O que é Nióbio?
O nióbio é um elemento químico ja conhecido a muitos anos nossa tabela periodica, identificado através do símbolo Nb e número atômico 41 e massa atômica 92,9 u.
Elemento de transição, o nióbio compõe o grupo 5 da classificação periódica dos elementos. O metal foi descoberto em 1801 pelo químico inglês Charles Hatchett, mas foi só em meados do século XX que o elemento começou a ganhar maior evidência.
Devido sua capacidade de transformar as propriedades de outros materiais, as propriedades do nióbio tem hoje inúmeras utilidades como por exemplo em carros, turbinas de aeronave, estruturas de pontes e edifícios, aparelhos de ressonância magnética, instrumento de marcapasso, sondas espaciais, foguetes, tubulações de gás, componentes eletrônicos e baterias.
Origem
Nióbio (Nb) , elemento químico , metal refratário do Grupo 5 (Vb) da tabela periódica , utilizado em ligas, ferramentas e matrizes, e ímãs supercondutores. O nióbio está intimamente associado ao tântalo em minérios e propriedades.
Devido à grande semelhança química do nióbio e do tântalo, o estabelecimento das identidades individuais dos dois elementos foi muito difícil. O nióbio foi descoberto pela primeira vez (1801) em uma amostra de minério de Connecticut pelo químico inglêsCharles Hatchett , que chamou o elemento columbium em homenagem ao país de sua origem, sendo Columbia sinônimo de Estados Unidos. Em 1844, um químico alemão,Heinrich Rose descobriu o que considerou ser um novo elemento que ocorre junto com o tântalo e chamou-o de nióbio em homenagem a Niobe , a deusa mitológica que era filha de Tântalo . Após considerável controvérsia, foi decidido que o columbium e o nióbio eram o mesmo elemento. Eventualmente, um acordo internacional (cerca de 1950) foi alcançado para adotar o nome de nióbio, embora o columbium tenha persistido na indústria metalúrgica dos Estados Unidos.
O nióbio é cerca de 10 vezes mais abundante na crosta terrestre do que o tântalo. O nióbio, mais abundante que o chumbo e menos abundante que o cobre na crosta terrestre, ocorre disperso, exceto por relativamente poucos minerais. Destes minerais, a série columbita-tantalita, na qual a columbita (FeNb 2 O 6 ) e a tantalita (FeTa 2 O 6 ) ocorrem em proporções altamente variáveis, é a principal fonte comercial.O pirocloro , um niobato de cálcio e sódio , também é a principal fonte comercial. O nióbio natural ocorre inteiramente como o isótopo estável nióbio-93.
Os procedimentos de produção do nióbio são complexos, sendo o maior problema sua separação do tântalo . A separação do tântalo, quando necessário, é efetuada por extração com solvente em um processo líquido-líquido; o nióbio é então precipitado e transformado em pentóxido de nióbio, que é reduzido a pó de nióbio por meio de processos metalotérmicos e de hidratação. O pó é consolidado e purificado por fusão por feixe de elétrons. A sinterização de pó a vácuo também é usada para consolidação. O nióbio também pode ser obtido por eletrólise de sais fundidos ou redução de complexos de flúor com um metal muito reativo como o sódio. (Para obter informações sobre a mineração, recuperação e aplicações de nióbio, consulte processamento de nióbio .)
O metal puro é macio e dúctil; parece aço ou, quando polido, platina . Embora tenha excelente resistência à corrosão, o nióbio é suscetível à oxidação acima de cerca de 400 ° C (750 ° F). O nióbio pode ser dissolvido melhor em uma mistura de ácidos nítrico e fluorídrico. Completamente miscível com o ferro , é adicionado na forma de ferronióbio a alguns aços inoxidáveis para dar estabilidade na soldagem ou aquecimento. O nióbio é usado como o principal elemento de liga em superligas à base de níquel e como um aditivo secundário, mas importante, para aços de baixa liga e alta resistência. Devido à sua compatibilidade com o urânio , resistência à corrosão por refrigerantes de metal alcalino fundido e baixa seção transversal de nêutron térmico, tem sido usado sozinho ou em liga com zircônio em revestimentos de núcleos de reatores nucleares . Carbonetos cimentados usados como matrizes de prensagem a quente e ferramentas de corte tornam-se mais duros e mais resistentes ao choque e à erosão pela presença de nióbio. Nióbio é útil na construção de dispositivos eletrônicos criogênicos (baixa temperatura) de baixo consumo de energia . Nióbio-estanho (Nb 3 Sn) é um supercondutor abaixo 18,45 graus Kelvin (K), e o próprio metal de nióbio, abaixo de 9,15 K .
