BR112013015499B1

BR112013015499B1 - eletrodo e dispositivo de armazenamento elétrico para sistema baseado em chumbo ácido

Info

Publication number: BR112013015499B1
Application number: BR112013015499A
Authority: BR
Inventors: Jun Furukawa; Daisuke Momma; Trieu Lan Lam; Rosalie Louey; Peter Nigel Haigh
Original assignee: Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation; The Furukawa Battery Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2020-01-28
Also published as: PL2656420T3; MY177214A; CA2822468A1; WO2012083358A1; KR20140025331A; JP2014505968A; AU2011349121A1; EP2656420A4; US20140127565A1; MX2013007016A; RU2585240C2; JP5771701B2; CN103493267A; EP2656420A1; CN103493267B; EP2656420B1; RU2013133628A; ES2649590T3; JP2012133959A; AU2011349121B2

Abstract

eletrodo e dispositivo de armazenamento elétrico para sistema baseado em chumbo ácido a presente invenção refere-se genericamente aos eletrodos para utilização em sistemas de bateria de chumbo ácido, baterias e dispositivos de armazenamento elétricos dos mesmos, e métodos para a produção dos eletrodos, baterias e dispositivos de armazenamento elétricos. em particular, os eletrodos compreendem material de bateria ativo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido, em que a superfície do eletrodo é fornecida com uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de carbono contendo partículas de carbono compostas, em que cada das partículas de carbono compostas compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor combinado com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor. os dispositivos de armazenamento elétricos e baterias compreendendo os eletrodos são, por exemplo, particularmente adequados para uso em veículos elétricos híbridos que requerem uma operação de carga / descarga rápida repetida no psoc, veículos de sistema de inatividade-parada, e em aplicações industriais tais como geração de energia eólica e geração de energia fotovoltaica.

Description

ELETRODO E DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO ELÉTRICO PARA SISTEMA BASEADO EM CHUMBO ÁCIDO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se genericamente aos eletrodos para utilização em sistemas de bateria de chumbo ácido, baterias e dispositivos de armazenamento elétricos dos mesmos, e métodos para a produção dos eletrodos, baterias e os dispositivos de armazenamento elétrico.

Os dispositivos de armazenamento elétricos e baterias compreendendo os eletrodos são, por exemplo, particularmente adequados para utilização em veículos elétricos híbridos que exigem uma operação de carga / descarga rápida repetida no estado parcial de carga (PSOC), veículos de sistema inatividade-parada, e em aplicações industriais como a geração de energia eólica e geração de energia fotovoltaica.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A publicação PCT Internacional WO2005/027255 refere-se a uma bateria de armazenamento de chumbo ácido compreendendo um eletrodo negativo, que é adequada para utilização em um veículo elétrico híbrido exigindo repetidos períodos curtos de operação de carga / descarga no PSOC. O eletrodo é revestido com uma mistura de carbono poroso preparada através da formação de uma pasta a partir de um material aglutinante e de um pó misto compreendendo partículas de um material de carbono tendo uma capacidade de capacitor e / ou uma capacidade de pseudocapacitor e partículas de um material de carbono tendo condutividade elétrica, a qual é então aplicada à superfície da placa de eletrodo e seca.

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A bateria de armazenamento de chumbo ácido descrita em WO2005/027255 fornece um ciclo de vida aumentado em comparação com uma bateria de armazenamento de chumbo ácido fornecida com uma placa negativa convencional. No entanto, verificou-se que à medida que o ciclo de carga / descarga é repetido, Pb ou PbSO4 é depositado nas superfícies das partículas do material de carbono com uma função de capacitor e as entradas de vários poros interiores das partículas ficam obstruídas com Pb ou PbSO4 depositado, de modo que a função de capacitor é significativamente deteriorada e, consequentemente, o ciclo de vida de carga / descarga rápida no PSOC é encurtado.

