PT1533861E - Bateria a chumbo-ácido de elevada potência com ciclo de vida aumentado - Google Patents

Bateria a chumbo-ácido de elevada potência com ciclo de vida aumentado Download PDF

Info

Publication number
PT1533861E
PT1533861E PT03380267T PT03380267T PT1533861E PT 1533861 E PT1533861 E PT 1533861E PT 03380267 T PT03380267 T PT 03380267T PT 03380267 T PT03380267 T PT 03380267T PT 1533861 E PT1533861 E PT 1533861E
Authority
PT
Portugal
Prior art keywords
thickness
plates
glass micro
fiber material
process according
Prior art date
Application number
PT03380267T
Other languages
English (en)
Inventor
Ma Luisa Soria Garcia-Ramos
Jesus Valenciano Martinez
Francisco Trinidad Lopez
Original Assignee
Tudor Acumulador
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tudor Acumulador filed Critical Tudor Acumulador
Publication of PT1533861E publication Critical patent/PT1533861E/pt

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H01M10/121—Valve regulated lead acid batteries [VRLA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H01M10/123—Cells or batteries with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H01M4/16—Processes of manufacture
    • H01M4/20—Processes of manufacture of pasted electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H01M50/437—Glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

PE1533861 1
DESCRIÇÃO
"BATERIA A CHDMBO-ACIDO DE ELEVADA POTÊNCIA COM CICLO DE VIDA AUMENTADO"
Campo do Invento O invento diz respeito a um processo de fabrico de baterias a chumbo-ácido de elevada potência com regulação por meio de válvula com um ciclo de vida aumentado, assim como o fabrico de baterias que utilizam este processo e a utilização das referidas baterias em aplicações de elevada potência.
Antecedentes do Invento
Desde a sua invenção em 1970 as baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula, em que o electrólito é absorvido por um separador de micro-fibras de vidro, tem experimentado um desenvolvimento constante, procurando uma melhoria da fiabilidade ao longo do seu tempo de vida útil. As baterias deste tipo diferem das do tipo convencional "inundadas" ("flooded") em não terem um electrólito livre, visto que este último está embebido num material não tecido de micro-fibras de vidro que actua como um separador que impede o contacto fisico entre as placas do positivo e do negativo. 2 ΡΕ1533861
As baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula têm vantagens notáveis sobre as baterias convencionais cheias com água devido: (i) à ausência de manutenção, (ii) à maior potência para fazer rodar o motor de arranque, devido a uma resistência eléctrica mais baixa do material utilizado como separador cuja elevada porosidade facilita o movimento dos fluidos e, por isso a distribuição uniforme do electrólito e (iii) à melhor performance em ciclos com descargas intensas devido à compressão interna do grupo de placas.
Contudo, o material de micro-fibras de vidro não permite o controlo da velocidade de transporte do oxigénio durante a sobrecarga ou o processo de recombinação do gás o qual, sendo exotérmico, pode levar a próximo da falha da bateria devido à rápida disrupção térmica. Além disso, devido à sua baixa resistência mecânica, podem ocorrer problemas de quebra do material durante o processo de montagem dos elementos, e podem também ocorrer curto-circuitos durante a vida da bateria devidos à perfuração do separador. 0 método convencional de fabrico das baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula com separadores de micro-fibras de vidro consiste na ligação dos grupos de placas, um vez que estas estejam curadas e secas, alternando uma camada separadora entre as placas positiva e negativa, respectivamente. 0 separador pode ser disposto quer sob a forma de U envolvendo as placas individuais, quer em zig-zag ao longo do comprimento da totalidade do grupo. As caracteristicas intrínsecas do material em micro- 3 PE1533861 fibras de vidro (porosidade com um excesso de 90%) permite juntar os grupos de placas na bateria de forma a se alcançar um certo grau de compressão, o que se tem mostrado como necessário a fim de assegurar a vida da bateria em condições de ciclos de vida intensos. Na prática é difícil alcançar, nas condições de um elevado grau de secura, uma compressão em grupos empilhados mais elevada do que 20%. Contudo, durante o enchimento da bateria o separador húmido perde resiliência e assim a pressão exercida por este diminui no material activo do positivo, o qual, durante todo o tempo de vida da bateria, impede a perca de capacidade através do abrandamento. Têm sido feitas numerosas sugestões para resolver parcialmente este problema.