Os compostos de nióbio são de importância relativamente menor. Aqueles encontrados na natureza têm o estado de oxidação +5 , mas compostos de estados de oxidação mais baixos (+2 a +4) foram preparados. Nióbio quádruplamente carregado, por exemplo, na forma de carboneto, NbC, é usado para fazer carbonetos cimentados.
| número atômico | 41 |
|---|---|
| peso atômico | 92,906 |
| ponto de fusão | 2.468 ° C (4.474 ° F) |
| ponto de ebulição | 4.927 ° C (8.901 ° F) |
| Gravidade Específica | 8,57 (20 ° C) |
| estados de oxidação | +2, +3, +4, +5 |
| configuração de elétrons. | [Kr] 4 d 4 5 s 1 |
Mais Sobre o Nióbio
Usando óxido de nióbio e titânio (NTO) como um material de ânodo de próxima geração
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Como o nióbio torna as baterias mais verdes, mais baratas e mais limpas – com informações de um ganhador do prêmio Nobel e especialistas
A CBMM Nióbio hospedou o webinar ‘Powering Future Electrification – Innovative Battery Materials’ sobre cátodos com visionários da indústria relatando novas descobertas. Nióbio (Nb) é um metal macio anteriormente chamado de Columbium nos EUA. A CBMM é fornecedora de produtos e tecnologia de nióbio.
Os pesquisadores estão descobrindo que o nióbio pode ser usado em baterias para estabilidade, maior capacidade, revestimentos e carregamento mais rápido.
Participaram do webinar o vencedor do Prêmio Nobel de Química, Professor Stanley Whittingham, Dr. Stephen Campbell, CTO, Nano One Materials Corporation, Mark Gresser, Presidente e CEO, Wildcat Discovery Technologies e Professor Yang-Kook Sun, Universidade de Hanyang.
Vencedor do Prêmio Nobel Hark Backs to Crystal Days
O professor Stanley Whittingham FRS, vencedor do Prêmio Nobel de Química em 2019, por seu trabalho com baterias de íon-lítio falou sobre as propriedades do Nióbio, baterias de mil milhas, cátodos de cristal único e carros elétricos.
Ele relatou que o Nióbio limpa as superfícies e ajuda na retenção da capacidade.
“Claramente, o nióbio é um material estabilizador. Está reduzindo ligeiramente a evolução térmica ”, diz Whittingham,“ no que diz respeito à ciclagem, ajuda a reduzir drasticamente a impedância da célula ”.
“Hoje todo mundo usa almôndega. Qual é a outra alternativa? Se voltarmos aos nossos primeiros dias na Exxon, usamos cristais únicos. Quando dizemos que estamos tendo um mau comportamento, é porque as próprias almôndegas estão rachando ”, diz Whittingham.
Ele observa que Jeff [Dahn] começou com o conceito de baterias de milhões de milhas. Ele explica por que os cristais únicos permitem baterias de milhões de milhas.
“A chave para isso [monocristais] é menos área de superfície, menos reações colaterais e maior vida útil com baterias de milhões de milhas. Isso não significa que você vai dirigir um milhão de milhas. Isso significa que você poderá ter seu veículo conectado à rede. Isso ajudará a estabilizar a rede. A concessionária será capaz de retirar eletricidade do seu sistema e colocá-la de volta ”, diz Whittingham.
“Você pode impedir que os próprios cristais quebrem, mantendo-os com cerca de 3 mícrons de tamanho. O próximo passo é incorporar o Nióbio aos monocristais e ver se isso os estabiliza ainda mais ”, afirma.
No futuro, ele informa que a indústria de Nióbio precisa trabalhar em novas tecnologias de fabricação; novas cadeias de abastecimento regionais (conforme proposto na Europa); mineração limpa com energia limpa e tecnologias de reciclagem limpa.
A Auto Futures perguntou a Whittingham: “As baterias de veículos elétricos são como você gostaria que fossem para você ao dirigir um veículo elétrico?”
