BR102023019640A2 - Célula de bateria, aditivo para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria, método para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria, uso de nanopartículas de nióbio, titânio ou combinações das mesmas e uso de célula de bateria - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a uma célula de bateria para uso em veículos, dispositivos eletrônicos portáteis ou outros dispositivos adequados. Especificamente, a presente invenção revela uma célula de bateria compreendendo nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas em seu cátodo, ânodo ou eletrólito que apresenta uma velocidade de carga e/ou ciclabilidade muito superior às células de bateria do estado da técnica. Adicionalmente, a presente invenção se refere também ao uso de nanopartículas como dopante de cátodo, ânodo ou eletrólito e ao uso das referidas células de bateria. A presente invenção encontra-se no campo técnico da ciência de materiais, eletroquímica e nanotecnologia.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção se refere a uma célula de bateria, particularmente para uso em veículos. Adicionalmente, se refere ao uso de nanopartícula de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas como dopante em cátodo, ânodo ou eletrólito de célula de bateria. A presente invenção encontra-se no campo técnico da ciência de materiais, eletroquímica e nanotecnologia.

Antecedentes da Invenção

[0002] Atualmente, o desenvolvimento sustentável é um modelo socioeconômico-ambiental, que está diretamente relacionado com o crescimento da economia de modo que garanta a inclusão social e proteção do meio ambiente. Neste contexto, surgem as tecnologias limpas, que são novos processos industriais ou alterações realizadas em processos já existentes, com o objetivo de que o consumo de matérias primas, o consumo energético, os impactos ambientais e o desperdício sejam diminuídos. Com esta necessidade, surgem oportunidades para o desenvolvimento de novas tecnologias limpas para geração de energia.

[0003] Na busca por tecnologias mais limpas, veículos movidos com energia elétrica têm emergido como alternativa atrativa por serem menos poluentes em comparação aos veículos movidos através da queima de combustíveis fósseis. Assim, um dos componentes centrais dos veículos movidos com energia elétrica são as células de bateria. Em relação às células de bateria, dentre os parâmetros importantes para determinação de suas características que implicam na seleção de componentes, com objetivo final formar a bateria secundária, pode-se citar a densidade de carga, potência, eficiência energética, eficiência coulombiana (conservação da carga total de um ciclo no tempo), capacidade específica (mAh/g, massa referente ao material ativo (LiFePO4-C)), estado da carga (medida para monitorar o desempenho e a vida útil das baterias), taxa de carregamento (ou velocidade de carga), ciclabilidade (ciclo de vida) da bateria.

[0004] Resumidamente, a densidade de carga se refere a quantidade de carga pelo peso da bateria, sendo um parâmetro importante para a autonomia da mesma. A potência se refere a potência por massa que a bateria pode proporcionar, sendo um parâmetro importante para o desempenho da dita bateria. A eficiência energética tem relação com os parâmetros mencionados anteriormente e representa o rendimento da bateria. A taxa de carregamento (e descarregamento) é um parâmetro fundamental atualmente com a disseminação dos veículos híbridos ou 100% movidos com energia elétrica, sendo que um efeito de aumento na velocidade de carga se torna cada vez mais importante com o aumento exponencial de veículos híbridos ou 100% movidos com energia elétrica circulando nas ruas ao redor do mundo. O ciclo de vida se refere ao número de vezes que uma bateria pode ser carregada e descarregada enquanto mantém sua eficiência energética. Quando a eficiência energética ou estado da carga diminui substancialmente após uma quantidade grande de ciclos de carga e descarga, a bateria costuma ser trocada, ou seja, quando ela chega próxima ou atinge o fim de sua vida útil.

[0005] Dentre os tipos mais comuns de células de bateria utilizadas em veículos podem se citar as baterias de íon de lítio e bateria de níquel-hidreto metálico.

[0006] As baterias de íon de lítio são utilizadas também em aparelhos eletrônicos portáteis. Elas apresentam boa razão potência em relação ao peso, alta eficiência energética e bom desempenho mesmo em temperaturas mais elevadas. Por terem boa razão potência-peso e alta eficiência energética, as baterias de íon de lítio se apresentam como boa opção para carros elétricos por forneceram uma boa autonomia, ou seja, uma capacidade de percorrer grandes distâncias com uma única carga.

[0007] Outro tipo de bateria são as baterias de níquel-hidreto metálico que também são utilizadas em carros elétricos. Elas apresentam ciclo de vida mais longo que baterias de íon-lítio, mas apresentam algumas desvantagens como geração substantiva de calor e custo bastante alto.

[0008] O documento de patente US9190697B2 revela uma composição que compreende nanopartículas de um material condutor de íons (eletrólitos), mais especificamente uma composição sólida de uma junção de óxidos metálicos, dentre esses óxidos, o nióbio é mencionado. Por outro lado, o documento não revela especificamente uma célula de bateria ou um aditivo compreendendo nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas conforme definidos na presente invenção.

[0009] O documento de patente US20180294476A1 revela uma bateria de lítio que compreende um cátodo, um ânodo, e um eletrólito, em que o ânodo compreende um revestimento de lítio ou uma liga de lítio, e um cátodo que opcionalmente compreende nióbio. Por outro lado, o documento não revela especificamente uma célula de bateria ou um aditivo compreendendo nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas conforme definidos na presente invenção.

[0010] O artigo Qi et al. (2022) (Research progress of anode materials for lithium ion battery) revela o uso de lítio para um ânodo, mais especificamente, titanato de lítio, grafite, e eletrodos baseados em carbono para uma bateria de lítio. Por outro lado, o documento não revela especificamente uma célula de bateria ou um aditivo compreendendo nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas conforme definidos na presente invenção.

[0011] O artigo Lim et al. (2021) (Nanoparticle-Dispersed Colloidal Electrolytes for Advanced Lithium Batteries) propõe um novo tipo de eletrólito de sais de lítio com solvente orgânico contendo nanopartículas dispersas, que poderiam ser potencialmente usadas em baterias de lítio. Por outro lado, o documento não revela especificamente uma célula de bateria ou um aditivo compreendendo nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas conforme definidos na presente invenção.

