BR112012001927B1

BR112012001927B1 - Método de fabricação de um eletrodo funcional

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Publication number: BR112012001927B1
Authority: BR
Publication date: 2019-07-23

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“MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ELETRODO FUNCIONAL” Campo Da Invenção [001] A invenção se refere, em geral, a eletrodos e dispositivos de dessalinização de supercapacitor com o uso de eletrodos, e métodos para fabricar os eletrodos e os dispositivos de dessalinização de supercapacitor (SCD). Mais particularmente, a invenção se refere a eletrodos bipolares e dispositivos de dessalinização de supercapacitor que usam os eletrodos bipolares, e métodos de fabricação dos eletrodos bipolares e dos dispositivos de SCD.

Antecedentes Da Invenção [002] Dispositivos de SCD referem-se, em geral, a supercapacitores que são empregados para a dessalinização de água do mar ou desionização de outras águas salobras para reduzir a quantidade de sal para um nível permissível para uso doméstico e industrial. Em geral, uma célula supercapacitora tem uma construção de camada dupla, em que um par de eletrodos que compreende, tipicamente, carbono ativado por particulado é separado por um elemento espaçador de íon condutor, isolante de elétron, microporoso, que compreende um componente de eletrólito disperso uniformemente. A estrutura da célula supercapacitora típica compreende, ainda, elementos de coletor de corrente eletricamente condutora em contato íntimo com os respectivos eletrodos.

[003] Para certas aplicações, algumas células supercapacitoras usadas para a dessalinização são empilhadas juntas para formar um dispositivo de SCD. Já que cada uma de tais células supercapacitoras inclui um par de eletrodos e um par de elementos de coletor de corrente eletricamente condutora em contato com os respectivos eletrodos individuais, é complexo montar tal dispositivo de SCD, e o custo para a fabricação de tal dispositivo de SCD pode ser alto.

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2/15 [004] Portanto, há uma necessidade por um eletrodo novo e melhorado e um dispositivo de dessanilização de supercapacitor com o uso do eletrodo, e métodos para a fabricação do mesmo.

Descrição Da Invenção [005] Um eletrodo bipolar é fornecido, de acordo com uma realização da invenção. O eletrodo bipolar compreende uma camada intermediária que compreende um ou mais material de carbono. O eletrodo bipolar inclui, ainda, uma primeira camada e uma segunda camada disposta em superfícies opostas da camada intermediária e configurada para agir como um ânodo e um cátodo. A primeira e a segunda camadas compreendem pelo menos um dentre um ou mais materiais de carbono eletricamente condutores e um ou mais polímeros condutores.

[006] Um dispositivo de dessanilização de supercapacitor é fornecido de acordo com outra realização da invenção. O dispositivo de dessanilização de supercapacitor compreende um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, e um ou mais eletrodos bipolares dispostos entre o primeiro e segundo eletrodos. O primeiro e segundo eletrodos, e o um ou mais eletrodos bipolares são configurados para absorver íons em um estado de carregamento e dessorver íons em um estado de descarga. Ademais, o dispositivo de dessanilização de supercapacitor compreende um ou mias espaçadores isolantes de elétron e condutores de íons dispostos entre cada par de eletrodos adjacentes, uma primeira corrente de coletor configurada para entrar em contato com o primeiro eletrodo, e um segundo coletor atual configurado para entrar em contato com o segundo eletrodo.

[007] Um método de fabricação de um eletrodo bipolar é fornecido, de acordo com ainda outra realização da invenção. O método compreende fornecer e agitar uma mistura que compreende um solvente e pelo menos um ou mias materiais de carbono e um ou mais polímeros condutores para formar uma

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3/15 dispersão de pelo menos um de um ou mias materiais de carbono e um ou mais de polímeros condutores no solvente, adicionando pelo menos um aglutinante à dispersão para fornecer uma mistura resultante e agitar a mistura resultante, processar a mistura resultante para formar uma pluralidade de folhas de eletrodo, e fixando as folhas de eletrodo em superfícies opostas de uma camada intermediária.

[008] Essas e outras vantagens e características serão mais bem compreendidas a partir da descrição detalhada a seguir das realizações preferidas da invenção, que é fornecida em conexão com os desenhos acompanhantes.

