1700(y_n - y)[/latex].

A auto-organização molecular é um processo "de baixo para cima", no qual as moléculas se organizam espontaneamente em estruturas ordenadas sem orientação externa. Esse fenômeno, impulsionado por interações não covalentes como ligações de hidrogênio, efeitos hidrofóbicos e forças de van der Waals, é fundamental em biologia (por exemplo, no enovelamento de proteínas e na formação de bicamadas lipídicas). Em biomateriais, ele é utilizado para criar materiais nanoestruturados complexos, como hidrogéis e nanofibras, para aplicações biomédicas.

A norma ISO 5725 define exatidão como a combinação de veracidade e precisão. Veracidade é a proximidade da média de uma grande série de medições ao valor de referência aceito, quantificando o erro sistemático ou viés. Precisão é a concordância entre um conjunto de resultados, quantificando o erro aleatório. Portanto, a exatidão requer tanto alta veracidade quanto alta precisão.

As baterias de íon-lítio funcionam por meio de um mecanismo de intercalação, uma inserção reversível de íons em um material hospedeiro em camadas. Durante a descarga, os íons de lítio (Li⁺) se desintercalam de um eletrodo negativo (ânodo), tipicamente grafite, e se movem através de um eletrólito não aquoso para se intercalarem em um eletrodo positivo (cátodo), tipicamente um óxido metálico. Os elétrons viajam pelo circuito externo, criando corrente.

A Profundidade de Descarga (DoD) indica a porcentagem da capacidade de uma bateria que foi descarregada. É o inverso do Estado de Carga (SoC), onde 100% de DoD significa que a bateria está completamente descarregada. A vida útil de uma bateria depende muito da sua DoD média; ciclos com DoD mais baixa (por exemplo, descarregar até apenas 80% da capacidade) aumentam significativamente o número de ciclos que uma bateria pode suportar.

As leis de escala dos MEMS descrevem como as forças e propriedades físicas mudam à medida que as dimensões do dispositivo diminuem para a microescala. Ao contrário do mundo macroscópico, dominado pela gravidade e inércia, os microdomínios são governados por forças de superfície, como tensão superficial, viscosidade e forças eletrostáticas. Por exemplo, a força gravitacional escala com o volume ([latex]L^3[/latex]), enquanto a força eletrostática escala com a área ([latex]L^2[/latex]), tornando-se relativamente mais forte em tamanhos menores.

Os ímãs de neodímio são o tipo mais forte de ímã permanente disponível comercialmente. São uma liga ternária de neodímio, ferro e boro, com a fórmula estequiométrica Nd₂Fe₁₄B. Sua imensa força magnética resulta da alta anisotropia magnética e magnetização de saturação do material, derivadas de sua estrutura cristalina tetragonal. No entanto, são frágeis, suscetíveis à corrosão e possuem uma baixa temperatura de Curie.

Um transistor de elétron único (SET, na sigla em inglês) é um dispositivo de comutação que utiliza o tunelamento controlado de elétrons para manipular o fluxo de elétrons individuais. Ele consiste em um ponto quântico (a "ilha") acoplado aos terminais de fonte e dreno por meio de junções de tunelamento e acoplado capacitivamente a um eletrodo de porta. Seu funcionamento se baseia no efeito de bloqueio de Coulomb, permitindo extrema sensibilidade e baixo consumo de energia.

Em 1986, Georg Bednorz e K. Alex Müller descobriram a supercondutividade em um material cerâmico, uma perovskita cuprato à base de lantânio, a uma temperatura crítica de aproximadamente 35 K. Isso era significativamente superior ao recorde de aproximadamente 23 K para supercondutores convencionais na época e quebrou a crença de que a supercondutividade estava restrita a temperaturas muito mais baixas, inaugurando o campo da supercondutividade de alta temperatura.

Os nanotubos de carbono (CNTs) são moléculas cilíndricas formadas por folhas enroladas de átomos de carbono de camada única (grafeno). Podem ser de parede simples (SWCNTs) ou de paredes múltiplas (MWCNTs). Suas propriedades são extraordinárias, incluindo resistência à tração excepcional (~100 GPa), alta condutividade elétrica e alta condutividade térmica. Seu comportamento eletrônico (metálico ou semicondutor) depende de sua quiralidade, ou seja, do ângulo de enrolamento da rede de grafeno.

As estruturas metalorgânicas (MOFs) são materiais porosos cristalinos construídos a partir de nós contendo metal (unidades de construção secundárias, SBUs) e ligantes orgânicos, conhecidos como conectores. Esses componentes se auto-organizam em polímeros de coordenação estendidos, unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais. A escolha do metal e do conector determina a topologia, o tamanho dos poros e a funcionalidade química da estrutura resultante, permitindo um alto grau de ajuste para aplicações específicas.