Mais particularmente, em relação às partículas do material de carbono com uma função de capacitor, como, por exemplo, carbono ativado ou semelhantes contido na camada de revestimento de mistura de carbono convencional, quando a bateria é carregada para causar polarização na placa negativa de chumbo ácido para um arranjo de circuito aberto, o material é carregado negativamente e adsorve os prótons e cátions de camada dupla elétrica com uma carga positiva, e, quando a bateria é descarregada causar polarização na placa negativa de chumbo ácido para um arranjo de circuito aberto, as superfícies das partículas os dessorvem. Além disso, quando a bateria é ainda descarregada para causar polarização na placa negativa de chumbo ácido (em relação a um arranjo de circuito aberto) então o potencial quando não carregada, as superfícies das partículas são carregadas positivamente e adsorvem anions na camada dupla elétrica.

Assim, nas partículas do material de carbono com uma

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3/50 função de capacitor, íons de Pb como cátions bem como prótons são simultaneamente adsorvidos ou dessorvidos. Por conseguinte, os íons de Pb adsorvidos na superfície de carbono ativado são reduzidos a metal de Pb, e o metal de Pb é depositado nas superfícies das partículas. Além disso, a operação de descarga causa a oxidação de Pb, o que resulta na deposição de PbSO4 nas superfícies das partículas. Estas partículas têm poros interiores e, portanto, têm uma enorme área de superfície interna, mas têm uma forma exterior esférica ou de poliedro lisa aparentemente com uma pequena área de superfície aparente. Portanto, quando a deposição de Pb ou PbSO4 nas superfícies exteriores dessas partículas ocorre, as entradas dos poros interiores são entupidos com o Pb ou PbSO4 depositado, de modo que a função de capacitor é significativamente deteriorada.

Há uma necessidade de eletrodos alternativos e melhorados para uso em sistemas de bateria de chumbo ácido, como eletrodos e baterias que melhoram o ciclo de vida e melhoram algumas das desvantagens de fornecimento de materiais de alta taxa em sistemas de chumbo ácido, especialmente em sistemas que requerem repetidos períodos curtos de operação de carga / descarga no PSOC.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a presente invenção fornece um eletrodo compreendendo material de bateria ativo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido, em que a superfície do eletrodo é fornecida com uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de carbono contendo partículas de carbono compostas. Cada das partículas de carbono compostas

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4/50 compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor revestido com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor.

Em uma outra modalidade, cada das partículas de carbono compostas podem compreender, ou consiste de, partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor, e, opcionalmente, terceiro material eletricamente condutor, revestidas na superfície de uma partícula do primeiro material de carbono de capacitor, em que a cobertura de superfície nas partículas do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor, e, opcionalmente, terceiro material eletricamente condutor, é pelo menos 20%.

Em uma modalidade, as partículas de carbono compostas contêm, ou consistem de, uma ou mais partículas de um primeiro material de carbono de capacitor em que cada das partículas é revestida com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor. Em uma outra modalidade, a mistura de carbono contendo as partículas de carbono compostas podem consistir em um primeiro material de carbono de capacitor, um segundo material de carbono eletricamente condutor, e, opcionalmente, um terceiro material de carbono eletricamente condutor. Por exemplo, as partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor, podem ser revestidas em pelo menos uma porção substancial da superfície de uma partícula do primeiro material de carbono

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5/50 de capacitor. O tamanho de partícula do segundo material de carbono, e terceiro material de carbono opcional, pode ser selecionado para ser menor do que o tamanho de partícula para o primeiro material de carbono de capacitor de modo que a condutividade elétrica e a área de superfície da partícula de carbono composta são melhoradas em comparação a uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor por si só.

Em uma outra modalidade, cada das partículas de carbono compostas compreende, ou consiste de partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor, e, opcionalmente, terceiro material eletricamente condutor, revestidas na superfície de uma partícula do primeiro material de carbono de capacitor. A cobertura de superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor (e opcionalmente terceiro material eletricamente condutor)

pode	ser pelo menos	20%,	pelo	menos	30%,	pelo	menos 40%,
pelo	menos 50%, pelo	menos 60%,	pelo	menos	70%,	pelo menos
80%,	pelo menos 90%	ou	pelo	menos	95%.	A cobertura de

superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor (e opcionalmente terceiro material eletricamente condutor) pode estar no intervalo de 20% a 99%, 40% e 98%, 60% a 95%, 70% a 95%, ou 80% a 95%.

