BR112012008068B1 - Método para a produção de uma placa negativa híbrida e bateria de armazenamento de chumbo-ácido - Google Patents

Método para a produção de uma placa negativa híbrida e bateria de armazenamento de chumbo-ácido Download PDF

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Daisuke Momma
Toshimichi Takada
Yuichi Akasaka
Satoshi Shibata
Trieu Lan Lam
Rosalie Louey
Peter Nigel Haigh
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Abstract

método para a produção de uma placa negativa híbrida e bateria de armazenamento de chumbo-ácido um método para produção de uma placa negativa para bateria híbrida a ser empregada em uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido é fornecido, o mesmo apresentando aperfeiçoamento da eficiência operacional e da produtividade e melhora das características e carga e descarga rápidas em uma temperatura baixa sob psoc de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido. uma folha de mistura de carbono produzida desta forma apresenta uma mistura de carbono preparada por mistura de dois tipos de materiais de carbono consistindo em um primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade e um segundo material de carbono apresentando capacitância de capacitor e/ou capacitância de pseudocapacitor e pelo menos um ligante sendo aderido por pressão à superfície de uma placa negativa em um estado úmido, de modo que uma placa negativa híbrida é produzida. a bateria de armazenamento de chumbo-ácido provida com a placa negativa a ser empregada na bateria híbrida tem suas características de descarga aperfeiçoadas.

Description

MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA PLACA NEGATIVA HÍBRIDA E
BATERIA DE ARMAZENAMENTO DE CHUMBO-ÁCIDO
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere à placa negativa para bateria híbrida construída de modo que a superfície de uma placa negativa é revestida com uma mistura de carbono poroso preparada por combinação de dois tipos de material de carbono, os quais consistem em um primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade e um segundo material de carbono apresentando capacitância do capacitor e/ou capacitância do pseudocapacitor e, pelo menos, um ligante e se refere também a uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido provida com a placa negativa para bateria híbrida.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
A Publicação Nacional número 2007-506230 da versão japonesa traduzida apresenta uma invenção que se refere a uma placa negativa para uma bateria de armazenamento híbrida de chumbo-ácido que é produzida por revestimento da superfície de uma placa negativa, a saber, uma placa carregada com material ativo de chumbo com uma camada da mistura porosa de carbono formada por aplicação de uma mistura de carbono preparada por combinação de pelo menos dois tipos de materiais de carbono selecionados a partir de um primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade e um segundo material de carbono apresentando capacitância do capacitor e/ou capacitância do pseudocapacitor e pelo menos um ligante para a placa negativa e, em seguida, secagem, sendo capaz de prolongar drasticamente um ciclo de vida da bateria devido à função
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 11/129 do seu capacitor, mesmo em repetição de descarga-carga rápida sob PSOC.
REFERÊNCIA À TÉCNICA ANTERIOR
Referência de Patente
Referência de Patente 1: Publicação Nacional número 2.007-506230 da versão japonesa traduzida.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
PROBLEMA A SER RESOLVIDO PELA INVENÇÃO
A invenção acima mencionada apresenta, de forma concreta, um método para produzir uma placa negativa para bateria híbrida através da aplicação da mistura de carbono acima mencionada sob a forma de uma pasta sobre a superfície de uma placa carregada com material ativo de chumbo seguido por secagem para formar na mesma uma camada de mistura porosa de carbono.
No caso de uma placa negativa ser revestida com uma mistura de carbono para produzir uma placa negativa para bateria híbrida, a placa negativa preparada por carregamento de um substrato em látice de coletor de corrente com um material negativo ativo conterá muita umidade e será macia e, por conseguinte, se a sua superfície for revestida com uma mistura de carbono em pasta usando um raspador isto provocará o inconveniente do material ativo ser parcialmente raspado ou da mistura de carbono aplicada ser parcialmente descascada após secagem, uma vez que a adesão da mesma à placa negativa é fraca. Consequentemente, de modo a prevenir esses inconvenientes, após a placa negativa úmida acima mencionada ter sido envelhecida para se tornar uma placa envelhecida ou ser seca para se tornar uma placa negativa seca semelhante a
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 12/129 uma placa carregada seca, uma mistura de carbono em pasta deve ser revestida sobre a superfície da mesma. Neste caso, como para os métodos de revestimento, um método de revestimento de uma mistura de carbono tanto na forma de pasta quanto de lama sobre a superfície de uma placa negativa seca usando um raspador ou semelhante, um método de revestimento que emprega uma escova, um método de impressão ou semelhante podem ser considerados. No entanto, quando qualquer um dos métodos de revestimento mencionados for empregado será necessária uma nova etapa de secagem após o revestimento e, portanto, isso apresenta um problema quando a operação para a produção da placa negativa para bateria híbrida se torna ineficiente.
Além disso, mesmo no caso de uma produção contínua de uma placa negativa em um sistema contínuo de fundição ou expansão, o eletrodo negativo contínuo é cortado uma vez, envelhecido e seco uma vez sendo após isso revestido com uma mistura de carbono, de modo que, a eficiência de funcionamento é consideravelmente reduzida.
Além disso, se a superfície da placa negativa em um estado seco for revestida com uma mistura de carbono, então, uma camada de revestimento de uma mistura densa de carbono será formada e esta camada frequentemente impedirá o movimento de uma solução eletrolítica para a placa negativa que está localizada no interior da camada de revestimento e, consequentemente, o desempenho de descarga será reduzido.
Em vista da técnica anterior mencionada acima, a presente invenção pretende solucionar os problemas mencionados da invenção convencional e prover um método
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 13/129 para produção de uma placa negativa para bateria híbrida capaz de simplificar a etapa de produção e aperfeiçoar a eficiência de produção e uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido fornecida com a placa negativa para bateria híbrida que é aperfeiçoada nas características da bateria.
MEIOS PARA SOLUCIONAR O PROBLEMA
A invenção conforme descrita na reivindicação 1 se constitui em um método para produzir uma placa negativa para uma bateria de armazenamento híbrida de chumbo-ácido produzida por aplicação à superfície de uma placa negativa carregada com material ativo de uma mistura de carbono que é preparada por combinação de dois tipos de material de carbono consistindo em um primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade e um segundo material de carbono assegurando capacitância do condensador e/ou capacitância do pseudocapacitor, além de pelo menos um ligante, onde uma folha de mistura de carbono preparada conformando-se a mistura de carbono em uma folha é aderida por pressão a pelo menos uma parte da superfície do material negativo ativo em um estado úmido sendo então seca.
A invenção, conforme descrita na reivindicação 2 ou 3 é caracterizada pelo fato de que a mistura de carbono é conformada em uma folha por um método de conformação por extrusão ou um método de revestimento com a mistura de carbono ou é recebida por um veículo de folha porosa para ser conformada em folha no mesmo.
Adicionalmente, a invenção conforme descrita na reivindicação 4 é caracterizada pelo fato de que a mistura de carbono é conformada em uma folha sendo então prensada.
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 14/129
Além disso, a invenção conforme descrita na reivindicação 5 ou 6 é caracterizada pelo fato de que pelo menos um dentre o grupo de um zinco em pó, um cânfora em pó, um naftaleno em pó e um alumínio em pó é adicionado à mistura de carbono como um agente formador de poros.
Além disso, a invenção conforme descrita na reivindicação 7 é caracterizada por uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido que é provida com a placa negativa para bateria híbrida produzida pelo método de produção de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6 acima mencionadas.
EFEITO DA INVENÇÃO
De acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3 da invenção, a placa negativa para bateria híbrida pode ser produzida com uma boa eficiência operacional apresentando produtividade aperfeiçoada, e uma vez que a superfície da placa negativa carregada com material ativo é revestida com uma folha porosa de mistura de carbono em um estado aderido, uma placa negativa para bateria híbrida de boa qualidade que permite movimento de uma solução eletrolítica e fornecimento ao lado interno e impede o material ativo de chumbo de degradar pode ser produzida e também traz uma melhoria nas características de descarga rápida e nas características de descarrega a uma temperatura baixa sob PSOC da bateria de armazenamento de chumbo-ácido.