Breve Descrição Dos Desenhos [009] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo de dessanilização de supercapacitor, de acordo com uma realização da invenção;

[0010] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um eletrodo bipolar, de acordo com uma realização da invenção;

[0011] A Figura 3 é um fluxograma que ilustra esquematicamente o preparo do eletrodo bipolar, de acordo com uma realização da invenção;

[0012] A Figura 4 é um diagrama esquemático do dispositivo de dessanilização de supercapacitor, de acordo com outra realização da invenção; e [0013] A Figura 5 é um diagrama esquemático de um supercapacitor, de acordo com uma realização da invenção.

Descrição De Realizações Da Invenção [0014] Realizações preferidas da presente apresentação serão descritas abaixo no presente documento com referência aos desenhos acompanhantes. Na seguinte descrição, funções ou construções bem conhecidas não são descritas em detalhe para evitar a ocultação da apresentação em detalhes desnecessários.

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4/15 [0015] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um dispositivo de dessanilização de supercapacitor (SCD) 10, de acordo com uma realização da invenção. Em realizações da invenção, o dispositivo de SCD 10 é empregado para a dessalinização de água do mar ou desionização de outras águas salobras para reduzir a quantidade de sal para um nível permissível para uso doméstico e industrial. Adicionalmente, o dispositivo de SCD 10 pode remover ou reduzir outras impurezas carregadas ou iônicas de um líquido, como água residual ou efluentes de processos agrícolas, industriais ou municipais.

[0016] Para a disposição exemplificadora mostrada na Figura 1, o dispositivo de SCD 10 compreende um primeiro coletor de corrente 11, um segundo coletor de corrente 12, um primeiro eletrodo 13, um segundo eletrodo 14, um eletrodo bipolar 15, e um par de espaçadores 16. O primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 estão em contato íntimo com os primeiro e segundo coletores de corrente 11 e 12, respectivamente. O eletrodo bipolar 15 é disposto entre o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14. Os dois espaçadores 16 são dispostos entre o primeiro eletrodo 13 e o eletrodo bipolar 15, e entre o eletrodo bipolar 15 e o segundo eletrodo 14, respectivamente.

[0017] Em algumas realizações, os coletores de corrente 11 e 12 podem ser configurados como uma placa, uma malha, uma lâmina, ou uma folha e formadas a partir de um metal ou liga metálica. O metal pode incluir titânio, platina, índio, ou ródio, por exemplo. As ligas metálicas podem incluir aço inoxidável, por exemplo. Em outras realizações, os coletores de corrente 11 e 12 podem compreender grafite ou um material plástico, como poliolefina, que pode incluir polietileno. Em certas aplicações, os coletores de corrente de plástico 11 e 12 podem ser misturados com negros de fumo condutores ou partículas metálicas para alcançar um certo nível de condutividade.

[0018] Para a realização exemplificadora na Figura 1, o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14, e o eletrodo bipolar 15 estão na forma de placas que

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5/15 são dispostas paralelamente umas às outras para formar uma estrutura empilhada. Em certas realizações, os eletrodos 13, 14 e 15 podem ter formatos variados, como uma folha, um bloco ou um cilindro. Ademais, esses eletrodos podem ser dispostos em várias configurações. Por exemplo, o primeiro e segundo eletrodos, e o eletrodo bipolar podem ser dispostos de maneira concêntrica com espaço espiral e contínuo entre os mesmos.

[0019] Em algumas aplicações, o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 podem incluir materiais eletricamente condutores, que podem ou não ser termicamente condutores, e podem ter partículas com tamanhos menores e áreas de superfície maiores. Em alguns exemplos, o material eletricamente condutor pode incluir um ou mias materiais de carbono. Exemplos não limitadores dos materiais de carbono incluem partículas de carbono ativadas, partículas de carbono porosas, fibras de carbono, aerogéis de carbono, microesferas de mesocarbono poroso, ou combinações dos mesmos. Em outros exemplos, os materiais eletricamente condutores podem incluir um compósito condutor, como óxidos de manganês, ou ferro, ou ambos, ou carbetos de titânio, zircônio, vanádio, tungstênio, ou combinações dos mesmos. Em algumas realizações, os materiais eletricamente condutores dos eletrodos 13 e 14 podem ser depositados sobre os coletores de corrente 11 e 12 ao empregar uma ou mais técnicas de deposição, como pulverização, aspersão, revestimento giratório, calandragem ou impressão.