Em uma modalidade, o tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é um quinto ou menos do que o do primeiro material de carbono de capacitor. Em uma modalidade preferida, o tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente

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6/50 condutor é um décimo ou menos do que o do primeiro material de carbono de capacitor.

O primeiro material de carbono de capacitor pode ser selecionado a partir de pelo menos um de carbono ativado e negro de carbono. Em uma modalidade, o primeiro material de carbono de capacitor é carbono ativado. O primeiro material de carbono de capacitor pode ser um material carbonáceo de área de superfície específica elevada. O primeiro material de carbono de capacitor pode ter uma área de superfície específica de pelo menos 500 m² / g, medida por adsorção utilizando isotérmica BET e de preferência pelo menos 1000 m² / g.

O segundo material de carbono eletricamente condutor pode ser selecionado a partir de pelo menos um negro de carbono, grafite, carbono vítreo, e uma fibra de nanocarbono. A fibra de nanocarbono pode ser selecionada a partir de um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono ou um triz de carbono. Em uma modalidade, o segundo material de carbono eletricamente condutor é negro de carbono. O negro de carbono pode ser selecionado a partir de pelo menos um negro de acetileno, negro de forno e negro de ketjen. O segundo material de carbono eletricamente condutor pode ser um material carbonáceo eletricamente condutor elevado. O segundo material de carbono eletricamente condutor pode ter uma condutividade de pelo menos 0,6 Scm^-1 a 500 kPa medido a 2 0 ° C.

Em uma modalidade, o tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor é pelo menos 1 pm, e o tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é um décimo ou menos do que o do

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7/50 primeiro material de carbono de capacitor.

Em uma modalidade, a mistura de carbono compreende ainda um terceiro material de carbono eletricamente condutor. O terceiro material de carbono eletricamente condutor pode ser selecionado a partir de negro de carbono, grafite, carbono vítreo, ou uma fibra de nanocarbono. A fibra de nanocarbono pode ser selecionada a partir de um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono, ou um triz de carbono. Em uma modalidade, o terceiro material de carbono eletricamente condutor é uma fibra de nanocarbono de crescimento de vapor.

Em uma outra modalidade, o primeiro material de carbono de capacitor é carbono ativado, o segundo material de carbono eletricamente condutor é negro de carbono, e o terceiro material de carbono eletricamente condutor é uma fibra de nanocarbono.

Em uma outra modalidade, a camada de revestimento da mistura de carbono é composta por 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor. A camada de revestimento da mistura de carbono pode compreender adicionalmente 50 partes por peso, ou menos, do terceiro material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor. A camada de revestimento da mistura de carbono pode ainda compreender 2 a 30 partes por peso de um aglutinante em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

Em uma modalidade particular, a camada de revestimento

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8/50 da mistura de carbono é composta por 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor, 50 partes por peso ou menos do terceiro condutor eletricamente material de carbono, 2 a 30 partes por peso de um aglutinante, 20 partes por peso ou menos a um espessante, e 20 partes por peso ou menos a uma fibra curta em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

Em uma outra modalidade, a quantidade da mistura de carbono para a camada de revestimento do eletrodo é de 1 a 15% por peso em relação ao peso do material de bateria ativo no eletrodo.

O eletrodo pode ser um eletrodo negativo compreendendo material de bateria ativo negativo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido. O eletrodo pode ser um eletrodo positivo contendo o material de bateria ativo positivo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido.

A mistura de carbono para o eletrodo pode conter partículas de carbono compostas produzidas por pelo menos um de moagem, granulação e unificação, as partículas do primeiro material de carbono de capacitor com pelo menos as partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor. A moagem pode envolver trituração de esfera ou grânulo. A mistura de carbono pode conter partículas de um primeiro material de carbono de capacitor com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor.

