Grafeno junho 2022

no 3 | junho 2022

BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO COM ADITIVOS DE MATERIAIS DE GRAFENO

CENTRO DE INVESTIGAÇÃO EM QUÍMICA APLICADA – CIQA FORMULA SAE ELÉTRICO | B’ENERGY RACING FACENS A IMPORTÂNCIA DA NORMALIZAÇÃO PARA O GRAFENO

VEM AÍ

Simpósio SAE BRASIL de Grafeno 2022 Simpósio

– Seção São Paulo

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conteúdo | no 3 | junho 2022

Foto de capa Freepik.

SF Editora é uma marca da Aprenda Eventos Técnicos Eireli (19) 3288-0437 Rua Ipauçu, 178 - Vila Marieta, Campinas (SP) www.sfeditora.com.br

COLUNAS Editorial

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Coluna

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Coluna

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Coluna

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NOTÍCIAS 13

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Continuaremos firmes nesta jornada! por Marco Antonio Colosio Caros leitores, com muito trabalho e orgulho lembro que estamos na terceira edição da Revista Grafeno, que tem a missão de integrar todo o cenário nacional em vista da situação global.s impactadas estão ligadas com a Mobilidade.

Marco Antonio Colosio Editor, marcocolosio@gmail.com

Leandro Antunes Berti Co-editor, www.leandroberti.com.br

Camila Boldrini Nascimento Coordenadora Técnica, camila.nascimento@fsa.br Udo Fiorini Publisher, udo@sfeditora.com.br • (19) 99205-5789

Mariana Rodrigues Redação – Diagramação, marianar205@gmail.com • (19) 3288-0437

Novos materiais contribuem para descentralizar a produção de energia por Fernando Galembeck Energia é uma das maiores preocupações atuais.

Antes da prolongada guerra na Ucrânia já havia uma grande preocupação global com a dependência dos combustíveis fósseis e seus impactos sobre o clima.

André Júnior Vendas, andre@grupoaprenda.com.br • (19) 3288-0437

ANUNCIANTES SAE BRASIL

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Intermach 2022

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Galembetech

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www.saebrasil.org.br www.intermach.com

contato@galembetech.com

Portal Aquecimento Industrial www.aquecimentoindustrial.com.br

Graphene leading the way for cross industry innovation por Neill Ricketts Gaphene is a dynamic wonder material that has become the focus of intense academic and commercial interest.

Como anda sua disposição em olhar o mundo a sua volta como se ele precisasse das suas idéias? por Erwin Franieck Todos os dias levantamos com a opção deste dia ser o dia que modificou nossas vidas de forma irreversível.

Grafeno, suas aplicações e seu impacto político-econômico-social (Parte 2) por Leandro Berti Caros leitores, continuando a nossa coluna anterior, gostaria de reforçar a mensagem a respeito da sustentabilidade do Grafeno em especial á luz do ESG e dos ODS.

Revista Grafeno | junho 2022 | 3

conteúdo | no 3 | junho 2022

ARTIGOS Baterias Chumbo-Ácido com Aditivos de Materiais de Grafeno: Rumo À Melhora da Área Superficial e da Aceitação de Carga

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Centro de Investigação em Química Aplicada – CIQA, um Centro de Excelência em Desenvolvimento de Materiais

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Formula SAE Elétrico | B’Energy Racing Facens

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A Importância da Normalização para o Grafeno

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por Ana Champi, Rosana M. N. Assunção; Anizio M. Faria; e Gilberto A. O. Brito – UFABC Com a implementação da eletromobilidade no Brasil teremos um árduo labor científico, tecnológico e de mercado no desenvolvimento dos motores elétricos, componentes eletrônicos, baterias, acumuladores de energia e novas tecnologias com materiais avançados, os quais têm mostrado grande destaque nos últimos anos.

por Dr. Luciano da Silva O Centro de Investigação em Química Aplicada do México (CIQA), foi criado no ano de 1972 como uma ação interinstitucional entre a Comissão Nacional de Zonas Áridas, Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia e a Faculdade de Química da Universidade Nacional Autônoma do México com o objetivo de promover o desenvolvimento das zonas áridas do México.

por Matheus Vuaden de Lima e Maria Angélica Pires Yokota A equipe B’Energy Racing representa o Centro Universitário Facens na competição de Formula SAE Elétrico, sendo uma das primeiras equipes que participam desde a primeira competição nacional em 2012. por Erlon H. Martins Ferreira Nanomateriais de carbono têm, desde muitos anos, despertado enorme interesse da comunidade científica por5apresentarem propriedades físico-químicas únicas.

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editorial

Continuaremos firmes nesta jornada!

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aros leitores, com muito trabalho e orgulho lembro que estamos na terceira edição da Revista Grafeno, que tem a missão de integrar todo o cenário nacional em vista da situação global. Estamos lutando para manter esta iniciativa forte e longeva, porque sabemos que ela pode fazer a diferença na superação do ponto crítico da tecnologia e na sinergia para avançar o tema grafeno em nossa comunidade brasileira. Para ser mais direto, estamos próximos do famoso e irritante “vale da morte”, muito conhecido no setor de inovação, o qual será o nosso maior desafio na revista, isto é, superar todos os obstáculos, desde os financeiros, técnicos e assim manter a força motora para continuidade de uma iniciativa que nasceu puramente de um caráter técnico de idéias, os quais transcendem os interesses comerciais.

O ano de 2022 ficará marcado na história brasileira diante das peculiaridades de tantos fatores interferindo em nosso ambiente, mas nos interessa mostrar, principalmente, o campo da tecnologia. A aceleração tecnológica prevista e esperada a partir da saída triunfal de superação de uma pandemia global está esbarrando em fatores diversos, como as conseqüências inesperadas da guerra da Ucrânia e na situação do desabastecimento de insumos em diversas áreas e mais fortemente no setor de energia, os quais estão tirando o fôlego do planeta. Certamente, estes fatores se somaram à crise da falta de chips que vinham impactando fortemente o setor da mobilidade e eletrônicos. O grafeno tem caminhado firmemente ao lado de todos estes fatores e ainda tem avançado dia após dias, por isto, nos motiva manter firmes para nosso propósito, acreditando que o grafeno será uma importante área tecnológica em nosso país, trazendo divisas e a nobreza suficiente para projetar o Brasil no ambiente global de fornecimento destes produtos. Os investimentos nesta área precisam ser contínuos e robustos, porque ainda temos muito para andar e estamos nitidamente atrás dos países que distanciaram na frente; porém, a vocação para produzir o grafeno tem familiaridade com a grandiosidade de nosso país no sentido de produção e criação de uma futura commodity, mas por outro lado, também precisamos viabilizar condições para o grafeno agregar valor nas tecnologias e produtos de maior competitividade.

Diante de um cenário desafiador, onde os recursos locais são disputados nos mais diferentes setores, ainda reina gloriosamente o Programa Brasileiro Rota 2030, que injeta valores vultosos no setor da mobilidade, cifras próximas dos 200 milhões ao ano. Importante citar que este programa deve seguir até 2030, porém a parte dois de 2025 a 2030 estará sendo construída em breve a partir dos ensinamentos aprendidos nestes três anos iniciais e nos dois anos que ainda virão pela frente. Em 2021, a SAE BRASIL participou na aprovação de quatro temas para aplicação de grafeno em sistemas de powertrain: em lubrificante, filtros, sensores e aditivação de etanol, os quais têm mostrado que o setor da mobilidade tem muito espaço para encaixar necessidades para estudos de P&D, mas é importante entender que a grande maioria dos temas com grafeno está classificado ainda em valores baixos de TRL(s), isto é, toda aposta para aplicação do grafeno é verdadeira, mas indicá-lo para uso na produção ainda é discutível. Resumo esta questão na viabilidade técnica & comercial, ou seja, acredita-se que o grafeno terá sucesso na aplicação, mas ainda têm-se dúvidas quanto ao retorno financeiro no produto em curto prazo. Para encontrar oportunidades de projetos no Rota 2030,

deve-se procurar nas administrações do programa, ou seja, nas PPP(s) (programas de projetos prioritários); dentre a maioria destes programas é possível presenciar editais que valorizam direta ou indiretamente tecnologias que podem utilizar o grafeno, desde que as mesmas estejam contidas nos objetivos dos mesmos. Neste ponto, gostaria de dedicar uma opinião pessoal ao tema, isto é, não é difícil associar um caminho para emprego do grafeno que gere uma proposta de estudo, que certamente terá potencial para ser aprovada dentro de um edital em específico, da mesma forma que já aprovamos os quatros temas citados anteriormente.

Por exemplo, a capacitação de tecnologias locais aplicadas ao setor da mobilidade, o aumento de eficiência energética dos veículos, redução de massas ou melhorias de desempenhos e por fim, a segurança veicular que pode levar em conta produtos com grafeno, um forte aliado para melhorias de resistência mecânica em carrocerias.

A edição presente da Revista Grafeno é mais uma obra prima dentro do setor, sempre valorizando a cadeia do grafeno envolvida como um todo, partindo da valorização dos nossos estudantes de engenharia, os laboratórios & ICTS que estão preparados para executar projetos e nos diversos temas de estudos de grafeno, os quais estão ocorrendo no silêncio dentro de um ambiente brasileiro de alta tecnologia e de mudanças, em vista da presença contínua da eletrificação de veículos, melhoria de segurança veicular e a busca de materiais amigáveis ao meio ambiente e os melhores valores de sustentabilidade. Sintam-se à vontade para estar conosco, apoiando, criticando ou participando desta iniciativa, porque não somos o dono da verdade, apenas nos importamos com o futuro de nosso país, que, diga-se de passagem, tem tudo haver com o grafeno.

Obrigado, curtam essa edição e preparem-se para as duas próximas edições ainda este ano de 2022.

Marco Antonio Colosio marcocolosio@gmail.com

Mentor do Núcleo Grafeno da SAE BRASIL. Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós-doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós-graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador associado da SAE BRASIL com mais de 35 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais, análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

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coluna

Novos materiais contribuem para descentralizar a produção de energia

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nergia é uma das maiores preocupações atuais. Antes da prolongada guerra na Ucrânia já havia uma grande preocupação global com a dependência dos combustíveis fósseis e seus impactos sobre o clima. A guerra colocou a Europa em uma posição de refém da Rússia, seu principal fornecedor de petróleo e gás. O Brasil sente os impactos da guerra, nos preços de fertilizantes de que depende o agronegócio brasileiro e a imprensa noticia a insatisfação da população. Caminhoneiros se revoltam face ao preço do diesel, e todos sentem a inflação que reduz o acesso aos alimentos.

Em toda a parte, as pessoas se perguntam: não poderíamos depender menos de importações do que nos é absolutamente essencial? Não temos capacidade de produzir ou substituir ao menos parte do que importamos?

Algumas respostas para essas perguntas são conhecidas: no Brasil, o etanol substitui boa parte da gasolina usada em automóveis, mas a produção de biodiesel é muito pequena, e cara. O Proálcool foi bem sucedido, mas o Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel, iniciado em 2004, foi mal formulado e não conseguiu produzir algum alívio para as dificuldades nacionais. Globalmente, a participação de biocombustíveis é pequena.