As Patentes US 4.637.966 e US 4.648.177 de Uba e Nelson descrevem um elemento chumbo-ácido com regulação por meio de válvula com recombinação de gases o qual utiliza separadores de fibras de vidro micro finas nos quais cada elemento é fabricado juntando placas que contêm chumbo alternadamente com folhas do referido separador, montando grupos de placas enroladas em espiral e inserindo estes grupos de placas dentro do recipiente de modo a que tais placas e separadores se comprimam mutuamente. Contudo, nos referidos documentos os valores da compressão alcançados não são dados, assim como também não são mencionados os problemas que se levantam com as percas de compressão do separador durante a vida da bateria. 4 PE1533861 A Patente US 5.075.184 de Tanaka e Kakizaki explicam que, a fim de evitar a redução da vida em serviço das baterias a chumbo-ácido, com regulação por meio de válvula, é necessário compensar tanto quanto possível a redução da espessura do separador causada pela impregnação com o electrólito aumentando a força de compressão aplicada no grupo de placas contidas no recipiente da bateria. Com esta finalidade Tanaka e Kakizaki descrevem a utilização de um separador que compreende pelo menos duas camadas de fibras comprimidas tendo ambas as camadas de fibra de vidro uma diferente dimensão média das fibras. A Patente US 6.406.813 de Rao, atribuída a GNB Technologies, Inc. de forma semelhante reconhece o problema causado pela perda de um nível apropriado da compressão nos elementos chumbo-ácido com regulação por meio de válvula, especificando que, para manter uma performance satisfatória, é necessário manter um contacto íntimo entre as placas e os separadores por meio de uma compressão de, pelo menos, cerca de 20% a 25% em relação à espessura do separador não comprimido. No referido documento não são indicados os meios através dos quais este grau de compressão é alcançado, mas apenas as propriedades que o separador deverá ter para proporcionar uma performance satisfatória. O pedido de patente PCT WO 81/01076 de Pearson mais uma vez menciona a importância de manter um contacto íntimo entre as placas e os separadores nas baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula. A solução 5 PE1533861 que é proporcionada por Pearson consiste em comprimir os elementos antes da sua inserção dentro do recipiente da bateria, alcançando uma diminuição de 2-30%, de preferência entre 5-15% da espessura do material separador. No único exemplo fornecido é citada uma compressão do separador de 10%.
Na Publicação internacional da PCT WO 98/12759 é descrito um separador de micro-fibras comprimido por várias camadas de materiais não tecidos com diferentes densidades, valores da resistência à tracção e da elasticidade, de modo a que o separador seja capaz de se comprimir e expandir, adaptando-se ele próprio às variações em volume que ocorrem no material activo da bateria durante as reacções de carga e descarga dos materiais activos da bateria. As compressões alcançadas pelo separador, tal como se descreve utilizando este método, vão desde 10% até 20% sob a carga de 1,5 psi. A JP 47115762 divulga um processo para fabricar placas do tipo das baterias a chumbo com colagem, compreendendo as fases de revestimento da face da placa com um material de fibra de vidro, e em seguida comprimindo-as com um rolo. A US 6.606.982 publicada por Nelson e Juergens, divulga mais uma vez um processo geral para o fabrico de placas de baterias a chumbo-ácido, que compreende a fase de revestir a face da placa com um material de fibra de vidro, comprimindo-as e em seguida com um rolo. 6 PE1533861
Por último, a Patente US 4.603.093 de Edward e a Patente US 6.618.641 de Arias descrevem baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula com uma configuração bipolar e placas dispostas horizontalmente dentro do recipiente da bateria. No entanto, reconhecendo a importância de manter a compressão do separador dentro dos grupos, a maneira de manter esta compressão é por meio da utilização de meios mecânicos de compressão exterior.