Além disso, a invenção de acordo com a reivindicação 4, uma vez que a mistura de carbono é conformada em uma folha, seca e é então prensada, a via de eletrocondução na mistura de carbono pode ser facilmente protegida e, consequentemente, a quantidade do primeiro
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 15/129 material de carbono apresentando eletrocondutividade na mistura de carbono pode ser reduzida. Por conseguinte, torna-se possível tornar a camada de mistura de carbono mais fina e assim pode haver redução na resistência interna da bateria de armazenamento de chumbo-ácido de acordo como a espessura da camada de mistura de carbono se torna mais fina.
Adicionalmente, a invenção de acordo com a reivindicação 5 ou 6, promove o aumento da porosidade da mistura de carbono por adição de um agente formador de poros selecionado do grupo de um zinco em pó, um cânfora em pó, um naftaleno em pó e um alumínio em pó à mistura de carbono, a porosidade da camada de mistura de carbono é aumentada, o fornecimento de ácido sulfúrico à superfície da placa de eletrodo é facilitada e as características de descarga de taxa alta são aumentadas.
Adicionalmente, a invenção de acordo com a reivindicação 7, através da construção de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido provida com a placa negativa para bateria híbrida acima mencionada, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido apresenta as características de descarga rápida aperfeiçoadas e as características de descarga a uma temperatura baixa, etc., podem ser obtidas.
MODO DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO
A seguir serão descritas em detalhes as concretizações do modo de realização da invenção.
A constituição básica da placa negativa para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido é uma placa negativa carregada com material ativo construída por carregamento de um material ativo de chumbo
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 16/129 convencionalmente conhecido em um substrato em látice coletor de corrente. De acordo com a invenção, uma mistura de carbono preparada por combinação de dois tipos de material de carbono consistindo em um primeiro material de carbono compreendendo pelo menos um dentre negro de fumo, tal como, negro de acetileno ou negro de fumo do tipo furnace black, ketjen black, grafite ou semelhante, que é necessário para garantir a eletrocondutividade da superfície da placa negativa carregada com material ativo e um segundo material de carbono compreendendo, pelo menos um dentre carbono ativado, negro de fumo, grafite ou semelhante que é necessário para assegurar capacitância ao capacitor e/ou pseudocapacitor, isto é, a função do capacitor e pelo menos um ligante sendo conformado em uma folha, conforme descrito em detalhes a seguir, e a folha resultante é aderida sob pressão a pelo menos uma porção da superfície da placa carregada com material negativo adesivo, de modo que uma placa negativa para bateria híbrida seja produzida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de acordo com a invenção. Especificamente, a área de revestimento em folha pode constituir a totalidade da superfície de ambos os lados ou em cada lado da placa carregada com material ativo, ou uma porção da superfície em ambos os lados ou cada lado da mesma.
Além disso, o primeiro material de carbono é necessário para garantir a eletrocondutividade e o negro de fumo, tal como, negro de acetileno e furnace black, ketjen black e semelhantes são de preferência utilizados. Além destes, podem ser empregados os negros de fumo, tais como, thermal black, channel black e lamp black, bem
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 17/129 como fibra de carbono, grafite e semelhantes. Nestes
materiais de carbono, é preferível , em geral, que a
quantidade de um grupo de superfície funcional seja menor
do ponto de vista de consideração da condutibilidade
elétrica.
Se a quantidade mista do primeiro material de
carbono for inferior a 5 partes em peso, então, a
eletrocondutividade não poderá ser assegurada e a capacitância do condensador será diminuída e, por outro lado, se a quantidade mista for superior a 70 partes em peso, então o efeito de eletrocondutividade será saturado. A quantidade mista mais preferida é de 10 a 60 partes em peso.
Além disso, o segundo material de carbono é necessário para garantir a capacitância do condensador e/ou pseudocapacitor e carbono ativado, negros de fumo, tais como, negro de acetileno e do tipo furnace black, ketjen black e semelhantes são de preferência utilizados. Além destes, os negros de fumo do tipo thermal black, channel black grafite e semelhantes, são adequados. Do ponto de vista da capacitância do capacitor, o carbono ativado é especialmente preferido.
Do ponto de vista de que o segundo material de carbono assegura capacitância ao capacitor e/ou pseudocapacitor, se a quantidade mista desses for inferior a 20 partes em peso, então, a capacitância do capacitor é insuficiente, mas, se for superior a 80 partes em peso, então a proporção do primeiro material de carbono será relativamente reduzida e, por conseguinte, a capacitância
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 18/129 será muito diminuída. A quantidade mista mais preferida é de 30 a 70 partes em peso.
O ligante é útil para aperfeiçoar a ligação dos primeiro e segundo materiais de carbono juntos e a ligação da superfície da placa negativa e da camada de revestimento da mistura de carbono em conjunto garantindo a interligação elétrica entre as mesmas e também mantendo o estado poroso da mistura de carbono após a secagem da pasta de mistura de carbono. Quanto aos materiais do ligante, policloropreno, borracha de estireno-butadieno (SBR), politetrafluoroetileno (PTFE), fluoreto de polivinilideno (PVDF) e semelhantes são preferíveis.
Se a quantidade mista do ligante for inferior a 1 parte em peso, então, a ligação será insuficiente, mas se for superior a 20 partes em peso, então o efeito de ligação será saturado e, por outro lado, o ligante atua como um isolador para a eletrocondutividade. A quantidade mista do mesmo é preferência de 5 a 15 partes em peso.
Adicionalmente um espessante e um material de reforço de fibra curta podem ser misturados.
O espessante é útil para a preparação de uma mistura de carbono sob a forma de pasta. Para a pasta aquosa, derivados de celulose, tais como, carboximetil celulose (CMC) e metil-celulose (MC), sais de ácidos poliacrílicos, álcool polivinílico e semelhantes são adequados e para a pasta orgânica, NMP (N-metil-2pirrolidona, 1-metil-2-pirrolidona), sulfóxido de dimetila (DMSO) e semelhantes são adequados. Quando o agente espessante é utilizado, se o resíduo seco do mesmo exceder 10 partes em peso, a eletrocondutividade da mistura de
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 19/129 carbono será deteriorada. Portanto, a quantidade mista não inferior é preferivelmente inferior aquela e aquela quantidade mista preferida é de 1 a 6 partes em peso.
Como para o material de reforço de fibra curta, no caso em que a mistura de carbono é preparada para se tornar pastosa e ser aplicada sobre a placa negativa, será útil o aperfeiçoamento da permeabilidade ao gás e prevenindo o descascamento da camada de mistura de carbono. Qualquer material do mesmo será suficiente, se for um material hidrofóbico que seja estável no ácido do ácido sulfúrico, tal como, resina de carbono, poliéster, vidro, tal como, tereftalato de polietileno (PET) ou semelhantes. É preferido que o mesmo apresente 1 a 3 0 pm de espessura e 0,05 a 4,0 mm de comprimento. Além disso, no caso da adição de um material fibroso apresentando uma razão de aspecto de mais de 1.000, a aglutinação do mesmo pode ocorrer quando do amassamento, transporte e de revestimento da mistura, de modo que a produtividade é reduzida. Portanto, é preferível que a razão de aspecto não exceda a 1.000, e a razão de aspecto seja mais preferivelmente de 25 a 500. Se a quantidade mista do mesmo for superior a 16 partes em peso, então a proporção relativa dos materiais de carbono e do ligante será diminuída, de modo que o desempenho será reduzido e, ao mesmo tempo, a eletrocondutividade da mistura de carbono será reduzida e, portanto, a quantidade mista será de preferência menor que aquela. Uma quantidade mista mais preferível é de 4 a 12 partes em peso.