Em todo o mundo, muitas pessoas se perguntam como poderiam obter energia do seu próprio ambiente, e há uma procura ferrenha por novas possibilidades de geração de energia. A expressão “energy harvesting”, ou colheita de energia, é hoje usada por muitos engenheiros e cientistas para identificarem o objetivo do seu trabalho.

E o grafeno também está sendo explorado, com essa finalidade, de muitas formas. Por exemplo, o professor L. Qu e um colaborador, do Beijing Institute of Technology (BIT) são os inventores da patente intitulada “Generating electric energy by placing two conductive materials of same material on graphene oxide film, fastening and mounting to form power generation device, and changing humidity of film by intermittently applying moisture to device”, que recebeu os números CN107863905-A e CN107863905-B L. Qu declara que sua novidade é a seguinte: “O método de geração de energia elétrica à base de filme de óxido de grafeno envolve: (1) respectivamente colocar dois materiais condutores do mesmo material na película de óxido de grafeno, fixação e montagem para formar um dispositivo de geração de energia; e (2) alterar o ambiente de umidade da película de óxido de grafeno aplicando intermitentemente umidade para gerar energia...”.

Quanto ao uso dessa invenção, os autores são sucintos: “O método é útil para gerar energia baseado no filme de grafeno.”

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O examinador dessa patente citou um artigo sobre esse assunto, do mesmo grupo de pesquisa. O título é “Direct Power Generation from a Graphene Oxide Film under Moisture”, publicado em 2015 em uma revista prestigiosa, a Advanced Materials. Esse artigo já foi citado 227 vezes, portanto despertou o interesse de muitas pessoas. O examinador também encontrou oito outras patentes que tratam do uso de grafeno na produção de energia, por outros métodos.

A possibilidade de se produzir energia usando a água do ambiente, seja na forma de vapor ou em outra forma, tem intrigado muitas pessoas. No número de março passado da revista Grafeno mencionei rapidamente um trabalho do meu grupo, que mostra a possibilidade de produzir eletricidade usando a umidade do ar, como insumo.

A obtenção de energia a partir da água do ambiente é um antigo sonho de pesquisadores e já foi anunciada em muitas ocasiões diferentes, de várias formas. Entretanto, ela foi sempre desacreditada por razões teóricas, mas a sua demonstração prática foi feita pela primeira vez em 2010, em um artigo científico que publiquei com vários estudantes. Este trabalho demonstrou experimentalmente a eletrização espontânea de capacitores assimétricos, isto é, formados por dois eletrodos metálicos diferentes, em ar úmido. Na década seguinte esta descoberta foi verificada por muitos pesquisadores, em vários países, que apresentaram diferentes explicações. Mas estas publicações descrevem sempre a produção de pequenas quantidades de energia, que são suficientes apenas para algumas aplicações específicas, mas ainda não mostram uma perspectiva de contribuírem para o suprimento de energia, mesmo em escala residencial.

A eletrificação de materiais pelo ar úmido é um fenômeno oposto a muitas ideias arraigadas entre cientistas e engenheiros. Ainda não existe uma boa teoria para o fenômeno, e diferentes grupos de pesquisa adotam hipóteses de trabalho, que procuram verificar ou eliminar, para guiarem o seu trabalho.

A hipótese adotada no meu grupo admite que o fenômeno ocorre em duas etapas. Na primeira, a água ou o vapor que se depositam sobre a superfície de cada eletrodo do capacitor se dividem nos seus íons; os íons positivos se acumulam no eletrodo mais básico, os íons negativos preferem o eletrodo mais ácido. Por exemplo: um eletrodo de alumínio é ácido, por isso atrai íons negativos e torna-se um polo negativo. Eletrodos de grafeno ou de ERG (um novo material produzido pela esfoliação de grafite, seguida da recombinação de lâminas de grafeno e nano-grafite) ficam positivos. Portanto, o capacitor passa a apresentar uma diferença de potencial elétrico, ou

coluna voltagem, consumindo apenas a umidade do ar.

Uma vez que se entende como a umidade provoca uma diferença de potencial elétrico nos eletrodos, é preciso saber como essa diferença gera uma corrente de elétrons em um circuito conectado aos eletrodos, já que os íons da água não circulam em condutores metálicos. Há muitas explicações competidoras na literatura científica e tecnológica, mas os pesquisadores sentem falta de uma teoria sobre a formação da corrente de elétrons.

Um complicador da situação é que a higroeletricidade parece afrontar a Termodinâmica, porque afinal a água é muito estável e não se deve esperar que ela libere energia, espontaneamente. Mas o problema é a maneira como se ensina a Termodinâmica, nos cursos de engenharia e de física ou química.

Uma análise rigorosa de um gerador higroelétrico mostra que a reação de decomposição da água pode, sim, ser espontânea, desde que se forneça água aos eletrodos e se remova os produtos da sua decomposição, continuamente. Afinal, isso não é diferente do que ocorre em qualquer ser vivo. Para existirmos e nos mantermos vivos, somos capazes de realizar muitas reações químicas que aparentemente não deveriam ocorrer, desde recebamos alimentos e eliminemos excrementos, sempre que necessário.

A higroeletricidade é uma solução radicalmente nova para o problema do suprimento de energia, produzindo eletricidade e substâncias valiosas, mas consumindo apenas água e a energia térmica do ambiente. Por isso, funciona bem com vapor aquecido, mas tambem quando os dispositivos geradores são enterrados no solo, junto com plantas.

Tive a oportunidade de apresentar (virtualmente) uma demonstração da possibilidade de se produzir eletricidade nos mesmos espaços usados para o cultivo de plantas, compartilhando a umidade do solo e do ar, na recente European Biomass Conference & Exhibition (EUBCE), realizada no início de maio de 2022.

Um exemplo prático está mostrado na Figura, que que é a foto de um vaso sendo usado para cultivar plantas e para gerar eletricidade.

Fernando Galembeck

É bacharel, licenciado e doutor em Química pela USP onde começou sua carreira e chegou a livredocente em 1977, depois de pós-doutorados nas Universidades do Colorado e da Califórnia e de um estágio no Unilever Research Port Sunlight Laboratory.

Mudou-se para a Unicamp em 1980, tornando-se professor titular em 1987. Dirigiu o Instituto de Química entre 1994 e 1998, foi Coordenador Geral da Universidade e se aposentou em 2011, assumindo a direção do Laboratório Nacional de Tecnologia, do CNPEM. Sempre manteve uma atividade ninterrupta e intensa de ensino de graduação e de orientação de estudantes, expressa em uma extensa produção científica e tecnológica que foi premiada em muitas ocasiões, no Brasil e Exterior, destacando-se os prêmios Álvaro Alberto em 2005 e o prêmio Anísio Teixeira de Educação, em 2011. Em 2020, recebeu o Prêmio CBMM de Tecnologia, a sua startup Galembetech recebeu prêmios da Abiquim e Abrafati e em 2021 foi premiado como Pesquisador Emérito do CNPq. Muitos dos seus estudantes destacaram-se profissionalmente, em universidades e empresas, no Brasil e no Exterior, sendo também premiados em muitas ocasiões.

Revista Grafeno | junho 2022 | 7

coluna

Graphene leading the way for cross industry innovation

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aphene is a dynamic wonder material that has become the focus of intense academic and commercial interest. Its unique combination of properties, such as its exceptional strength despite being thinner than human hair, make it an exciting prospect for sustainable and technological advancements.

It has the potential to be utilised across a range of industries, including construction and textiles. However, like any other material, it is privy to commercialisation challenges.

Challenges preventing the commercialisation of graphene There are many ways to manufacture graphene which all come with their own challenges. The exfoliation method using adhesive tape produces high quality graphene but only yields a small amount at a time. Therefore, it is too expensive and time-consuming for bulk production. Another common method is Chemical Vapour Deposition, which involves a mix of gases reacting with a surface to create a graphene layer.

The issue with this process is it can introduce defects in the final product.

The graphene market is a crowded environment with hundreds of companies claiming to produce graphene materials, causing calls to standardise the market. Upon investigation by The Graphene Council, less than 75% of products reviewed shared a common listed specification. As a result, the council have created a program that verifies graphene companies based on globally recognised graphene standards. Through this they hope to provide confidence for end-users in the product they are buying. Currently, Versarien plc is the only company to be certified as graphene producers by the Graphene Council.

It is important to note that while graphene is presumed as very expensive, the prices have come down substantially since 2010, when it reportedly cost tens of thousands of dollars to produce a piece of high-quality graphene. Once commercial use for graphene expands, the price will inevitably come down.

The widespread applications of graphene Two key industries which are benefiting from the application of Graphene, is in the construction and textiles industries.

Firstly, the construction industry is a highly relevant case study for graphene. Versarien plc, an advanced material company, created CementeneTM, which is an admixture

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containing graphene, added to cement. Graphene can increase the strength of the resulting cementitious composites by 30% which includes its compressive strength, therefore, offering stronger and more durable structures.

The strength inherent within graphene is also being used to improve the functionality of textiles, especially sportswear. Versarien is partnering with globally known brands such as Superdry and Umbro to enhance the performance and comfort of clothing collections using Graphene-Weartm technology.

Future of graphene Industries are constantly being challenged in the way they do things. Graphene is changing the narrative and promoting innovation. Looking to the future, as graphene becomes more prominent in the market, the applications for its use will increase.

Neill Ricketts linkedin.com/in/neillricketts

Neill is a graduate engineer with over 20 years of senior level experience in manufacturing and engineering companies. He has demonstrated success in introducing and commercialising new technology, including new materials and coatings for diverse sectors from aerospace to Formula One, including significant work in the oil and gas sector. More recently, Neill was appointed to the advisory board of the United States National Graphene Association (NGA) in February 2018.para análise de segurança de empresas, laboratórios e consumidores que usam nanotecnologia.

coluna

Como anda sua disposição em olhar o mundo a sua volta como se ele precisasse das suas idéias?

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odos os dias levantamos com a opção deste dia ser o dia que modificou nossas vidas de forma irreversível. Nos tornamos outros, melhores e mais aptos a continuar uma jornada de realizações. Isso só ocorre quando vivemos uma experiência marcante.

Pode ser proporcionada pelo ambiente que escolhemos conviver, ou podemos ser elemento passivo flutuando nas correntes do dia a dia.

Trabalhar com pesquisa e desenvolvimento é um hábito que se cria ao acordarmos com o olhar curioso e amplo para tudo o que a natureza nos apresenta. Uma mistura entre arte e tecnologia está em cada objeto que tocamos, naturais ou criados pelos humanos.

Percebermos os fenômenos naturais que estão nas transformações que ocorrem a todo o tempo vão se tornando uma construção de percepção do mundo, que nos permite estarmos sempre avançando no entendimento deste milagre que é a própria vida.

Nossa consciência e inteligência permite viajarmos na velocidade da luz das nano formações que estamos nos envolvendo com o grafeno, as químicas de baterias, terras raras, semicondutores, e do outro lado chegarmos à percepção de ciclos astronáuticos e influências globais que estamos percebendo nas dimensões do clima.

Podemos ter ao nosso lado, além de colegas de jornada em discussões de inquietações com o futuro, algoritmos cada dia mais inteligentes, que podem nos entender na nossa fala ou escrita e trabalhar de forma tão intensa e aprofundada que ainda não sabemos como isso pode ser modulado ao nosso dia a dia.

