Dispersões de nanotubos de carbono como aditivos funcionais para baterias chumbo-ácido

Abstract

Os aditivos de carbono têm sido amplamente utilizados na massa negativa de baterias chumbo ácido para aumentar a área eletroativa, reduzir a resistência de transferência de carga e melhorar a aceitação dinâmica de carga. No entanto, sua incorporação eficiente ainda enfrenta desafios, sobretudo relacionados à dispersão homogênea na matriz de óxido de chumbo (PbO), uma vez que a tendência de aglomeração de certos aditivos, somada às diferenças de densidade entre os aditivos de carbono e o PbO, pode comprometer o desempenho do eletrodo. Neste trabalho, foi proposta a utilização do lignossulfonato de sódio, Vanisperse A (VA), como agente dispersante para nanotubos de carbono (NTCs) em solução aquosa, visando otimizar a sua distribuição na massa negativa. As análises espectroscópicas, térmicas, estruturais e morfológicas, juntamente com as medidas de área superficial, evidenciaram a adsorção das moléculas de lignossulfonato sobre a superfície dos nanotubos de carbono, o que gerou alta estabilidade coloidal, com potencial zeta de até –65 mV. A adição das dispersões às placas negativas melhorou significativamente a distribuição dos nanotubos em comparação à adição convencional em pó. Os resultados mostraram um aumento significativo da área específica nas placas contendo NTCs, chegando a ser até três vezes superior em relação às amostras produzidas com negro de fumo. Teores elevados de VA, no entanto, resultaram em uma redução da área, destacando a importância da adição de quantidades adequadas desse aditivo. Os NTCs favoreceram as reações redox, enquanto o VA produziu um efeito positivo na reação de oxidação do Pb0. Foi observado que o excesso de VA pode bloquear sítios ativos e diminuir a eficiência da transferência de carga, além de complexar íons Pb²⁺, prejudicando as reações de redução do Pb2+. Ensaios elétricos indicaram que o maior teor de carbono favoreceu a aceitação de carga e o rendimento do material ativo, apesar de elevar o consumo de água. As amostras de NTCs dispersas com VA, especialmente a 1N2V, apresentaram melhor desempenho geral em comparação às demais. Neste trabalho também foi validado um sistema de triagem baseado em células de chumbo, tipo “parafuso”, que se mostrou eficiente e com boa correlação com os resultados das células 2V, o que pode otimizar o desenvolvimento e testes de aditivos para eletrodos de baterias chumbo-ácido, com redução significativa dos custos dos ensaios.