Instituto Dom Luiz

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Increasing the energy density of carbon-based supercapacitors operating in aqueous electrolytes

Publication . Baptista, Joana; Lobato, Killian Paulo Kiernan; Wijayantha-Kahagala-Gamage, Upul

Nesta tese, usaram-se duas estratégias para tentar aumentar a densidade de energia de supercondensadores constituídos por elétrodos de carbono e um eletrólito aquoso. Primeiro, eletrodepositou-se polióxido de fenileno nos elétrodos, para tentar suprimir as reações parasitas que limitam a sua janela de estabilidade. Embora as correntes catódicas não tenham sido afetadas pelo polímero, este diminuiu as correntes parasitas anódicas. Comparando as curvas de polarização obtidas em Na2SO4(aq) para elétrodos polimerizados e não polimerizados, os primeiros demonstraram uma densidade de corrente de troca anódica menor (3.4 μA/cm2 em vez de 10.1 μA/cm2 ). Isto sugere que potenciais mais elevados podem ser aplicados sem acelerar a degradação (e que, para uma mesma janela, a degradação deve progredir mais lentamente na presença do revestimento passivante). No entanto, medições preliminares de estabilidade ainda não confirmaram isto. Mais repetições são necessárias para compensar a variabilidade entre as células pertencentes a um mesmo grupo. Na segunda parte desta tese, usou-se um laser para perfurar canais em elétrodos espessos de carbono, para fazer com que estes conseguissem manter uma capacidade elevada, mesmo quando rapidamente descarregados (em Na2SO4(aq)). Usaram-se diferentes combinações de intensidade do laser e de distâncias entre os canais por ele criados, e os elétrodos foram preparados por dois métodos distintos: serigrafia e impressão flexográfica manual. Apesar da macroporosidade pré-existente no primeiro conjunto de elétrodos, o seu desempenho a elevadas velocidades de (des)carregamento melhorou: o declive do gráfico de Ragone diminuiu até 50%. Este declive diminuiu apenas 20% para os melhores elementos do segundo conjunto. Apesar da melhoria na difusão iónica, a capacidade específica diminuiu, em ambos os conjuntos, com o processamento a laser. Isto deveu-se possivelmente à redução dos grupos funcionais oxigenados. No entanto, num eletrólito orgânico, a capacidade específica a 2 A/g aumentou cerca de 66% após o processamento a laser.

2024-01Doctoral thesis

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Development and collapse of karstic cavities in folded marbles: Geomorphological and geophysical evidences in Nerja Cave (southern Spain)

Publication . Martínez-Moreno, F.J.; Galindo-Zaldívar, J.; Liñán Baena, C.; González-Castillo, L.; Benavente Herrera, J.; Martínez-Martos, M.; Del Rosal Padial, Y.; Fernández Rodríguez, L.E.; Tendero-Salmerón, V.; Madarieta-Txurruka, A.

Karstic evolution leads to the growth and collapse of cavities by the interaction between geological structures and the hydrogeological framework. Nerja Cave developed within marbles belonging to the Alpujarride complex of the Internal Zones in the Betic Cordillera of Spain. The residual gravity anomaly map of the karstified areas –surrounding the known Nerja Cave– may indicate a likely elongated parallel cave system, N-S oriented, unknown up to present, and formed by both small shallow and large deep caves below a nearby hill located north-westwards to the known cave. At the east hillside, a moderate gravity anomaly minimum and geomorphological evidence (vertical walls and sunken terrains) suggest the presence of an old collapsed cave. At the west hillside, a marked gravity minimum is associated with a strongly folded marble layer without evidence of collapse. An electrical resistivity tomography (ERT) profile across the hill –in the E-W direction– supports an interpretation of several voids, two of the bigger ones located on either side of the hill. The combination of geomorphological, ERT and gravity forward modelling indicate the location of unknown caves, one of them partially collapsed. These caves, located at a higher topographic level than the known Nerja Cave, may represent an early stage of cave development, and suggest the preferred dissolution of some layers in the folded marbles. This field example provides new insights on the interaction of structure in the karstic evolution that determines the cavity stability.

2021-04Journal article

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Critical analysis of CMIPs past climate model projections in a regional context: The Iberian climate