Não deixe de olhar atentamente à sua volta e buscar entender o que desperta sua mais profunda atenção e não deixe de dedicar o seu melhor em avançar nas pesquisas sobre este tema e em seguida colocar em prática a ação de desenvolvimento.

Na SAE BRASIl criamos o SAE4MOBILITY, um Instituto de ci-

ência, tecnologia e Inovação que reúne pessoas que despertaram este interesse e em parceria com suas empresas em que trabalham, ou Institutos em que pesquisam se unem para discutirem e proporem projetos de desenvolvimento, e na SAE buscamos unir os interesses do tríplice hélice (Governo, Academia e Empresas) para alavancar os projetos escolhidos.

Se na sua empresa, no seu Instituto você tem esta possibilidade, não perca a chance de ser um protagonista e formar grupos de trabalho em torno de um tema de interesse comum.

Erwin Franieck franieck@unicamp.br 019 982051122

Engenheiro Mecânico de Projetos pela UNICAMP, professor e chefe do Colégio Técnico da UNICAMP, atuou por 35 nos na Bosch em Campinas, onde se aposentou como diretor de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação.

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Grafeno, suas aplicações e seu impacto político-econômico-social (Parte 2)

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aros leitores, continuando a nossa coluna anterior, gostaria de reforçar a mensagem a respeito da sustentabilidade do Grafeno em especial á luz do ESG e dos ODS. A Agenda 20301 é uma iniciativa das Nações Unidas (ONU) originada em 2015, com o intuito, segundo a própria declaração dos Chefes de Estado de: “...acabar com a pobreza e a fome em todos os lugares; combater as desigualdades dentro e entre os países; construir sociedades pacíficas, justas e inclusivas; proteger os direitos humanos e promover a igualdade de gênero e o empoderamento das mulheres e meninas; e assegurar a proteção duradoura do planeta e seus recursos naturais. Resolvemos também criar condições para um crescimento sustentável, inclusivo e economicamente sustentado,

prosperidade compartilhada e trabalho decente para todos, tendo em conta os diferentes níveis de desenvolvimento e capacidades nacionais.” Para isto a Agenda 2030, define um conjunto de 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável2 para alcançar estes objetivos em três dimensões (econômica, social e ambiental) – conforme Figura 1, e de acordo com o relatório Better Business Better World3, as ODS têm um valor de mercado de ao menos US$ 12 trilhões.

Em contrapartida o ESG, que vem ganhando força recentemente, foi mencionado pela primeira vez no relatório Princípios para Investimento Responsável (PRI)4 das Nações Unidas de 20065, em um esforço de avançar em investimentos para desenvolvimento

1 https://brasil.un.org/pt-br/91863-agenda-2030-para-o-desenvolvimento-sustentavel 2 https://brasil.un.org/pt-br/sdgs

3 https://sustainabledevelopment.un.org/index.php?page=view&type=400&nr=2399&menu=1515 4 https://www.unpri.org

5 https://www.forbes.com/sites/betsyatkins/2020/06/08/demystifying-esgits-history--current-status/?sh=5ee390172cdd

Figura 1. Os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

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Figura 2. Investimentos em ESG (2006 - 2021)

sustentável. O ESG, como a própria sigla indica, significa Environment (Ambiental), Social (Social) e Governance (Governança). Existe sim uma relação direta entre ESG e ODS, e podemos afirmar que um fortalece ou completa o outro, mas existe também uma diferença que devido ao buzzword atual não estão considerando. De fato, é um grande desafio para empresas atingirem os ODS, pois estes são metas / objetivos de alcance global que nenhuma empresa independente do tamanho conseguirá alcançar. Porém, isto é natural, são objetivos desenhados para engajar povos, nações, e o planeta como um todo e empresa por si só não conseguirá fazer tamanho esforço. Mesmo porque, em pouco tempo não terá recursos como pessoas e até mesmo financeiro para manter uma agenda dessa magnitude. Isso é um trabalho para cidades, estados, países e o planeta. Já o ESG é possui um conjunto de métricas definidas para empresas e não para países.

Qual a relação do Grafeno com ODS e ESG? O Grafeno é um dos nanomateriais que encontra uma grande afinidade em alcançar os ODS, pois responde ao menos 11 dos 17 ODS. E foi justamente por isso que incluímos também no Plano Nacional de Tecnologias para Manufatura Avançada, o Grafeno, como um dos principais candidatos a obtenção de Robustez do Maquinário Produtivo que fará parte da Indústria 4.0, no qual o plano cita: “O maquinário contemporâneo precisará de ajustes para conseguir suportar as demandas da manufatura avançada pois além do uso de novos materiais precisará haver maior eficiência, durabilidade e robustez, considerando que as máquinas irão enfrentar turnos mais longos e precisarão de maior resistência à impactos e menor

tempo disponível para a sua manutenção.”6 O uso de peças mais robustas e a menor geração de resíduos que se pode obter com o Grafeno, por exemplo em elementos filtrantes de gases nocivos, nanosssenores mais sensíveis a mudanças de estado, nanotintas que removem calor e muitas outras aplicações que vão além do produto final mas que podem fazer parte do processo produtivo.

Vale ainda ressaltar que o Programa Rota 2030, incorpora boa parte do que foi estabelecido nos Planos Nacionais, em especial o de Nanotecnologia e de Materiais Avançados. Em geral os nanomateriais potencializam ou aceleram o atingimento dos ODS e contribuem para os indicadores de ESG. Atualmente estão surgindo diversos “salvadores da lavoura” dizendo emitir selo ESG, e alguns deles até mesmo dão um selo ODS para as corporações. Na verdade, precisamos criar uma cultura sustentável, pois esse esforço, por mais nobre que seja, é insuficiente para atingir as ODS no prazo. Outro fator importante é que o ESG, infelizmente, virou o novo ISO 9001. Novos consultores ESG vem surgindo a cada dia, mas muitos deles nem sabem que o maior valor de mercado, obviamente além da criação de cultura sustentável é a Governança, pois sem uma boa Governança, a empresa não possui direção definida e fica à deriva. Mais um ponto geralmente esquecido por consultores e emissores de selo, é que o ESG foi criado para alavancar investimentos sustentáveis, ou seja, para investir dinheiro em ações que geram uma cultura duradoura de sustentabilidade econômica, social, ambiental e até mesmo política.

Prova disso é o relatório da Federação das Indústrias do Japão

6 BERTI, Leandro Antunes et. al. Plano de ação de ciência, tecnologia e inovação para tecnologias convergentes e habilitadoras: tecnologias para manufatura avançada. Brasília: Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações, 2019.

Revista Grafeno | junho 2022 | 11

coluna (Keidanren) em conjunto com a Universidade de Tóquio que analisa a evolução dos investimentos em ESG, a implementação da Sociedade 5.0 com o alcance dos ODS7. Nesse importante relatório eles demonstram que não só os investimentos em ESG passaram de US$ 6.5 trilhões (2006) para quase US$ 130 trilhões (2021), conforme Figura 2.

Segundo o relatório, para atingir as metas é preciso avançar em quatro grandes megatendências (Transformação Digital, Mudanças na estrutura socioeconômica, Desafios Ambientais Globais e Mudança da mentalidade das pessoas). Para atingir as ODS, definem as principais oportunidades de crescimento para o futuro 5.0 para o mercado japones: 1) Saúde de última geração (US$ 0,7 bi): aumentar a expectativa de vida saudável por meio da detecção precoce e tratamento de doenças por meio de dados de saúde pode melhorar a produtividade dos trabalhadores mais velhos; 2) Mobilidade Inteligente (US$ 0,5 bi): o uso eficaz do tempo de viagem e as rotas de viagem eficientes alcançadas com a condução automatizada levarão ao aumento da produtividade do trabalho e à criação de nova demanda em todos os setores; 3) Digitalização da Fabricação (US$ 0,8 bi): mudança para a indústria de serviços de fabricação e impressão 3D, fornecendo produtos de alta qualidade a preços populares por meio do uso de dados; 4) Energia de última geração (US$ 0,3 bi): sistemas para geração de energia de hidrogênio e armazenamento e transporte de hidrogênio, geração de energia eólica flutuante e geração de energia geotérmica supercrítica, captura de carbono e fotossíntese artificial; 5) Fintech/Insurtech (US$ 0,26 bi): Fintech concentra-se em pagamentos sem dinheiro e operações de contabilidade mais eficientes, e InsurTech, que se concentra em melhorar a lucratividade dos serviços de seguros e criar novos serviços que melhoram a saúde; 6) Casas Inteligentes (US$ 0,33 bi): produtos inteligentes que tornam a vida mais confortável para muitas pessoas, como robôs domésticos que substituem o trabalho doméstico mais complexo e qualificado; 7) Agricultura Inteligente (US$ 0,11 bi): inteligência artificial e drones e outras tecnologias, melhorarão muito a eficiência da produção e reduzirão a carga sobre os agricultores; 8) Cíber segurança (US$ 0,12 bi): a integração do espaço virtual e real, o impacto dos ataques cibernéticos terá um impacto mais direto no mundo real; 9) Entretenimento Digital (US$ 0,05 bi): Novas tecnologias, como VR e AR, trazem novas experiências e valor para entretenimento, como apresentações ao vivo, eventos esportivos e jogos. E tecnologias intersetoriais como IoT (US$ 0,63 bi), IA (US$ 1,12 bi), Robôs (US$ 0,42 bi), 5G (US$ 0,64 bi), Cidades Inteligentes (US$ 0,40 bi) e Tecnologias de baixo carbono (US$ 0,22 bi).

Interessante observar que todas estas oportunidades só atingirão a sua plenitude com a aplicação de nanotecnologia, inclusive o grafeno. Somente no Japão esse mercado de ODS pode movimentar ao menos US$ 7 trilhões. O Brasil precisa observar e agir sobre esses dados e traçar metas para atingir esse futuro sustentável também. Não nos falta recursos naturais e potencialidades diversas para gerar nanomateriais e aplicações avançadas. Se o Japão identificou trilhões em oportunidades nas ODS, o Brasil 7 The Evolution of ESG Investment, Realization of Society 5.0, and Achievement of SDGs https://www.gpif.go.jp/en/investment/Report_Society_and_SDGs_ en.pdf

12 | junho 2022 | Revista Grafeno

pode identificar muitas dezenas ou talvez centenas de trilhões.

Mas cabe as autoridades nacionais tomarem essa direção sem prejuízo de interesses pessoais e com um total comprometimento com o futuro do Brasil.

Grafeno é o futuro da sustentabilidade!

Muito obrigado pela atenção e aproveitem a nossa Revista Grafeno.

Aguardem as novidades nas próximas edições.

