Utilizzo del carbonio come additivo negativo nelle batterie VRLA

27 Aug 2021

Diversi tipi di carbonio trovano vari utilizzi in numerose fonti di energia elettrochimica. In questo articolo, ci concentriamo sulle implementazioni delle sue forme elementari nelle batterie al piombo attualmente in uso, nonché sui potenziali miglioramenti futuri che il carbonio può apportare alla loro costruzione. Le proprietà uniche del carbonio e una varietà di suoi allotropi gli consentono di trovare un impiego in diverse parti delle batterie al piombo, in particolare nella sua massa attiva negativa o positiva, in una parte dell'elettrodo o nei collettori di corrente.

Gli additivi per la massa attiva negativa (NAM), i cosiddetti espansori, furono introdotti dopo la Seconda Guerra Mondiale. I loro tre componenti principali erano ligninsolfonati, solfato di bario e carbone attivo. Venivano utilizzati per prevenire la formazione di uno strato passivo di solfato di piombo (II), aumentare la frazione di massa attiva coinvolta nelle reazioni elettrochimiche e migliorare la conduttività di corrente quando la piastra è scarica ed è composta principalmente dal solfato isolante. Oggigiorno, molti tipi di carbone vengono impiegati per questo scopo, ad esempio carbone attivo, grafite, nero di acetilene o nerofumo.

Gli effetti dell'aggiunta di carbonio sono positivi. Migliora notevolmente il ciclo di vita delle batterie e l'accettazione della carica durante il funzionamento. Il significativo aumento della durata e del numero di cicli di scarica/carica della batteria consente alle batterie al piombo-acido di diventare competitive rispetto ad altri tipi di fonti di energia elettrochimiche più costose, ad esempio le celle Ni-Cd. Le figure seguenti mostrano come l'aggiunta di carbonio alla griglia possa prevenire la formazione di uno strato di solfato (solfatazione).

Senza carbonio

Con carbonio

Oggigiorno, il carbonio trova impiego nelle batterie al piombo principalmente come additivo alla massa attiva negativa per migliorarne le proprietà elettrochimiche. Questo additivo agisce principalmente nei seguenti tre modi: aumentando la porzione di massa attiva in cui possono avvenire le reazioni elettrochimiche del piombo, immagazzinando l'energia nel doppio strato elettrico come un condensatore e limitando fisicamente la crescita dei cristalli di solfato di piombo, grandi e difficili da ridurre. L'uso del carbonio offre una concreta possibilità di implementazione delle batterie al piombo nei veicoli ibridi, in quanto ne migliora la durata e riduce la solfatazione della piastra negativa che si verifica durante il funzionamento in tali veicoli. Gli additivi al carbonio più efficaci presentano un'ampia superficie specifica, una buona conduttività e un'elevata affinità per il piombo. Negli ultimi anni, sono iniziate le ricerche su nanostrutture di carbonio o materiali compositi per questo ruolo. Il carbonio ha anche il potenziale per rappresentare la prossima svolta nella tecnologia delle batterie al piombo nel prossimo futuro. Il suo utilizzo nei collettori di corrente può portare a un miglioramento nel punto più debole delle batterie. batterie al piombo , vale a dire la loro bassa energia specifica.

I collettori in carbonio reticolato garantiscono un peso inferiore, un migliore utilizzo della massa attiva e un supporto meccanico ottimale. Il miglioramento dei parametri delle batterie al piombo-acido può consentire loro di competere meglio con i nuovi tipi di batterie, come gli ioni di litio, in diversi settori (ad esempio, nell'accumulo di energia e nei veicoli ibridi). Il carbonio può anche essere utilizzato nella costruzione delle batterie come elettrodo del condensatore, consentendo di raggiungere una maggiore densità di potenza. La diffusione dei miglioramenti a base di carbonio menzionati nella costruzione delle batterie al piombo-acido può portare a molti anni di utilizzo economicamente sostenibile di questo tipo di batterie. Nonostante la loro lunga storia, le batterie al piombo-acido non sembrano perdere la loro attuale reputazione e potrebbero persino trovare nuove implementazioni in futuro.
EverExceed utilizza il nano-carbonio nel loro Batterie VRLA a gamma modulare Ecco perché queste batterie rappresentano una delle soluzioni VRLA più diffuse sul mercato attuale, grazie alle loro prestazioni elevate e alla lunga durata.

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