[0012] O artigo Budak et al. (2020) (Carbide-Derived Niobium Pentoxide with Enhanced Charge Storage Capacity for Use as a Lithium-Ion Battery Electrode) revela que pentóxido de nióbio é um material de ânodo promissor em baterias de lítio. Por outro lado, o documento não revela especificamente uma célula de bateria ou um aditivo compreendendo nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas conforme definidos na presente invenção.

[0013] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

[0014] Em vista do exposto, nota-se que a busca de tecnologias renováveis, acessíveis e limpas é uma constante necessidade, uma vez que a geração de energia através de meios convencionais, tais como combustão de biodiesel, metanol, gás natural e gás liquefeito de petróleo, acarreta diversos efeitos danosos ambientais e socioeconômicos. Dentre estas tecnologias, o desenvolvimento de células de bateria mais eficientes se torna uma necessidade.

Sumário da Invenção

[0015] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de uma célula de bateria com velocidade de carga e/ou ciclabilidade muito maior que as células de bateria existentes no estado da técnica. A velocidade de carga se torna cada mais um diferencial preponderante devido ao aumento exponencial de veículos híbridos ou 100% movidos com energia elétrica ao redor do mundo. Por outro lado, a invenção aqui apresentada também pode ser aplicada a baterias de íon de lítio de aparelhos eletrônicos portáteis, como por exemplo smartphones e laptops.

[0016] Não obstante, os inventores encontraram surpreendentemente que propriedades como a velocidade de carga e/ou ciclabilidade são ainda melhoradas mais significativamente quando são utilizadas nanopartículas com um grau significativo de amorfização, como por exemplo pelo menos 19% de amorfização para a quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio de nanopartículas.

[0017] Em uma concretização, as ditas nanopartículas são capaz de aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma bateria que está próxima ou atingiu o fim de sua vida útil. Tal efeito surpreendente possibilita a revitalização e reuso de baterias que estão próximas ou atingiram o fim de sua vida útil.

[0018] No contexto da presente invenção, a expressão “nanopartícula de Nióbio” abrange variadas entidades químicas contendo Nióbio, incluindo Nióbio metálico, óxidos, hidratos, hidretos, carbetos, ou nitretos de Nióbio, ferro Nióbio ou Nióbio ligado a outros metais ou metais de transição, ou combinações dos mesmos. Inclui também o pentóxido de Nióbio (Nb2O5), NbO2 e NbO.

[0019] Devido às reservas expressivas de Nióbio no território brasileiro, é uma vantagem da presente invenção usar esse elemento para produção de células de bateria mais eficientes.

[0020] Em um primeiro aspecto, a presente invenção define uma célula de bateria compreendendo pelo menos um cátodo, pelo menos um ânodo e pelo menos um eletrólito, em que pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito compreende uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas.

[0021] Em uma concretização da célula de bateria, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende um grau de amorfização de pelo menos 19%.

[0022] Em um segundo aspecto, a presente invenção define um aditivo para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria compreendendo uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas

[0023] Em um terceiro aspecto, a presente invenção define um método para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria compreendendo pelo menos uma etapa de incorporação do aditivo conforme definido anteriormente em pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito de uma célula de bateria.

[0024] Em um quarto aspecto, a presente invenção define um uso de nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas como dopante de cátodo, ânodo ou eletrólito em uma célula de bateria.

[0025] Em um quinto aspecto, a presente invenção define o uso de célula de bateria conforme definida anteriormente em um veículo, ou dispositivo eletrônico. Em uma concretização do uso de célula de bateria, o dito dispositivo eletrônico é um dispositivo eletrônico portátil. Em uma concretização do uso de célula de bateria, o dito dispositivo eletrônico portátil é um smartphone ou laptop.

[0026] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0027] São apresentadas as seguintes figuras:

[0028] A Figura 1 mostra um perfil de curva de descarregamento e carregamento de uma bateria de LiFePO4 de referência do estado da técnica. Mostrando a variação do potencial ao longo do tempo em ciclos de descarga e carga da bateria.

[0029] A Figura 2 mostra um perfil de curva de descarregamento e carregamento de uma bateria de LiFePO4 da presente invenção contendo nanopartículas de Nb. Mostrando a variação do potencial ao longo do tempo em ciclos de descarga e carga da bateria.

[0030] A figura 3 mostra curvas de carregamentos e descarregamentos de células de bateria sem nanopartículas no modelo de ponte salina.

[0031] A figura 4 mostra curvas de carregamentos e descarregamentos de células contendo nanopartículas de pentóxido de Nióbio incorporadas ao cátodo no modelo de ponte salina.

[0032] A figura 5 mostra uma comparação das curvas de carregamentos e descarregamentos no modelo da célula eletroquímica vertical com e sem nanopartículas de pentóxido de Nióbio.

[0033] A figura 6 apresenta gráficos comparando a ciclabilidade para as diferentes construções de eletrólito testadas no modelo da célula eletroquímica horizontal.

[0034] A figura 7 mostra os resultados do teste 1 descrito no exemplo 8 comparando o eletrólito com somente KCl, eletrólito com uma primeira camada de nanopartículas de Nb2O5 e eletrólito com primeira camada de nanopartículas de Nb2O5 e segunda camada de nanopartículas de TiO2.

[0035] A figura 8 mostra os resultados do teste 2 descrito no exemplo 8 comparando o eletrólito com somente KCl, eletrólito com uma primeira camada de nanopartículas de TiO2 e eletrólito com primeira camada de nanopartículas de TiO2 e segunda camada de nanopartículas de Nb2O5.

[0036] A figura 9 mostra os resultados do teste 3 descrito no exemplo 8 comparando o eletrólito com somente KCl e uma camada de micropartículas de Nb2O5.

[0037] A figura 10 ilustra os resultados do teste 1 do exemplo 9 mostrando que houve uma redução mais significativa no tempo de carga quando foi utilizado somente uma primeira camada de pentóxido de Nióbio (19,04 min).