Existem vários métodos de conformação para a folha de mistura de carbono, como mencionado a seguir.
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 20/129
O primeiro material de carbono que apresenta a função de garantir eletrocondutividade e o segundo material de carbono que apresenta a função de garantir capacitância do capacitor e/ou capacitância do pseudocapacitor é misturado com um dispersante para ligante e uma solução aquosa para espessante de modo a preparar uma mistura de carbono na forma tanto de uma pasta quanto lama e a pasta ou lama de mistura de carbono é então conformada em uma folha de acordo com um método de extrusão ou um método de revestimento, de modo que uma folha de mistura de carbono é produzida.
Adicionalmente, a folha de mistura de carbono pode ser produzida utilizando um revestidor que é geralmente utilizado na produção de eletrodos para baterias de íon lítio ou capacitores elétricos de camada dupla. Adicionalmente, no caso de produção de uma folha de mistura de carbono apresentando tamanho de uma placa de eletrodo, uma máquina de tamanho pequeno, tal como, revestidor de mesa ou semelhante pode ser empregada.
Além disso, a folha de mistura de carbono é produzida por recepção da mistura de carbono por uma folha porosa, tal como tecido não tramado e conformação em uma folha sobre o mesmo. Um exemplo concreto do método de produção da mesma é tal que o primeiro material de carbono eletrocondutor e o segundo material de carbono funcionando como um capacitor são misturados com o dispersante para resultar no ligante ou a solução aquosa ao espessante para obter uma mistura de carbono na forma de uma pasta, e a pasta de mistura de carbono é impregnada em uma folha porosa, tal como tecido não tramado e é, em seguida, seca,
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 21/129 de modo que uma folha de mistura de carbono é produzida. Neste método de produção, na etapa de secagem da mistura de carbono em pasta, a matéria sólida contida na mistura de carbono em pasta é depositada sobre e colada à superfície do esqueleto que constitui a folha porosa, de modo que a secção de poro original na folha porosa é ligeiramente estreitada, porém um número infinito de poros grosseiros são sustentados na folha e, ao mesmo tempo a umidade evaporada forma um número infinito de poros na mistura de carbono sobre a superfície do esqueleto que constitui a folha porosa e depois de tudo, uma folha de mistura de carbono porosa pode ser obtida.
Adicionalmente, outro método de produção é tal que após a mistura de carbono ser conformada em uma folha da mesma maneira como no método acima mencionado, a folha de mistura de carbono é seca e prensada, de modo que uma folha de mistura de carbono é obtida. De acordo com este método a garantia da fixação da via de eletrocondução na mistura se torna mais fácil, e, consequentemente, a quantidade de carbono eletrocondutor contida na mistura de carbono pode ser reduzida.
No caso de prensagem da folha de mistura de carbono, quando a folha de mistura de carbono é assim prensada por laminação, a espessura da folha de mistura de carbono prensada pode se tornar 3 0 a 7 0% da espessura da camada de mistura de carbono original, em outras palavras, a compressibilidade é de 30 a 70% e a fixação da via de eletrocondução na mistura de carbono se torna mais fácil. No entanto, se a compressibilidade for de 30% ou menos, então o efeito de fixação dificilmente é obtido e se a
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 22/129 compressibilidade for superior a 70%, então o efeito de fixação é saturado.
Adicionalmente, também é eficaz a adição de pelo menos um agente formador de poros selecionado do grupo consistindo em zinco em pó, cânfora em pó, naftaleno em pó e alumínio em pó à mistura de carbono. No momento da conformação, o alumínio em pó ou zinco em pó adicionado reage com uma solução eletrolítica de ácido sulfúrico e se dissolve na mesma, assim, os poros finos são formados por trás da mistura de carbono e a cânfora em pó ou naftaleno em pó é sublimado no momento do pré-aquecimento, envelhecimento ou secagem, de modo que poros finos são formados como traços do mesmo na mistura de carbono e, consequentemente, a porosidade da camada de revestimento da mistura de carbono é aumentada. Então, o fornecimento de ácido sulfúrico para a superfície da placa negativa é facilitado pela adição de um agente formador de poros e a característica de descarga de alta taxa é melhorada. Além disso, uma vez que o gás gerado durante a carga se esvai facilmente, o descascamento da camada de mistura de carbono devido à geração de gás pode ser evitada.
A quantidade adicionada de agente formador de poros, em um único ou vários usos em geral, é de 3 a 20 partes em peso, em relação à mistura de carbono em termos de sua conversão em alumínio. A quantidade de adição do zinco em pó é de 8 a 50 partes em peso, da cânfora em pó é de 1 a 8,5 partes em peso e do naftaleno em pó é de 1,5 a 25 partes em peso. Se a quantidade de adição for inferior a 3 partes em peso, em seguida, o efeito da adição acima mencionado não pode ser exibido e se a quantidade de adição
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 23/129 for superior a 20 partes em peso, então o efeito de adição será saturado. Do ponto de vista econômico, a quantidade de adição é de preferência limitada a 20 partes em peso.
Quando a folha de mistura de carbono for aderida à placa carregada com material ativo, o fornecimento da solução eletrolítica ao material negativo ativo localizado abaixo da folha não é retardado e o desempenho de descarga não será impedido devido aos inúmeros poros grosseiros formados na folha. Além disso, ao mesmo tempo, o esqueleto da folha porosa pode evitar que a mistura de carbono se rompa e caia na mesma ação, como aquela das fibras curtas mencionadas acima e também a camada de mistura de carbono da mistura de carbono na forma de folha preparada por impregnação da mistura de carbono na folha porosa pode ser aderida à superfície da placa carregada com material ativo de uma placa negativa em um estado úmido, de modo que é obtido um efeito tal como em uma etapa de secagem única, a placa negativa para bateria híbrida de acordo com a presente invenção revestida com a mistura de carbono poroso pode ser produzida com uma eficiência elevada na produção da mesma.
Tecidos tramados ou tecidos não tramados fabricados de fibras sintéticas, fibras de vidro, pasta ou similar podem ser empregados nas folhas porosas que são utilizadas nos separadores de baterias ou folhas de pasta. Tecido não tramado e papel obtidos na fabricação de papel apresentam um diâmetro aberto amplo e boa penetração de uma mistura de carbono em pasta, também são macios e portando adequados especialmente ao objetivo da presente invenção. Quando são empregadas fibras de carbono a
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 24/129 eletrocondutividade é fornecida à folha porosa e, consequentemente, sendo mais eficaz.
A folha de mistura de carbono assim produzida é laminada sobre a superfície de uma placa carregada com material ativo de eletrodo negativo em um estado úmido e, após isso, é prensada por uma prensa de laminação etc., e, subsequentemente envelhecida e seca, de modo que uma placa negativa para bateria híbrida revestida com a folha de mistura de carbono de acordo com a presente invenção pode ser obtida.
Neste caso, a folha de mistura de carbono é laminada sobre a superfície da placa carregada com material ativo de eletrodo negativo em um estado úmido e é em seguida prensada por laminação, de modo que o material ativo do eletrodo negativo existente no seu interior penetra parcialmente na folha de mistura de carbono, de modo que, mesmo depois do envelhecimento e secagem a aderência não é diminuída e o descascamento da folha de mistura de carbono da placa negativa não ocorre.
De acordo com o método de produção para a placa negativa para bateria híbrida da invenção acima mencionada, uma folha de mistura de carbono longa é continuamente laminada da mesma maneira como em um método de laminação contínua de uma folha de pasta longa, como pode ser visto em um método de produção contínua de placa negativa. Quando uma placa negativa para bateria híbrida é produzida de forma contínua, uma folha de mistura de carbono longa é usada, e a placa negativa para bateria híbrida pode ser produzida continuamente sem diminuir a eficácia operacional.