Em um outro aspecto, a presente invenção fornece uma

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9/50 placa negativa híbrida para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido, em que a superfície de uma placa negativa é fornecida com uma camada de revestimento de uma mistura de carbono contendo partículas de carbono compostas cada compreendendo uma partícula de um primeiro material de carbono tendo uma capacidade de capacitor e / ou uma capacidade de pseudocapacitor e partículas de um segundo material de carbono tendo cobertura de condutividade elétrica e combinando com a superfície da partícula do primeiro material de carbono.

Em uma modalidade, o tamanho de partícula do segundo material de carbono é um décimo ou menos do que o do primeiro material de carbono. Em uma outra modalidade, a mistura de carbono é preparada pela adição de um terceiro material de carbono tendo elevada condutividade elétrica às partículas de carbono híbridas e misturando-os é revestido sobre a placa negativa. O primeiro material de carbono pode ser carbono ativado ou negro de carbono, o segundo material de carbono pode ser selecionado a partir de negro de carbono, grafite, carbono vítreo, um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono ou um triz de carbono, e o terceiro material de carbono pode ser selecionado a partir de negro de carbono, grafite, carbono vítreo, um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono, ou um triz de carbono. Em uma outra modalidade, a camada de mistura de carbono pode compreender as partículas de carbono compostas contendo 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono, 50 partes por peso ou menos a terceiro material de carbono, 2 a 30 partes por peso de um aglutinante, 20 partes por peso ou

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10/50 menos a um espessante, e 20 partes por peso ou menos a uma fibra curta em relação a 100 partes por peso do primeiro carbono.

Em uma outra modalidade, a quantidade da mistura de carbono para o revestimento na superfície da placa negativa é de 1 a 15% por peso em relação ao peso de material ativo negativo sobre a placa negativa.

A presente invenção também fornece um dispositivo de armazenamento elétrico para um sistema à base de chumbo ácido que compreende eletrodos tal como descrito nos aspectos acima ou modalidades da invenção. O dispositivo de armazenamento elétrico pode ser uma bateria de armazenamento de chumbo ácido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As modalidades preferidas da presente invenção serão agora adicionalmente descritas e ilustradas, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1(a) fornece micrografias de elétron de varredura mostrando partículas do primeiro material de carbono de capacitor de carbono ativado (representações i, ii e iii);

A Figura 1(b) fornece micrografias de elétron de varredura mostrando uma aglomeração de partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor de negro de acetileno (representações iv, v e vi);

A Figura 2(a) fornece micrografias de elétron de varredura mostrando partículas de carbono híbridas compostas produzidas a partir de um primeiro material de carbono de capacitor de carbono ativado (100 partes por

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11/50 peso) e um segundo material de carbono eletricamente condutor de negro de acetileno (60 partes por peso) de Exemplo 1(nota para representações (viii) e (ix), a mesma ampliação das microfotografias é usada na Figura 2(b) para as representações (x) e (xi) respectivamente, ou 5000 x ou x 10000); e

A Figura 2(b) fornece micrografias de elétron de varredura mostrando partículas misturadas de um primeiro material de carbono de capacitor (100 partes por peso) e um segundo de carbono eletricamente condutor (60 partes por peso) de Exemplo Comparativo 1(nota para representações (x) e (xi ), a mesma ampliação das microfotografias é usada na Figura 2(a) para as representações (viii) e (ix), respectivamente, ou x 5000 ou x 10000).

DESCRIÇÃO DETALHADA

A presente invenção será ainda descrita com referência a modalidades preferenciais, as quais são fornecidas apenas a título de exemplo.

Os aspectos e modalidades da presente invenção fornecem uma série de vantagens em relação a sistemas de bateria de chumbo ácido convencionais ou conhecidos. As vantagens fornecidas por pelo menos algumas das modalidades preferenciais são descritas como segue.