Leandro Antunes Berti www.leandroberti.com.br

CEO da FIBER INOVA (www.leandroberti.com.br), Leandro Antunes Berti: Doutor em Nanotecnologia e Pós-doutor em Nanobiotecnologia e Presidente da Associação Brasileira de Nanotecnologia– BrasilNano, Mentor do Nucleo de Grafeno da SAE BRASIL; Foi Idealizador e Coordenador do SUPERHUB de Nanotecnologia do Paraná, foi Coordenador-Geral de Tecnologias Convergentes e Habilitadoras (CGTC) e Coordenador-Geral de Tecnologias Estratégicas, do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicações do Brasil (MCTIC), responsável pela política pública nacional, estratégia, iniciativas de Nanotecnologia, Fotônica, Materiais Avançados e Manufatura Avançada. Criou o Plano de Ação Nacional de Tecnologias Convergentes e Habilitadoras, incluiu a Nanotecnologia no programa Rota 2030, escreveu o Marco Legal da Nanotecnologia e Materiais Avançados (PL 880/2019). Foi Membro da Comissão de Ciência e Tecnologia do Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia, BRICS WG Photonics National Representative, OECD (Bio-, Nano- and Converging Technologies (BNCT)) - Nanotecnology National Representative, Brazil-Canada Joint Committee for Cooperation on Science, Technology and Innovation; Diretor do Centro Brasileiro-Argentino de Nanotecnologia, Presidente do Centro Brasileiro-Chinês de Nanotecnologia. Foi Secretário Executivo do API. nano, na Fundação CERTI. Autor dos primeiros livros nacionais sobre regulação com Nanossegurança: Guia de Boas Práticas em Nanotecnologia para Indústria e Laboratórios e Nanossegurança na Prática: Diretrizes para análise de segurança de empresas, laboratórios e consumidores que usam nanotecnologia.

notícias

Produtos inteligentes desenvolvidos a partir de materiais comuns

A

Galembetech Consultores e Tecnologia Ltda. (http://galembetech.com) concentra suas atividades no desenvolvimento e aplicações da plataforma tecnológica ERG®, baseada em grafite esfoliado e reorganizado. A empresa opera com recursos próprios dos sócios e de agências de governo – CNPq, Fapesp e Finep, obtidos através de projetos que produ-

zem resultados concretos. Ela também obtém recursos prestando consultoria a empresas industriais, no Brasil e no Exterior.

Sua sede fica na Praça Capital, um condomínio empresarial situado em Campinas, e parte das atividades é executada em uma planta situada em Mogi-Mirim, em parceria com a Brasil Grafeno Ltda (Brasgrafe) e SP Tecnologia Ltda.

Simpósio SAE BRASIL de Grafeno 2022 – Seção São Paulo

G

rafeno é um dos materiais que responde aos desafios atuais da sustentabilidade. Já existem diversas aplicações e muitas outras novas aplicações que estão surgindo pelas possibilidades que o Grafeno entrega. A SAE BRASIL está apoiando diligentemente esse movimento de avanço tecnológico, e estabeleceu em sua agenda um fórum permanente com os maiores especialistas em Grafeno do Brasil.

Lançamos o evento inovador que trará empresas, startups, pesquisadores e empresas de análise de materiais, para apresentar as novidades em aplicações de Grafeno bem como as formas de se avaliar os padrões de garantia da qualidade para integração na cadeia de produção, e para este ano com foco na Sustentabilidade. O evento terá um formato compostos de palestras e

debates de alto nível e apresentará soluções práticas que podem ser implementadas diretamente no processo de produção e na alavancagem do desenvolvimento de novos produtos para o setor da Mobilidade no Brasil e no Mundo.

DATA: 08 de novembro 2022

LOCAL: SENAI Mário Amato - São Bernardo do Campo/SP CONTATO – PATROCÍNIO: Valéria de Lima (11) 3142-3482 – valeria.lima@saebrasil.org.br

INSCRIÇÕES: Regiane Prado (11) 3142-3469 – regiane.prado@saebrasil.org.br

Revista Grafeno | junho 2022 | 13

A revista Industrial Heating é disponibilizada gratuitamente na área de PUBLICAÇÕES no site Portal Aquecimento Industrial, junto dos Artigos e Colunas mais relevantes sobre a indústria n o Brasil e no mundo.

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artigo

BATERIAS CHUMBO-ÁCIDO COM ADITIVOS DE MATERIAIS DE GRAFENO: RUMO À MELHORA DA ÁREA SUPERFICIAL E DA ACEITAÇÃO DE CARGA por Ana Champi; Rosana M. N. Assunção; Anizio M. Faria; e Gilberto A. O. Brito

C

Resumo om a implementação da eletromobilidade no Brasil teremos um árduo labor científico, tecnológico e de mercado no desenvolvimento dos motores elétricos, componentes eletrônicos, baterias, acumuladores de energia e novas tecnologias com materiais avançados, os quais têm mostrado grande destaque nos últimos anos. Materiais com aditivos de carbono têm sido amplamente utilizados na fabricação de baterias chumbo-ácido convencionais. No entanto, o efeito destes aditivos nas baterias com relação à capacidade e aceitação de carga, macroporosidade, condutividade e efeitos físico-químicos ainda é pouco compreendido. Materiais como os derivados de grafeno têm sido destaque nestes últimos tempos. Pesquisas desde a década do 70 têm mostrado que o Lítio pode ser utilizado em diversos materiais, incluindo baterias e acumuladores na eletromobilidade. Com o uso dos íons Li as baterias têm apresentado uma alta eficiência, menor toxicidade e menor risco comparadas às baterias a base de Li metálico. Entre os países com a maior quantidade de reservas de Li, depois da Austrália, encontram se os países vizinhos Chile e Argentina. A produção de baterias de Li e derivados com materiais como o P, Fe, Co, Mg, incluindo o grafeno, tem se mostrado promissora. Considerando que o Brasil possui uma das maiores minas de grafite do mundo, de qualidade reconhecida pelos prêmios Nobel que descobriram este material em 2010, a sua exploração pode levar o país a uma condição de destaque na comercialização de grafeno, óxidos de grafeno e óxidos de grafeno reduzido que são obtidos do grafite.

Neste cenário, o grafeno tem se mostrado um material altamente promissor. Este sistema bidimensional, praticamente invisível ao olho humano com espessura de aproximadamente 4 Å ou um átomo de espessura, é altamente condutivo, o que significa que a energia flui mais facilmente, é também mais rígido, o que evita a deformação do lítio e de outros materiais como o chumbo, aumentando a durabilidade da bateria. Alternativas como a hibridização de baterias convencionais, baterias chumbo-ácido, para o avanço da eletromobilidade são muito importantes e, neste caminho, nosso grupo de pesquisa vem desenvolvendo pesquisas

no intuito de melhorar a aceitação de carga, a macroporosidade e evitar a perda de água das baterias chumbo-ácido, utilizando nanomateriais de grafeno. Por exemplo, os óxidos de grafeno que facilmente podem ser produzidos em escala industrial por envolver processos químicos em grandes quantidades e por se fundirem melhor aos metais que o próprio grafeno.

Introdução Nos últimos trinta anos, a comunidade do setor de baterias chumbo-ácido, que envolve o setor produtivo e os pesquisadores da área, vem realizando desenvolvimentos desta tecnologia tanto para as aplicações tradicionais como para novas aplicações [129], para atender novas demandas, assim como para concorrer com outras tecnologias de bateria.

Neste sentido, um exemplo é o desenvolvimento das baterias automotivas. Para atender ao aumento de demanda devido à crescente parte eletrônica dos veículos à combustão, houve substancial diminuição da espessura de placas empastadas de baterias chumbo-ácido (para aumentar o coeficiente de utilização do material ativo) [22] e, em função disto, houve a necessidade de desenvolver grades de ligas de chumbo com maior resistência à corrosão, porém, sem prejudicar a adesão da grade com o material ativo [23]. Uma representação da bateria chumbo-ácido convencional e da célula pode ser observada na Figura 1a) e 1b), respetivamente. Por outro lado, para competir com outras tecnologias de baterias na aplicação em carros híbridos e elétricos, outros desenhos de baterias chumbo-ácido estão sendo testados, tais como as baterias de placas espiraladas, baterias bipolares e baterias de 36 V e 42 V [18-19, 23-24]. Além disto, já estão há algum tempo no mercado, as baterias EFB (Enhanced Flooded Batteries), uma versão melhorada das baterias inundadas desenvolvida para aplicação start/stop [1].metálicas, área superficial, etc. Os resultados dessas comparações são procedimentos de medição que servirão de base para a elaboração de futuras normas internacionais.

O principal valor de uma norma internacional está, portanto, no fato de que ela descreve uma metodologia que foi exaustiva-

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artigo

Figura 1. a) Representação da bateria convencional chumbo-ácido e b) uma célula da bateria chumbo-ácido e todos os seus componentes.

mente testada, e cuja descrição foi avaliada e aprovada por diversos especialistas após um longo período de análise e discussão.

Ademais, a sua versão final é sempre obtida através do consenso desses especialistas que representam os interesses de seus países.

Em resumo, uma norma internacional representa as melhores e mais confiáveis práticas disponíveis no momento e que são internacionalmente aceitas.

Dessa maneira, fica claro que resultados de ensaios de caracterização do grafeno segundo uma norma internacional carregam consigo uma chancela de qualidade e agregam mais valor ao produto. Nesse contexto, os laboratórios de ensaios que implementam essas normas de caracterização e atendam aos requisitos de qualidade para execução de ensaios (ex. ABNT NBR ISO/IEC 17025) se tornam os principais provedores de qualidade aos produtos com grafeno.

Nos últimos trinta anos, a comunidade do setor de baterias chumbo-ácido, que envolve o setor produtivo e os pesquisadores da área, vem realizando desenvolvimentos desta tecnologia tanto para as aplicações tradicionais como para novas aplicações [129], para atender novas demandas, assim como para concorrer com outras tecnologias de bateria.

Neste sentido, um exemplo é o desenvolvimento das baterias automotivas. Para atender ao aumento de demanda devido à crescente parte eletrônica dos veículos à combustão, houve substancial diminuição da espessura de placas empastadas de baterias chumbo-ácido (para aumentar o coeficiente de utilização do material ativo) [22] e, em função disto, houve a necessidade de desenvolver grades de ligas de chumbo com maior resistência à corrosão, porém, sem prejudicar a adesão da grade com o material ativo [23]. Uma representação da bateria chumbo-ácido convencional e da célula pode ser observada na Figura 1a) e 1b),

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respetivamente. Por outro lado, para competir com outras tecnologias de baterias na aplicação em carros híbridos e elétricos, outros desenhos de baterias chumbo-ácido estão sendo testados, tais como as baterias de placas espiraladas, baterias bipolares e baterias de 36 V e 42 V [18-19, 23-24]. Além disto, já estão há algum tempo no mercado, as baterias EFB (Enhanced Flooded Batteries), uma versão melhorada das baterias inundadas desenvolvida para aplicação start/stop [1].

EXPERIMENTAL Síntese e caraterização dos óxidos de Grafeno O óxido de grafeno (GO) foi sintetizado a partir do grafite natural em pó da Nacional de Grafite pelo método Hummer modificado e adaptado para nosso laboratório. A figura 3a) mostra o tipo de Grafite utilizado, b) os produtos obtidos previo a obtenção do grafite em pó c). A seguir descrevemos os procedimentos utlizados na obtenção do GO: Pb-Sn Grid3BS(PbOn)PbSO4H2SO4 Graphene Grafite em pó é misturado com NaNO3, agitado com uma chapa magnética á temperatura próxima de 40°C na sequencia é adicionado H2SO4.