Sumário do Invento O problema a ser resolvido pelo presente invento consiste em melhorar a duração das baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula, e ao mesmo tempo aumentar a sua potência para fazer rodar o motor de arranque. A solução baseia-se em proporcionar um processo para o fabrico de baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula que compreende a aplicação de um material não tecido de micro-fibras de vidro, nas placas húmidas seguindo-se um processo de colagem do material activo às redes, assim como levar a cabo uma compressão da placa ou grupos de placas em diferentes fases ao longo do tempo do fabrico da bateria, a primeira delas, e sendo a mais importante um processo de calandragem por meio de rolos ao qual são sujeitas as placas húmidas, recentemente coladas e revestidas com o referido material não tecido, para obter uma determinada espessura. Por meio do processo do invento 7 PE1533861 é obtida uma compressão do separador, compreendendo o referido separador um material não tecido de micro-fibras de vidro opcionalmente em conjunto com outras camadas de outros materiais, ficando muito alto, até 50% em relação à espessura do separador não comprimido, cujo valor é muito mais elevado do que o que é alcançado nos processos convencionais. Este valor elevado é alcançado, em grande medida, graças à primeira fase de compressão (a calandragem) que é executada nas placas do material não tecido de micro-fibras de vidro que se torna húmido como um resultado da água contida no material activo recentemente colado às redes, uma vez que a compressibilidade do referido material em seco é mais baixa e requererá pressões que não são facilmente atingíveis numa escala industrial.
As placas são em seguida empilhadas durante a fase de cura, de modo tal que o processo também, opcionalmente, compreende a aplicação de uma força essencialmente perpendicular à superfície das placas, e.g., colocando peso nelas, pelo que é produzida uma redução adicional de aproximadamente 10-15% da espessura, os grupos sendo inseridos por último no recipiente sob pressão, alcançando-se uma redução adicional de cerca de 10%-15%.
Consequentemente, um primeiro aspecto do invento refere-se a um processo de fabrico de baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula, compreendendo a colagem de ligas leves às redes com uma cola que compreende óxido de chumbo, ácido sulfúrico e água formando assim PE1533861 placas as quais quando tiverem sido recentemente coladas ficam húmidas, caracterizadas por o referido processo compreender as fases de: a) aplicação de pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro em pelo menos uma face em pelo menos uma das referidas placas húmidas recentemente coladas, e b) calandragem das referidas placas enquanto húmidas, tendo pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro, com rolos a fim de obter uma predeterminada espessura final da placa, sendo deste modo obtida uma redução da espessura nas referidas camadas de material não tecido de micro-fibras de vidro de 20 a 40% em relação ao seu valor nominal inicial.
Sob um segundo aspecto o invento refere-se a uma bateria a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula, fabricada utilizando o processo acima referido.
Num terceiro aspecto o invento refere-se à utilização da referida bateria a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula em aplicações de elevada potência.
Uma bateria tal como esta que se proporciona no presente invento tem uma duração elevada, devido a se alcançar uma elevada compressão do separador, o que impede, ou pelo menos dificulta que o material activo se derrame a 9 ΡΕ1533861 partir das placas durante o ciclo de vida da bateria.
Outra vantagem que é proporcionada pelo presente invento consiste em, como resultado da elevada compressão, a espessura real do separador ser substancialmente reduzida, o que significa menos resistência eléctrica durante o funcionamento da bateria, e por isso maior potência para fazer rodar o motor de arranque.
Uma vantagem adicional do presente invento consiste em a composição do separador representar um compromisso entre as suas propriedades mecânicas, de modo a que ela pode ser utilizada sem problemas de rotura num processo continuo de fabrico de placas, e as suas propriedades de absorção e retenção do ácido, asseguram um funcionamento limpo da bateria.