[0038] A figura 11 ilustra os resultados do teste 2 do exemplo 9 mostrando que já houve uma redução significativa quando foi utilizado somente uma primeira camada de dióxido de Titânio (15,52 min). Porém, de forma ainda mais surpreendente, houve uma redução ainda mais significativa quando foi utilizada uma segunda camada de pentóxido de Nióbio sobre a primeira camada (12,97 min).

Descrição Detalhada da Invenção

[0039] A presente invenção se trata de uma célula de bateria que compreende nanopartículas de Nióbio como dopante em seu eletrólito. A presença de uma pequena concentração de nanopartículas de Nb no material do eletrólito resultou em uma velocidade de carga bem mais alta em comparação a baterias do estado da técnica.

[0040] No contexto da presente invenção, a expressão “nanopartícula de Nióbio” abrange variadas entidades químicas contendo Nióbio, incluindo Nióbio metálico, óxidos, hidratos, hidretos, carbetos, ou nitretos de Nióbio, ferro Nióbio ou Nióbio ligado a outros metais ou metais de transição, ou combinações dos mesmos. Inclui também o pentóxido de Nióbio (Nb2O5), NbO2 e NbO.

[0041] Devido às reservas expressivas de Nióbio no território brasileiro, é uma vantagem da presente invenção usar esse elemento para produção de células de bateria mais eficientes.

[0042] No contexto da presente invenção, a expressão “grau de amorfização” deve ser entendido como a extensão em que um material apresenta uma fase predominantemente desordenada, em contraste a fases predominantemente monocristalinas e policristalinas. “Amorfização” pode ser entendido como um processo de perda da ordenação de longo alcance dos átomos, moléculas ou íons na estrutura cristalina de um determinado material, podendo ainda apresentar uma ordenação de curto alcance.

[0043] No contexto da presente invenção, o termo “nanopartícula” deve ser entendido como uma partícula que pode ter diâmetro variando de 1 a 1000 nm.

[0044] No contexto da presente invenção, o termo “material a base de carbono” deve ser entendido como qualquer material a base de carbono poroso que permita retenção física ou química de íons de lítio. Exemplos não limitantes dos ditos materiais a base de carbono podem ser carvão, coque, grafeno, grafite sintético ou natural.

[0045] No contexto da presente invenção, o termo “material a base de lítio” deve ser entendido como um material de cátodo que sirva como fonte de íons Li+, de forma que os íons Li+ migram do cátodo para o ânodo durante a ciclo de carga da bateria, sendo que os íons Li+ fazem o caminho contrário durante o ciclo de descarga. Exemplos não limitantes dos ditos materiais a base de lítio podem ser LiCoO2 a LiFePO4.

[0046] No contexto da presente invenção, o termo “material polimérico” deve ser entendido como uma membrana polimérica porosa que permite a passagem de íons Li+ que transitam entre o cátodo e o ânodo da bateria. Exemplos não limitantes do dito material polimérico podem ser materiais à base de poliolefinas com estrutura semicristalina, e.g., polietileno, polipropileno e suas misturas.

[0047] No contexto da presente invenção, o termo “eletrólito” deve ser entendido como uma solução que contata e promove contato elétrico entre os eletrodos, além de permitir a difusão de íons Li+. Exemplos não limitantes para o dito eletrólito são soluções orgânicas de sal de Lítio, como por exemplo, LiCl, LiPF6, LiBF4, LiBOB (bis(oxalato)borato de lítio) ou misturas dos mesmos. Exemplos não limitantes de solvente orgânico para compor o eletrólito podem ser carbonato de propileno (PC), carbonato de etil metila (EMC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC) e misturas dos mesmos.

[0048] Sem o desejo de estar ligado à teoria, um ciclo de carga e descarga mais interessante é aquele que possui uma velocidade de carga alta e uma taxa de descarga adequada (a depender do propósito/uso da bateria), conservando a carga total envolvida em um ciclo, no tempo (eficiência coulombiana).

[0049] Em um primeiro aspecto, a presente invenção define uma célula de bateria compreendendo pelo menos um cátodo, pelo menos um ânodo e pelo menos um eletrólito, em que pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito compreende uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas.

[0050] Em uma concretização da célula de bateria, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende um grau de amorfização de pelo menos 19%.

[0051] Em uma concretização da célula de bateria, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 20%, mais preferivelmente de pelo menos 25%, mais preferivelmente de pelo menos 30%, mais preferivelmente de pelo menos 35%, mais preferivelmente de pelo menos 39%, mais preferivelmente de pelo menos 40%, mais preferivelmente de pelo menos 45%, mais preferivelmente de pelo menos 50%, mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55%, mais preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo menos 65% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%. Em uma concretização, o grau amorfização de pelo menos 71%, mais preferivelmente de pelo menos 72%, mais preferivelmente de pelo menos 73%. Em uma concretização não limitante, o grau de amorfização é de 74%.

[0052] Em uma concretização da célula de bateria, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 39%, preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%.

[0053] Em uma concretização da célula de bateria, as referidas nanopartículas de Nióbio são compostas de NbO, NbO2 ou Nb2O5. Em uma concretização da célula de bateria, as referidas nanopartículas de Nióbio são compostas de Nb2O5.

[0054] Em uma concretização da célula de bateria, as referidas nanopartículas de Titânio são compostas de TiO2.

[0055] Em uma concretização da célula de bateria, as referidas nanopartículas de Nióbio compreendem um perfil de distribuição granulométrica é: d10: entre 14 e 110 nm; d50: entre 29 e 243 nm; e d90: entre 89 e 747 nm.

[0056] Em uma concretização da célula de bateria, as referidas nanopartículas de Titânio compreendem um perfil de distribuição granulométrica é: d10 de 148 a 189nm; d50 de 239 a 485m; d90 de 402 a 970nm.