[0020] Adicionalmente, os espaçadores 16 podem compreender qualquer material permeável a íon, eletronicamente não condutor, incluindo membranas e materiais porosos e não porosos para separar o primeiro eletrodo 13 e o eletrodo bipolar 15, e o segundo eletrodo 14 e o eletrodo bipolar 15. Em exemplos não limitadores, o espaçador 16 pode ter podem ser, em si, espaços para formar canais de fluxo através dos quais um líquido para a dessalinização passa entre o primeiro eletrodo 13 e o eletrodo bipolar 15, e o segundo eletrodo 14 e o eletrodo

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6/15 bipolar 15.

[0021] Em certas aplicações, conforme mostrado na Figura 1, o primeiro e segundo coletores de corrente 11 e 12 podem ser conectados aos terminais positivos e negativos de uma fonte de alimentação (não mostrada), respectivamente. Já que o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 estão em contato com o primeiro e segundo coletores de corrente 11 e 12, o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 podem atuar como um ânodo e um cátodo, respectivamente. Em conformidade, um lado 17 do eletrodo bipolar 15 adjacente ao primeiro eletrodo 13 pode funcionar como um cátodo e o outro lado 18 do eletrodo bipolar 15 oposto ao um lado 17 e adjacente ao segundo eletrodo 14 pode funcionar como um ânodo. Em certos exemplos, o eletrodo bipolar 15 pode ser eletricamente condutivo e evita a permeação dos íons.

[0022] Ademais, em algumas disposições, uma fonte de líquido (não mostrada) pode ser empregada para fornecer um líquido de entrada (conforme indicado pelas setas 19 na Figura 1) para a dessalinização através do dispositivo de SCD 10. Em conformidade, durante um estado de carregamento, quando um líquido de entrada 19 da fonte de líquido, como uma solução de cloreto de sódio, que têm espécies carregadas passa entre o primeiro eletrodo 13 e o eletrodo bipolar 15, e o segundo eletrodo 14 e o eletrodo bipolar 15, os cátions se movem em direção ao lado 17 do eletrodo bipolar 15 e o cátodo 14, os ânions se movem em direção ao ânodo 13 e ao lado 17 do eletrodo bipolar

15. Como consequência do acúmulo de carga dentro do dispositivo de SCD 10, um fluxo de saída (conforme indicado pelas setas 100 na Figura 1), que é um líquido diluído saindo do dispositivo de SCD 10, tem uma concentração mais baixa de espécies carregadas, se comparado como líquido de entrada. Em certas realizações, o líquido diluído pode ser novamente submetido à desionização ao ser inserido através de outro dispositivo de SCD.

[0023] Durante um estão de descarga, os íons absorvidos

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7/15 dissociam das superfícies do primeiro e segundo eletrodos 13 e 14, e do eletrodo bipolar 15. Em certas aplicações, nesse estado, as polaridades do primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 podem ser revertidas, de modo que os íons absorvidos no estado de carga se movessem em polaridades reversas , como consequência, o fluxo de saída pode ter uma concentração mais alta de espécies carregadas se comparado ao líquido de entrada.

[0024] Em outras aplicações, os ânions e os cátions nas espécies carregadas podem ser absorvidos aos respectivos eletrodos em um estado de descarga e dissociados dos respectivos eletrodos em um estado de carga do eletrodo bipolar 15.

[0025] Deve-se notar que a disposição exemplificadora na Figura 1 é meramente ilustrativa. Em algumas aplicações, o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 podem atuar como um cátodo e um ânodo, respectivamente. Em conformidade, o lado 17 do eletrodo bipolar 15 adjacente ao primeiro eletrodo 13 pode funcionar como um ânodo e o outro lado 18 do eletrodo bipolar 15 oposto ao lado 17 e adjacente ao segundo eletrodo 14 pode funcionar como um cátodo.

