Curso de Células Eletroquímicas

Aula 1 • Componentes Principais das Células Eletroquímicas

Apresenta elétrodos, eletrólitos e separadores como os blocos de construção físicos de todas as células eletroquímicas. Explica como cada componente permite o fluxo de iões e eletrões.

Aula 2 • Estrutura Atómica e Transferência de Eletrões

Aborda orbitais atómicas, eletrões de valência e estados de oxidação como pré-requisitos para a eletroquímica. Estabelece a ligação entre o movimento de eletrões e a alteração química.

Aula 3 • Células Galvânicas vs. Células Eletrolíticas

Distingue células galvânicas espontâneas de células eletrolíticas forçadas usando critérios termodinâmicos. Fornece um quadro de classificação utilizado ao longo do curso.

Aula 4 • Fundamentos de Oxidação e Redução

Define oxidação e redução em termos de ganho e perda de eletrões. Conecta conceitos redox à libertação e armazenamento de energia em sistemas eletroquímicos.

Aula 1 • Entropia, Entalpia e Trabalho Eletroquímico

Examina como as contribuições de entalpia e entropia determinam o trabalho elétrico máximo. Destaca a dependência da temperatura no desempenho da célula.

Aula 2 • A Equação de Nernst

Deriva e aplica a equação de Nernst para calcular o potencial de célula em condições não padrão. Demonstra como a concentração e a temperatura alteram a tensão de saída.

Aula 3 • Atividade, Fugacidade e Sistemas Reais

Introduz coeficientes de atividade e fugacidade para ter em conta o comportamento não ideal em eletrólitos reais. Ponte entre modelos termodinâmicos ideais e medições práticas de células.

Aula 4 • Energia Livre de Gibbs e Potencial de Célula

Deriva a relação entre a variação da energia livre de Gibbs e o potencial de célula padrão. Conecta a espontaneidade termodinâmica à tensão de saída mensurável.

Aula 1 • Dissociação Iónica e Solvatação

Explica como os sais se dissociam e os iões são solvatados em solução, determinando a força do eletrólito. Conecta a energia de solvatação à mobilidade iónica e à condutividade.

Aula 2 • Mobilidade Iónica e Números de Transporte

Quantifica a rapidez com que iões individuais se movem sob um campo elétrico usando mobilidade e números de transporte. Relaciona estes valores com a condutividade geral do eletrólito.

Aula 3 • Estabilidade e Decomposição de Eletrólitos

Identifica janelas de estabilidade eletroquímica e vias de degradação que limitam a vida útil do eletrólito. Conecta a estabilidade a faixas de tensão operacional seguras.

Aula 4 • Eletrólitos Não Aquosos e Sólidos

Examina eletrólitos à base de solventes orgânicos, líquidos iónicos e de estado sólido usados em designs de células avançadas. Compara as vantagens e desvantagens de condutividade, estabilidade e segurança.

Aula 1 • Sobretensão e Polarização

Define sobretensões de ativação, concentração e óhmicas como perdas que reduzem a eficiência da célula. Conecta cada tipo de sobretensão à sua origem física.

Aula 2 • Equação de Butler-Volmer

Deriva a equação de Butler-Volmer que relaciona a densidade de corrente com a sobretensão e os coeficientes de transferência. Permite a previsão quantitativa das velocidades de reação do elétrodo.

Aula 3 • Estrutura da Interface Elétrodo-Eletrólito

Descreve a dupla camada elétrica e o seu papel no controlo da transferência de carga nas superfícies do elétrodo. Estabelece a base estrutural para modelos cinéticos.

Aula 4 • Transporte de Massa nos Elétrodos

Aborda a difusão, migração e convecção como mecanismos que fornecem reagentes às superfícies do elétrodo. Liga as limitações de transporte à sobretensão de concentração.

Aula 1 • Químicas de Células Secundárias

Analisa químicas recarregáveis incluindo células de chumbo-ácido, níquel-hidreto metálico e de iões de lítio. Conecta as reações do elétrodo à reversibilidade de carga-descarga.

Aula 2 • Químicas de Células Primárias

Examina químicas de células não recarregáveis incluindo células de zinco-carbono, alcalinas e de lítio primárias. Compara densidade energética, vida útil e perfis de descarga.

Aula 3 • Gestão e Segurança de Baterias

Aborda a estimativa do estado de carga, gestão térmica e circuitos de proteção para operação segura da bateria. Liga as estratégias de gestão à vida útil prolongada e à prevenção de perigos.

Aula 4 • Vida Útil e Mecanismos de Degradação

Identifica mecanismos de degradação física e química que reduzem a vida útil da bateria. Conecta modos de degradação à perda mensurável de capacidade e ao aumento de impedância.

Aula 1 • Síntese Eletroquímica

Examina a produção eletrolítica de cloro, hidrogénio e compostos orgânicos via eletrólise industrial. Avalia seletividade, rendimento e eficiência energética de rotas de síntese eletroquímica.

Aula 2 • Mecanismos de Eletrodeposição

Descreve as etapas de nucleação, crescimento cristalino e difusão superficial que determinam a morfologia do depósito. Liga as condições de deposição ao tamanho do grão e ao acabamento superficial.

Aula 3 • Composição e Controlo do Banho de Deposição

Identifica o papel dos sais metálicos, agentes complexantes, tampões e aditivos na formulação do banho de deposição. Explica como a química do banho controla as propriedades do depósito.

Aula 4 • Eletrorrefinação e Eletroextração Industrial

Aplica princípios eletrolíticos à refinação do cobre e à recuperação de metais a partir de soluções de lixiviação. Compara o design da célula e o consumo de energia para operações em escala industrial.

Aula 1 • Integração de Sistemas de Células de Combustível

Aborda componentes auxiliares, incluindo humidificadores, compressores e sistemas de gestão térmica. Conecta o design a nível de sistema à eficiência e fiabilidade globais.

Aula 2 • Princípios de Operação de Células de Combustível

Explica como as células de combustível convertem energia química diretamente em eletricidade através do fornecimento contínuo de reagente. Contrasta a operação da célula de combustível com a descarga de baterias e motores de combustão.

Aula 3 • Tipos de Células de Combustível

Examina células de combustível de membrana de permuta protónica, de óxido sólido, de carbonato fundido e alcalinas. Compara temperatura de operação, eletrólito e adequação à aplicação para cada tipo.

Aula 4 • Perdas de Polarização em Células de Combustível

Quantifica perdas de ativação, óhmicas e de transporte de massa usando curvas de polarização. Identifica os mecanismos de perda dominantes em diferentes regiões de densidade de corrente.

Aula 1 • Voltametria Cíclica e Técnicas de Varrimento Linear

Usa voltametria cíclica e de varrimento linear para identificar pares redox, mecanismos de reação e parâmetros cinéticos. Conecta as posições e correntes dos picos a dados termodinâmicos e cinéticos.

Aula 2 • Espetroscopia de Impedância Eletroquímica

Aplica a EIS para separar e quantificar contribuições resistivas, capacitivas e difusivas em células eletroquímicas. Interpreta gráficos de Nyquist e de Bode para diagnosticar componentes da célula.

Aula 3 • Caracterização In-Situ e Operando

Examina técnicas de difração de raios X, espetroscopia e microscopia aplicadas durante a operação da célula. Conecta alterações estruturais e químicas aos dados de desempenho eletroquímico.

Aula 4 • Sensores Eletroquímicos e Biossensores

Aplica princípios eletroquímicos a designs de sensores amperométricos, potenciométricos e impedimétricos. Avalia sensibilidade, seletividade e limites de deteção para aplicações analíticas.