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Além disso, de acordo com o método de produção da placa negativa para bateria híbrida da invenção, após de um material negativo ativo ser carregado no substrato em treliça, uma camada de mistura de carbono é continuamente laminada sobre a placa negativa carregada com material ativo, e, além disso, a secagem em uma etapa é suficiente e a camada de revestimento pode ser facilmente ajustada para apresentar uma espessura uniforme, sem ocorrência de irregularidades no revestimento. Assim, em comparação com o caso convencional de produção da placa negativa para bateria híbrida por revestimento da mistura de carbono, a eficiência operacional para a produção de acordo com a invenção é notavelmente melhorada. Além disso, no caso em que a folha de mistura de carbono é produzida utilizando a folha porosa acima mencionada, uma vez que a folha de mistura de carbono é porosa, parte do material ativo de chumbo penetra na folha de mistura de carbono, de modo que, a capacidade da ligação e a adesão são adicionalmente melhoradas.
Adicionalmente, a porosidade da folha de mistura de carbono é adequada e preferivelmente de 40 a 90%. Se a porosidade for inferior a 40%, então o movimento da solução eletrolítica é retardado e o desempenho de carga-descarga rápida é diminuído. Se for superior a 90%, o efeito do revestimento será saturado e a espessura se tornará tão grande o que dificultará a construção do projeto.
Os Exemplos da invenção são fornecidos a seguir.
Exemplo 1
Negro de fumo do tipo furnace black como o primeiro material de carbono apresentando
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 26/129 eletrocondutividade, carbono ativado como o segundo material de carbono apresentando uma função de capacitor, policloropreno como ligante, carboximetil celulose (CMC) como o agente espessante e água como dispersante foram usados e estes foram misturados na razão de mistura como mostrado na Tabela 1 a seguir, usando um misturador, de modo que uma mistura de carbono em pasta foi preparada a mesma foi extrusada para fora de um bocal chato por uma bomba e foi continuamente aplicada sobre uma folha de pasta com uma largura de 76 mm, de modo que uma folha de mistura de carbono apresentando uma espessura de 0,3 mm foi produzida.
Por outro lado, uma placa negativa, que deve ser empregada no eletrodo negativo de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula provida com uma solução eletrolítica, de modo que a solução eletrolítica seja impregnada e mantida por um elemento, foi produzida de acordo com um método conhecido. A saber, uma placa carregada com material ativo de chumbo foi produzida por carregamento de um material ativo de chumbo em um estado úmido em um substrato em látice de coletor corrente fabricado de uma liga de chumbo. A dimensão da placa carregada com material ativo de chumbo era constituída de uma largura de 76 mm, um comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,4 mm. A folha de mistura de carbono de 7 6 mmm de largura produzida como acima mencionado foi laminada, uma vez que permanece no estado úmido, sem ter sido seca, em ambas as superfícies da placa carregada com material ativo e, subsequentemente foi prensada por laminação e foi envelhecida e seca de acordo com um método
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 27/129 conhecido, de modo que foi produzida uma placa negativa para bateria híbrida de acordo com a invenção. A etapa de prensagem de laminação se destina a assegurar a adesão entre a folha de mistura de carbono e o material negativo ativo e a pressão na prensagem de laminação é preferivelmente mais alta, porém é ajustada de modo que a pasta de material ativo carregada não possa se salientar para fora e o substrato em látice do coletor de corrente não seja deformado.
As cinco placas negativas de bateria híbrida providas, revestidas individualmente com as folhas de mistura de carbono e quatro placas positivas de eletrodo, cada uma apresentando uma largura de 76 mm, um comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,7 mm produzidas de acordo com um método conhecido foram alternadamente empilhadas através de cada um dos separadores AGM para montar um elemento e o elemento foi colocado em um caixa da bateria (célula única) de acordo com o mesmo método como um método de construção conhecido para obtenção de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula em que o elemento mantém uma solução eletrolítica impregnada no mesmo, de modo que uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah, sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida. Quando da construção, um espaçador foi inserido entre as duas extremidades do elemento e da caixa da bateria, de modo que o grau de compressão do elemento foi ajustado para ser de 50 kPa.
Em seguida, uma solução aquosa de ácido sulfúrico foi então preparada como uma solução eletrolítica por
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 28/129 dissolução de 30 g/L de sulfato de alumínio octadecahidratado em água de modo a apresentar uma gravidade específica de 1,24 e 119 g/célula da solução eletrolítica foi vertida na caso da bateria e o carregamento foi realizado na caixa da bateria. Após o carregamento na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida e foi cerca de 10 Ah.
Tabela 1
Composição mista da combinação de carbono em pasta
Primeiro material de carbono, 115 partes em peso
negro de fumo tipo furnace
black
Segundo material de carbono, 100 partes em peso
carbono ativo
Ligante, policloropreno 20 partes em peso
Espessante, CMC 10 partes em peso
Meio de dispersão, água 800 partes em peso
Exemplo 2:
Negro de fumo do tipo furnace black como o primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade, carbono ativado como o segundo material de carbono apresentando uma função de capacitor, policloropreno como ligante, CMC como o espessante, Tetron, isto é, fibra de tereftalato de polietileno, como o material de reforço de fibra curta e água como o meio de dispersão foram usados e estes foram misturados na razão de mistura, como mostrado na Tabela 2 a seguir, usando um misturador, de modo que uma mistura de carbono em um estado de pasta foi preparada, e a mistura de carbono em pasta foi
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 29/129 revestida sobre uma folha de polipropileno (PP) apresentando dimensões de 76 mm x 76 mm utilizando um revestidor de mesa, a mesma foi seca e em seguida, descascada da folha de PP, de modo que foi produzida uma mistura de carbono moldada em uma folha e com uma espessura de 0,3 mm.
Por outro lado, uma placa negativa, que deve ser empregada no eletrodo negativo de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula, isto é, a placa carregada com material ativo de chumbo mencionada anteriormente, foi preparada por carregamento de um material ativo de chumbo em um estado úmido em um substrato em látice de coletor de corrente de acordo com um método conhecido. A dimensão da placa carregada com material ativo de chumbo era como se segue, largura de 76 mm, comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,4 mm. A folha de mistura de carbono apresentando uma dimensão de 76 mm de largura e comprimento de 76 mm produzida do modo acima foi laminada em ambas as superfícies da placa de carregamento de material ativo a serem aderidas à mesma, e, subsequentemente, esta sofreu prensagem de laminação e foi então envelhecida e seca de acordo com um método conhecido, de modo que foi produzida uma placa negativa para bateria híbrida de acordo com a invenção. A etapa de prensagem de laminação se destina a assegurar a aderência da folha de mistura de carbono ao material negativo ativo, e a pressão na prensagem de laminação é preferivelmente maior, porém é ajustada a um grau de modo que a pasta carregada de material ativo não se saliente para fora e o substrato em
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 30/129 látice do coletor de corrente elétrica não possa ser deformado.
As cinco placas negativas de bateria híbrida providas e individualmente revestidas com as folhas de mistura de carbono e quatro placas positivas de eletrodo cada uma apresentando uma largura de 76 mm, um comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,7 mm produzidas de acordo com um método conhecido foram alternadamente empilhadas através de cada um dos separadores AGM para montar um elemento e o elemento foi colocado em um caixa da bateria (célula única) de acordo com o mesmo método como um método de construção conhecido para obtenção de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula em que o elemento mantém uma solução eletrolítica impregnada no mesmo, de modo que uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah, sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida. Quando da construção, um espaçador foi inserido entre as duas extremidades do elemento e da caixa da bateria, de modo que o grau de compressão do elemento foi ajustado para ser de 50 kPa.
