Influência das condições de formação sobre a composição, morfologia e capacidade do material ativo positivo de baterias chumbo-ácido ventiladas

Abstract

A performance das baterias chumbo-ácido é influenciada não apenas pelo regime de operação, mas também pelas condições às quais foram submetidas durante o processo de produção. Um desafio para as indústrias de baterias é garantir que a capacidade estimada durante o projeto da bateria seja alcançada no processo de formação dos eletrodos. Normalmente, as baterias saem desse processo com apenas 70% a 85% da capacidade projetada. Isso é avaliado por meio de testes de capacidade e análises químicas do PbO2 presente nos eletrodos positivos. Esse último consiste em partículas de PbO2 em diferentes

zonas (hidratadas ou amorfas e zonas cristalinas). As zonas cristalinas dividem-se em α- PbO2, conhecida como o "esqueleto" da massa ativa, e β-PbO2, que participa nos processos

de carga e descarga denominada estrutura energética. Como essas zonas são geradas durante a formação dos eletrodos, as condições desse processo podem alterar o equilíbrio entre elas, afetando a capacidade inicial da bateria. Esse trabalho teve por objetivo avaliar a influência das condições de formação sobre a composição, morfologia e capacidade do material ativo positivo de baterias chumbo-ácido ventiladas, bem como, determinar as condições ótimas de formação. Todas as condições de formações avaliadas produziram eletrodos positivos com teor de PbO2 acima de 80%. A Mp (macroporosidade) do eletrodo, em formações com baixo nível de carga (7,89 × CN – Capacidade Nominal) e solução de H2SO4 a 1100 g/L, tende a aumentar à medida que se implementam, ao perfil de formação padrão (SD/SP – Sem Descarga/Sem Pausa), condições adicionais de pausa e descarga, originando os perfis SD/CP (Sem Descarga/Com Pausa), CD/SP (Com Descarga/Sem Pausa) e CD/CP (Com Descarga/Com Pausa). Por outro lado, em formações com alto nível de carga (15,78 × CN), o uso de solução de H2SO4 com menor densidade (1100 g/L) resulta em uma Mp constante em torno de 50%. A área superficial específica do eletrodo foi máxima quando a formação foi realizada com H2SO4 a 1215 g/L, utilizando o perfil SD/SP para baixo nível de carga e SD/CP para alto nível de carga. No entanto, o aumento da área superficial específica não implica, necessariamente, em um ganho de capacidade eletroquímica. As condições de formação podem alterar o sistema cristal-gel, favorecendo a predominância da zona cristalina quando se utiliza solução com densidade de 1215 g/L e baixo nível de carga (7,89 × CN). Por outro lado, formações com alto nível de carga (15,78 × CN) indicam a obtenção de uma proporção mais adequada entre as zonas cristalina e gel do PAM. O perfil de formação e a densidade do eletrólito podem ser ajustados para otimizar o eletrodo positivo.