[0026] A Figura 2 é um diagrama esquemático do eletrodo bipolar 15, de acordo com uma realização da invenção. Para a disposição exemplificadora, o eletrodo bipolar 15 compreende uma camada intermediária 20, e a primeira e a segunda camadas 21 e 22 dispostas em superfícies opostas (não marcadas) da camada intermediária 20.

[0027] Em algumas realizações, a camada intermediária 20 pode ser condutora de elétron e não condutora de íon. Em alguns exemplos, a camada intermediária 20 pode compreender um ou mais materiais de carbono, como negro de fumo e grafite. Em outros exemplos, a camada intermediária 20 pode, ainda, compreender um polímero, como tereftalato de polietileno (PET), politeno (PE), polipropileno (PP), poli(vinilidenocloreto) (PVC), e combinações dos mesmos para serem entremeados com o um ou mais materiais de carbono.

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8/15 [0028] Em algumas aplicações, a camada intermediária 20 pode estar na forma de filme. Deve-se notar que o termo filme pode ser similar ao significado de camada, folha, placa, ou corte, e pode não indicar uma espessura particular do material. Em exemplos não limitadores, a camada intermediária 20 pode compreender um filme de grafite. Em certas aplicações exemplificadoras, a camada intermediária 20 pode compreender um filme condutor, comercializado sob o nome comercial 3M 1704, por 3M, de Saint Paul, Minnesota Alternativamente, a camada intermediária 20 pode compreender um filme, comercializado sob o nome comercial Intelicoat 2252, por Intelicoat, de South Hadley, Massachusetts.

[0029] Em algumas realizações, a primeira e a segunda camadas 21 e 22 podem atuar como uma camada eletronegativa e uma camada eletropositiva de modo que a função como um ânodo e um cátodo, respectivamente. Alternativamente, a primeira e a segunda camadas 21 e 22 podem atuar como uma camada eletropositiva e uma eletronegativa de modo a funcionar como um cátodo e um ânodo, respectivamente. A primeira e a segunda camadas 21 e 22 podem compreender os mesmos materiais ou materiais diferentes. Em exemplos não limitadores, a primeira e a segunda camadas podem compreender materiais eletricamente condutores, incluindo pelo menos um ou mais materiais de carbono e um ou mais polímeros condutores. O um ou mais materiais de carbono podem compreender partículas de carbono ativadas, partículas de carbono porosas, fibras de carbono, aerogéis de carbono, microesferas de mesocarbono poroso, ou combinações dos mesmos. O um ou mais polímeros condutores pode compreender polianilina, polipirrol, e combinações dos mesmos. Em certos exemplos, a primeira e a segunda camadas 21 e 22 podem compreender, ainda, outros materiais, como aditivos que incluem, mas não se limitam a politetrafluoroetileno (PTFE).

[0030] Em certos exemplos, o eletrodo bipolar 15 pode

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9/15 compreender, ainda, um par de camadas adesivas (não mostradas) disposto entre a primeira camada 21 e a camada intermediária 20, e a segunda camada e a camada intermediária 20 de modo a fixar as primeira e segunda camadas na camada intermediária 20 de maneira estável. Alternativamente, as camadas adesivas podem não ser fornecidas. Em algumas realizações, as camadas adesivas podem compreender pelo menos um dentre filmes poliméricos baseados em grafite, filmes poliméricos baseados em negro de fumo, adesivos de grafite condutores, e adesivos de negro de fumo. As camadas adesivas podem ser dispostas em duas superfícies opostas (não marcadas) da camada intermediária 20 ao empregar uma ou mais técnicas de deposição, como pulverização, aspersão, ou revestimento giratório.

[0031] Para algumas disposições, um par de camadas de reforço podem ser fornecidas para reforças a propriedade mecânica do eletrodo bipolar 15. As camadas de reforço 23 podem ser dispostas sobre e/ou no interior da primeira e segunda camadas 21 e 22. Em exemplos não limitadores, as camadas de reforço 23 podem compreender um ou mais polímeros, incluindo tereftalato de polietileno (PET), politeno (PE), polipropileno (PP), poli(vinilidenocloreto) (PVC), e combinações dos mesmos. As camadas de PET podem ter texturas em rede ou outros formatos. Em certas aplicações, as camadas de PET também podem ser empregadas em um primeiro e segundo eletrodos 13 e 14.