Um eletrodo híbrido ou melhorado é produzido por fornecer uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de carbono contendo as partículas de carbono compostas tal como aqui descrito. Eletrodos são tipicamente formados usando uma placa de metal que compreende um material de bateria ativo, em que os materiais sendo usados podem ser selecionados para fornecer um eletrodo negativo

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12/50 ou positivo para um sistema à base de chumbo ácido. Dispositivos de armazenamento elétricos típicos para sistemas à base de chumbo ácido envolvem baterias de chumbo ácido compreendendo pelo menos um eletrodo positivo e pelo menos um eletrodo negativo de uma solução de eletrólito de ácido sulfúrico.

Um dispositivo de armazenamento elétrico ou bateria de armazenamento de chumbo ácido compreendendo um eletrodo contendo uma camada de revestimento compreendendo as partículas de carbono compostas podem fornecer um ciclo de vida aumentado, em particular no caso de uma operação de carga / descarga rápida no PSOC ser repetidamente necessária.

Partículas de Carbono Compostas

As partículas de carbono compostas utilizadas em uma camada de revestimento para os eletrodos cada compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor revestido com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor, e, opcionalmente, um terceiro material de carbono eletricamente condutor.

As partículas do segundo material de carbono cobrem a superfície das partículas do primeiro material de carbono. O revestimento pode ser de tal modo que as primeiras e segundas partículas de carbono são consideradas para cobrir, combinar ou aderir juntas. As partículas de carbono compostas são então tipicamente cobertas em uma superfície de um eletrodo como uma pasta (incluindo outros materiais) para produzir um eletrodo aperfeiçoado, que pode também ser referido como um eletrodo híbrido. Em uma bateria de armazenamento de chumbo ácido fornecida com o eletrodo

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13/50 híbrido da invenção, mesmo quando a operação de carga / descarga é repetidamente realizada, a superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor é protegida pelas partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor. As partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor (e terceiro material de carbono eletricamente condutor, se presente) cobrem a superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor para reduzir ou suprimir o entupimento dos poros nas partículas do primeiro material de carbono de capacitor por Pb ou PbSO4 depositado. Assim, em comparação com uma bateria de armazenamento de chumbo ácido convencional, o ciclo de vida é surpreendentemente melhorado para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido munida de um eletrodo (também referido como um eletrodo híbrido ou placa) que é fornecido com uma camada de revestimento de uma mistura de carbono compreendendo partículas de carbono compostas do primeiro material de carbono de capacitor revestido com partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor (e terceiro material de carbono eletricamente condutor, se presente).

As partículas de carbono compostas podem conter, ou consistir em, uma ou mais partículas de um primeiro material de carbono de capacitor em que cada das partículas são revestidas com as partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor. Por exemplo, as partículas do segundo material de carbono

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14/50 eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor, podem cobrir e aderir a pelo menos uma porção substancial da superfície de uma partícula do primeiro material de carbono de capacitor. O tamanho de partícula do segundo material de carbono, e terceiro material de carbono opcional, pode ser selecionado para ser menor do que o tamanho de partícula para o primeiro material de carbono de capacitor para permitir revestimento, e pode ser selecionado de tal modo que a condutividade elétrica e superfície da partícula de carbono composta são melhoradas em relação a uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor. O tamanho de partícula menor para o segundo e terceiro materiais de carbono pode fornecer o contato de face eficaz entre as partículas e permitir uma boa condução elétrica entre as partículas. Em relação a uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor per si, a maior área de superfície da partícula de carbono composta, fornecida pelo tamanho de partícula menor do segundo e terceiro materiais de carbono, também atenua, em utilização, o entupimento do primeiro material capacitor a partir de Pb e PbSO4.

Deve notar-se que a aderência do revestimento do segundo material de carbono eletricamente condutor (e opcionalmente terceiro) para a superfície do primeiro material de carbono de capacitor pode, tipicamente, envolver uma interação de superfície intermolecular, por exemplo, interações dipolo-dipolo, tais como de forças de interação de van der Waals e de dispersão de Londres ou interações de conexão pi.

Em uma modalidade, as partículas do segundo material

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15/50 de carbono eletricamente condutor e, opcionalmente, partículas de um terceiro material de carbono eletricamente condutor, podem ser revestidas com pelo menos uma porção substancial da superfície de uma partícula do primeiro material de carbono de capacitor.