Descrição pormenorizada do invento
No processo de fabrico de baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula do invento, foram definidas até quatro fases em que pode ser feita a redução da espessura do separador de micro-fibras de vidro aplicando forças exteriores de compressão: • Durante o processo de colagem das redes, pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro com elevada porosidade é aplicada em pelo menos uma face das placas húmidas e as placas são em seguida 10 ΡΕ1533861 calandradas com rolos a fim de ajustar a espessura final para um valor predeterminado, dependendo da espessura da placa, da espessura inicial do material de micro-fibras de vidro e do grau final de compressão desejado. Por meio deste processo é obtida uma redução da espessura, do material de micro-fibras de vidro, de 20 a 40% em relação aos valores nominais iniciais do mesmo. • Durante o processo de cura e de secagem das placas empilhadas pode ser aplicada uma força essencialmente perpendicular à superfície da placa, e.g., colocando um peso sobre elas, dando origem a uma redução adicional na espessura da ordem de 10-15%, em relação ao valor anterior à aplicação de tal força. • Uma vez que o grupo de placas esteja preparado, uma força exterior essencialmente perpendicular pode ser aplicada à superfície das placas da extremidade, cujo valor depende da dimensão da placa e da espessura final do grupo, dependendo do número de placas que o constituem assim como das suas espessuras, o que é além do mais conveniente a fim de facilitar a inserção do grupo dentro do recipiente. Estas fases dão uma redução adicional de cerca de 10-15% da espessura do material de micro-fibras de vidro em relação ao valor anterior à aplicação da referida força. • No caso de células da bateria com um desenho cilíndrico, durante o processo de enrolamento das placas húmidas, antes do processo de cura, é possível aplicar uma força tangencial na superfície das placas, 11 PE1533861 cujo valor pode variar dependendo do grau de compressão desejado para o separador.
Naturalmente, cada uma destas fases é independente das restantes, o que significa que é possível aplicar apenas uma delas, ou duas, ou três, ou qualquer combinação delas. 0 material não tecido de micro-fibras de vidro aplicado nas placas é semelhante ao que é utilizado presentemente nas baterias a chumbo-ácido com recombinação interna dos gases. Este material tem elevada porosidade, entre 90 e 96%, de preferência entre 92 e 94%, calculada medindo a espessura do material sob uma força de 10 kPa, e uma variação da espessura, dependendo da espessura das placas e da aplicação, que está entre 0,2 e 1,0 mm (medida sob a pressão de 10 kPa), de preferência entre 0,2 e 0,6 mm na espessura, e uma dimensão média dos poros de 3 até 7 pm. Além disso, a sua composição representa um compromisso entre as suas propriedades mecânicas, para a sua utilização sem problemas num processo contínuo de fabrico das placas, e as suas propriedades de absorção e de retenção do ácido a fim de assegurar um funcionamento limpo da bateria. Por isso, este material compreende pelo menos 70% de fibras de vidro com um diâmetro de menos do que 1 pm o qual favorece as performances de absorção e de capilaridade do material, sendo o teor preferível o que vai desde 75 até 85%. Sendo o teor em fibras de vidro grossas, com um diâmetro entre 1 e 12 pm, de 0-30% a fim de melhorar as propriedades mecânicas 12 ΡΕ1533861 do material, de preferência de 10-15% e também é possível utilizar fibras de polímeros de diâmetro semelhante, de preferência de fibras de poliéster com um teor entre 0 e 30% a fim de melhorar as propriedades mecânicas do material sem afectar dramaticamente as suas propriedades de absorção do ácido. O processo descrito pode ser aplicado a baterias com diferentes tipos de separadores e com diferentes configurações, dependendo das aplicações. Por isso, num modelo de realização do invento preferido, durante o processo de fabrico das placas, são aplicados dois materiais de micro-fibras de vidro, com características essencialmente semelhantes, de cada lado das placas simplificando assim o fabrico.