[0057] Em uma concretização da célula de bateria, o referido ânodo contém grafite natural ou sintético, titanato de lítio (LTO), grafite recoberto com cobre, cobre, platina ou combinações dos mesmos.

[0058] Em uma concretização da célula de bateria, o referido cátodo compreende material a base de lítio. Em uma concretização, o referido material a base de lítio é LiCoO2 ou LiFePO4.

[0059] Em uma concretização da célula de bateria, o referido material a base de lítio é recoberto com alumínio.

[0060] Em uma concretização da célula de bateria, o referido eletrólito é orgânico ou aquoso.

[0061] Em uma concretização da célula de bateria, o referido eletrólito orgânico compreende um sal de lítio e um solvente orgânico. Em uma concretização, o dito sal de lítio é LiCl, LiPF6, LiBF4, LiBOB (bis(oxalato)borato de lítio) ou misturas dos mesmos. Em uma concretização, o dito solvente orgânico é carbonato de propileno (PC), carbonato de etil metila (EMC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC) ou misturas dos mesmos.

[0062] Em uma concretização da célula de bateria, o referido eletrólito aquoso compreende LiCl, KCl ou mistura dos mesmos.

[0063] Em um segundo aspecto, a presente invenção define um aditivo para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria compreendendo uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas.

[0064] Em uma concretização do aditivo, a referida modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria é para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade. Em uma concretização, o dito aditivo é para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma bateria que está próxima ou atingiu o fim de sua vida útil.

[0065] Em uma concretização do aditivo, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreender um grau de amorfização de pelo menos 19%.

[0066] Em uma concretização do aditivo, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 20%, mais preferivelmente de pelo menos 25%, mais preferivelmente de pelo menos 30%, mais preferivelmente de pelo menos 35%, mais preferivelmente de pelo menos 39%, mais preferivelmente de pelo menos 40%, mais preferivelmente de pelo menos 45%, mais preferivelmente de pelo menos 50%, mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55%, mais preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo menos 65% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%. Em uma concretização, o grau amorfização de pelo menos 71%, mais preferivelmente de pelo menos 72%, mais preferivelmente de pelo menos 73%. Em uma concretização não limitante, o grau de amorfização é de 74%.

[0067] Em uma concretização do aditivo, a referida quantidade em massa de nanopartículas compreende preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 39%, preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%.

[0068] Em uma concretização do aditivo, as referidas nanopartículas de Nióbio são compostas de NbO, NbO2 ou Nb2O5.

[0069] Em uma concretização do aditivo, as referidas nanopartículas de Nióbio são compostas de Nb2O5.

[0070] Em uma concretização do aditivo, as referidas nanopartículas de titânio serem compostas de TiO2.

[0071] Em um terceiro aspecto, a presente invenção define um método para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria compreendendo pelo menos uma etapa de incorporação do aditivo conforme definido anteriormente em pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito de uma célula de bateria.

[0072] Em uma concretização do método, a referida modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria é para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade. Em uma concretização, o método é para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma bateria que está próxima ou atingiu o fim de sua vida útil.

[0073] Em um quarto aspecto, a presente invenção define um uso de nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas como dopante de cátodo, ânodo ou eletrólito em uma célula de bateria.

[0074] Em uma concretização do uso, as referidas nanopartículas de Nióbio são compostas de Nb2O5.

[0075] Em uma concretização do uso, as referidas nanopartículas de titânio são compostas de TiO2.

[0076] Em uma concretização do uso, as nanopartículas compreendem um grau de amorfização de pelo menos 19%.

[0077] Em uma concretização do uso, as nanopartículas compreendem preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 20%, mais preferivelmente de pelo menos 25%, mais preferivelmente de pelo menos 30%, mais preferivelmente de pelo menos 35%, mais preferivelmente de pelo menos 39%, mais preferivelmente de pelo menos 40%, mais preferivelmente de pelo menos 45%, mais preferivelmente de pelo menos 50%, mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55%, mais preferivelmente de pelo menos 60%, mais preferivelmente de pelo menos 65% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%. Em uma concretização, o grau amorfização de pelo menos 71%, mais preferivelmente de pelo menos 72%, mais preferivelmente de pelo menos 73%. Em uma concretização não limitante, o grau de amorfização é de 74%.

[0078] Em uma concretização do uso, as nanopartículas compreendem preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 39%, preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%.

[0079] Em um quinto aspecto, a presente invenção define o uso de célula de bateria conforme definida anteriormente em um veículo, ou dispositivo eletrônico. Em uma concretização do uso de célula de bateria, o dito dispositivo eletrônico é um dispositivo eletrônico portátil. Em uma concretização do uso de célula de bateria, o dito dispositivo eletrônico portátil é um smartphone ou laptop.

Exemplos

[0080] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Exemplo 1 - Estrutura da bateria

[0081] Um exemplo de célula de bateria da presente invenção apresenta uma estrutura de bateria fechada com diversas camadas de cátodos e ânodos separados por espaçadores. O cátodo sendo um eletrodo de Alumínio com camadas adjacentes de LiFePO4 e camadas adjacentes de grafite, o ânodo sendo um eletrodo de cobre com camadas adjacentes de grafite. O cátodo e o ânodo sendo separados por espaçadores compostos de uma camada de material polimérico poroso que permite passagem dos íons lítio. O cátodo e o ânodo são contatados com uma solução de eletrólito contendo mistura de LiCl em carbonato de propileno. Tal eletrólito tem concentração de 1mM de LiCl (42,39 mg de LiCl diluídos em 4mL de álcool isopropílico) com volume final de 100 mL, usando carbonato de propileno.