[0032] Em certas aplicações, o dispositivo de SCD 10 pode compreender, adicionalmente, um ou mais materiais seletivos de íon (não mostrados), como materiais seletivos de cátion e ânion fixados a e/ou estendidos nos respectivos eletrodos 13, 14, e 15 para facilitar a transmissão de íons. Em exemplos não limitadores, os materiais seletivos de cátion podem compreender um grupo amina, um grupo piridínio, ou combinações dos mesmos. Em alguns exemplos, o grupo amina pode compreender uma amina primária, amina

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10/15 secundária, amina terciária, e/ou amina quaternária. Os materiais seletivos de ânion podem compreender um grupo sulfônico, grupo carboxílico, grupo fosfato, ou combinações dos mesmos.

[0033] A Figura 3 é um fluxograma que ilustra esquematicamente a preparação do eletrodo bipolar 15, de acordo com uma realização da invenção. conforme ilustrado na Figura 2, na etapa 30, uma mistura de um primeiro solvente e pelo menos um dentre o um ou mais materiais de carbono e o um ou mais polímeros condutores é fornecido e agitado de modo a formar uma dispersão das particular de carbono no primeiro solvente. Em algumas aplicações, o solvente pode compreender água desionizada, etanol, ou quaisquer outros solventes adequados. Na etapa 31, pelo menos um aglutinante incluindo, mas não se limitando a, uma emulsão de PTFE não fibrilada é adicionado à mistura acima e misturado para fornecer uma mistura resultante até que pelo menos uma porção de PTFE seja fibrilada. A mistura resultante é, então misturada e seca.

[0034] Na etapa 32, a mistura resultante é adicionada a um segundo solvente de modo a formar uma pasta misturada. A pasta misturada é, então, processada, como por secagem e calandragem para formar uma folha calandrada. Em alguns exemplos, o processo para secar a mistura resultante na etapa 31 pode não ser empregado, de modo que a pasta misturada na etapa 32 possa ser diretamente formada a partir da mistura resultante. Na etapa 33, a folha calandrada é conformada em uma pluralidade de folhas de eletrodo com tamanhos e formatos desejados, e as folhas de eletrodo são prensadas em duas superfícies opostas de um filme condutor de elétron para formar o eletrodo bipolar 15.

[0035] Em alguns exemplos, na etapa 31, fibras de carbono crescidas em vapor (VGCF) e/ou negros de fumo condutores podem ser adicionados à mistura dos materiais de carbono e o primeiro solvente de modo

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11/15 a melhorar a condutividade do eletrodo bipolar formado 15. Alternativamente, a VGCF e os negros de fumo podem não ser empregados. Em um exemplo não limitador, os condutores de negro de fumo podem compreender negros de fumo, comercializados sob o nome comercial SUPER P, por Timcal Grafite & Carbon, da Suíça.

[0036] Na etapa 32, um ou mias agentes formadores de poro, como pós de cloreto de sódio, podem ser misturados com a mistura resultante seca, e, então, o segundo solvente é adicionado à mistura do agente formador de poro de cloreto de sódio e a mistura resultante seca para formar a pasta mistura de modo a melhorar a porosidade do eletrodo bipolar 15 formado. Em certos exemplos, o agente formador de poro de cloreto de sódio pode não ser adicionado na mistura resultante, e o primeiro solvente pode ser diferente de ou igual ao segundo solvente. Em exemplos não limitadores, na etapa 33, as camadas adesivas e/ou os elementos seletores de íon podem ser fornecidos com as folhas de eletrodo para formar o eletrodo bipolar 15.

[0037] Em alguns exemplos, o agente formador de poro pode compreender outros materiais, como cloreto de amônio, cloreto de potássio, cloreto de cálcio, carbonato de sódio, carbonato de potássio, carbonato de cálcio, carbonato de amônio, carbonato ácido de amônio, óxido de titânio, óxido de zinco, ou combinações dos mesmos.