Em uma outra modalidade, cada das partículas de carbono compostas compreende, ou consiste de partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor (e opcionalmente terceiro material eletricamente condutor) revestidas na superfície de uma partícula do primeiro material de carbono de capacitor.

A cobertura de superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor (e opcionalmente terceiro material eletricamente condutor) pode ser pelo menos 20%, pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60%, pelo menos 70%, pelo menos 80%, pelo menos 90% ou pelo menos 95%. A cobertura de superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor (e, opcionalmente, terceiro material eletricamente condutor) pode estar no intervalo de 20% a 99%, 40% e 98%, 60% a 95 %, 70% a 95%, ou 80% a 95%.

Será apreciado que a cobertura de superfície da partícula do primeiro material de carbono pelo segundo material de carbono refere-se à quantidade média de cobertura na superfície exterior de uma amostra representativa das partículas de carbono compostas. Uma área representativa da superfície exterior de uma partícula de carbono composta pode, por exemplo, ser identificada

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16/50 utilizando microscopia de elétron de varredura (SEM), e a área de superfície média da partícula de um primeiro material de carbono de capacitor revestido por partículas de um segundo material de carbono pode ser medida, tal como por análise visual e computacional. Será apreciado que várias outras técnicas de análise podem ser utilizadas para determinar a cobertura de superfície das partículas menores revestindo as partículas maiores.

Em uma outra modalidade, a relação em % por peso do primeiro material de carbono de capacitor para o segundo material de carbono eletricamente condutor nas partículas de carbono compostas podem estar no intervalo de 25:1 a 1:1, 20:1 a 10:9, 15:1 a 10:8, 10:1 a 10:7 ou 5:1 a 10:6. Em uma outra modalidade, a relação em % por peso do primeiro material de carbono de capacitor para o segundo material de carbono eletricamente condutor nas partículas de carbono compostas é pelo menos 2:1, pelo menos 3:1, ou de pelo menos de 4:1. Se o terceiro material de carbono eletricamente condutor opcional está presente, então a relação em % por peso do primeiro material de carbono de capacitor para o terceiro material de carbono eletricamente condutor nas partículas de carbono compostas podem ser inferior a 1:2, inferior a 1:3, inferior a 1:4, ou inferior a 1:5. Uma vantagem fornecida pelas partículas de carbono compostas é que uma quantidade relativa inferior de material de negro de carbono eletricamente condutor pode ser utilizada na mistura de carbono enquanto que, em utilização, atinge um alto desempenho.

Para a produção das partículas de carbono compostas em que a superfície da partícula do primeiro material de

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17/50 carbono de capacitor é combinada com as partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor possuindo um tamanho de partícula menor (do que a do primeiro material de carbono), um aparelho de moagem, tais como um moinho de grânulo ou um triturador de esfera, um aparelho de granulação, ou a um aparelho de unificação tal como um mecanofusor ou um hibridizador pode ser utilizado. As partículas de carbono híbridas ou compostas podem ser produzidas usando um laser, descarga de arco, um feixe de elétrons, ou semelhantes, embora estes métodos sejam dispendiosos. Outros métodos podem alcançar um revestimento ou aderência de superfície das partículas do segundo material de carbono a uma partícula do primeiro material de carbono de tal modo que elas fornecem um material de carbono composto.

Neste tratamento de unificação das partículas, foi mostrado que um revestimento eficaz pode ser obtido usando o segundo material de carbono eletricamente condutor possuindo um tamanho de partícula que é um décimo ou menos do que o tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor.