A solucção se mantenha agitado e em um ambiente com gelo para diminuir a temperatura até que ele atinja no mínimo 5°C. Mantendo as condições, é adicionando K2MnO4, gradualmente, tomando em conta que a temperatura nunca passe dos 20°C. Nesta etapa a mistura fica com uma cor escura. Mantemos a temperatura de 40°C e a controlamos por aproximadamente 30 minutos. A temperatura é registrada constantemente e no caso que comece a subir mais de 40°C, levamos para um ambiente com gelo até a estabilidade em 40°C, na sequencia adiciona-se água deionizada e H2O2, deixamos assim, no agitador, por 30

artigo

Figura 2. Representação dos grupos funcionais do GO que possibilita a aderência a um material como o PbO.

minutos. A mistura final deve ter uma cor amarronzada, o que indica que o grafite foi oxidado.

A etapa seguinte é muito importante a qual consiste numa lavagem da mistura final. Pega-se amostras divididas em tubos para colocar na centrifuga por 15 minutos a 7000rpm. A filtragem pode ser feita com a bomba de vácuo ou só com funil em um béquer a temperatura ambiente. O sólido filtrado pode ser guardado ou utilizado para seguir com o processo. Em uma relação de 10mg de GO com 30ml de NaOH (aq) 1M é misturada até obter uma solução final com pH entre 10 e 12. Finalmente, a solução obtida e dispersa no ultrassom por 1h é levada à centrifugação por 5 min a 12000rpm. Finalmente temos GO em solução, mantido em um pH básico.

O material obtido foi submetido a caraterizações estruturais das amostras sob diferentes tempos de oxidação 2 h, 3 h, 4 h e 5 h. Foram empregadas as técnicas: espectroscopia de absorção molecular no UV-vis (UV-vis), espectroscopia Raman, difração de raios-X (XRD, X-ray diffraction) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS, X-ray photoemission spectroscopy) as quais são importantes para a determinação do grau de oxidação do óxido de Grafeno, dentre outras informações.

Como podemos ver na Figura 4, a técnica de espectroscopia de adsorção molecular no UV-vis nos evidencia as transições 𝜋 → 𝜋∗ observadas no comprimento de onda de 230 nm para as ligações aromáticas C=C e as transições 𝑛 → 𝜋∗ correspondentes ao comprimento de onda 300 nm para a ligação C=O. É possível observar que o tempo de oxidação máximo será de 3 h, acima do qual não se observa, de forma significativa, a formação de grupos funcionais devido à oxidação.

A Fig. 5 mostra a distribuição dos espetros das ligações presentes nas amostras de GO, em que se observa uma maior presença de ligações C-C e C=C, porém com um aumento da quantidade de ligações C-C=0, C=O e C-O em relação ao grafite, como consequência do processo de oxidação obtido pelo método de Hammer modificado.

Figura 3. a) Grafite, b) produtos intermediários da oxidação do GO e c) GO em pó.

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Figura 4. Espectro de absorção molecular na região do UV-vis das amostras de GO preparadas sob diferentes tempos de oxidação.

Figura 5. Espectro XPS da região C1s do GO após a deconvolução e o ajustamento dos sinais pela função GLS.

Produção de miniplacas de bateria curadas com pasta PbO/ H2O/GO em diferentes estados de oxidação Após a síntese e caraterização das amostras de óxidos de grafeno no Laboratório de Novos Materiais de Carbono: Grafeno, foram selecionadas duas amostras para o processo de produção das miniplacas curadas.

A amostra #1 corresponde ao filme de óxido de grafeno produzido com 5 h de oxidação a seco sob temperatura ambiente (denominado de GO #1). A relação massa de óxido de grafeno GO #1/massa de pó de chumbo utilizada na produção da pasta foi de 0,17 % m/m (17,0 mg de GO/10,00 g de Pb). A amostra #2 correspondeu ao filme de óxido de grafeno produzido com 5 h de oxidação em água Mili-Q, seco a 80 °C (denominado de GO #2). A relação da massa de óxido de grafeno GO #2/massa de pó de chumbo utilizada na produção da pasta foi de ~0,10 % m/m (10,2 mg GO#2/10,52 g de Pb). As pastas produzidas com as amostras de óxido de grafeno foram à base PbO e água.

Também foi produzida uma pasta a base de PbO e água sem o aditivo (10,00 g de pó de chumbo). O pó de chumbo (mistura de PbO e Pb) utilizado para a produção da pasta foi praticamente todo oxidado a PbO.

Produção da pasta PbO/GO Pesou-se o pó de chumbo e adicionou-se o filme de óxido de grafeno, misturando os materiais até a completa dispersão e homogeneização da mistura. Em seguida, foram adicionados 1,1 mL de água destilada à mistura. Este volume de água foi calculado considerando uma concentração de 10 % m/m de conteúdo de água. Para garantir a formação da pasta com tixotropia conveniente para o empaste foi necessária continuar adicionando água gota-a-gota, perfazendo mais 1,5 mL para a mistura da amostra #1 e mais 1,0 mL para a amostra #2, totalizando ~2,5 mL e ~2,1 mL de água respectivamente. Para a produção da pasta sem aditivo foram adicionados ~2,0 mL de água destilada. Todo

Figura 6. a) pasta de Pb sem aditivo de GO, b) pasta de Pb com aditivo de GO #01 (amostra #1) e c)pasta de Pb com aditivo de GO #02 (amostra #2).

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o processo de produção das pastas foi realizado à temperatura ambiente (~30 °C).

Nas Figuras 6 a), b) e c) são apresentadas imagens das pastas secas, produzidas sem aditivo de carbono e com óxidos de grafeno GO#1 e GO#2, respectivamente. Observa-se que a pasta da amostra #1 e a pasta sem aditivo de carbono são mais claras que a pasta da amostra #2. Observa-se também que houve a formação de placas na pasta da amostra #1.

Empaste da miniplaca negativa de PbO/GO Logo após a produção da pasta, realizou-se o empaste manual.

As minigrades utilizadas para o empaste possuíam dimensões de 1 cm de comprimento × 0,5 cm de altura, além de uma pequena haste deixada para contato elétrico. Estas minigrades foram obtidas de grades de baterias convencionais de dimensões 14 cm × 10 cm.

Na aplicação da pasta, a minigrade foi posicionada sobre um pedaço de madeira plana. Entre a placa de madeira e a minigrade foi colocada uma folha de jornal umedecida para que a miniplaca empastada para evitar a adesão à madeira. A aplicação da pasta foi realizada com uma espátula metálica distribuindo-a homogeneamente sobre a grade. Imediatamente após a aplicação da pasta, as miniplacas produzidas foram levadas à câmara de cura.

Processo de cura das miniplacas e caracterização do material precursor (macroporosidade e microporosidade) A cura das miniplacas produzidas foi realizada em uma câmara de cura por ~117 h para as miniplacas com a amostra #1 e ~166 h para as miniplacas com a amostra #2 e com a amostra sem aditivo de carbono. As placas foram deixadas na câmara sem controle rigoroso de temperatura e umidade, mantendo-a fechada à temperatura ambiente (~28 °C) com um volume de água recobrindo o fundo da câmara (umidade ~100%). Na câmara de cura, as miniplacas foram penduradas na parte superior. A Figura 7 é uma ilustração do processo de cura na câmara utilizada nesse trabalho.

Após a cura, as miniplacas foram embrulhadas com papel jornal umedecido para garantir um conteúdo de água superior a 1-2% e evitar rachaduras, comprometendo o futuro material ativo negativo.

Na Figura 8 são apresentadas imagens das miniplacas curadas com as amostras #2. Foram produzidas 4 miniplacas com a amostra #1, 2 miniplacas com a amostra #2 e 2 miniplacas sem aditivo de carbono.

A pasta aderida à grade é conhecida como material precursor e ela tem uma dupla estrutura de poros: a macroporosidade e a microporosidade. A transformação do material precursor em material ativo é um processo metassomático e, portanto, esta dupla estrutura porosa é mantida no material ativo. Os microporos ficam na superfície dos macroporos [30].

A macroporosidade dos materiais precursores contendo GO#1 e GO#2 e do material precursor sem aditivo foi medida através do método de absorção de água. Os resultados são apresentados na Figura 9. Os valores de macroporosidade para o material

precursor com GO#1 e GO#2 foram, respectivamente: 43,2 % e 30,3 %. A macroporosidade do material precursor sem aditivo foi de 32,2 %. Uma menor macroporosidade, por um lado, dá ao material precursor (e ao material ativo formado eletroquimicamente a partir dele) uma maior resistência mecânica e, por outro lado, menor acesso à solução de H2SO4. O maior valor de macroporosidade do material precursor com GO#1 se deve à maior quantidade de água utilizada para a produção da pasta para garantir o fluxo plástico.

Observou-se tanto no manuseio das miniplacas curadas quanto

Figura 7. Câmara de cura desenvolida no Laboratório de Novos Materiais de Carbono: Grafeno para a cura das miniplacas de bateria aditivadas com óxido de grafeno. a)

b)

Figura 8. Miniplacas de bateria curadas produzidas a partir de mistura de pó de chumbo com óxido de grafeno GO#2. (a) Parte frontal e (b) parte de trás das miniplacas.

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Figura 9. Curvas de massa de miniplaca umedecida versus tempo. (a) material precursor com GO#1; (b) material precursor com GO#2.

Figura 10. Isotermas de adsorção de N2 do: (a) material precursor sem aditivo; (b) material precursor com GO#1; (c) material precursor com GO#2.

na determinação de macroporosidade, em que as miniplacas são mergulhadas em água, que o material precursor não se destacou da grade nem se desmanchou. Isto é um indicativo de que o processo de cura foi bem-sucedido.

A microporosidade determina a área superficial tanto do material precursor quanto do material ativo. Neste sentido, a medida da área superficial é uma medida da microporosidade do material. A determinação da área superficial específica (m2 g-1) dos três materiais precursores produzidos foi realizada por isotermas de adsorção de gás nitrogênio, empregando um Analisador de Área Superficial e Porosidade (ASAP, Micromeritics 2020PLUS), cujas isotermas resultantes são apresentadas na Figura 10.

A partir das isotermas de adsorção são calculadas as áreas

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superficiais específicas pelo método BET (Brunauer, Emmett, Teller), sendo os valores encontrados para as três amostras de 0,689 m2 g-1 para o material precursor sem aditivo, 7,556 m2 g-1 para o material precursor com GO#1 e de 5,572 m2 g-1 para o material precursor com GO#2. Ou seja, a adição de óxido grafeno gera um aumento da microporosidade do material precursor e, consequentemente, um aumento significativo na área superficial específica do material de bateria. Outra informação importante obtida a partir das isotermas de adsorção é o diâmetro médio dos microporos, cujos valores nas amostras analisadas foram de 74,71 nm para o material precursor sem aditivo, de 16,82 nm para o material precursor com GO#1 e de 15,86 nm para o material precursor com GO#2. Tais resultados estão em

artigo

Figura 11. Formação eletroquímica de placa negativa de bateria com GO#1.

acordo com aqueles da área superficial específica, uma vez que um diâmetro médio menor de um poro significa um menor tamanho de poro, contribuindo para o aumento da área superficial de um material.