[0038] Adicionalmente, em certas aplicações, as folhas de eletrodo também podem ser dispostas sobre os coletores de corrente 11 e 12, respectivamente, para formar o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14.

[0039] Em um exemplo não limitador para o preparo do eletrodo bipolar 15 será agora descrito.

Exemplo 1 [0040] 800g de partículas de carbono ativadas, 16g de VGCF, 40g de negros de fumo condutores SUPER P, e 3.500ml de água desionizada são

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12/15 misturados e agitados por cerca de 15 minutos, de modo a formar uma dispersão das partículas de carbono ativas na água desionizada. 53g de um látex PTFE 60%(p/p) são adicionados em 60ml de água desionizada para diluição para formar uma emulsão de PTFE não fibrilada, e, então, a emulsão de PTFE não fibrilada é adicionada na mistura acima e agitada junto por cerca de 4 horas, de modo a formar uma mistura resultante até que pelo menos uma porção de PTFE seja fibrilada.

[0041] Então, a mistura resultante é seca a uma temperatura de cerca de 100 a 130°C por cerca de mais que 48 horas. A seguir, para facilidade de preparação, cerca de 200g da mistura resultante é pesada e misturada com 60g dos pós de cloreto de sódio e um litro de etanol por cerca de 5 minutos para formar uma mistura líquida. A mistura líquida é seca a uma temperatura de cerca de 60°C de modo a formar uma pasta misturada que pesa cerca de 650g.

[0042] A seguir, a pasta misturada é calandrada para formar uma folha calandrada. Para a calandragem, uma calandra (não mostrada) com dois cilindros é empregada. Uma distância entre os dois cilindros é determinada a cerca de 4 mm, a pasta misturada é passada pelos cilindros para formar uma folha fina, e, então, a folha fina é dobrada e reinserida na calandra por cerca de 3 a 5 vezes. Depois disso, em algumas aplicações, a distância entre os dois cilindros pode ser configurada acerca de 3,5mm, 3,0mm, 2,5mm, 2,0mm, 1,5mm, 1,0mm, e 0,75mm por vez para calandrar a folha fina, de modo que a folha calandrada seja formada.

[0043] Subsequentemente, a folha calandrada é conformada em uma pluralidade de folhas de eletrodo com tamanhos e formatos desejados, e as folhas de eletrodo são secas a uma temperatura de cerca de 40°C por cerca de meia hora. Em algumas aplicações, as folhas de eletrodo podem não ser secas. Depois disso, as folhas de eletrodo são imersas em água desionizada por cerca de 3 horas para dissolver e remover o cloreto de sódio das folhas de eletrodo.

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Então, as folhas de eletrodo são colocadas em um forno ventilado (não mostrado) a uma temperatura de cerca de 45°C por cerca de 3 horas para remover a água.

[0044] Finalmente, o filme condutor intermediário, as folhas de eletrodo, e as camadas de PET são prensadas juntas a uma pressão de cerca de 15 Mpa por cerca de 40 segundos para formar o eletrodo bipolar 15, conforme mostrado na Figura 2. Em exemplos não limitadores, a folha de eletrodo pode pesar cerca de 25 a 30 g, e ter uma espessura de cerca de 0,8 mm. O eletrodo bipolar 15 pode pesar cerca de 55 a 60g, e ter uma espessura de cerca de 1,6 mm.

[0045] Em certos exemplos, as camadas adesivas e/ou materiais seletivos de íon também são prensados no eletrodo bipolar 15. Adicionalmente, para algumas disposições, as folhas de eletrodo podem ser prensadas em malhas Ti a uma pressão de cerca de 15 Mpa por cerca de 40 segundos para formar o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14. Alternativamente, o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14 podem ser formados com outros materiais além das folhas de eletrodo preparadas.

[0046] Deve-se notar que o exemplo demonstrado é meramente ilustrativo. A ordem das etapas no exemplo demonstrado pode ser intercambeável, por exemplo, a remoção do cloreto de sódio pode ser anterior à conformação da folha calandrada à pluralidade de folhas de eletrodo. Adicionalmente, algumas etapas incluindo, mas não se limitando às etapas para adicionar e remover o cloreto de sódio podem não ser estritamente necessárias.