[0082] Exemplo 2 - Processo de preparação do preparado de nanopartículas de pentóxido de Nióbio

[0083] Um equipamento moinho agitador de esferas Labstar LS01 (Netzsch) foi alimentado com partículas micrométricas de pentóxido de Nióbio. Referido processo envolve moagem úmida de alta energia. A suspensão de partículas foi de 17,7% m, consistindo de aproximadamente 3500 g de água milli-Q + NaOH 10 M e 750 g da amostra sólida a qual foi preparada e estabilizada no tanque de mistura do moinho em pH 9, titulada com NaOH 10 M. As esferas de moagem usadas foram de zircônia estabilizada com Ítria, de 400 μm de diâmetro. O preenchimento da câmara de moagem foi de 80% vol. e a temperatura da suspensão inferior a 40 °C. A velocidade de rotação do moinho foi ajustada 3000 rpm e a moagem foi conduzida por 8 horas. Para estabilizar a suspensão em pH 9, foram realizadas adições de NaOH 10 M durante a moagem, sendo feitas amostragens de tempos em tempos e medidos os tamanhos de partículas.

[0084] No presente exemplo, diversas concretizações de preparados de nanopartículas de pentóxido de Nióbio foram obtidas, com pureza superior a 99%. Pentóxido de Nióbio comercial, com a distribuição granulométrica descrita na tabela 1 foi pré-cominuído de em moinho de alta energia contendo esferas de zircônia estabilizadas com Ítria com diâmetro de 400 μm, em meio líquido e o pH ajustado para 6,6. A velocidade de rotação do moinho foi de 3500 rpm e a moagem das partículas foi conduzida em temperatura abaixo de 40 °C. A tabela 4 mostra a distribuição dos tamanhos de partícula (DTP) de pentóxido de Nióbio de entrada (produto comercial) e de saída de uma etapa de pré-cominuição.

[0085] Tabela 1 - DTP de entrada (produto comercial) e de saída após pré- cominuição.

[0086] A área de superfície específica média S (m2/g) das partículas após a etapa de pré-cominuição foi de 0,32 m2/g.

[0087] Em uma concretização, as partículas pré-cominuídas foram então alimentadas a um moinho de alta energia, sendo aplicadas condições semelhantes às descritas acima, porém com esferas de Zr de 200 μm e moídas por tempos diferentes, até a obtenção de cada preparado de nanopartículas. Foram obtidos três diferentes preparados de nanopartículas, cada um com uma distribuição granulométrica definida conforme descrito na tabela 2.

[0088] Tabela 2 - Distribuição de tamanhos de partículas de três diferentes preparados (C, D e E) de nanopartículas de pentóxido de Nióbio.

[0089] Mais detalhes sobre o processo de obtenção das nanopartículas podem ser encontrados no pedido de patente BR112023003019 dos inventores do presente pedido. Nos exemplos do presente pedido, foram utilizadas amostras que foram submetidas a 12h de moagem.

[0090] Sem o desejo de estar ligado à teoria, entende-se que as amostras submetidas 12h de moagem, que apresentam um grau de amorfização maior (74%), contribuem com os efeitos surpreendentes apresentados.

[0091] Exemplo 3 - Processo de preparação do preparado de nanopartículas de dióxido de Titânio

[0092] Nesta concretização, um lote de 1,125kg partículas de TiO2 com distribuição granulométrica de D90 1,320 μm, D50 0,6098 μm e D10 0,153 μm foi alimentado a um moinho de alta energia com 5 litros de água e contendo esferas zeta beads 3,65kh/l 0,2-0,4mm. Os parâmetros de moagem foram, Tmax 60 °C, teor de sólidos 18,36%. Operando o moinho de alta energia por vários ciclos, de 1 até 8 ciclos de 1 hora cada um, na pressão de 1,1 a 1,2 bar, velocidade da bomba de 90 min-1, vazão de 51kgslurry/h, velocidade do agitador de 3700 min-1, temperatura do material de entrada variando em 21,3 °C e 37,1 °C e temperatura do material de saída variando em 22,4 °C e 49,2 °C nos respectivos ciclos, a energia bruta foi de 2,4kW e a energia de moagem foi de 1,8 a 14,4 kWh nos respectivos ciclos. O perfil de distribuição granulométrica obtido é descrito na tabela 3 abaixo:

[0093] Tabela 3 - perfil de distribuição granulométrica obtido após múltiplos ciclos de cominuição nas condições indicadas acima.

[0094] Para o resfriamento, os parâmetros foram de temperatura de entrada de 7,3 °C e 11,4 °C, respectivamente na câmara de moagem, selo mecânico, tanque de circulação e chiller, cada uma destas etapas com uma vazão de 1000 litros por hora de água de resfriamento, perfazendo 4000 litros por hora.

[0095] Mais detalhes sobre o processo de obtenção das nanopartículas podem ser encontrados no pedido de patente BR102023010990 dos inventores do presente pedido. Nos exemplos do presente pedido, foram utilizadas amostras que foram submetidas a 12h de moagem.

[0096] Sem o desejo de estar ligado à teoria, entende-se que as amostras submetidas 12h de moagem, que apresentam um grau de amorfização maior, contribuem com os efeitos surpreendentes apresentados.

Exemplo 4 - Processo para incorporação das nanopartículas de Nb

[0097] A incorporação das nanopartículas é feita com uma diluição em carbonato de propileno contendo 26,6 mg de nanopartículas de Nb2O5. A dita diluição é posteriormente depositada cátodo de Al/LiFePO4-C, o qual é posteriormente submetido a forno a 100 °C por 30 min antes dos testes para obter as curvas de carregamentos e descarregamentos.

Exemplo 5 - Curvas de carregamentos e descarregamento

[0098] Os terminais dos eletrodos produzidos no exemplo 4 (cátodo-Al e ânodo- Cu) são contatados com o eletrólito contendo mistura de LiCl em carbonato de propileno e a bateria formada é submetida a ciclos de carga e descarga que estão ilustrados na figura 1 (bateria do estado da técnica) e na figura 2 (bateria da presente invenção) contendo nanopartículas de Nb.

[0099] A comparação dos gráficos nas figuras 1 e 2 mostra claramente que a bateria da presente invenção contendo nanopartículas de Nb2O5 (figura 2) apresenta uma velocidade de carga muito mais rápida que a bateria do estado da técnica (figura 1).