Em seguida, uma solução aquosa de ácido sulfúrico foi então preparada como uma solução eletrolítica por dissolução de 30 g/L de sulfato de hidrato octadeca de sulfato de alumínio em água de modo a apresentar uma gravidade específica de 1,24 e 119 g/célula da solução eletrolítica foi vertida na caixa da bateria e o carregamento foi então realizado na caixa da bateria. Após o carregamento no recipiente da bateria, a capacidade
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 31/129 nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumboácido regulada por válvula foi medida e foi cerca de 10 Ah.
Tabela 2
Composição mista da combinação de carbono em pasta
Primeiro material de carbono, 115 partes em peso
negro de fumo tipo furnace
black
Segundo material de carbono, 100 partes em peso
carbono ativo
Ligante, policloropreno 25 partes em peso
Espessante, CMC 10 partes em peso
Material de reforço de fibra 13 partes em peso
curta, Tetron
Meio de dispersão, água 700 partes em peso
Exemplo Comparativo 1
A placa negativa carregada com material ativo produzida no Exemplo 1, no qual o material ativo estava em um estado úmido, foi envelhecida e foi seca de acordo com um método conhecido, de modo que uma placa negativa foi produzida e uma mistura de carbono em pasta preparada por mistura da mesma composição como na Tabela 2 foi utilizando um misturador foi aplicada a ambas as superfícies da placa negativa utilizando um raspador, de modo que uma camada de revestimento do mesmo com uma espessura de 0,30 mm pode ser formada e esta foi seca, de modo que foi produzida uma placa negativa para bateria híbrida fornecida com a camada de revestimento de mistura de carbono sobre ambas as superfícies da placa carregada com material ativo. Empregando isso, uma bateria de armazenamento de chumboácido de 2V foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 1,
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 32/129 e após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, capacidade de razão de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido foi medida e foi de cerca de 10 Ah.
Em seguida, para as baterias de armazenamento de chumbo-ácido reguladas por válvula produzidas nos Exemplos 1 e 2 e Exemplo comparativo 1, um teste de vida útil, em que a carga-descarga rápida sob PSOC foi repetida com base na simulação de acionamento de um HEV para fora. O teste foi tal que, após a bateria de armazenamento de chumboácido regulada por válvula ter sido descarregada em 2 A durante 1 hora para tornar PSOC 80%, em uma atmosfera a 40°C, a descarga a 50 A, durante 1 segundo e carregamento a 20 A, por 1 segundo foram repetidos 500 vezes, e, subsequentemente, o carregamento a 30 A, por um segundo e pausa de 1 segundo foram repetidos 510 vezes. Isto foi contado como um ciclo. Após este teste ter sido repetido 400 ciclos, a resistência interna de cada bateria de armazenamento de chumbo-ácido foi medida. Os resultados são mostrados na Tabela 3. Além disso, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula convencional provida com placa negativa convencional não revestida com a mistura de carbono foi usada na sua vida útil em 180 ciclos e, portanto isto não é mostrado na Tabela 3.
Tabela 3
Resistência interna após 400 ciclos no teste de vida útil
Resistência interna (mQ)
Exemplo 1 2,1
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Exemplo 2 2,0
Exemplo Comparativo 1 2,4
Conforme evidenciado pela Tabela 3 acima, foi confirmado que para as baterias de armazenamento de chumboácido providas com as placas negativas para baterias híbridas produzidas de acordo com o método de produção da invenção descrito nos Exemplos 1 e 2, a resistência interna após 400 ciclos é diminuída consideravelmente quando comparada à bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula provida com a placa negativa para bateria híbrida de acordo com o método de produção no Exemplo Comparativo 1 e o método de produção da invenção fornece excelentes baterias de armazenamento de chumboácido. Isto demonstra que, de acordo com o método de produção da invenção, uma placa negativa para bateria híbrida que é aperfeiçoada na adesão entre a superfície de material ativo negativo e a mistura de carbono pode ser obtida.
Na placa negativa para bateria híbrida convencional produzida por aplicação direta sob pressão de uma mistura de carbono em pasta a uma placa negativa carregada com material ativo em um estado úmido para formar uma camada de mistura de carbono, a superfície do material ativo negativo e a camada de mistura de carbono são aparentemente aderidas, porém, na realidade, a superfície do material ativo de chumbo é áspera e, portanto, os dois elementos estão em contato por ponto um com o outro. Por conseguinte, quando o teste de vida útil no qual a carga-descarga rápida é repetida sob PSOC é realizado, considera-se que a aceitabilidade de carga do material ativo de chumbo que não
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 34/129 está em contato com a camada de mistura de carbono é reduzida e conforme o decorrer de cada ciclo, o material ativo é deteriorado e, como resultado, a resistência interna é aumentada.
Em contraste, para a placa negativa para bateria híbrida produzida de acordo com o método de produção da presente invenção, a mistura de carbono em pasta conformada em uma folha é prensada por laminação por pressão na placa negativa carregada com material ativo em um estado úmido e, consequentemente, os dois elementos são inteiramente aderidos um ao outro. Consequentemente considera-se que a resistência interna da bateria de armazenamento de chumboácido regulada por válvula fornecida com a placa negativa para bateria híbrida após 400 ciclos no teste de vida útil, é reduzida quando comparada com a resistência interna da bateria de armazenamento de chumbo-ácido provida com a placa negativa para bateria híbrida no Exemplo Comparativo 1, uma vez que o material ativo de chumbo dificilmente se deteriora devido ao fato de que o estado aderido da folha de mistura de carbono em relação a toda superfície da placa negativa carregada com material ativo é mantido.
Adicionalmente, nos Exemplos 1 e 2 acima, policloropreno foi usado como o ligante, porém qualquer outro ligante poderia ser usado, por exemplo, SRB.
Em seguida, o efeito causado pela prensagem após uma mistura de carbono ser conformada em folha e o efeito causado pela adição de um agente formador de poros a uma mistura de carbono foram confirmados como se segue.
Exemplo 3
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Negro de fumo do tipo furnace black como o primeiro material de carbono apresentando eletrocondutividade, carbono ativado como o segundo material de carbono apresentando uma função de capacitor, policloropreno como ligante, CMC como o espessante e água como o meio de dispersão, foram usados e estes foram misturados na razão de mistura como mostrado na Tabela 4 a seguir, usando um misturador, de modo que uma mistura de carbono em pasta foi preparada a mesma tendo sido então extrusada em um bocal chato por uma bomba e foi continuamente aplicada sobre uma folha de papel em pasta com uma largura de 7 6 mm de modo que a espessura de uma mistura de carbono pode tornar-se 0,3 mm. A mesma foi continuamente seca em um forno de secagem de infravermelho longo a uma temperatura ambiente de 200°C durante 2 minutos e, em seguida, foi prensada por laminação para compressão, de modo que a espessura da mistura de carbono pode reduzir a 50% da espessura original e como resultado, uma folha de mistura de carbono apresentando uma espessura de 0,15 mm foi produzida.
Por outro lado, uma placa negativa a ser empregada como o eletrodo negativo de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula, isto é, a placa carregada com material ativo de chumbo acima mencionada compreendendo um substrato em látice de coletor de corrente e um material ativo de chumbo carregado na mesma foi produzida de acordo com um método conhecido. A dimensão da placa carregada com material ativo de chumbo úmido era como se segue, largura de 76 mm, comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,4 mm. A folha de mistura de carbono
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 36/129 apresentando 76 mm de largura produzida do modo acima foi laminada na superfície da placa negativa de carregamento de material ativo de eletrodo a ser aderida à mesma, e, subsequentemente, esta sofreu prensagem de laminação e foi então envelhecida e seca de acordo com um método conhecido, de modo que foi produzida uma placa negativa para bateria híbrida de acordo com a invenção. A etapa de prensagem de laminação se destina a assegurar a aderência da folha de mistura de carbono ao material negativo ativo, e a pressão da prensagem por laminação é preferivelmente maior, porém é ajustada a um grau de modo que a pasta carregada de material ativo não se salienta para fora e o substrato em látice do coletor de corrente elétrica não possa ser deformado.
