Usando carbono como aditivo negativo na bateria VRLA

27 Aug 2021

Vários tipos de carbono têm vários usos em muitos tipos de fontes de energia eletroquímica. Neste artigo, nos concentramos nas implementações de suas formas elementares em baterias de chumbo-ácido usadas atualmente, bem como em possíveis melhorias futuras para sua construção que o carbono pode trazer. As propriedades únicas do carbono e a variedade dos seus alótropos permitem-lhe encontrar aplicação em diferentes partes da bateria chumbo-ácido, nomeadamente na sua massa ativa negativa ou positiva, numa parte do eléctrodo ou nos colectores de corrente.

Os aditivos para massa ativa negativa (NAM), os chamados expansores, foram introduzidos após a Segunda Guerra Mundial. Seus três componentes principais eram lignossulfonatos, sulfato de bário e carbono ativo. Eles foram usados para prevenir a formação de uma camada passiva de sulfato de chumbo (II), aumentar a fração da massa ativa envolvida nas reações eletroquímicas e melhorar a condutividade da corrente quando a placa é descarregada e é composta principalmente pelo sulfato isolante. Hoje em dia, muitos tipos de carbono são empregados nesta função, por exemplo, carbono ativo, grafite, negro de acetileno ou negro de fumo.

Os efeitos do aditivo de carbono são positivos. Melhora muito o ciclo de vida das baterias e a aceitação de carga durante uma operação. O aumento significativo da durabilidade e do número de ciclos de carga / descarga da bateria permite que a bateria de chumbo-ácido se torne competitiva em relação a outros tipos mais caros de fontes de energia eletroquímica, por exemplo, células Ni-Cd. As figuras abaixo mostram como a adição de carbono na grade pode evitar que a camada de sulfato (sulfatação) aconteça.

Sem carbono

Com carbono

Hoje em dia, o carbono é usado em baterias de chumbo-ácido principalmente como um aditivo à massa ativa negativa para melhorar suas propriedades eletroquímicas. Este aditivo funciona principalmente das seguintes três maneiras: aumentando a porção da massa ativa onde as reações eletroquímicas do chumbo podem ocorrer, armazenando a energia na dupla camada elétrica como um capacitor e restringindo fisicamente o crescimento do chumbo grande e difícil de reduzir cristais de sulfato. O uso de carbono dá uma possibilidade real de implantação de baterias de chumbo-ácido em veículos híbridos, pois melhora o ciclo de vida e reduz a sulfatação da placa negativa que ocorre durante a operação nesses veículos. Os aditivos de carbono mais eficazes têm uma grande área de superfície específica, boa condutividade e alta afinidade com chumbo. Nos últimos anos, começaram as investigações de nanoestruturas de carbono ou materiais compostos para essa função. O carbono também tem potencial para ser o próximo avanço na tecnologia de baterias de chumbo-ácido em um futuro próximo. Seu uso em coletores de corrente pode levar a melhorias no ponto mais fraco de baterias de chumbo-ácido , ou seja, sua baixa energia específica.

Os coletores de carbono reticulado garantem menor peso, melhor aproveitamento da massa ativa e suporte mecânico. A melhoria dos parâmetros das baterias de chumbo-ácido pode permitir-lhes competir melhor com os tipos de bateria mais novos, como íon-lítio, em diferentes áreas (por exemplo, em armazenamento de energia, veículos híbridos). O carbono também pode ser usado na construção da bateria como um eletrodo do capacitor, permitindo que eles alcancem uma densidade de potência mais alta. A disseminação das mencionadas melhorias baseadas em carbono na construção da bateria de chumbo-ácido pode levar a muitos anos adicionais de uso economicamente viável desse tipo de bateria. Apesar de sua longa história, as baterias de chumbo-ácido não parecem perder sua posição atual e podem até alcançar novas implementações no futuro.
EverExceed usa Nano-carbono em seus Baterias Modular Range VRLA . É por isso que essas baterias são uma das soluções VRLA mais populares no mercado atualmente, devido ao seu desempenho em serviço pesado e longa vida útil.

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