“Eu não dirijo um veículo elétrico agora porque eu moro nas colinas na neve. Preciso de um veículo com tração nas quatro rodas. No entanto, estou olhando para o novo BMW e os novos SUVs da Volkswagen. Se alguém puder me dar um, terei todo o gosto em experimentá-lo. Em geral, os carros elétricos não são bons na partida a frio ”, responde Whittingham sobre dirigir em Bingham, Nova York.
Preparando Materiais Catódicos em Um Pote
O Dr. Stephen Campbell, CTO da Nano One Materials Corporation, ofereceu uma visão sobre a melhor maneira da Nano One Materials de fazer materiais catódicos em um único recipiente.
O processo patenteado One Pot de fabricação de cátodos começa com todos os materiais em um reator, que ele compara a um balde com uma vara. O processo reduz desperdícios, sulfatos e tempo de queima. Ele usa uma fração da pegada de carbono de outros métodos e pode economizar milhares de dólares por tonelada, diz Campbell.
O processo One Pot pode produzir estrutura de cristal único revestido em materiais catódicos ativos que aumentam a durabilidade. Nióbio é o elemento de revestimento escolhido para formar um revestimento fino de Nióbio de Lítio (LiNbO3) em cada cristal, relata Campbell.
“O revestimento de niobato de lítio adere muito bem e cobre todas as superfícies dos cristais individuais”, diz Campbell.
Os nanocristais revestidos individualmente resistem a fraturas enquanto aumentam a durabilidade e os relatórios de desempenho da literatura de Nano One Materials.
O niobato de lítio também pode ser usado em eletrólitos de estado sólido para melhor desempenho e durabilidade, diz Campbell.
“Precisávamos de uma forma de adicionar Nióbio ao nosso vaso único em uma forma solúvel que não é fácil de obter na forma industrial. Por isso, firmamos parceria com a CBMM para fornecer Nióbio que atua no processo one-pot ”, diz Campbell.
Ele concluiu: “O nióbio é um elemento importante nas baterias de íon-lítio de alto desempenho para o futuro da tecnologia de energia”.
Melhorando a densidade da bateria com saltos rochosos desordenados
Mark Gresser, presidente e CEO da Wildcat Discovery Technologies, mostrou as pesquisas mais recentes da empresa sobre catodos de saltos rochosos desordenados (DRX) usando nióbio amigo do ambiente.
O íon de lítio está se aproximando do limite para a densidade de energia dos materiais tradicionais. O cátodo representa 20-40% do custo total das baterias. O cobalto usado nos cátodos tem alta volatilidade nos preços, relata Gresser.
Wildcat descobriu muitos benefícios do DRX, que incluem maior eficiência energética, maior alcance, baterias menores e custos reduzidos. O cobalto e o níquel podem ser eliminados para uma melhor pegada ambiental. O material é mais seguro, reduz o gerenciamento térmico e tem melhora na densidade de energia.
“O DRX pode proporcionar uma economia de custos de US $ 1.400 em uma bateria automotiva”, diz Gresser.
“Aumentamos a densidade de energia e o Nióbio é um elemento-chave”, diz Gresser, “Esperamos fazer um progresso significativo para manter os custos o mais baixo possível.”
Ele diz que o DRX tem a capacidade de ser o próximo material verde quando as baterias de estado sólido surgirem. O DRX tem expansão de baixo volume, tornando-o adequado para baterias de estado sólido.
Hanyang University Research
O professor Yang-Kook Sun, da Hanyang University, Coreia do Sul, relatou como as novas tecnologias de Nióbio, tanto para o cátodo quanto para os ânodos das baterias, as tornam mais estáveis, carregam mais rápido e têm uma vida útil mais longa.
“A introdução dos íons Nb durante a litiação do NCA85 representa uma solução eficaz que garante vida útil suficiente da bateria, carregamento rápido e segurança sem comprometer a capacidade da bateria para veículos elétricos de próxima geração”, explica Sun.
Embora o Nióbio em baterias possa não estar disponível neste inverno em um SUV elétrico para o Professor Whittingham – a tecnologia está se aproximando da comercialização.
“Estamos próximos da comercialização total nos próximos anos”, diz Robson Monteiro, Especialista Sênior em Desenvolvimento de Mercado da CBMM, “Estamos trabalhando com nossos parceiros para as próximas etapas.”
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