Num segundo modelo de realização do invento é possível utilizar duas camadas de material de micro-fibras de vidro com diferentes características em contacto com as placas do positivo e do negativo, uma vez que a dimensão e a espessura das fibras determina a disponibilidade do ácido nas descargas com elevadas taxas e durante a vida da bateria, assim como as características da capilaridade e da absorção do ácido o que favorece o processo iónico e de difusão dos gases durante o funcionamento da bateria. Desta forma é possível, variando a configuração das camadas do material não tecido, a fim de optimizar a performance eléctrica da bateria de acordo com a utilização para a qual ela está destinada. 13 ΡΕ1533861
Num outro modelo de realização do invento, uma camada adicional de material de micro-fibras de vidro pode de forma semelhante ser incluída como um componente adicional do separador, com uma espessura entre 0,5 e 2,5 mm, medidos sob a pressão de 10 kPa, dependendo da aplicação e tendo em vista caracteristicas semelhantes às dos produtos existentes no mercado como separadores para baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula ou algo semelhante às que se descreveram acima.
No tempo presente o automóvel e o mercado industrial solicitam cada vez mais e mais potência. Por isso, é necessário utilizar placas que sejam finas e mais finas a fim de obter uma superfície de trabalho maior, assim como simultaneamente reduzir a espessura do separador. Este facto pode conduzir à formação de micro curto-circuitos devido à hidratação e subsequentemente durante a vida da bateria, num modelo de realização adicional do presente invento, e com a finalidade de aumentar a fiabilidade e a vida da bateria, proporciona-se como componente adicional do separador uma camada de elevada densidade de um material micro-poroso de polietileno o qual, devido aos seus poros de pequena dimensão, impede a formação de curto-circuitos durante o processo de enchimento da bateria ou durante a vida da bateria e regula a transferência de oxigénio na sobrecarga da placa do negativo durante a vida da bateria, impedindo que a sua falha prematura através da disrupção térmica devido ao excessivo calor produzido, alcance proporções 14 ΡΕ1533861 elevadas aquando da reacção de recombinação interna dos gases. A referida tira de polietileno de alta densidade tem uma composição semelhante à dos separadores utilizados nas baterias cheias de água com aplicação para fazer rodar o motor de arranque dos veículos, mas é diferente delas pela ausência de faixas em ambas as faces, que são neste caso desnecessárias, porque o electrólito é para ser absorvido pelo material de micro-fibras de vidro, assim como nas suas menores espessuras (0,13-0,20 mm) e de maior porosidade, com um excesso de 75%, a fim de reduzir a resistência eléctrica do material. A tira de polietileno é caracterizada também pela reduzida dimensão dos poros, de preferência entre 0,10 e 0,20 pm, a sua elevada humidificação inicial e subsequente durante todo o tempo de vida das baterias, devido à inclusão de sílica na sua composição, com um teor de cerca de 40% a 70% e as suas excelentes propriedades mecânicas.
Para além do desenho convencional das baterias prismáticas, nas quais as placas se encontram empilhadas e são ligadas em paralelo em cada um dos elementos, é também possível aplicar o invento a desenhos de placas com configurações cilíndricas, as quais permitem uma compressão mecânica adicional do separador de micro-fibras de vidro durante o processo em que se enrolam as placas.