Publication . Soares, Pedro M.M.; Lemos, Gil; André Lima, Daniela Catarina

The Iberian Peninsula is a known climate change hotspot. In the last decades, the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) has allowed for thousands of Global Climate Model (GCM) simulations to be conducted, an important tool to assess and understand future changes in Earth's climate. The comparison of past future projections with observations provides a robust evaluation of the models’ skill according to different emission scenarios. Here, a comprehensive performance assessment of GCM-simulated mean, maximum, and minimum temperatures, and accumulated precipitation is conducted for Iberia, by retrospectively comparing historical simulations and past future projections from CMIPs 1 to 6 with reference datasets. From means to extremes, and multi-year intra-annual cycles to inter-annual trends, GCM simulations are compared with Iberia0.1 and E-OBS observational gridded datasets, and ERA5 reanalysis. The matching between the variables’ distributions is assessed through the distribution added values (DAVs), a measure of gain or loss in performance between CMIPs. Results show relevant improvements in the description of the Iberian climate throughout the CMIP effort, for historical and past future periods. While the representation of intra-annual cycles (inter-annual trends) is enhanced after CMIP3 (CMIP2), GCMs from all CMIPs are generally able to depict the observed warming trend. Nevertheless, until 2021, a slight detrimental effect in the performance of CMIP6 models is found, in comparison with CMIP5 ones, with positive DAVs obtained only for past future temperature projections (less than 2%). A continuous monitorization of modelling accuracy for Iberia is needed, considering the increasing relevance of climate change information for adaptation strategies.

2022-12-23Journal article

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Relative Abundance and Compositional Variation of Silicates, Oxides and Phosphates in the W-Sn-Rich Lodes of the Panasqueira Mine (Portugal): Implications for the Ore-Forming Process

Publication . A., Mateus; Figueiras, Jorge; Martins, Ivo; Rodrigues, Pedro; Pinto, Filipe

Panasqueira is a world-class W-Sn-Cu lode-type deposit located in Portugal. It consists of a dense swarm of subhorizontal quartz lodes criss-crossed by several ENE–WSW and N–S fault zones, bordering Late Variscan granite and hosted in Late Ediacaran—Early Cambrian metasediments. The relative abundance and compositional variation (assessed with EPMA) of the main silicates, oxides and phosphates forming the quartz lodes and their margins were examined, aiming to explore: (i) mineral and geochemical zonation at the mine scale; and (ii) some conclusions on the chemical nature of prevalent fluid inflows and T-conditions of mineral deposition. Quartz lodes nearby or far from the known greisen-granite cupola display significant differences, reflecting multiple fluid influxes of somewhat distinct composition related to various opening and closing events extending for several My, ranging from an early “oxide–silicate stage” (OSS) to a “main sulfide stage” (MSS), and further on to a post-ore carbonate stage (POCS); however, a rejuvenation event occurred after MSS. The onset of OSS was placed at ca. 299 ± 5 Ma and the rejuvenation event at ca. 292 Ma. The OSS was confined to ≈500 ≤ T ≤ 320 °C, following rutile and tourmaline growth under ≈640 ≤ T ≤ 540 °C (depending on aSiO2). The rejuvenation event (≈440–450 °C) preceded a late chlorite growth (≈250–270 °C) and the progression towards POCS.

2020-06-19Journal article

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Recursos naturais de lítio

Publication . A., Mateus

A necessidade de opções suficientes para armazenamento de energia advém da evolução recente do setor eletroprodutor e tendência veloz para a eletrificação do setor automóvel. A solução tecnológica que hoje se afirma como a mais vantajosa envolve baterias recarregáveis de iões de lítio (LIB) com diferentes configurações, acopláveis em sistemas estacionários de armazenamento de energia e veículos elétricos. Esta solução deverá prevalecer até 2050, competindo com outras alternativas ainda longe de massificação. O fabrico em larga escala de LIB altera drasticamente o padrão de repartição do consumo de lítio nos mercados que abastecem diferentes setores industriais, exercendo forte pressão junto do limitado número de centros de mineração e transformação da matéria- -prima natural no sentido de aumentarem rapidamente o seu ritmo de produção. Esta pressão tenderá a aumentar nos próximos anos a menos que, entretanto, seja possível incrementar de forma satisfatória as taxas de reciclagem das LIB e do lítio; atualmente, os valores das primeiras são insignificantes e menos de 1% do Li consumido é reciclado. As reservas globais conhecidas totalizam ≈15 Mt e estimativas conservadoras posicionam os recursos disponíveis em torno de 53 Mt, embora possam ascender a 62 Mt se boa parte dos recursos inferidos for confirmada. Mantendo-se as taxas de esgotamento anual dos recursos remanescentes registadas nos últimos 5 anos, os picos de exploração serão atingidos a breve trecho, comprometendo muitas das linhas de desenvolvimento tecnológico imaginadas para o futuro, em particular as que se relacionam com a mobilidade eléctrica. Deste modo, a “corrida ao lítio” tem vindo a ganhar expressão crescente, sustentando investimentos significativos em prospecção e pesquisa mineral para melhor caracterizar os recursos existentes e aumentar as reservas globais. Esta é também a razão que explica o recrudescimento dos trabalhos de prospecção em Portugal, um dos grandes produtores de concentrados minerais litiníferos, ocupando desde há muitos anos a 6ª ou 7ª posição do ranking mundial com uma produção média anual de 15800 toneladas entre 1980 e 2016, mas cujo potencial se encontra por avaliar em detalhe.

2020-09-30Journal article

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