As cinco placas negativas de bateria híbrida providas individualmente revestidas com as folhas de mistura de carbono e quatro placas positivas cada uma apresentando uma largura de 76 mm, um comprimento de 76 mm e uma espessura de 1,7 mm produzidas de acordo com um método conhecido foram alternadamente empilhadas através de cada um dos separadores AGM para montar um elemento e o elemento foi colocado em uma caixa da bateria (célula única) de acordo com o mesmo método como um método de construção conhecido para obtenção de uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula em que o elemento mantém uma solução eletrolítica impregnada no mesmo, de modo que é construída uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah, sob um controle de placa positiva. Quando da construção, um
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 37/129 espaçador foi inserido entre as duas extremidades do elemento e a caixa da bateria, de modo que o grau de compressão do elemento foi ajustado para ser de 50 kPa.
Em seguida, uma solução aquosa de ácido sulfúrico foi então preparada como uma solução eletrolítica por dissolução de 30 g/L de sulfato de alumínio octadecahidratado em água, de modo a apresentar uma gravidade específica de 1,24. 119 g/célula da solução eletrolítica foram vertidos na caixa da bateria e o carregamento foi realizado. Após o carregamento na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida e foi cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono foi de 50% no estágio em que a folha foi continuamente seca a 200°C durante 2 minutos, em forno de infravermelho longo e foi então prensada por laminação para redução à metade da espessura da folha de mistura de carbono seca e após o carregamento da caixa da bateria ser terminado, a folha apresentou uma porosidade de 35%.
Tabela 4
Composição mista da combinação de carbono em pasta
Primeiro material de carbono, 12 partes em peso
negro de fumo tipo furnace
black
Segundo material de carbono, 100 partes em peso
carbono ativo
Ligante, policloropreno 10 partes em peso
Espessante, CMC 3 partes em peso
Meio de dispersão, água 300 partes em peso
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Exemplo 4
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que o zinco em pó em 7,9 partes em peso (1 parte em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 4. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 37%.
Exemplo 5:
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 23,7 partes em peso (3 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 39/129 bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento na caixa da bateria foi de 58%.
Exemplo 6
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 79 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
Exemplo 7
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 157,8 partes em peso (20 partes em peso, em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 40/129 uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento na caixa da bateria foi de 75%.
Exemplo 8
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 165,7 partes em peso (21 partes em peso, em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 75%.
Exemplo 9
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que um alumínio em pó em 10 partes em peso foi adicionado à
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 41/129 mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
Exemplo 10
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que cânfora em pó em 11,1 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) foi adicionada à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
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Exemplo 11
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que um naftaleno em pó em 13,2 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
Exemplo 12
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 79 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) e alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 43/129 armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 73%.
Exemplo 13
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que cânfora em pó em 11,1 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) e alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 73%.
Exemplo 14
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que naftaleno em pó em 13,2 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) e alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 44/129 para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 73%.
Exemplo 15
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso, em termos de Al) e cânfora em pó em 3,7 partes em peso (3,33 partes por peso em termos de Al) foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da válvula de controle regulada de chumbo-ácido foi medida e foi de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
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Exemplo 16
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso, em termos de Al), naftaleno em pó em 4,4 partes em peso (3,33 partes por peso em termos de Al) e um alumínio em pó em 3,33 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
Exemplo 17
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 3, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso, em termos de Al), cânfora em pó foi de 3,7 partes em peso (3,33 partes por peso em termos de Al) e naftaleno em pó em 4,4 partes em peso (3,3 partes em peso em termos de Al) foram adicionados à mistura de carbono em pasta mencionada acima. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 46/129 chumbo-ácido regulada por válvula de 2 V apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 10 Ah sob um controle de capacidade de eletrodo positivo foi obtida da mesma maneira como no Exemplo 3. Após o carregamento ter sido realizado na caixa da bateria, a capacidade nominal de 5 horas da bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula foi medida, a mesma sendo de cerca de 10 Ah.
A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida após o carregamento da caixa da bateria foi de 58%.
Em seguida, no uso das baterias de armazenamento de chumbo-ácido reguladas por válvula produzidas nos Exemplos 1 a 17 e Exemplo Comparativo 1, um teste de vida útil, um teste de vida útil, em que a carga-descarga rápida sob PSOC foi repetida com base na simulação de acionamento de um HEV para fora. O teste foi tal que, após a bateria de armazenamento de chumbo-ácido regulada por válvula ter sido descarregada em 2 A durante 1 hora para tornar PSOC 80%, a descarga a 50 A, durante 1 segundo e de carregamento a 20 A, por um segundo foram repetidos 500 vezes, e, subsequentemente, o carregamento a 30 A, por um segundo e pausa de 1 segundo foram repetidos 510 vezes em uma atmosfera de 40°C. Isto foi contado como um ciclo. Após este teste ter sido repetido 500 ciclos, a resistência interna da bateria de armazenamento de chumbo-ácido foi medida. Os resultados são mostrados na Tabela 5 a seguir.
Tabela 5
Resistência interna após 500 ciclos no teste de vida útil
Resistência interna (mQ)
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Exemplo 1 2,25
Exemplo 2 2,25
Exemplo 3 2,20
Exemplo 4 2,15
Exemplo 5 2,05
Exemplo 6 1,99
Exemplo 7 1,84
Exemplo 8 1,76
Exemplo 9 1,94
Exemplo 10 1,95
Exemplo 11 1,95
Exemplo 12 1,85
Exemplo 13 1,84
Exemplo 14 1,84
Exemplo 15 1,92
Exemplo 16 1,92
Exemplo 17 1,93
Exemplo Comparativo 1 2,49
Conforme fica claro da Tabela 5 acima, foi confirmado que as baterias chumbo-ácido de armazenamento fornecidas com a placa negativa para bateria híbrida produzidas de acordo com o método de produção da presente 5 invenção, tal como descrito nos Exemplos 1 a 17 apresentam resistência interna consideravelmente reduzida após término de 500 ciclos, em comparação com a bateria de armazenamento de chumbo-ácido fornecida com a placa negativa para bateria híbrida produzida de acordo com o método de produção como 10 descrito no Exemplo Comparativo 1 e fornece excelentes baterias de armazenamento de chumbo-ácido. Ficou provado
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 48/129 nos Exemplos 3 a 17, que uma vez que a folha de mistura de carbono é seca e, em seguida, prensada em laminação para fabricação da folha de mistura de carbono mais fina, as resistências internas das baterias de armazenamento de chumbo-ácido se tornam menores, e adicionalmente, em comparação com Exemplo 3 em que um agente formador de poros não é adicionado à mistura de carbono, as baterias de armazenamento de chumbo-ácido nos Exemplos 4 a 17, em que um formador de poro é adicionado à mistura de carbono, são fabricadas com resistência interna menor. Este resultado é considerado como sendo causado pelo fato de que a via de eletrocondução na mistura de carbono é garantida pela folha de mistura de carbono prensada por laminação e fornecimento de ácido sulfúrico à superfície da placa de eletrodo é facilitada e a adesão da camada de mistura de carbono é aperfeiçoada por um agente formador de poros.