As vantagens do presente invento mostram-se 15 ΡΕ1533861 claramente no exemplo de aplicação que se indica a seguir:
EXEMPLOS
As placas do positivo são preparadas aplicando, nas redes de chumbo de 0,9-1,0 mm de espessura, o material activo que é compreendido por uma mistura de óxido de chumbo e uma base de sulfatos de chumbo, em linha com a tecnologia convencional de componentes compostos (óxido de chumbo, ácido sulfúrico e água) e sob essas condições de trabalho e aqueles teores assinalados pelos processos convencionais do fabrico de placas coladas para as baterias a chumbo-ácido. Imediatamente depois da colagem, é aplicada em cada face da placa uma camada, de material não tecido de micro-fibras de vidro, que tem as características indicadas na Tabela 1 e as placas são em seguida calandradas húmidas por meio de dois rolos de aço ajustados para a espessura da placa final, a qual é estabelecida de acordo com a quantidade de material activo aplicado, a densidade do mesmo, a espessura inicial do material de micro-fibras e o grau de compressão para elas desejado. Para cada caso o grau de compressão é indicado assim como a redução de espessura do material de micro-fibras de vidro em relação ao valor anterior aplicando a força de compressão exterior a ser suportada. As placas empilhadas são em seguida colocadas numa câmara de cura na qual é levado a cabo o processo de cura normalizado sob condições de humidade e temperatura controladas. As condições de empilhamento das placas podem dar origem a uma compressão adicional do 16 ΡΕ1533861 separador nesses casos e sob as condições que são indicadas na referida Tabela 1.
As placas do negativo são preparadas de uma forma semelhante, utilizando redes de liga de chumbo de 0,7-0,8 mm de espessura. Uma vez curadas e secas as placas são empilhadas alternando as placas negativas com as positivas com uma camada separadora adicional: uma membrana de polietileno de alta densidade com 78% de porosidade e uma dimensão média dos poros de 0,16 pm, ou uma camada adicional de material de micro-fibras de vidro com 92% de porosidade e 0,80 mm de espessura, tal como é indicado na Tabela 1 abaixo. As placas que têm a mesma polaridade ficam afastadas ("casted") e o grupo é finalmente sujeito a uma pressão adicional por meio de uma ferramenta apropriada para reduzir a espessura total da mesma e facilitando a sua inserção dentro do recipiente de polipropileno. Uma vez que seja feita a ligação em série dos diferentes elementos, a bateria é fechada e cheia com o electrólito e seguindo-se o carregamento inicial ou formação. A capacidade nominal da bateria é de 15 Ah. Para estabelecer o efeito de cada variável na performance da bateria nas descargas de levada potência e em ciclos intensos, a seguir à medição da capacidade foi levada a cabo uma descarga a 3000 W para baixo até 9 V, cuja duração é semelhante ao que se indica na Tabela 1, e as baterias foram testadas em ciclos de vida a 60% de profundidade de descarga, efectuando um controlo da capacidade em cada 50 17 ΡΕ1533861 ciclos. 0 critério de falha da bateria consiste em não alcançar 80% da capacidade nominal na descarga de controlo.
Tabela 1
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Material de micro-fibras de vidro na placa do positivo Porosidade (%) 93 93 93 93 93 Dimensão média dos poros (pm) 5 5 5 5 3 Material de micro-fibras de vidro na placa do negativo Porosidade (%) 93 93 93 93 93 Dimensão média dos poros (pm) 5 5 5 5 5 18 ΡΕ1533861
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Compressão na Calandragem (%) 20 30 20 30 30 Compressão no Empilhamento (%) 5-10 5-10 5-10 5-10 5-10 Camada Micro- Micro- Membra- Membra- Membra- Separadora fibras fibras na de na de na de Adicional de Vidro de Vidro Polieti -leno Polieti -leno Polieti -leno Compressão do Conjunto (%) 5 10 5 10 10 Duração da descarga de 3000 W (s) 43 48 43 47 50 Ciclo de Vida (60% de Profundidade de Descarga) 300 350 300 400 450
Tal como se pode ver, aumentando a compressão na calandragem e a performance do conjunto melhora nas descargas de elevada potência e nos ciclos de descarga intensa. Além disso, a utilização de membrana também 19 ΡΕ1533861 aumenta a vida da bateria, especialmente quando dois materiais com diferentes caracteristicas são utilizados próximo de cada placa.