Formação do material ativo negativo (NAM) Foram realizadas as formações eletroquímicas de placas negativas com as amostras de óxido de grafeno GO#1 e GO#2 e sem aditivo. Na célula eletroquímica utilizada para cada uma das formações (Figura 11), a miniplaca curada, cuja massa média de material era de ~0,5 g, foi disposta entre duas placas positivas formadas previamente, cuja massa de material ativo positivo empregada em cada placa foi de ~ 4,0 g. A solução de formação do material ativo negativo foi de H2SO4 a 1,0 mol L-1. A densidade de corrente de formação foi de 5 mA cm-2. A corrente aplicada foi de 5 mA considerando a área geométrica das duas faces do material precursor de ~1,0 cm2. O tempo de formação mínimo para o material ativo negativo foi considerado de 72 h.

Durante a formação do material ativo negativo ou durante o manuseio para os testes de macroporosidade não foi registrada perda de material das placas. Na Figura 12 estão as curvas de potencial da placa positiva versus a miniplaca negativa durante a formação das mesmas com GO#1 e GO#2 e sem aditivo. Observa-se que a evolução de hidrogênio nas miniplacas sem aditivo e com GO#1 inicia-se depois de 40 h de formação eletroquímica, enquanto na miniplaca com GO#2 começa após 35 h. Uma primeira interpretação deste resultado é que a incorporação de GO#2 reduziu o tempo de formação devido ao aumento da condutividade eletrônica da região do material ativo. Em relação à evolução de hidrogênio, visualmente não se observou uma diferença entre as três miniplacas. Estes resultados vão de encontro com a literatura, no sentido de que a incorporação do grafeno aumenta a condutividade elétrica e iônica do material ativo negativo, observando-se uma melhora na capacidade específica de 30%, mostrando que as partículas de PbSO4 da placa inibem a sulfatação do eletrodo, consequentemente, reduzem a evolução da formação de hidrogênio e a perda de água do eletrólito.

Caracterização do material ativo negativo (NAM) Determinação da macroporosidade Foi realizada a determinação da macroporosidade do material ativo negativo com GO#1 através do método de absorção de água. O resultado obtido para o material encontra-se na Figura 13.

De acordo com a Figura 13, o valor de macroporosidade encontrado foi de 56,8%, ou seja, um aumento de 31,5% em relação à macroporosidade do material precursor com GO#1, que foi de 25,3%. Os valores de volume molar do PbO (tetragonal) e do Pb são 23,9 cm3 mol-1 e 18,25 cm3 mol-1, respectivamente [33]. A partir desses valores pode-se estimar que a diminuição de volume do material que ocorre na transformação do material precursor em material ativo negativo seria de 22,6%, resultando, portanto, em um aumento de volume dos macroporos de 22,6%.

Figura 12. Curvas de potencial versus tempo durante a formação eletroquímica de miniplacas negativas sem aditivo e com GO#1 e GO#2.

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artigo

Assim, o valor de variação percentual 05101520253035400,9 60,981,001,021,041,061,08 NAM com GO#1mplaca molhada = 0,9828 gmplaca seca = 0,9390 gmágua = 0,0438 gmgrade = 0,5623 gmmaterial ativo = 0,3767 gPorosidade = 56,8% tempo/ minmassa da placa molhada/g de GO#1 (31,5%) está razoavelmente distante deste valor. Este resultado seria um indício de uma possível influência do óxido de grafeno no processo de formação das miniplacas negativas.

Conclusões Nosso estudo, ainda em andamento, tem nos mostrado a importância da síntese dos óxidos de grafeno e a relação que este possui no processo de produção de baterias, em particular da formação do material ativo negativo. O material de grafeno obtido é dependente principalmente da matriz de grafite utilizado na sintese assim como cada um dos procedimentos durante a técnica do Método de Hummer modificado utilizado e pode influenciar de forma significativa as propriedades físico-químicas das placas de baterias chumbo-ácido. Atualmente, estamos realizando testes com GO comercial de diversas marcas nacionais e tem-se observado a existência de diferenças significativas nos resultados de macroporosidade e área superficial específica das miniplacas negativas, quando comparados com os obtidos utilizando nossos GOs sintetizados no Laboratório de Novos Materiais de Carbono: Grafeno. Os melhores resultados obtidos com o GO produzido em nosso laboratório indicam que estamos no caminho certo para a obtenção de materiais com as caraterísticas apropriadas para a incorporação nas pastas de Pb para produção de baterias de maior capacidade de carga, estudo ainda em desenvolvimento.

Agradecimentos: Á Central multiusuaria CEM – UFAFC e CEM – UFU- Pontal, pelos equipamentos para a realização das medidas. Á Nacional do Grafite pelas amostras de Grafite de altissima qualidade, os quias foram utilizados na sintese dos óxidos de grafenos, a VRS Inovação tecnologica Eirelli e grupo 2MI pelo apoio financeiro no desenvolvimento de parte desta pesquisa.

Referências bibliográficas [1] KOLLMEYER, P. J.; JAHNS, T. M. “Aging and performance comparison of absorbed glass matte, enhanced flooded, PbC, NiZn, and LiFePO4 12V start stop vehicle batteries”. Journal of Power Sources, 441 (2019) 227139.

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159-164, 2009.

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Profa. Dra. Ana Champi, Coordenadora do Laboratório de Novos Materiais de Carbono: Grafeno – UFABC ana.champi@ ufabc.edu.br Rosana M. N. Assunção, Universidade federal do ABC, Laboratório de Novos Materiais de Carbono: Grafeno; Anizio M. Faria, Universidade Federal de Uberlândia, campus Pontal; Gilberto A. O. Brito, Universidade Federal de Uberlândia, campus Pontal.

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CENTRO DE INVESTIGAÇÃO EM QUÍMICA APLICADA – CIQA, UM CENTRO DE EXCELÊNCIA EM DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS por Dr. Luciano da Silva

O

Centro de Investigação em Química Aplicada do México (CIQA), foi criado no ano de 1972 como uma ação interinstitucional entre a Comissão Nacional de Zonas Áridas, Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia e a Faculdade de Química da Universidade Nacional Autônoma do México com o objetivo de promover o desenvolvimento das zonas áridas do México. Nesta época, o uso da borracha e a indústria do plástico estavam em franca expansão e no estado de Coahuila de Zaragoza, havia sido instalada a primeira fábrica automotiva.

O primeiro projeto implantado em CIQA foi o estudo com a Guayule, árvore típica dos desertos de Chihuahuan e Sonora. A proposta era utilizar esta planta como um possível substituto para

a árvore hevea brasiliensis, da qual, na época, era a principal fonte de matéria-prima de borracha natural. Este projeto percorreu e ocupou infraestrutura de várias instituições do estado de Coahuila de Zaragoza, incluindo a Universidade Autônoma Agrária Antônio Narro, a Faculdade de Ciências Químicas e o Instituto Tecnológico de Saltillo. Durante essa peregrinação, os resultados da pesquisa com a Guayule foram bem sucedidos, rendendo materiais de excelente qualidade. As necessidades encontradas para a continuação dos estudos obrigou a expansão da infraestrutura existente a época até chegarem à construção da primeira Planta Piloto. Nesta época foi possível obter os primeiros resultados de borracha de Guayule com as especificações desenhadas pelos pesquisadores do CIQA.

Figura 1. Foto do prédio administrativo do Centro de Investigação em Química Aplicada – CIQA.

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artigo

ENTRETANTO, somente em 2 de novembro de 1976, o decreto de criação do Centro de Investigação em Química Aplicada CIQA foi publicado no Diário Oficial da Federação.

Atualmente, o CIQA como um centro público de pesquisa do Sistema Nacional CONACYT, localizado na cidade de Saltillo, Coahuila de Zaragoza, México (Fig. 1), conta com uma unidade também na cidade de Monterrey, Nuevo León, México.

CIQA é um centro especializado em química, design, síntese e transformação de polímeros, materiais avançados; biociências, agro-tecnologia, meio ambiente, recursos naturais e disciplinas afins.

Conta com uma equipe de 71 pesquisadores e 25 recém Doutores, sendo 84 deles integrantes do Sistema Nacional de Pesquisadores (SNI) além de 90 técnicos, 160 acadêmicos dos programas de Pós-Graduação e pessoal administrativo. Anualmente são produzidos mais de 120 artigos científicos que são publicados em periódicos de alto impacto. São registrados em média, 30 pedidos de patentes por ano para proteger a tecnologia desenvolvida em nossas diferentes linhas de pesquisa. Até o momento temos 171 patentes requeridas,

53 concedidas, três transferidas e 1 Escritório de Transferência de Tecnologia reconhecido pelo Ministério da Economia e CONACYT. Toda essa produção de conhecimento é concentrada nas diferentes setores de atuação do CIQA (Fig. 2).

O CIQA conta com excelente infraestrutura para desenvolver projetos de pesquisa e oferecer o portfólio mais integrado de serviços científicos, tecnológicos, educacionais, de assistência técnica e laboratoriais na área de materiais poliméricos. Esta infraestrutura permite corroborar com toda a cadeia produtiva de plásticos e materiais avançados (Fig.3).

São realizados anualmente mais de 80 projetos de pesquisa financiados com recursos externos provenientes da indústria e órgãos de fomento públicos. Muitos desses projetos são interinstitucionais, já que o CIQA está vinculado tanto a instituições públicas quanto a industrias de diferentes setores de diversas regiões do país e do mundo. Um portifólio com todas informações do serviços e projetos disponíveis em CIQA podem ser encontrados no site.

Figura 2. Diferentes área de atuação do CIQA.

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artigo

Figura 3. Infraestrutura instalada no CIQA.

Figura 4. Laboratório Nacional Coordenados por CIQA.

O CIQA coordena as atividades de 2 Laboratórios Nacionais: o Laboratório Nacional de Materiais de Grafeno (LNMG) e o Laboratório Nacional de Inovação e Desenvolvimento de Materiais Leves para a Indústria Automotiva (LANIAUTO), e somos parceiros do Laboratório Nacional de Micro e Nanofluídica (Fig. 4).

Comprometidos com a qualidade de nossos serviços, somos certificados segundo os requisitos da ISO 9001:2015 em laboratórios de caracterização química, ensaios físico-mecânicos, materiais de grafeno, materiais leves para a indústria automotiva, controle

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de projetos e laboratório de manufatura aditiva. Também alguns de nossos ensaios são credenciados pela Entidade Credenciadora Mexicana A.C. (EMA) sob os requisitos da norma NMX-EC-17025-IMNC-2018 (ISO/IEC17025:2017). Maiores informações podem ser encontradas na pagina: https://www.ciqa.mx/ Dr. Luciano da Silva,

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FORMULA SAE ELÉTRICO | B’ENERGY RACING FACENS por Matheus Vuaden de Lima e Maria Angélica Pires Yokota

A

equipe B’Energy Racing representa o Centro Universitário Facens na competição de Formula SAE Elétrico, sendo uma das primeiras equipes que participam desde a primeira competição nacional em 2012. A competição – assim como os outros programas estudantis da SAE – desafia os alunos dos cursos de Engenharia a colocar em prática seus conhecimentos adquiridos em sala de aula, além de diversas experiências conquistadas dentro do próprio projeto, para que durante o evento presencial, os mesmos passem por provas estáticas e dinâmicas, apresentando o projeto em todos seus quesitos para Juízes com vivência no segmento automotivo nacional e internacional.