[0100] Pelos gráficos das figuras 1 e 2, é possível verificar que a ciclabilidade aumentou em 5,5x com um aumento substancial na ciclabilidade e na velocidade de carga conforme pode ser visto na tabela 4:

[0101] Tabela 4 - comparação da velocidade de ciclo sem nanopartículas de pentóxido de Nióbio e com nanopartículas de pentóxido de Nióbio neste modelo experimental:

[0102] Exemplo 6 - ponte salina (modelo alternativo)

[0103] Um segundo modelo de célula de bateria testada foi o modelo de ponte salina. Neste modelo o cátodo foi composto de Al/LiFePO4-C, o eletrólito era orgânico composto de carbonato de propileno com LiCl e o ânodo era de platina. O sistema também contava com um eletrodo de referência.

[0104] Uma massa de nanopartículas de pentóxido de Nióbio (tempo de moagem 12h) foi incorporada no cátodo de Al/LiFePO4-C.

[0105] A figura 3 mostra curvas de carregamentos e descarregamentos de células de bateria sem nanopartículas.

[0106] A figura 4 mostra curvas de carregamentos e descarregamentos de células contendo nanopartículas de pentóxido de Nióbio incorporadas ao cátodo.

[0107] Pelos gráficos das figuras 3 e 4, é possível verificar que a ciclabilidade aumentou em aproximadamente 4x neste modelo com um aumento substancial na ciclabilidade e na velocidade de carga , conforme pode ser visto na tabela 5:

[0108] Tabela 5 - comparação da velocidade de ciclo sem nanopartículas de pentóxido de Nióbio e com nanopartículas de pentóxido de Nióbio neste modelo experimental:

[0109] Exemplo 7 - Célula eletroquímica vertical (modelo alternativo)

[0110] Um terceiro modelo de célula de bateria testada foi o modelo de célula eletroquímica vertical. Neste modelo o cátodo foi composto de Au/PB (Azul da Prússia), o eletrólito era aquoso composto de solução 1M de KCl e o ânodo era de platina. O sistema também contava com um eletrodo de referência.

[0111] Neste modelo, uma massa de nanopartículas de pentóxido de Nióbio foi incorporada ao eletrólito de solução 1M de KCl, chegando a uma concentração de 10mM de Nb2O5.

[0112] A figura 5 mostra curvas de carregamentos e descarregamentos da célula eletroquímica vertical com e sem nanopartículas.

[0113] Pelos gráficos da figura 5, é possível verificar que a presença de nanopartículas aumentou a ciclabilidade em aproximadamente 2,2x neste modelo com um aumento substancial na ciclabilidade e na velocidade de carga conforme pode ser visto na tabela 6:

[0114] Tabela 6 - comparação da velocidade de ciclo sem nanopartículas de pentóxido de Nióbio e com nanopartículas de pentóxido de Nióbio neste modelo experimental:

[0115] Exemplo 8 - Célula eletroquímica horizontal (modelo alternativo)

[0116] Um quarto modelo de célula de bateria testada foi o modelo de célula eletroquímica horizontal. Neste modelo o cátodo foi composto de Au/PB (Azul da Prússia), o eletrólito era aquoso composto de solução 1M de KCl (denominado S1) e o ânodo era de platina. O sistema também contava com um eletrodo de referência.

[0117] Neste modelo, uma massa de nanopartículas de pentóxido de Nióbio e de dióxido de Titânio foi incorporada ao eletrólito de solução 1M de KCl. A concentração de nanopartículas sendo igual a 10 mM para ambas. A solução contendo 10mM de TiO2 foi denominada S2 e a solução contendo 10mM de Nb2O5 foi denominada S3.

[0118] Neste modelo foi testada uma mistura de partículas de pentóxido de Nióbio e dióxido de Titânio. O primeiro passo foi o crescimento por eletrodeposição dos cátodos, i.e., filmes de Azul da Prússia (PB) crescidos sobre substrato de Au (PB/Au, espessura do PB ~400nm, correspondendo a uma carga de 30 mC). O segundo passo foi preparar uma solução de 1M de KCl em água deionizada (S1). O terceiro passo foi preparar S2 e S3.

[0119] Rota de teste 1: foram realizados testes de carga e descarga usando substrato de PB/Au: Primeiro somente com 2mL de S1. Após o teste, retira-se 1mL de solução e acrescenta 1mL de S2 (aguardando 30min para decantação das partículas e recobrimento do eletrodo por inteiro), prosseguindo com o segundo teste. Finalmente, retira solução, acrescentando 1mL de S3 (aguardando 30min para decantação das partículas e recobrimento do eletrodo por inteiro), prossegue o teste.

[0120] Rota de teste 2: considera a seguinte ordem de inserção das soluções: primeiro S3 e depois com S2.

[0121] Os resultados do teste acima são apresentados na figura 6.

[0122] A figura 6 apresenta gráficos comparando a ciclabilidade para as diferentes construções de eletrólito testadas.

[0123] A tabela 7 mostra uma análise comparativa dos resultados apresentados na figura 6.

[0124] Tabela 7 - análise comparativa dos resultados

[0125] Para a amostra acima, verificou-se que os 10 ciclos começando por TiO2 e depois acrescentando Nb2O5, reduziu o tempo de ciclo em 9,4 min.

[0126] S1 foi preparado com 7,455 g de KCl diluídos em água destilada e deionizada totalizando um volume total de 100 mL (1M de KCl).

[0127] Um segundo teste foi conduzido com os seguintes eletrólitos:

[0128] Eletrólito 1: Com 7,455 g de KCl diluídos em água destilada e deionizada totalizando um volume total de 100 mL ou 1M de KCl

[0129] Eletrólito 2: Com 0,02658 g de nano de Nb2O5 foram diluídos na solução 1 totalizando um volume total de 10 mL ou 10 mM de Nb2O5

[0130] Eletrólito 3: Com 0,00798 g de nano de TiO2 foram diluídos na solução 1 totalizando um volume total de 10 mL ou 10 mM de TiO2

[0131] Eletrólito 4: Com 0,02658 g de micro de Nb2O5 foram diluídos na solução 1 totalizando um volume total de 10 mL ou 10 mM de Nb2O5.

