Eletrodos porosos obtidos através de metalurgia do pó para aplicação em baterias

Abstract

Este trabalho teve por objetivo o estudo das propriedades de eletrodos da bateria de Edison (ferro-níquel) obtidos por metalurgia do pó para melhoria das propriedades deste tipo de bateria. A metalurgia do pó possui a vantagem de ser um processo de com alto aproveitamento de matéria prima e possibilitar a obtenção de peças porosas, ideais para eletrodos de baterias. Pesquisar processos de fabricação distintos para sistemas de armazenamento de energia torna-se fundamental num momento de crescimento da demanda energética mundial. Para desenvolvimento das atividades empregou-se pó de ferro e de níquel. O pó de cada um destes materiais foi compactado em matrizes com pressões distintas. Adicionalmente, foram produzidos eletrodos sem a etapa de compactação. Após esta etapa, realizou-se a sinterização dos corpos de prova em forno com temperaturas controladas. Na caracterização morfológica do material foram desenvolvidos os ensaios de microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica, perfilometria, porosidade. Os resultados experimentais permitiram constatar que tanto para o ferro como para o níquel, a Peça obtida com menor pressão de compactação que as demais (Peça 1) e a peça sem compactação apresentavam melhores características, maior porosidade, para aplicação em baterias. Posteriormente, verificou-se o comportamento eletroquímico através de curvas de sobrepotencial, mostrando que as peças sem compactação de ferro e níquel necessitavam menor energia para realizar as reações de oxidação-redução. Considerando os resultados, foi confeccionado um protótipo de Bateria de Edison por metalurgia do pó, usando eletrodos sem processo de compactação. As curvas de carga e descarga do protótipo foram traçadas e comparadas com as baterias de Edison comerciais. Os resultados encontrados mostram que a bateria com eletrodos obtidos por metalurgia do pó apresenta tempos de carga e descarga de 6 e 4 horas, respectivamente. Desta maneira, demonstrou-se que os eletrodos produzidos por metalurgia do pó podem constituir uma alternativa viável para a construção de Baterias.

This work aimed to study the properties of battery electrodes Edison (nickel-iron ) obtained by powder metallurgy to improve the properties of this type of battery . Powder metallurgy has the advantage of being a process with high utilization of raw materials and enable the obtaining of porous parts ideal for battery electrodes. Search manufacturing processes for different energy storage systems becomes essential at a time of increasing global energy demand. To develop the activities we used powdered iron and nickel. The powder of each of these materials were compacted into arrays with different pressures. In addition, electrodes were produced without the step of compression. After this stage, there was the sintering of the specimens in the oven with controlled temperatures. The morphological characterization of the material tests using scanning electron microscopy, optical microscopy, profilometry, porosity were developed. The experimental results demonstrated that both iron as for nickel , the Ask pressure obtained with lower compression than the others ( Part 1 ) and Part uncompressed had better features, higher porosity , for application in batteries . Later , there was the electrochemical behavior through overpotential curves , showing that the pieces without compression of iron and nickel needed less energy to perform the oxidation-reduction reactions . Considering the results, it was made a prototype battery Edison by powder metallurgy, using electrodes without the compression process . The charge and discharge curves of the prototype were drawn and compared with the commercial Edison batteries. The results show that the battery electrodes obtained by powder metallurgy shows charge and discharge times of 6 and 4 hours, respectively. Thus, it was demonstrated that electrodes produced by powder metallurgy can be a viable alternative for the construction of batteries.