Nas micrografias de elétron de varredura das Figuras 1(a) e 1(b), as diferenças podem ser vistas na morfologia e tamanho entre o primeiro material de carbono de capacitor, isto é, o carbono ativado da Figura 1(a) e o segundo carbono eletricamente condutor, a saber negro de acetileno da Figura 1(b). O primeiro material de carbono de capacitor apresenta partículas individuais (representações (i), (ii) e (iii)), enquanto que o segundo material de carbono eletricamente condutor apresenta aglomerados de partículas

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18/50 menores (ver representações (iv) , (v) e (vi) ) . Deve ser notado que os poros do primeiro material de carbono de capacitor são incapazes de serem observados por microscopia de elétron de varredura, embora possam ser analisados utilizando microscopia de transmissão de elétrons ou microscopia de força atômica. Será apreciado a partir das Figuras 1(a) e 1(b) que os tamanhos das partículas do primeiro material de carbono de capacitor são substancialmente maiores do que as partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor. Na modalidade particular fornecida nas Figuras 1(a) e 1(b), o tamanho de partícula médio do primeiro material de carbono de capacitor é de cerca de 8 pm, enquanto que o segundo material de carbono eletricamente condutor é de cerca de 0,1 pm.

As Figuras 2(a) e 2(b) mostram as diferenças entre uma mistura de carbono contendo as partículas de carbono compostas (ver Figura 2 (a) e no Exemplo 1 abaixo) e uma mistura de carbono compreendendo uma simples mistura do primeiro material de carbono de capacitor e o segundo material de carbono de capacitor (ver Figura 2 (b) e o Exemplo Comparativo 1 a seguir). Em contraste com o material misturado da Figura 2(b), as partículas de carbono compostas na Figura 2 (a) mostram que as comparativamente menores segundas partículas de carbono eletricamente condutoras revestem uma porção substancial da superfície do primeiro material de carbono, por exemplo, pelo menos 20% e até cerca de 95% da superfície do primeiro material de carbono de capacitor.

Em contraste com as partículas de carbono compostas da

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Figura 2(a), o material misturado da Figura 2(b) mostra que existe uma relativamente mais fraca ou menor revestimento, adesão ou cobertura de superfície, das segundas partículas de carbono na superfície das primeiras partículas de carbono. Pode ser visto na Figura 2(b) que as partículas do segundo material de carbono existem principalmente entre as primeiras partículas de carbono, indicando pobre revestimento, aderência ou cobertura de superfície, por exemplo a cobertura das segundas partículas de carbono na superfície das primeiras partículas de carbono pode ser inferior a cerca de 5% do material misturado. O revestimento e cobertura de superfície das segundas partículas de carbono nas primeiras partículas de carbono nas partículas de carbono compostas permitem uma mistura de pasta ou revestimento, produzido a partir de uma mistura de carbono contendo as partículas de carbono compostas, para obter melhores características de desempenho relativamente ao material simplesmente misturado.

Será apreciado que a camada de revestimento compreende um grau de porosidade para permitir a permeabilidade para um eletrólito líquido. Por exemplo, uma porosidade adequada pode estar no intervalo de 40 a 85%. Em uma modalidade particular, a porosidade da camada de revestimento é de cerca de 75%.

Primeiro material de carbono de capacitor

O primeiro material de carbono de capacitor é selecionado a partir de um material de carbono que tem a capacidade de capacitor e / ou a capacidade de pseudocapacitor, por exemplo, carbono ativado. Será apreciado que o primeiro material de carbono de capacitor

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20/50 deve ser suficientemente estável em soluções de eletrólito de bateria de chumbo ácido, tais como soluções de eletrólito de ácido sulfúrico.

O primeiro material de carbono de capacitor pode ser um material eletroativo de alta taxa, que pode ser de qualquer material à base de carbono de alta taxa (ou alta potência) que apresenta em geral as características dos capacitores. Tais materiais são bem conhecidos na arte, tais como carbono de área de superfície alta. Estes materiais normalmente fornecem uma saída de alta taxa ou alta potência inicial de uma curta duração, mas tem uma densidade de energia mais baixa em comparação com um material de alta energia, tal como material de bateria ativo que fornece tipicamente uma quantidade de energia maior ou mais sustentada, mas em uma taxa mais baixa. Exemplos de materiais de carbono de elevada área de superfície são carbono ativado, negro de carbono, carbono amorfo, nanopartículas de carbono, nanotubos de carbono, fibras de carbono e suas misturas.