[0047] Em conformidade, conforme mostrado na Figura 1, um processo de montagem exemplificador para o dispositivo de SCD 10 compreende fornecer o primeiro e segundo eletrodos 11 e 12, fornecer os primeiro e segundo coletores de corrente 13 e 14 para entrar em contato com os respectivos eletrodos 11 e 12, dispor o eletrodo bipolar 15 entre o primeiro e

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14/15 segundo eletrodos 11 e 12, e dispor os espaçadores 16 entre os dois eletrodos adjacentes. Em exemplos não limitadores, a ordem das etapas do processo exemplificador pode ser intercambiável, e o processo pode, ainda, compreender outras etapas, por exemplo, prensar as camadas de PET sobre o primeiro e segundo eletrodos 11 e 12.

[0048] Para como algumas disposições, o dispositivo de SCD 10 pode compreender mais que um eletrodo bipolar 15 e pode estar na forma de uma pilha de dessalinização de quantidade relativamente grande de um líquido. A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma pilha de dispositivo de SCD 10. Os mesmos números nas Figuras 1 e 4 podem indicar elementos similares. Para a disposição ilustrada, o dispositivo de SCD compreende um primeiro coletor de corrente 11, um segundo coletor de corrente 12, um primeiro eletrodo 13 fixado ao coletor de corrente 11, um segundo eletrodo 14 fixado no coletor de corrente 12, múltiplos eletrodos bipolares 15 dispostos entre o primeiro e segundo eletrodos 13 e 14, e uma pluralidade de espaçadores 16 disposta entre cada um dos pares de eletrodos adjacentes.

[0049] Em certas aplicações exemplificadoras, o dispositivo de SCD 10 pode ser usado como um supercapacitor para o armazenamento de energia. A Figura 5 é um diagrama esquemático de um supercapacitor 40, de acordo com uma realização da invenção. os mesmos números nas Figuras 1, 4 e 5 podem indicar os elementos similares. Conforme mostrado na Figura 5, a disposição ilustrada é similar à disposição na Figura 1. As duas disposições nas Figuras 1 e 5 diferem no que um eletrólito 41, como cloreto de sódio, é abrangido no interior da estrutura de modo a formar o supercapacitor 30 para o armazenamento de energia.

[0050] Para a realização ilustrada na Figura 5, o primeiro e segundo coletores de corrente 11 e 12 podem estar conectados a uma fonte de alimentação (não mostrada) para carregar o supercapacitor 30. Durante a

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15/15 descarga, a energia liberada gerada devido à dissociação dos íons absorvidos das superfícies dos respectivos eletrodos 13, 14, e 15 do supercapacitor 30 pode ser usada para acionar um dispositivo elétrico (não mostrado), como uma lâmpada, ou recuperada através de um dispositivo de recuperação de energia (não mostrado), como um conversor de CC bidirecional. Adicionalmente, em outros exemplos, o supercapacitor 30 pode compreender uma pluralidade de eletrodos bipolares 15 e uma pluralidade de espaçadores 16, como similar à estrutura mostrada na Figura 4.

[0051] Embora a apresentação tenha sido ilustrada e descrita em realizações típicas, não há intenção de limitar a mesma aos detalhes mostrados, já que várias modificações e substituições podem ser feitas sem que se saia da essência ou âmbito da presente apresentação . Sendo assim, modificações adicionais e equivalentes da presente apresentação podem ocorrer ao técnico no assunto com o uso de não mais que a experimentação de rotina, e acreditase que todas tais modificações e equivalentes estão na essência e âmbito da apresentação, conforme definido pelas seguintes reivindicações.

