Utilização de carbono como aditivo negativo em baterias VRLA

27 Aug 2021

Diversos tipos de carbono encontram aplicações variadas em muitos tipos de fontes de energia eletroquímica. Neste artigo, focamos na aplicação de suas formas elementares em baterias de chumbo-ácido atualmente utilizadas, bem como em possíveis melhorias futuras que o carbono pode trazer para sua construção. As propriedades únicas do carbono e a variedade de seus alótropos permitem que ele seja utilizado em diferentes partes da bateria de chumbo-ácido, como na massa ativa negativa ou positiva, em componentes do eletrodo ou nos coletores de corrente.

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 carvão ativado. Eles eram usados para prevenir a formação de uma camada passiva de sulfato de chumbo (II), aumentar a fração da massa ativa envolvida em reações eletroquímicas e melhorar a condutividade da corrente quando a placa é descarregada e é composta principalmente de sulfato isolante. Atualmente, muitos tipos de carbono são empregados nessa função, como carvão ativado, grafite, negro de acetileno ou negro de fumo.

Os efeitos da adição de carbono são positivos. Ela melhora significativamente a vida útil das baterias e a aceitação de carga durante a operação. O aumento considerável na durabilidade e no número de ciclos de carga/descarga permite que a bateria de chumbo-ácido se torne competitiva em relação a outros tipos mais caros de fontes de energia eletroquímicas, como as células de níquel-cádmio. As figuras abaixo mostram como a adição de carbono à grade pode prevenir a formação de sulfato (sulfatação).

Sem carbono

Com carbono

Atualmente, o carbono é utilizado em baterias de chumbo-ácido principalmente como aditivo na massa ativa negativa para melhorar suas propriedades eletroquímicas. Esse aditivo atua principalmente de três maneiras: aumentando a porção da massa ativa onde as reações eletroquímicas do chumbo podem ocorrer, armazenando energia na dupla camada elétrica como um capacitor e restringindo fisicamente o crescimento dos grandes e difíceis cristais de sulfato de chumbo. O uso de carbono oferece uma possibilidade real de implementação de baterias de chumbo-ácido em veículos híbridos, pois melhora a vida útil e reduz a sulfatação da placa negativa que ocorre durante a operação nesses veículos. Os aditivos de carbono mais eficazes possuem grande área superficial específica, boa condutividade e alta afinidade com o chumbo. Nos últimos anos, iniciaram-se pesquisas sobre nanoestruturas de carbono ou materiais compósitos para essa função. O carbono também tem o potencial de ser o próximo grande avanço na tecnologia de baterias de chumbo-ácido em um futuro próximo. Seu uso em coletores de corrente pode levar à melhoria do ponto mais frágil das baterias. baterias de chumbo-ácido , ou seja, sua baixa energia específica.

Os coletores de carbono reticulados garantem menor peso, melhor aproveitamento da massa ativa e suporte mecânico. A melhoria dos parâmetros das baterias de chumbo-ácido pode permitir que elas concorram melhor com tipos de baterias mais recentes, como as de íon-lítio, em diferentes áreas (por exemplo, armazenamento de energia, veículos híbridos). O carbono também pode ser usado na construção da bateria como eletrodo de capacitor, permitindo que elas alcancem uma maior densidade de potência. A disseminação das melhorias baseadas em carbono mencionadas na construção de baterias de chumbo-ácido pode levar a muitos mais anos 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 mesmo alcançar novas aplicações no futuro.
EverExceed utiliza nanocarbono em seus Baterias VRLA de gama modular É por isso que essas baterias são uma das soluções VRLA mais populares do mercado atualmente, devido ao seu alto desempenho e longa vida útil.

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