Materiais carbonáceos modificados com óxidos de metais de transição para aplicação em sistemas de armazenamento de energia

Abstract

Nos últimos anos, a indústria automobilística tem requerido baterias chumbo-ácido mais eficientes e mais confiáveis. Esta demanda decorre da utilização de sistemas elétricos que cumprem uma série de funções nos veículos, visando aumentar a comodidade do usuário e de dispositivos para reduzir o consumo de combustível. Um exemplo é a tecnologia start-stop que desliga o motor à combustão quando o veículo pára. As baterias utilizadas nestes veículos devem ser robustas e eficientes o suficiente para suportar um grande número de partidas do motor e manter os sistemas elétricos em funcionamento durante as paradas. Para acompanhar as demandas, a indústria de baterias vem, constantemente, introduzindo aprimoramentos aos acumuladores de energia. Como exemplo, podem ser citados alguns dos novos aditivos aplicados aos eletrodos negativos, tais como carbonos de alta área específica. Em geral, estes carbonos facilitam os processos de carga e descarga da bateria devido a uma série de modificações nas características do eletrodo negativo, facilitando a aceitação de carga da bateria. No entanto, muitos destes carbonos favorecem a reação de evolução de H2 no eletrodo negativo da bateria, elevando o consumo d’água e reduzindo a vida útil do dispositivo. Como uma estratégia de melhorar o desempenho de aceitação de carga e reduzir o consumo d’água, a proposta aqui apresentada é a modificação de carbonos com óxidos de metais com baixa corrente de troca para a reação de evolução de H2, tais como o Nb e o Zn. O óxido foi incorporado ao negro de fumo em tratamento hidrotermal a partir da solução aquosa dos precursores metálicos solúveis, com posterior secagem e tratamento térmico em atmosfera inerte de N2. Os resultados obtidos em células chumbo-ácido de 5Ah de capacidade, mostraram que a modificação do carbono, promoveu uma redução considerável, cerca de 66%, na perda de água e um aumento significativo de eficiência na aceitação de carga, cerca de 89%, em comparação ao respectivo carbono sem a modificação. O carbono modificado apresentou características altamente desejáveis para aplicação como aditivo do eletrodo negativo de baterias chumbo-ácido e é uma estratégia a ser considerada para melhorar o desempenho e a eficiência deste tipo de acumulador.