[0132] O experimento foi conduzido no LFFS utilizando um eletrodo produzido no laboratório juntamente com um potenciostato e uma micro balança de quartzo.

[0133] Procedimento: Realizado no eletrodo de 30 mC de PB (cátodo) teste de carga e descarga de 0 à 0,5 V e de 0,5 à 0 V respectivamente. A corrente utilizada para os Testes foi de 5μA.

[0134] Teste 1 : Seguindo o procedimento, primeiro se realizou o teste com o eletrólito 1, deste foi utilizado 2 mL para realizar as medidas. Após adquirir os dados, foi retirado os 2 mL e inserido 2 mL do eletrólito 2. Após ~30min notou- se que as nano partículas formaram um película recobrindo o eletrodo por completo. Assim, após aquisição de dados, retirou-se 2 mL inserindo 2mL do eletrólito 3 (também decantou recobrindo todo o eletrodo). Aquisição de dados e finalização dos testes com esse eletrodo.

[0135] Teste 2 (mesmo teste 1 invertendo a ordem do uso de Ti e Nb, foi usado novo eletrodo de PB) : Seguindo o procedimento, primeiro se realizou o teste com o eletrólito 1, deste foi utilizado 2 mL para realizar as medidas. Após adquirir os dados, foi retirado os 2 mL e inserido 2 mL do eletrólito 3. Após ~30min notou- se que as nano partículas formaram um película recobrindo o eletrodo por completo. Assim, adquirindo os dados, retirou-se 2 mL inserindo 2mL do eletrólito 2, também decantou recobrindo todo o eletrodo. Adquirindo os dados e finalizando os testes com esse eletrodo.

[0136] Teste 3: Seguindo o procedimento, primeiro se realizou o teste com o eletrólito 1, deste foi utilizado 2 mL para realizar as medidas. Após adquirir os dados, foi retirado os 2 mL e inserido 2 mL do eletrólito 4. Após ~30min notou- se que as nano partículas formaram um película recobrindo o eletrodo por completo. Assim, adquirindo os dados, retirou-se 2 mL inserindo 2mL do eletrólito 2, também decantou recobrindo todo o eletrodo. Adquirindo os dados e finalizando os testes com esse eletrodo.

[0137] A figura 7 mostra os resultados do teste 1 descrito acima comparando o eletrólito com somente KCl, eletrólito com uma primeira camada de nanopartículas de Nb2O5 e eletrólito com primeira camada de nanopartículas de Nb2O5 e segunda camada de nanopartículas de TiO2.

[0138] A figura 8 mostra os resultados do teste 2 descrito acima comparando o eletrólito com somente KCl, eletrólito com uma primeira camada de nanopartículas de TiO2 e eletrólito com primeira camada de nanopartículas de TiO2 e segunda camada de nanopartículas de Nb2O5.

[0139] A figura 9 mostra os resultados do teste 3 descrito acima comparando o eletrólito com somente KCl e uma camada de micropartículas de Nb2O5.

[0140] Pelas figuras 7, 8 e 9 é possível observar que há uma diferença significativa nas mudanças das propriedades a depender da ordem de adição das camadas na célula eletroquímica horizontal. Adicionalmente, é possível verificar que o mesmo efeito não é observado quando se utiliza micropartículas, ao invés de nanopartículas. Evidenciando o efeito surpreendente advindo da utilização das nanopartículas e com características mais amorfas (moagem de 12h).

[0141] Pelos resultados do teste 1, é possível observar que houve um aumento da velocidade de carga e a ciclabilidade aumentou em 1,3x, ao comparar com os resultados do teste 3, o qual utiliza micropartículas de pentóxido de Nióbio.

[0142] Exemplo 9 - Célula eletroquímica horizontal (modelo alternativo)

[0143] Uma outra rodada de testes foi realizada utilizando um protocolo de experimento parecido com o exemplo 8. Os seguintes eletrólitos foram utilizados:

[0144] Eletrólito 1: Com 7,455 g de KCl diluídos em água destilada e deionizada totalizando um volume total de 100 mL ou 1M de KCl.

[0145] Eletrólito 2: Com 0,02658 g de nano de Nb2O5 foram diluídos na solução 1 totalizando um volume total de 10 mL ou 10 mM de Nb2O5.

[0146] Eletrólito 3: Com 0,00798 g de nano de TiO2 foram diluídos na solução 1 totalizando um volume total de 10 mL ou 10 mM de TiO2.

[0147] Procedimento: eletrodo de 30 mC de PB (cátodo) teste de carga&descarga de 0 à 0,5 V e de 0,5 à 0 V, respectivamente. A corrente utilizada para os Testes foi de 5μA.

[0148] Teste 1 : teste de carga&descarga usando o eletrólito 1, deste foi utilizado 2 ml para realizar as medidas. Após adquirir os dados, foi retirado os 2 ml e inserido 2 ml do eletrólito 2. Após ~30min notou-se que as nano partículas formaram um película recobrindo o eletrodo por completo. Assim, adquirindo os dados, retirou-se 2 ml inserindo 2ml do eletrólito 3, também decantou recobrindo todo o eletrodo. Adquirindo os dados e finalizando os testes com esse eletrodo. As natos visualmente saíram do eletrodo após uma lavagem com água.

[0149] Teste 2: (mesmo teste 1 invertendo a ordem das nano e um novo eletrodo de PB) Seguindo o procedimento, primeiro se realizou o teste com o eletrólito 1, deste foi utilizado 2 ml para realizar as medidas. Após adquirir os dados, foi retirado os 2 ml e inserido 2 ml do eletrólito 3. Após ~30min notou-se que as nano partículas formaram um película recobrindo o eletrodo por completo. Assim, adquirindo os dados, retirou-se 2 ml inserindo 2ml do eletrólito 2, também decantou recobrindo todo o eletrodo. Adquirindo os dados e finalizando os testes com esse eletrodo. As natos visualmente saíram do eletrodo após uma lavagem com água.