Exemplo 18
Em seguida, a presente invenção foi avaliada utilizando uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque fornecida com uma grande quantidade de solução eletrolítica livre. A bateria de armazenamento de chumboácido de arranque (JIS D 5301 Modelo B24, tamanho padrão apresentando uma largura de 126 mm, um comprimento de 236 mm e uma altura de 200 mm), foi produzida como se segue. Placas de eletrodo negativo cada um tendo uma dimensão de largura de 102 mm, uma altura de 108,5 mm e uma espessura de 1,5 mm foram preparadas para a construção de 7 placas/célula. De acordo com um método de produção conhecido, uma pasta de material ativo negativo foi carregada em um substrato de látice de coletor elétrico
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 49/129 fabricado de uma liga de chumbo para produzir a placa negativa, isto é, uma placa de carregamento de material ativo de chumbo úmido. Em seguida, um tecido não-tramado de fibras de vidro apresentando peso Metsuke de 100 g/m2 e uma espessura de 0,2 mm foi mergulhado na mistura de carbono compreendendo a composição mista, como mostrado na Tabela 1 e foi então puxada para cima para preparar uma folha de mistura de carbono com uma espessura de 0,30 mm. A folha de mistura de carbono foi laminada por pressão em ambas as superfícies da placa negativa mencionada acima em um estado úmido por um par de rolos de laminação e foi então seca 6 0°C durante 1 hora, de modo que uma placa negativa para bateria híbrida foi produzida. Nesta fase, a porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 50%.
Por outro lado, placas positivas apresentando individualmente largura de 102 mm, altura de 107,5 mm e espessura de 1,7 mm foram preparadas para a construção de 6 placas/célula. De acordo com um método de produção conhecido, uma pasta de material positivo ativa foi carregada em um substrato em látice de coletor de corrente elétrica fabricado de uma liga de chumbo sendo posteriormente envelhecida e seca, de modo que a placa positiva foi produzida. O separador se constituiu em uma folha de polietileno nervurada que foi trabalhada em um saco, de tal maneira que as nervuras estivessem voltadas para seu interior e fossem colocadas em contato com a placa de eletrodo positivo colocada no saco. A solução eletrolítica foi preparada de modo a apresentar uma gravidade específica de 1,285 após o carregamento, que foi
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 50/129 realizado e uma caixa da bateria e a solução eletrolítica foi colocada em cada célula, em uma quantidade de 640 g/célula. Cada elemento compreendendo as placas positivas acima mencionadas, as placas negativas para bateria híbrida e os separadores foi produzido de acordo com um método de COS e foi colocado em cada câmara de célula da caixa da bateria possuindo 6 câmaras de célula e foi fixado em condições tais que um grau de compressão do elemento pode se tornar de 10 kPa. Após a caixa da bateria provida com os elementos ter sido vedada com uma tampa, um terminal negativo e um terminal positivo foram separadamente soldados às células em ambas as extremidades e uma solução eletrolítica foi então vertida dentro da bateria e um carregamento da caixa da bateria apresentando uma quantidade elétrica carregada de 180% da capacidade nominal da bateria foi realizado, de modo que uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque fornecida com uma grande quantidade de solução eletrolítica livre foi produzida. A capacidade nominal de 5 horas desta bateria foi de 42 Ah.
Em seguida, para a bateria de chumbo-ácido de arranque produzida no Exemplo 18 acima, um teste de descarga rápida, a uma temperatura baixa de -15°C de acordo com JIS D 5031 foi realizado, e a tensão de 5 segundos na descarga, a tensão de 30 segundos na descarga e o tempo de duração da descarga, foram medidos. A saber, a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque foi colocada em um banho termostático a -15°C e foi deixada durante 15 horas. Posteriormente, foi descarregada com uma corrente de 210 A, até que a tensão da célula fosse reduzida para 1,2
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V, e a tensão de 5 segundos na descarga, a tensão de 3 0 segundos na descarga e o tempo de duração da descarga fossem medidos. Os resultados são mostrados na Tabela 6 a seguir.
Exemplo Comparativo 2
A placa negativa carregada com material ativo produzida no Exemplo 18 foi envelhecida e seca de acordo com um método conhecido para produzir uma placa negativa. A mistura de carbono em pasta como mostrada na Tabela 1 foi diretamente aplicada a ambas as superfícies da placa negativa sem empregar o tecido não tramado para formar uma camada de revestimento na mesma apresentando uma espessura de 0,3 mm, por um par de rolos de prensa, de modo que uma placa negativa para bateria híbrida foi produzida. Neste estágio, a porosidade da folha de mistura de carbono foi de 50%. Uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque foi produzida empregando a placa de eletrodo negativo, da mesma maneira como no Exemplo 18. Neste caso, foi empregado, como separador, um separador compósito que compreende uma mistura de tecido não tramado de fibras de vidro e fibras sintéticas laminadas para a superfície de uma folha de polietileno apresentando uma espessura de 1,0 mm que foi trabalhada em um saco, de tal maneira que o tecido não tramado pode ser destinado ao contato com a placa negativa. Para a bateria foi realizado o mesmo teste de descarga rápida, a uma temperatura baixa de -15°C como o realizado para a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque do Exemplo 18. Os resultados são mostrados na
Tabela 6
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Resultados de teste de descarga rápida em temperatura baixa
5 segundos, tensão (V) 30 segundos, tensão (V) Tempo de duração (segundos)
Exemplo 18 1,46 1,42 73
Exemplo de comparação 2 1,39 1,31 47
Como fica claro na Tabela 6, a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque provida com a placa negativa para bateria híbrida produzida no Exemplo 18 da invenção exibe excelentes características de descarga em temperatura extremamente baixa, em comparação com a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque provida com a placa negativa para bateria híbrida produzida no Exemplo Comparativo 2. Isto significa que a placa negativa para bateria híbrida da presente invenção fornece o efeito obtido para a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque além do efeito obtido para a bateria de chumboácido de armazenamento regulada por válvula no Exemplo 2. Ou seja, em uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque, uma vez que há um problema tal que a camada de mistura convencional de carbono revestida sobre a placa negativa da placa negativa para bateria híbrida é descascada, devido ao gás gerado durante o carregamento da caixa da bateria, a placa negativa para bateria híbrida precisa ser comprimida pelo separador compósito que compreende a mistura do tecido não tramado e a superfície do separador de polietileno laminado na mesma, a fim de impedir o descascamento. Em contraste com isso e de acordo
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 53/129 com a presente invenção, a folha de mistura de carbono aderida propriamente a toda a superfície da placa negativa atua prevenindo o descascamento e, por conseguinte, um separador é suficiente com um único separador de polietileno. Além disso, foi confirmado que a resistência ao líquido supérfluo causada pelo separador convencional compósito descrito acima pode ser eliminada e, consequentemente, mais características excelentes de descarga em baixa temperatura podem ser obtidas de acordo com a presente invenção.
Adicionalmente, para uma bateria de chumbo-ácido de arranque contendo uma grande quantidade de uma solução eletrolítica livre e equipada com uma placa negativa para bateria híbrida que é adicionada com o agente formador de poros na mistura de carbono da mesma, foi avaliada como se segue.
Exemplo 19
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que o zinco em pó em 7,9 partes em peso (1 parte em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 55%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 20
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 54/129 que zinco em pó em 23,7 partes em peso (3 partes em peso, em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 62%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumboácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 21
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 79 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa de eletrodo negativo híbrido, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 22
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 157,8 partes em peso (20 partes em peso, em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 88%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumboácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 55/129 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no
Exemplo 18.
Exemplo 23
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 165,7 partes em peso (21 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 88%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de chumbo-ácido de partida apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 24
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção
foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto
que um alumínio em pó em 10 partes em peso foram
adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 25
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que um cânfora em pó em 11,1 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 56/129 de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa de eletrodo negativo para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 26
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que naftaleno em pó em 13,2 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) foi adicionado à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 27
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 79 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) e um alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 86%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 57/129
Exemplo 28
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que cânfora em pó em 11,1 partes em peso (10 partes em peso, em termos de Al) e alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 86%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 29
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que naftaleno em pó em 13,2 partes em peso (10 partes em peso em termos de Al) e alumínio em pó em 10 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 86%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 30
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso em termos de Al), cânfora em pó em 3,7 partes em peso (3,33 partes em peso de Al) e alumínio em pó em 3,33 partes em
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 58/129 peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 31
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso em termos de Al) e naftaleno em pó em 4,4 partes em peso (3,33 partes em peso de Al) e alumínio em pó em 3,33 partes em peso foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida, empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Exemplo 32
Uma placa negativa para bateria híbrida da invenção foi produzida da mesma maneira como no Exemplo 18, exceto que zinco em pó em 26,3 partes em peso (3,33 partes em peso em termos de Al), cânfora em pó em 3,7 partes em peso (3,33 partes em peso de Al) e naftaleno em pó em 4,4 partes em peso (3,33 partes em peso em termos de Al) foram adicionados à mistura de carbono em pasta, como mostrado na Tabela 1. A porosidade da folha de mistura de carbono da placa negativa para bateria híbrida foi de 77%. Em seguida,
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 59/129 empregando a placa negativa para bateria híbrida, uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque apresentando uma capacidade nominal de 5 horas de 42 Ah foi construída da mesma maneira como no Exemplo 18.
