Publicação: Caracterização eletroquímica, morfológica e estrutural dos aditivos carbon black e óxido de grafite usados em precursores de placas negativas de baterias chumbo-ácido
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
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Brito, Gilberto Augusto de Oliveira
Resumo
As baterias chumbo-ácido são amplamente utilizadas na sociedade, especialmente em
veículos automotores. Tanto a placa negativa, quanto a placa positiva dessas baterias, são reforçadas
com aditivos que buscam melhorar seus desempenhos. Na placa negativa os aditivos mais utilizados
são: BaSO4, lignosulfonatos e materiais de carbono. Neste trabalho estudou-se como 2 diferentes
aditivos de carbono afetavam propriedades morfológicas do material precursor da placa negativa da
bateria, sendo eles o carbon black e o óxido de grafite. Primeiramente foi realizada a caracterização
dos aditivos e do material precursor por Espectroscopia de Absorção no Infravermelho, por análise
termogravimétrica, espectroscopia Raman, difração de raios-x e microscopia de força atômica,
obtendo-se informações importantes de suas estruturas. Quanto aos efeitos dos aditivos, foi
verificado o volume de macroporos e área superficial que estes geravam nas placas do material
precursor com diferentes concentrações (0%; 0,4%; 0,6% e 0,8%; razão massa de aditvo/massa de
óxido de chumbo). As placas com carbon black apresentaram maiores valores de macroporosidade,
fato que foi consequência de sua estrutura apresentar maior volume de mesoporos (0,4261 cm3
/g)
do que o óxido de grafite (0,0108 cm3
/g). Porém, o óxido de grafite, forneceu maiores valores de
área para as placas. Além disso, foi verificado por voltametria cíclica um comportamento capacitivo
para o carbon black, comportamento que não foi verificado nas voltametrias do óxido de grafite,
consequência de ter apresentado área BET inferior ao carbon black (2,4134 m2
/g e 215,1797 m2
/g) e
por ser um condutor eletrônico. A maior macroporosidade do material precursor com carbon black
levará à formação de materiais ativos negativos com maior porosidade, importante para baterias
automotivas.
Abstract
Lead-acid batteries are widely used in society, especially in motor vehicles. Both the
negative and positive plates of these batteries are reinforced with additives that seek to improve
their performance. In the negative plate, the most commonly used additives are: BaSO4,
lignosulfonates and carbon materials. In this work, we studied how 2 different carbon additives
affected morphological properties of the precursor material of the negative plate of the battery,
namely carbon black and graphite oxide. Firstly, the characterization of the additives and the
precursor material was carried out by Infrared Absorption Spectroscopy, thermogravimetric
analysis, Raman spectroscopy, x-ray diffraction and atomic force microscopy, obtaining important
information about their structures. Regarding the effects of the additives, the volume of macropores
and surface area that they generated in the plates of the precursor material with different
concentrations (0%, 0.4%, 0.6% and 0.8%; ratio of additive mass/mass of lead oxide) was verified.
The carbon black plates showed higher macroporosity values, a fact that was a consequence of their
structure presenting a higher volume of mesopores (0.4261 cm3
/g) than graphite oxide (0.0108
cm3
/g). However, graphite oxide provided higher area values for the plates. In addition, a capacitive
behavior for carbon black was verified by cyclic voltammetry, a behavior that was not verified in
graphite oxide voltammetry, as a consequence of having a lower BET area than carbon black
(2.4134 m2
/g and 215.1797 m2
/g) and for being an electronic conductor. The higher macroporosity
of the precursor material with carbon black will lead to the formation of negative active materials
with higher porosity, which is important for automotive batteries.
Palavras-chave
Baterias, Batteries, Carbon Black, Óxido de grafite, Grafite oxide, Placas, Plates, Material precursor, Precursor Material
Citação
SILVA, Luiz Felipe Rabelo da. Caracterização eletroquímica, morfológica e estrutural dos aditivos carbon black e óxido de grafite usados em precursores de placas negativas de baterias chumbo-ácido. 2024. 56 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.248.
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