A equipe iniciou suas atividades há 10 anos, com a missão de qualificar os estudantes para o mercado de trabalho. Propósito que se faz realidade, onde hoje o índice de empregabilidade é de 97% entre os integrantes da equipe atuando em grandes empresas – Ford, Toyota, Schaeffler, ZF, Dana, Yazaki, CNHi, ABB, Clarios, e inclusive departamentos dentro da própria Facens. Isso se faz claro pois dentro da equipe, os alunos se desenvolvem pessoalmente e profissionalmente, trabalhando de forma organizada e dividida em áreas e setores, da mesma forma que as grandes organizações. E mesmo com um tempo reduzido dos integrantes, divididos entre faculdade e trabalho, a B’Energy possui uma história de superação e sucesso. A indústria automotiva sofre atualmente uma transformação, onde há a necessidade de quebrar o paradigma do consumo de veículos de combustão interna, visando os benefícios da utilização de veículos movidos à outras plataformas, além da preocupação com o meio ambiente e saúde da população. Desta forma vivemos uma evolução, onde a emissão zero de gases nocivos e emissão de ruídos quase nula se tornam prioridades. Por isso no ano de 2012, a Facens resolveu investir no desenvolvimento de veículos elétricos, junto à alunos que fundaram a B’Energy Racing.

Durante o período de 2012 a 2016, a equipe buscou conhecimento no tema, e desenvolveu o know-how inicial dos alunos, para entenderem o funcionamento desta nova platafor-

ma. Este também foi um período de disseminação da eletrificação, dentro e fora da Facens. Dessa forma, diversos alunos se interessaram pelo projeto, além de empresas parceiras, que decidiram investir na ideia. O resultado de muito trabalho em cima do projeto, veio em 2017, quando a equipe construiu o primeiro carro por completo para participar da competição nacional, realizada em Piracicaba, no interior de São Paulo. Esse período de 5 anos iniciais da equipe, e da competição no Brasil, foi um período muito importante para aquisição de recursos necessários para a construção do veículo, já que para se ter um Powertrain e um carro competitivo, o custo elevado de peças se fazia – e ainda se faz – realidade.

Logo no primeiro ano com um carro, a equipe foi aprovada na inspeção de segurança técnica, participou de todas as provas dinâmicas, e conquistou a segunda colocação geral, entre 15 universidades. E da mesma forma, a equipe repetiu o resultado na última competição presencial no Brasil, em 2019, sendo um dos grandes destaques do evento, principalmente nas provas dinâmicas, onde na prova de aceleração percorreu 75 metros em 4,024 segundos. Após essa competição, a equipe conquis-

Figura 1. Carro B19 na competição FSAEB19

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tou pela primeira vez a oportunidade de participar no FSAE Electric disputado nos EUA com universidades do mundo todo.

Devido as circunstâncias da Covid-19, o evento internacional foi alterado para ser realizado de forma virtual. A B’Energy participou da FSAE Virtual em 2020 e da FSAE Knowledge – também online – em 2021, ambas competições promovidas pela SAE International, apenas com as provas estáticas de Apresentação de Projetos, Custos e Manufatura, e Business.

Dentre os resultados, ficou o destaque para a 8ª colocação no evento de Custos e Manufatura, dentre mais de 50 equipes.

As competições internacionais trouxeram para os integrantes mais uma experiência, podendo divulgar o projeto para juízes de grandes empresas no exterior, além de benchmarking e networking com outras equipes.

Atualmente a B’Energy Racing vem desenvolvendo um novo protótipo elétrico, denominado de “B20”. Este novo veículo foi projetado combinando uma extensa aquisição de dados em testes dinâmicos dos veículos anteriores, resultando em inputs para simulações computacionais e modelamento matemático.

Como decorrência, o B20 é um carro com ajuste dinâmico voltado para um veículo de alta performance com propulsão elétrica. A busca por maior eficiência foi uma preocupação constante no novo design. Para isso, todos os sistemas do veículo foram revisados, com destaque para os sistemas eletrônicos do veículo que trazem confiabilidade entre o sistema de tração e a unidade de controle através de uma ECU desenvolvida pela equipe, onde seus dados são transmitidos pela comunicação CAN o que permitiu à equipe reduzir os fios entre os sensores.

O sistema de tração foi dimensionado estrategicamente nesta temporada para proporcionar aceleração rápida, para que o carro possa sair de uma curva em maiores velocidades, reduzindo o tempo de volta. Para tanto, foram estipulados objetivos técnicos a serem seguidos durante o desenvolvimento do projeto, como a alteração do microcontrolador PIC18F66F80 para o STM32F103C8T6, utilizar a potência máxima do motor – 80 kW – permitida perante regulamento, e o desenvolvimento da telemetria para coleta de dados de energia, sistema de tração e sensoriamento. Além disso outras metas também foram determinadas, como a redução do custo do veículo em 9,73%, modelo matemático de todo o veículo e redução da área frontal.

O sistema trativo do B20 inclui o uso de um motor elétrico PMSM axial, síncrono e trifásico de alto desempenho, da empresa EMRAX®, modelo EMRAX 268. Este motor possui torque nominal de 250Nm (pico de 500Nm) com potência nominal de 107kW (pico de 200 kW), e sua rotação máxima sendo de 5500RPM resultando em uma eficiência de cerca de 92-98%, pesando 20,5 kg. O controlador do motor, ou VFD (Variable Frequency Drive) utilizado no sistema de tração do B20 é o BAMOCAR D3-400, da Unitek®. O equipamento possui isolamento galvânico nos conectores, garantindo segurança, podendo manipular no máximo 140kW de potência, recebe no máximo 400V de alta tensão DC e alimentação auxiliar de 12V. A tensão de saída é no máximo 450VEff. O componente também possui um sistema de refrigeração para manter o

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Figura 2. Solda de componentes nas PCBs

Figura 3. Motor EMRAX 268 utilizado no projeto do B19 e B20

controlador do motor em uma temperatura ideal e um resolver para adquirir controle preciso de velocidade e torque.

Para fornecer energia suficiente ao EMRAX® 268, um novo projeto de acumulador foi feito visando a redução de massa, alta densidade de energia e dimensionamento compacto. O acumulador foi construído com células NMC fornecidas pela FullyMax®, possuindo 3,8V em tensão nominal e 22Ah de capacidade, podendo ser drenado 330A de corrente nominal

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(possibilitando chegar a 660A de pico). Otimizando o tamanho do acumulador, 4 packs com 18s1p foram montados com um invólucro de isolamento não inflamável feito de DuPont® NOMEX. O container é feito de chapas SAE 1020, resultando em 53kg quando o acumulador está totalmente montado. O sistema trativo e de energia do B20 faz com que – com todos esses itens – o protótipo veicular da B’Energy Racing se torne um dos mais competitivos no Formula SAE Brasil na categoria elétrica.

As baterias com química avançada, precisam de monitoramento contínuo de sua temperatura e SoC – State of Charge.

Para isso, foi escolhido um sistema de monitoramento robusto fornecido pelo BMS. Existem 72 módulos de células e 72 sensores de temperatura instalados dentro do recipiente do acumulador sendo configurado pelo software do BMS. Podem ser configuradas algumas condições de falha, como tensão mínima da célula, ausência de comunicação da célula, corrente máxima de descarga e temperatura da célula. Ademais, com uma frenagem regenerativa atuando no veículo, comandada pela ECU e controlada pelo controlador do motor, o protótipo anterior – B19 – obteve melhores resultados completando uma resistência parcial com 20% menos energia enquanto o Regen estava sendo utilizado. Mesmo com esses dados, a equipe implementou um botão de gerenciamento de energia localizado no volante, que permite ao piloto escolher momentos estratégicos para aumentar a potência enviada ao motor, como nas retas, sem precisar utilizar a potência máxima continuamente, que não será totalmente utilizado.

A principal função do sistema eletrônico é controlar o veículo através das ações do piloto e dos sinais dos sensores e atuadores presentes no veículo. Esses dados são trocados através do barramento CAN entre seis placas de circuito impresso, o Firmware – sendo microcontroladores STM32F103C8T6 – pode realizar a lógica necessária para que todos os componentes funcionem juntos. A ECU do nosso veículo é um projeto self-made e é a principal responsável por monitorar e enviar a solicitação de torque APPS ao controlador do motor. Ele também recebe os dados dos sensores por meio do CAN e controla recursos como frenagem regenerativa, velocidade do ventilador do radiador e indicadores do painel, enquanto transmite esses dados para a equipe por meio de nosso sistema de análise de dados e telemetria também self-made. Finalmente, a ECU possui protocolos de segurança que irão parar o carro em falhas autodetectáveis, ou desligar completamente o sistema de tração se ocorrer uma falha não prevista pelo sistema de Shutdown.

A comunicação CAN permite que microcontroladores e outros dispositivos como ECUs se comuniquem entre eles, sem a rede host. O comportamento do carro pode ser analisado constantemente. Quando o CAN recebe os dados brutos de um módulo, eles são convertidos em pacotes de dados, então são enviados para o outro módulo com velocidade de 1Mbps.

O barramento CAN monitora o controle do motor, direção, aceleração, estado da bateria e outros sensores que são críticos para a operação do veículo.

Figura 4. Teste de eletrônica em bancada

O sistema de aquisição de dados e telemetria é responsável por adquirir os dados dos componentes e sensores instalados no carro e alimentar seus sinais para o Data Logger – outro item self-made pela equipe – que armazenará os dados em um arquivo em um cartão SD que poderá ser usado posteriormente para análise; e o componente de telemetria, que transmitirá os dados através de LoRa com distância de até 3 km até nosso Back-end, que pode processar e entregar os dados em tempo real para qualquer dispositivo conectado ao nosso painel de telemetria. Esses três componentes estão em vigor para que possamos analisar, em tempo real e fora da pista, os dados coletados de sensores como aceleração, pressão de frenagem, ângulo do volante, tensão da bateria e os dados de nossa ECU, que podem ser usados para validar os demais sistemas eletrônicos.

A pandemia da Covid-19 foi um desafio e tanto para o mundo todo, e isso inclui a equipe B’Energy Racing. Porém a equipe aprendeu muito com o isolamento, e continua aprendendo agora na volta às atividades presenciais, sempre extraindo o máximo de benefícios de cada situação. O cenário de eletrificação na mobilidade – cada vez mais crescente – instiga o ambiente de trabalho desses estudantes, motivando-os a continuar nesse processo, alavancando o desenvolvimento de novas tecnologias para o mercado nacional.

Matheus Vuaden de Lima é estudante de Engenharia Mecânica e participante da equipe B’Energy Racing desde 2017. Atua como Gerente de Projetos no Centro Universitário Facens, com foco no desenvolvimento de aplicações de Software e Inovação.

Maria Angélica Pires Yokota é estudante de Engenharia Mecatrônica e participante da equipe B’Energy Racing desde 2019. Atua como Analista de Engenharia de Produto, com foco no desenvolvimento de Drivetrain para veículos pesados e em Eletrificação.