Em seguida, para as baterias de chumbo-ácido de arranque produzidas nos Exemplos 19 e 32 acima, um teste de descarga rápida, a uma temperatura baixa de -15°C de acordo com JIS D 5031 foi realizado, e a tensão após 5 segundos, a tensão após 30 segundos e o tempo de duração da descarga foram medidos. A saber, as baterias de armazenamento de chumbo-ácido de arranque de acordo com o acima foram colocadas em um banho termostático a -15°C e permaneceram durante 15 horas, após isso foram descarregadas em uma corrente de 210 A, até que a tensão da célula fosse reduzida para 1,0 V, e a tensão de 5 segundos na descarga, a tensão de 30 segundos na descarga e o tempo de duração da descarga fossem medidos. Os resultados são mostrados na Tabela 7 a seguir.
Tabela 7
Resultados de teste de descarga rápida em temperatura baixa
5 segundos, tensão (V) 30 segundos, tensão (V) Tempo de duração (segundos)
Exemplo 18 1,46 1,42 73
Exemplo 19 1,51 1,47 81
Exemplo 20 1,52 1,48 82
Exemplo 21 1,55 1,52 87
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 60/129
Exemplo 22 1,56 1,54 88
Exemplo 23 1,57 1,54 88
Exemplo 24 1,57 1,54 88
Exemplo 2 5 1,54 1,51 86
Exemplo 26 1,54 1,51 86
Exemplo 27 1,58 1,55 91
Exemplo 28 1,57 1,54 90
Exemplo 2 9 1,57 1,54 90
Exemplo 3 0 1,59 1,56 92
Exemplo 31 1,59 1,56 92
Exemplo 32 1,57 1,55 91
Exemplo Comparativo 2 1,39 1,31 47
Como fica claro na Tabela 7, as baterias de armazenamento de chumbo-ácido de arranque providas com as placas negativas para bateria híbrida produzidas no Exemplo 18 da invenção exibem excelentes características de descarga em temperatura extremamente baixa, em comparação com a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque provida com a placa negativa para bateria híbrida produzida no Exemplo Comparativo 2. Considera-se que este resultado é causado pelo fato de que o fornecimento do ácido sulfúrico para a superfície da placa negativa é facilitado pelo agente formador de poros na mistura de carbono para
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 61/129 aperfeiçoar as características de descarga em temperatura baixa.
Adicionalmente, uma vez que a bateria de armazenamento de chumbo-ácido de arranque convencional apresenta um problema de que a camada de mistura convencional de carbono revestida sobre a placa negativa da placa negativa para bateria híbrida se descasca, devido ao gás gerado durante o carregamento, a placa negativa para bateria híbrida precisa ser comprimida pelo separador compósito que compreende o separador de polietileno e o tecido não tramado laminado na superfície do separador de polietileno, a fim de impedir o descascamento da camada de mistura de carbono. Em contraste com isso e de acordo com a presente invenção, a folha de mistura de carbono aderida propriamente a toda a superfície da placa negativa atua prevenindo também o descascamento e, por conseguinte, o separador é suficiente com um único separador de polietileno.
Aplicabilidade Industrial
Conforme descrito acima e de acordo com a presente invenção, a placa negativa para bateria híbrida produzida por aderência de uma folha de mistura de carbono à superfície da placa negativa fornece aperfeiçoamento ao desempenho e produtividade da mesma e a bateria de armazenamento de chumbo-ácido fornecida com a placa negativa para bateria híbrida da invenção é aplicável aos veículos híbridos e veículos com desligamento do motor quando em parada que são prospectivos na expansão da aplicação e são empregados sob repetição de carga-descarga rápida sob PSOC ou em temperaturas baixas e adicionalmente
Petição 870190009034, de 28/01/2019, pág. 62/129 a bateria de chumbo-ácido é aplicável a outros campos industriais de moinhos de vento ou geração de arco fotovoltaico ou semelhantes e excelente desempenho e produtividade são obtidos.

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido através da aplicação a uma superfície de uma placa negativa carregada com material ativo de uma mistura de carbono compreendendo um primeiro material de carbono tendo eletrocondutividade e um segundo material de carbono tendo uma capacitância de capacitor e/ou capacitância de pseudocapacitor, e um ligante, o método caracterizado pelas as etapas de:
    preparar uma folha de mistura de carbono que compreende a mistura de carbono pela formação da mistura de carbono em uma folha;
    preparar uma placa negativa carregada com material ativo compreendendo uma placa coletora de corrente revestida com material de bateria ativo negativo;
    aplicar por pressão a folha de mistura de carbono à placa negativa carregada com material ativo quando a placa está em um estado úmido para formar uma placa negativa híbrida; e secar a placa negativa híbrida.
  2. 2. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende secar a folha de mistura de carbono antes da aplicação da folha de mistura de carbono à placa negativa carregada com material ativo.
  3. 3. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo
    Petição 870190026262, de 19/03/2019, pág. 10/14 fato de que a aplicação da folha de mistura de carbono à placa negativa carregada com material ativo é realizada quando ambas a folha e a placa estão em um estado úmido.
  4. 4. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono é conformada em uma folha por um método de conformação por extrusão ou um método de revestimento.
  5. 5. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o método de revestimento compreende aplicar a mistura de carbono a uma folha porosa.
  6. 6. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, após a etapa de aplicação da folha de mistura de carbono à placa negativa carregada com material ativo, é aplicada pressão na placa negativa híbrida para facilitar a aderência entre a folha e a placa.
  7. 7. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono contém o primeiro material de carbono em uma quantidade de 5 a 70 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  8. 8. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de
    Petição 870190026262, de 19/03/2019, pág. 11/14 que a mistura de carbono contém o primeiro material de carbono em uma quantidade de 10 a 60 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  9. 9. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono contém o segundo material de carbono em uma quantidade de 20 a 80 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  10. 10. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono contém o segundo material de carbono em uma quantidade de 3 0 a 7 0 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  11. 11. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono compreende um agente formador de poros.
  12. 12. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o agente formador de poros é pelo menos um selecionado a partir de um grupo de um zinco em pó, uma cânfora em pó, um naftaleno em pó e um alumínio em pó.
  13. 13. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o agente formador de poros é alumínio.
    Petição 870190026262, de 19/03/2019, pág. 12/14
  14. 14. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o alumínio é fornecido em uma quantidade de 3 a 20 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  15. 15. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o alumínio é fornecido em uma quantidade de 5 a 15 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  16. 16. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o ligante é fornecido em uma quantidade de menos que 10 partes por peso do peso total da mistura de carbono.
  17. 17. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono compreende um espessante.
  18. 18. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono compreende um material de reforço de fibra curta.
  19. 19. Método para produção de uma placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo-ácido, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o material de reforço de fibra curta compreende
    Petição 870190026262, de 19/03/2019, pág. 13/14 fibras individuais tendo dimensões entre 1 a 30 pm em espessura e 0,05 a 4,0 mm em comprimento.
  20. 20. Bateria de armazenamento de chumbo-ácido, caracterizada por ser provida com uma placa negativa 5 híbrida produzida pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 19.
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