Desenvolvimento e caracterização de membranas PVDF HFP/LiClO4 para aplicações em eletrólitos de estado sólido

dc.contributor.advisor1Ruiz, Yurimiler Leyet
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8018824878841214eng
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5774-5391eng
dc.contributor.advisor2Dominguez, Lianet Aguilera
dc.contributor.advisor2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9985637983794180eng
dc.contributor.advisor2orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6836-1916eng
dc.contributor.referee1Zayas, Fidel Guerrero
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9977494986476816eng
dc.contributor.referee2Silva, Ronaldo Santos da
dc.creatorSantos, Rodrigo Lavareda
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7968936956184966eng
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0001-4371-7613eng
dc.date.issued2026-07-20
dc.description.abstractThis work aims at the preparation, characterization, and analysis of PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)) films doped with lithium perchlorate (LiClO₄) at different concentrations (0%, 2.5%, 5%, 7.5%, 10%, and 12.5% relative to PVDF HFP). Doping with LiClO₄ aims to improve the ionic conductivity of the material, making it potentially suitable for applications in electrochemical devices such as batteries and supercapacitors. PVDF-HFP offers several advantages, such as good flexibility, high thermal stability, and chemical resistance, in addition to good processability, which make it an ideal material for solid-state batteries and other energy storage systems. Its semicrystalline structure and polymeric characteristics allow good control over ionic conductivity, especially when doped with compounds such as LiClO₄, which enhances the electrochemical properties and broadens its applicability in high-performance devices. The films were characterized by means of several analytical techniques: X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), mechanical tensile testing, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and electrical impedance spectroscopy (EIS). XRD analysis was used to investigate the crystalline structure of the films and the formation of the β-phase, associated with improved piezoelectric and conductivity properties. FTIR enabled the analysis of the chemical bonds and interactions between PVDF-HFP and LiClO₄, providing important information about the doping mechanisms and the resulting structural modifications. EIS provided quantitative information on the conductivity of the films; the sample with 7.5% LiClO₄ exhibited the best performance, with the lowest resistance, on the order of 2.0×10⁴ Ω, making it suitable for solid-state battery applications. The thermal analyses (TGA and DSC) demonstrated the high thermal stability of the membranes, with the main decomposition above 450 °C, and indicated that the sample with 7.5% LiClO₄ has the lowest crystallinity of the series, in agreement with its superior conductive performance. The tensile tests revealed that LiClO₄ reduces the stiffness and increases the flexibility of the membranes, with the 7.5% composition also providing the best compromise between mechanical strength and flexibility. These analyses allowed a comprehensive evaluation of the behavior of LiClO₄-doped PVDF-HFP, highlighting its physical, mechanical, and electrical properties for use in advanced electrochemical devices.eng
dc.description.resumoEste trabalho tem como objetivo a preparação, caracterização e análise de filmes de PVDF-HFP (poli(fluoreto de vinilideno-co-hexafluoropropileno)) dopados com perclorato de lítio (LiClO₄) em diferentes concentrações (0%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10% e 12,5% em relação ao PVDF-HFP). A dopagem com LiClO₄ visa melhorar as propriedades de condutividade iônica do material, tornando-o potencialmente adequado para aplicações em dispositivos eletroquímicos, como baterias e supercapacitores. O PVDF-HFP apresenta diversas vantagens, como boa flexibilidade, alta estabilidade térmica e resistência química, além de boa processabilidade, que o tornam um material ideal para aplicações em baterias de estado sólido e outros sistemas de armazenamento de energia. Sua estrutura semicristalina e suas características poliméricas permitem um bom controle sobre a condutividade iônica, especialmente quando dopado com compostos como o LiClO₄, que melhora as propriedades eletroquímicas e amplia a aplicabilidade em dispositivos de alto desempenho. A caracterização dos filmes foi realizada por meio de diversas técnicas analíticas: difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaio mecânico de tração, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de impedância complexa (EIC). A análise por DRX foi utilizada para investigar a estrutura cristalina dos filmes e a formação da fase β, associada a melhores propriedades piezoelétricas e de condutividade. O FTIR permitiu a análise das ligações químicas e das interações entre o PVDF-HFP e o LiClO₄, fornecendo informações importantes sobre os mecanismos de dopagem e as modificações estruturais resultantes. A EIC forneceu informações quantitativas sobre a resistência elétrica dos filmes, observando-se que a amostra AM4 (7,5%) apresentou o melhor desempenho, com a menor resistência, da ordem de 8,9×10⁴ Ω, o que a torna adequada para aplicações em baterias de estado sólido. As análises térmicas por TGA e DSC demonstraram a elevada estabilidade térmica das membranas, com decomposição principal acima de 450 °C, e a difração de raios X (DRX) indicou a redução da cristalinidade das membranas com a incorporação do LiClO₄, condição que favorece o transporte iônico. Os ensaios de tração revelaram que o LiClO₄ reduz a rigidez e aumenta a flexibilidade das membranas, sendo a composição de 7,5% também a de melhor compromisso entre resistência mecânica e flexibilidade. Essas análises permitiram avaliar de forma abrangente o comportamento do PVDF-HFP dopado com LiClO₄, destacando suas propriedades físicas, mecânicas e elétricas para uso em dispositivos eletroquímicos avançados.eng
dc.description.sponsorshipFAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonaseng
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superioreng
dc.formatapplication/pdf*
dc.identifier.citationSANTOS, Rodrigo Lavareda dos. Desenvolvimento e caracterização de membranas PVDF HFP/LiClO4 para aplicações em eletrólitos de estado sólido. 2026. 49 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2026.eng
dc.identifier.urihttps://tede.ufam.edu.br/handle/tede/12067
dc.languageporeng
dc.publisherUniversidade Federal do Amazonaseng
dc.publisher.countryBrasileng
dc.publisher.departmentFaculdade de Tecnologiaeng
dc.publisher.initialsUFAMeng
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiaiseng
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/por
dc.subjectPVDF-HFPpor
dc.subjectPerclorato de Lítiopor
dc.subjectEletrólitos de estado sólidopor
dc.subjectBateriaspor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRAeng
dc.thumbnail.urlhttps://tede.ufam.edu.br/retrieve/98896/12067.%20DISS._RodrigoSantos_PPGCEM.pdf.jpg*
dc.titleDesenvolvimento e caracterização de membranas PVDF HFP/LiClO4 para aplicações em eletrólitos de estado sólidoeng
dc.typeDissertaçãoeng

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