Estudo da correlação entre os materiais obtidos no processo de cura dos eletrodos e os impactos no processo de ativação (primeira carga) e o desempenho elétrico e de ciclagem da bateria de chumbo

Abstract

Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do tempo de residência no processo de cura (30, 45 e 60 horas) e da temperatura durante esse processo (55 e 90 ºC) sobre o desempenho de baterias em ciclagem, conforme normas internacionais. As alterações morfológicas dos eletrodos foram acompanhadas ao longo do processo por microscopia eletrônica de varredura (MEV), Difração de raios X (DRX), análise de área superficial e porosidade. Os resultados dessas análises foram correlacionados com o desempenho das baterias em termos de ativação, capacidade nominal, desempenho em partida, ciclagem a 50% e 17,5% de profundidade de descarga, e avaliação em final de vida dos componentes. Os resultados indicaram que o tempo de cura está associado à eficiência na formação de uma rede tridimensional que conecta o material ativo. Entretanto, a temperatura de cura exerceu maior influência sobre o desempenho em ciclagem. Baterias com eletrodos contendo 7% de cristais 4BS em comparação a baterias contendo apenas 3% apresentaram 30 e 20% maior desempenho de ciclagem nos ensaios a 50 e 17,5% de profundidade de descarga respectivamente, evidenciando que não é o tempo de cura, mas os produtos formados, que determinam o desempenho final. Observou-se ainda que a temperatura influencia diretamente a conversão de 3BS em 4BS e o tamanho desses materiais. Cristais formados a 90 ºC apresentaram crescimento 400% maior do que os formados a 55 ºC, exibindo elevada resistência que impossibilitou sua conversão em material ativo positivo, inviabilizando o funcionamento da bateria. Em todas as condições avaliadas, a vida útil das baterias foi limitada pelo fenômeno de estratificação do eletrólito, que atingiu diferenças de densidade próximas a 40 g/L já nos quatro primeiros ciclos. Para investigar essa limitação, foi desenvolvido, testado e validado um sistema de medição que apresentou erro inferior a 1% em comparação a equipamentos comerciais. Os resultados ressaltam que a estratificação deve ser solucionada em estudos futuros antes de iniciar testes com aditivos, pois, caso contrário, a avaliação de seus efeitos não seria precisa, podendo levar a conclusões equivocadas.