[0150] A figura 10 ilustra os resultados do teste 1 mostrando que houve uma redução mais significativa no tempo de carga quando foi utilizado somente uma primeira camada de pentóxido de Nióbio (19,04 min).

[0151] A figura 11 ilustra os resultados do teste 2 mostrando que já houve uma redução significativa quando foi utilizado somente uma primeira camada de dióxido de Titânio (15,52 min). Porém, de forma surpreendente, houve uma redução ainda mais significativa quando foi utilizada uma segunda camada de pentóxido de Nióbio sobre a primeira camada (12,97 min).

[0152] A comparação das figuras mostra que a ordem das camadas afetou inesperadamente os resultados no modelo da célula eletroquímica horizontal. Sendo que o resultado de redução do tempo de carga foi mais surpreendente quando foi utilizada uma primeira camada de dióxido de Titânio seguida de uma segunda camada de pentóxido de Nióbio.

[0153] Em ambos os casos, foi possível perceber que o pentóxido de Nióbio foi capaz de diminuir o tempo de carga e ciclabilidade no modelo experimental.

[0154] Sem o desejo de estar ligado à teoria, entende-se que as amostras de pentóxido de Nióbio submetidas 12h de moagem, que apresentam um grau de amorfização maior, contribuem com os efeitos surpreendentes apresentados. Tal resultado é corroborado pela comparação com as micropartículas de Nióbio (as quais apresentam um grau de amorfização menor).

[0155] Exemplo 10 - Comparação de todos os modelos

[0156] A tabela 8 compara os tipos de modelos testados no presente pedido de patente.

[0157] Tabela 8 - resumo dos resultados dos modelos testados nos exemplos

[0158] Em todos os casos, foi possível perceber que o pentóxido de Nióbio foi capaz de diminuir o tempo de carga e a ciclabilidade no modelo experimental.

[0159] Sem o desejo de estar ligado à teoria, entende-se que as amostras de pentóxido de Nióbio submetidas 12h de moagem, que apresentam um grau de amorfização maior, contribuem com os efeitos surpreendentes apresentados. Tal resultado é corroborado pela comparação com as micropartículas de Nióbio (as quais apresentam um grau de amorfização menor).

[0160] Os exemplos comprovam que as nanopartículas de pentóxido de Nióbio e dióxido de Titânio, além de combinações delas é capaz de aumentar a velocidade de carga e a ciclabilidade dos mais diversos tipos de células de bateria.

[0161] Sem o desejo de estar ligado à teoria, um ciclo de carga e descarga mais interessante é aquele que possui uma velocidade de carga alta e uma taxa de descarga adequada (a depender do propósito/uso da bateria), conservando a carga total envolvida em um ciclo, no tempo (eficiência coulombiana). Os testes apresentados mostram o incremento no número de ciclos (vida da bateria), conservando carga inicial, sob o uso dos aditivos.

[0162] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.

Claims (23)

1 . Célula de bateria compreendendo pelo menos um cátodo, pelo menos um ânodo e pelo menos um eletrólito caracterizado por pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito compreender uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas.

2 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pela referida quantidade em massa de nanopartículas compreender um grau de amorfização de pelo menos 19%.

3 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pela referida quantidade em massa de nanopartículas compreender preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 39%, preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 55% e ainda mais preferivelmente um grau de amorfização de pelo menos 70%.

4 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pela nanopartícula de Nióbio ser composta de NbO, NbO2 ou Nb2O5.

5 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pela nanopartícula de Nióbio ser composta de Nb2O5.

6 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pela nanopartícula de titânio ser composta de TiO2.

7 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo ânodo conter grafite natural ou sintético, titanato de lítio (LTO), grafite recoberto com cobre, cobre, platina ou combinações dos mesmos.

8 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo cátodo compreender material a base de lítio.

9 . Célula de bateria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo eletrólito ser orgânico ou aquoso.

10 .Célula de bateria de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo referido eletrólito orgânico compreender um sal de lítio e um solvente orgânico.

11 .Célula de bateria de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo sal de lítio ser LiCl, LiPF6, LiBF4, LiBOB (bis(oxalato)borato de lítio) ou misturas dos mesmos.

12 .Célula de bateria de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo solvente orgânico ser carbonato de propileno (PC), carbonato de etil metila (EMC), carbonato de etileno (EC), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC) ou misturas dos mesmos.

13 .Célula de bateria de acordo com a reivindicação 9 caracterizada pelo referido eletrólito aquoso compreender LiCl, KCl ou mistura dos mesmos.

14 . Aditivo para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria caracterizado por compreender uma quantidade em massa de nanopartículas de Nióbio, nanopartículas de titânio ou combinações das mesmas.

15 . Aditivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela referida modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria ser para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade.

16 .Aditivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por ser para aumentar a velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma bateria que está próxima ou atingiu o fim de sua vida útil.

17 .Aditivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pela referida quantidade em massa de nanopartículas compreender um grau de amorfização de pelo menos 19%.

18 .Método para a modulação da velocidade de carga e/ou ciclabilidade de uma célula de bateria caracterizado por compreender pelo menos uma etapa de incorporação do aditivo conforme definido na reivindicação 14 em pelo menos um dentre o cátodo, ânodo ou eletrólito de uma célula de bateria.

19 .Uso de nanopartículas de Nióbio, Titânio ou combinações das mesmas caracterizado por ser como dopante de cátodo, ânodo ou eletrólito em uma célula de bateria.

20 .Uso de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pela nanopartículas de Nióbio serem compostas de Nb2O5.

21 .Uso de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pela nanopartículas de titânio ser compostas de TiO2.

22 .Uso de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelas nanopartículas compreenderem um grau de amorfização de pelo menos 19%.

23 .Uso de célula de bateria conforme definida na reivindicação 1 ou 2, caracterizado por ser em um veículo ou dispositivo eletrônico.