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artigo

A IMPORTÂNCIA DA NORMALIZAÇÃO PARA O GRAFENO por Erlon H. Martins Ferreira

N

anomateriais de carbono têm, desde muitos anos, despertado enorme interesse da comunidade científica por apresentarem propriedades físico-químicas únicas.

São materiais com baixa densidade e excelentes propriedades térmicas e elétricas, e que, quando combinado a materiais convencionais, mesmo em baixas concentrações, oferecem diversos tipos de aprimoramentos das propriedades físicas e químicas desses materiais. Este novo campo de pesquisa tem no ano de 1985 o seu primeiro impulsionamento, quando Kroto, Curl e Smalley descobriram o fulereno, primeiro nanomaterial de carbono identificado e também a primeira nova forma alotrópica do carbono descoberta no século XX. Esta descoberta valeu a eles o prêmio Nobel de Química em 1996. Poucos anos depois, em 1991, Iijima fez uma grande descoberta ao sintetizar de forma controlada os nanotubos de carbono. Essas nanoestruturas trouxeram ainda mais fascínio para o campo tecnológico devido às infinitas possibilidades de aplicações, desde o reforço mecânico aliado a uma menor densidade para materiais cimentícios até diferentes aplicações na área biomédica. Durante décadas, pesquisadores vêm aprimorando os métodos de síntese, separação e caracterização dos nanotubos de carbonos, uma vez que nanotubos de diferentes diâmetros e tamanhos possuem características eletrônicas distintas e, portanto, podem ser usados em aplicações específicas.

Chegamos, então, em 2004 com a descoberta do grafeno.

Embora este material já fosse conhecido, pois ele é a base para a formação de estruturas de grafite a partir do seu empilhamento, esta foi a primeira vez em que uma monocamada de grafite foi isolada. Os ganhadores do Nobel em Física de 2010, Andre Geim e Konstantin Novoselov, descobriram um método extremamente simples para a produção de grafeno que ficou conhecido como “método da fita Scotch”. Tal método, ainda que com um baixo rendimento, produz grafenos de excelente qualidade estrutural, com baixo custo e de forma relativamente rápida. Isso facilitou muito o acesso de pesquisadores em todo o mundo para explorar as suas diferentes e únicas propriedades. Não tardou em se tornar o principal material de interesse

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em publicações científicas e patentes, prometendo revolucionar, em especial, a área de nanoeletrônica e nanodispositivos.

As características químicas, estruturais, morfológicas e dimensionais do grafeno (ou de qualquer nanomaterial em geral) têm um efeito direto nas suas propriedades físico-químicas e, consequentemente, na sua viabilidade para uma determinada aplicação. Portanto, um controle adequado dessas características, por meio de métodos de produção e medição confiáveis, é algo imprescindível para fazer um novo material se tornar um produto que chega ao consumidor final. Justamente, um dos grandes desafios ainda existentes nos dias de hoje é o controle de qualidade na produção desses materiais.

Desde a produção da matéria prima até o produto acabado, não há de se falar em produção em larga escala sem métodos reprodutíveis e normalizados que garantam o controle de qualidade em todas as etapas do processo. Neste campo, os Institutos Nacionais de Metrologia (INM), associações empresariais e entidades normativas, tais como ISO e IEC, exercem um papel chave. É atividade fundamental dos INM fazer a ponte entre o desenvolvimento científico e tecnológico com a área de produção, traduzindo o conhecimento gerado por universidades e centros de pesquisa em metodologias validadas que possam ser prontamente utilizadas pelo setor produtivo. A principal forma de se levar este conhecimento para as empresas é através das normas técnicas.

Todos os países possuem entidades normativas que buscam compreender as necessidades da sua indústria e produzir normas para atendê-las. Não é de se estranhar, portanto, que a China, um dos maiores produtores de grafeno do mundo, já venha há alguns anos publicando normas de grafeno para o seu mercado interno. Paralelamente, organismos internacionais como ISO e IEC também têm dedicado esforços para produção dessas normas, contudo num ritmo um pouco mais lento.

O processo de produção de uma norma internacional é mais longo, pois o que se busca é a aprovação por consenso dos representantes de diversos países membros do comitê técnico e que estão defendendo os seus interesses nacionais. Além disso,

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uma norma internacional deve refletir o estado-da-arte na sua área de aplicação e ser tecnicamente precisa. Dessa maneira, tem-se, até o momento, poucas normas internacionais publicadas, sendo apenas três pela ISO e 12 pela IEC. Falando especificamente da ISO, o TC 2291 (Nanotechnologies) publicou, em 2017, o primeiro documento normativo internacional sobre grafeno, a ISO/TS 80004-13 (Nanotechnologies – Vocabulary – Part 13: Graphene and related two-dimensional (2D) materials). Este é um documento fundamental, pois define de forma clara e consensual a terminologia para a área, evitando, por exemplo, possíveis conflitos na compreensão do rótulo de um produto. Segundo esta norma, por exemplo, um material só pode receber a denominação de grafeno se ele for formado por, no máximo, até 10 camadas de átomos de carbono ligados numa certa estrutura cristalina característica.

Isso poderá evitar, por exemplo, que um produto contendo nanoplacas de grafite seja indevidamente comercializado com o nome de grafeno. Neste mesmo sentido, o Graphene Council, uma rede que reúne empresas, centros de pesquisas e universidades de diversas partes do mundo, está desenvolvendo um modelo de classificação para simplificar a identificação de um material ou produto contendo grafeno.

O segundo documento sobre grafeno publicado pelo ISO/TC 229 é um relatório técnico, o ISO/TR 19733:2019 (Nanotechnologies — Matrix of properties and measurement techniques for graphene and related two-dimensional (2D) materials). Este TR deverá ser de grande utilidade para empresas produtoras de grafeno, pois reúne, num único documento, as descrições das diferentes técnicas de caracterização que podem ser utilizadas para acessar uma determinada propriedade do material. Uma matriz de correlação entre técnicas e mensurandos, presente neste documento, é um meio simples e rápido para fazer a seleção do método de ensaio apropriado para a determinação da propriedade de interesse.

Por fim, em 2021 foi publicada a ISO/TS 21356-1 (Nanotechnologies – Structural characterization of graphene – Part 1: Graphene from powders and dispersions), que vem a ser a primeira norma internacional sobre procedimentos de medição de grafeno. Esta norma ajuda a identificar se um material contem de fato grafeno e, em caso positivo, como realizar a sua caracterização com o uso de um fluxograma que descreve um processo de tomada de decisão (ver Figura 1). Lá, estão prescritos também os métodos de preparação e de análise para algumas das técnicas de caracterização necessárias para

compreensão das propriedades estruturais de grafeno na forma particulada e em dispersões.

No cenário nacional, a Comissão de Estudo Especial de Nanotecnologia da ABNT (ABNT/CEE-0892), espelho do ISO/ TC 229 no Brasil, tem acompanhado de perto todo o desenvolvimento normativo na área do grafeno. A comissão conta com representantes dos diversos setores da sociedade, incluindo empresas, universidades, institutos de pesquisa, associações de classe e órgãos do governo. Os especialistas membros da ABNT/CEE-089 participaram ativamente no desenvolvimento dessas normas dentro do ISO/TC 229 e estão agora no processo de adoção dessas mesmas normas para o país. A primeira norma brasileira sobre grafeno estará em breve em consulta nacional, e trata justamente da adoção da norma ISO/ TS 21356-1.

O campo da normalização para o grafeno começou a ser recentemente explorado e ainda deverá render muitos frutos.

Basta ver os diversos projetos de novas normas em andamento ou que estão se iniciando dentro do ISO/TC 229 e também no IEC/TC 1133. Contudo, ainda existem muitos desafios a serem vencidos na parte de caracterização, de forma a melhorar a confiabilidade e reprodutibilidade dos resultados. Os métodos de ensaio que são utilizados atualmente e que servem de referência para as normas em elaboração estão em constante revisão por meio de comparações interlaboratoriais, cujo principal objetivo é a validação desses métodos.

Neste cenário, o VAMAS4 (Versailles Project on Advanced Materials and Standards), fórum pré-normativo criado em 1982 e que reúne representantes dos principais INM do mundo, aparece como um importante ator. O objetivo do VAMAS é apoiar o comércio internacional de produtos contendo materiais avançados, por meio de projetos internacionais que buscam, de forma colaborativa, estabelecer práticas harmonizadas para medições, ensaios, especificações e padrões. Desde a sua criação, o VAMAS tem estreita relação com os organismos normativos e com outros fóruns de metrologia, tendo dado enormes contribuições para o desenvolvimento de normas e padrões para a indústria de alta tecnologia. Em consonância com as tendências tecnológicas, foi criado, em 2017, um grupo de trabalho (TWA 415) dedicado especificamente ao grafeno e materiais bidimensionais. No momento, 13 projetos de comparação interlaboratorial estão em andamento, os quais buscam validar métodos de medição para diferentes características do grafeno, tais como número de camadas, espessura, impurezas

1 https://www.iso.org/committee/381983.html 2 https://www.abnt.org.br/normalizacao/comites-tecnicos 3 https://iec.ch/dyn/www/f?p=103:7:::::FSP_ORG_ID:1315 4 http://www.vamas.org/ 5 http://www.vamas.org/twa41/index.html

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artigo

Figura 1. Visão geral da sequência e processo dos métodos de medição usados para determinar as propriedades estruturais do grafeno a partir de uma amostra na forma particulada ou dispersão líquida [ISO/TS 21356-1].

metálicas, área superficial, etc. Os resultados dessas comparações são procedimentos de medição que servirão de base para a elaboração de futuras normas internacionais.

O principal valor de uma norma internacional está, portanto, no fato de que ela descreve uma metodologia que foi exaustivamente testada, e cuja descrição foi avaliada e aprovada por diversos especialistas após um longo período de análise e discussão. Ademais, a sua versão final é sempre obtida através do consenso desses especialistas que representam os interesses de seus países. Em resumo, uma norma internacional representa as melhores e mais confiáveis práticas disponíveis no momento e que são internacionalmente aceitas.

Dessa maneira, fica claro que resultados de ensaios de carac-

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terização do grafeno segundo uma norma internacional carregam consigo uma chancela de qualidade e agregam mais valor ao produto. Nesse contexto, os laboratórios de ensaios que implementam essas normas de caracterização e atendam aos requisitos de qualidade para execução de ensaios (ex. ABNT NBR ISO/IEC 17025) se tornam os principais provedores de qualidade aos produtos com grafeno.

Erlon H. Martins Ferreira, Pesquisador-Tecnologista, Divisão de Metrologia de Materiais, Inmetro Secretário da Comissão de Estudo Especial de Nanotecnologia da ABNT

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Um novo material bidimensional.

Produzido através da esfoliação de grafite e recombinação das lâminas de grafeno e nanografite.

A resistência elétrica de superfície chega a 1/100 da resistência elétrica de folhas de grafeno.

Algumas aplicações: Condutores elétricos não-metálicos: aquecedores, eletrodos, circuitos flexíveis e vestíveis.

Revestimentos retardantes de chama Lubrificantes sólidos e condutores de calor e eletricidade contato@galembetech.com