Lisboa, 20 de Julho de 2007

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de fabrico de baterias a chumbo- ácido com regulação por meio de válvula, que compreende a colagem das redes de liga de chumbo com uma cola que é composta por óxido de chumbo, ácido sulfúrico e água formando assim placas que, quando coladas recentemente, ficam húmidas, caracterizado por o referido processo compreender as fases de: a) aplicar pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro a pelo menos uma face de pelo menos uma das referidas placas húmidas recentemente coladas, e b) calandrar as referidas placas húmidas que têm pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro por meio de rolos a fim de obter uma redução da espessura da referida pelo menos uma camada de material não tecido de micro-fibras de vidro de 20 a 40% em relação ao valor nominal inicial.
2. Processo de fabrico de baterias a chumbo- ácido com regulação por meio de válvula de acordo com a reivindicação 1, que além do mais compreende a aplicação de uma fase de compressão durante pelo menos um dos processo de cura e de secagem das placas, o que dá origem a uma redução adicional da espessura das referidas camadas de 2 material não tecido de micro-fibras de vidro de cerca de 10 a 15% em relação ao valor anterior à referida fase de compressão.
3. Processo de fabrico de baterias a chumbo-ácido com regulação por meio de válvula de acordo com a reivindicação 1 ou 2, que além do mais compreende a aplicação de uma fase de compressão adicional do grupo de placas antes da sua inserção dentro do recipiente da bateria, o que dá origem a uma redução adicional da espessura das referidas camadas de material não tecido de micro-fibras de vidro de cerca 10-15% em relação ao valor anterior à referida fase de compressão adicional.
4. Processo de fabrico de baterias de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o material não tecido de micro-fibras de vidro tem uma porosidade entre 90 e 96%, calculada medindo a espessura do material sob uma pressão de 10 kPa, e uma espessura entre 0,2 e 1,0 mm, medida sob a pressão de 10 kPa.
5. Processo de fabrico de baterias de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o material não tecido de micro-fibras de vidro compreende pelo menos 70% de fibras de vidro com um diâmetro de menos do que 1 pm, 0-30% de fibras de vidro com um diâmetro entre 1 e 12 pm e 0-30% de fibras de polímeros.
6. Processo de fabrico de baterias de acordo 3 com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que as duas camadas de material não tecido de micro-fibras de vidro têm uma composição semelhante no que respeita à repartição da dimensão e da espessura das fibras.
7. Processo de fabrico de baterias de acordo com as reivindicações 1 a 5, em que as duas camadas de material não tecido de micro-fibras de vidro têm composições diferentes no que respeita à distribuição da dimensão e da espessura das fibras.
8. Processo de fabrico de baterias de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que além do mais compreende o adicionamento entre as placas, de pelo menos uma camada adicional de material de micro-fibras de vidro que tem uma espessura compreendida entre 0,5 a 2,5 mm, medida sob uma pressão de 10 kPa.
9. Processo de fabrico de baterias de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que além do mais compreende o adicionamento entre as placas, de pelo menos uma camada adicional de um material de polietileno micro-poroso de elevada densidade que compreende silica numa concentração compreendida entre 40 e 70%.