Claims

Reivindicações

1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ELETRODO FUNCIONAL, caracterizado pelo fato de que o método compreende:

fornecer e agitar uma mistura que compreende um solvente e pelo menos um de um ou mais materiais de carbono e um ou mais polímeros condutores para formar uma dispersão do pelo menos um dos um ou mais materiais de carbono e do pelo menos um ou mais polímeros condutores no solvente;

adicionar pelo menos um aglutinante à dispersão para fornecer uma mistura resultante e agitar a mistura resultante;

processar a mistura resultante para formar uma pluralidade de folhas de eletrodo; e fixar as folhas de eletrodo em superfícies opostas de uma camada intermediária (20), em que a camada intermediária (20) é condutora de elétron e não condutora de íon.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eletrodo funcional compreende um eletrodo bipolar (15).
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura compreende, ainda, uma ou mais fibras de carbono, negro de fumo condutor, e nanotubos de carbono.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente compreende água, etanol, e combinações dos mesmos.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processamento da mistura resultante compreende a mistura de um ou mais agentes formadores de poros com tamanhos de partículas diferentes e a mistura resultante com outro solvente para formar uma pasta

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2/4 misturada e processar a pasta misturada para formar as folhas de eletrodo.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o um ou mais agente formador de poro é selecionado a partir do grupo que consiste em cloreto de sódio, cloreto de amônio, cloreto de potássio, cloreto de cálcio, carbonato de sódio, carbonato de potássio, carbonato de cálcio, carbonato de amônio, carbonato ácido de amônio, óxido de titânio, óxido de zinco, e combinações dos mesmos.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o processamento da pasta misturada compreende a calandragem da pasta misturada para formar uma folha calandrada, imergindo a folha calandrada em água desionizada para remover o um ou mais agentes formadores de poro, secar a folha calandrada após a remoção do um ou mais agentes formadores de poro, e conformar a folha calandrada em folhas de eletrodo após a secagem.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, fixar uma ou mais camadas de reforço dispostas sobre pelo menos uma das folhas de eletrodo, em que a uma ou mais camadas de reforço é selecionada a partir do grupo que consiste em tereftalato de polietileno (PET), politeno (PE), polipropileno (PP), poli(vinilidenocloreto) (PVC), e combinações dos mesmos.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, dispor de um ou mais materiais seletivos de ânion e um ou mais materiais seletivos de cátion nas respectivas folhas de eletrodo.
10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o um ou mais materiais seletivos de cátion são selecionados a partir do grupo que consiste em um grupo amina, um grupo piridina e combinações dos mesmos, em que o grupo amina compreende um ou mais dentre uma amina primária, amina secundária, amina terciária, e amina

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3/4 quaternária, e em que o um ou mais materiais seletivos de ânion são selecionados a partir do grupo que consiste em um grupo sulfônico, grupo carboxílico, grupo fosfato, e combinações dos mesmos.
11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais materiais de carbono são selecionados a partir do grupo que consiste em partículas de carbono ativadas, aerogéis de carbono, nanotubos de carbono, gaiolas de carbono, fibras de carbono, partículas de carbono porosas, microesferas de mesocarbono poroso, e combinações dos mesmos, e em que o um ou mais polímeros condutores são selecionados a partir do grupo que consiste em polianilina, polipirrol, e combinações dos mesmos.
12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada intermediária (20) compreende um ou mais dentre negro de fumo, grafite, e um polímero e em que o polímero é selecionado a partir do grupo que consiste em tereftalato de polietileno, politeno, polipropileno, poli(vinilidenocloreto), e combinações dos mesmos.
13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende um politetrafluoroetileno não fibrilado.
14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda introduzir um ou mais dentre fibras de carbono crescidas em vapor e negros de fumo condutores na mistura compreendendo o solvente e o pelo menos um de um ou mais materiais de carbono e um ou mais polímeros condutores.
15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as folhas de eletrodo compreendem uma primeira e uma segunda folha de eletrodo, em que as primeira e segunda folhas de eletrodo agem como uma primeira e uma segunda camada (21, 22) do eletrodo bipolar (15) e em que as primeira e segunda camadas (21, 22) do eletrodo bipolar (15) são configuradas para funcionarem como um ânodo e um cátodo,

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ΑΙΑ respectivamente.
16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda dispor uma pluralidade de camadas adesivas dispostas entre a primeira camada (21) e a camada intermediária (20), e entre a segunda camada (22) e a camada intermediária (20) respectivamente, em que as camadas adesivas compreendem pelo menos um dentre filmes poliméricos baseados em grafite e adesivos de grafite condutores.