10. Processo de fabrico de baterias de acordo com a reivindicação 9, em que a camada de material micro-poroso de polietileno de elevada densidade tem uma porosidade que excede os 75%, uma espessura compreendida entre 0,13 e 0,20 mm e uma dimensão média dos poros compreendida entre 0,10 e 0,20 pm. Lisboa, 20 de Julho de 2007
PT03380267T 2003-11-19 2003-11-19 Bateria a chumbo-ácido de elevada potência com ciclo de vida aumentado PT1533861E (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03380267A EP1533861B1 (en) 2003-11-19 2003-11-19 High power lead-acid battery with enhanced cycle life

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PT1533861E true PT1533861E (pt) 2007-08-01

Family

ID=34429594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PT03380267T PT1533861E (pt) 2003-11-19 2003-11-19 Bateria a chumbo-ácido de elevada potência com ciclo de vida aumentado

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1533861B1 (pt)
DE (1) DE60313779T2 (pt)
ES (1) ES2287437T3 (pt)
PT (1) PT1533861E (pt)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5396399B2 (ja) * 2008-11-11 2014-01-22 日本板硝子株式会社 密閉型鉛蓄電池用セパレータ及び密閉型鉛蓄電池
US9118065B2 (en) * 2010-05-27 2015-08-25 Johns Manville Lead-oxide battery plate with nonwoven glass mat
WO2012040407A1 (en) 2010-09-22 2012-03-29 Daramic Llc Batteries, separators, components, and compositions with heavy metal removal capability and related methods
EP4050069A1 (en) 2010-09-22 2022-08-31 Daramic, LLC Improved separator for lead acid batteries and use of the separator
JP5798962B2 (ja) * 2012-03-27 2015-10-21 日本板硝子株式会社 液式鉛蓄電池用セパレータ及び液式鉛蓄電池
DE102012107161B4 (de) * 2012-08-03 2017-10-26 Thyssenkrupp System Engineering Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Engergiespeicherzelle
CN111194490A (zh) * 2017-06-20 2020-05-22 达拉米克有限责任公司 改进的铅酸电池隔板、电池及相关方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57115762A (en) * 1981-01-08 1982-07-19 Japan Storage Battery Co Ltd Manufacture of plate for paste type lead battery
JPS601757A (ja) * 1983-06-17 1985-01-07 Japan Storage Battery Co Ltd 密閉式鉛電池の製造方法
US4606982A (en) * 1985-05-09 1986-08-19 Gates Energy Products, Inc. Sealed lead-acid cell and method
US6406813B2 (en) * 1999-04-02 2002-06-18 Gnb Technologies, Inc. Lead-acid separators and cells and batteries using such separators

Also Published As

Publication number Publication date
EP1533861A1 (en) 2005-05-25
EP1533861B1 (en) 2007-05-09
DE60313779D1 (de) 2007-06-21
ES2287437T3 (es) 2007-12-16
DE60313779T2 (de) 2008-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7981818B2 (en) Battery separator structures
US4606982A (en) Sealed lead-acid cell and method
JP6095642B2 (ja) セパレータ及びこれを備える電気化学素子
ES2609657T3 (es) Dispositivo de almacenamiento eléctrico y su electrodo
CN113013550B (zh) 改进的vrla电池隔板及相关方法
JP2023055892A (ja) 繊維マットを含む改良されたセパレータ、これを使用する鉛蓄電池、ならびにこれと関連する方法およびシステム
PT1533861E (pt) Bateria a chumbo-ácido de elevada potência com ciclo de vida aumentado
JP7424371B2 (ja) 液式鉛蓄電池用セパレータおよび液式鉛蓄電池
WO2022255444A1 (ja) 鉛蓄電池用セパレータおよびそれを含む鉛蓄電池
RU2181223C2 (ru) Армированный стекловолокном абсорбирующий сепаратор
US6319629B1 (en) Glass-fibre reinforced absorbent separator
WO2005031907A1 (ja) 密閉形鉛蓄電池
JP2024062140A (ja) 鉛蓄電池
WO2021084877A1 (ja) 鉛蓄電池
WO2023210636A1 (ja) 鉛蓄電池
JP7128484B2 (ja) 液式鉛蓄電池
WO2024043226A1 (ja) 水系電解液二次電池
JP2023044443A (ja) 鉛蓄電池用セパレータおよびそれを含む鉛蓄電池
JP2024080361A (ja) 鉛蓄電池用セパレータおよびそれを含む鉛蓄電池
CN117461210A (zh) 铅蓄电池用隔离件和包含其的铅蓄电池
JP2024053940A (ja) 鉛蓄電池
JP2024048118A (ja) 鉛蓄電池
JP2022186310A (ja) 鉛蓄電池用セパレータおよびそれを含む鉛蓄電池
JP2022152913A (ja) 鉛蓄電池
CN117413427A (zh) 铅蓄电池用隔离件和包含其的铅蓄电池