Em uma modalidade preferida, o primeiro material de carbono de capacitor é selecionado a partir pelo menos um de carbono ativado, e negro de carbono. Em uma outra modalidade, o primeiro material de carbono é carbono ativado.

Tipos de carbonos ativados que podem ser utilizados como o primeiro material de carbono de capacitor incluem vários tipos de carbono ativado, tal como os derivados de resinas sintéticas, os derivados de materiais naturais de madeira tais como, casca de coco, madeira, serradura, carbono vegetal, lignina etc, aqueles derivados a partir de

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21/50 carbono, tais como a legnita e turfa, etc, e os derivados do petróleo. O negro de carbono inclui negro de acetileno, negro de forno, e negro de ketjen.

O primeiro material de carbono de capacitor pode ser um material carbonáceo de área de superfície elevada ou área de superfície específica elevada. A expressão material carbonáceo de área de superfície específica elevada é bem conhecida e vulgarmente utilizada na técnica. Área de superfície específica refere-se a uma área de superfície total por unidade de massa. Isto é normalmente medido por absorção usando a isotérmica BET. Assim, referências a uma área de superfície BET são feitas para uma área de superfície específica. Além disso, referências a uma propriedade medida em unidades de m² / g são feitas para uma área de superfície específica. Em relação à expressão elevada, que é normalmente entendida na técnica da invenção que certos tipos de materiais que são utilizados como componentes de dispositivos eletroquímicos caem em uma categoria conhecida como materiais de área de superfície elevada ou área de superfície específica elevada. Uma área de superfície específica elevada refere-se a uma área de superfície que pode estar acima de cerca de 500 m² / g, e mais tipicamente acima de cerca de 1000 m² / g.

Uma área de superfície para o primeiro material de carbono de capacitor pode ser pelo menos 500 m² / g, e mais tipicamente no intervalo de cerca de 1000 m² / g e 3500 m²/ g. Em várias modalidades, a área de superfície do primeiro material de carbono de capacitor pode ser pelo menos 1000 m² / g, pelo menos 1500 m² / g, pelo menos 2000

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m² /	g,	ou em um intervalo de 500 a 8000 m² /	g, de 800 a
5000	m²	/ g, de 1000 a 3500 m²	/ g,	ou de	1500	a 3000 m² /
g.

O tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é menor do que o tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor de modo que o segundo material de carbono pode revestir a superfície do primeiro material de carbono para, em utilização, suprimir ou reduzir o entupimento da superfície das partículas do primeiro material de carbono, que pode ocorrer, por exemplo, por deposição de Pb ou PbSO4. Além disso, o segundo material de carbono eletricamente condutor aumenta a condutividade elétrica entre as partículas de carbono compostas.

O segundo material de carbono eletricamente condutor pode ter um tamanho de partícula que é um quinto ou menos, um décimo ou menos, um vigésimo ou menos, ou um quinquagésimo ou menos, do que o do primeiro material de carbono. Em uma modalidade preferida, o segundo material de carbono tem um tamanho de partícula que é um décimo ou menos do que o do primeiro material de carbono. Por exemplo, quando o primeiro material de carbono tem um tamanho de partícula de 3 a 3 0 pm, o segundo material de carbono pode ter um tamanho de partícula de 0,3 a 3 pm.

O tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor pode ser inferior a 500 pm, inferior a 300 pm, inferior a 100 pm, inferior a 50 pm, inferior a 30 pm, inferior a 10 pm, ou inferior a 5 um. O tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor pode ser de pelo menos 0,1 pm, de pelo menos 1 pm, de pelo menos

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23/50 pm, de pelo menos 5 um, ou de pelo menos 10 pm. O tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor pode ser em um intervalo entre 0,1 a 500 pm, de 1 a 100 pm, entre 1 a 50 pm ou entre 3 a 30 pm.

Várias técnicas podem ser usadas por um perito na arte para determinar a morfologia ou a composição de uma mistura de carbono, incluindo a presença ou a natureza das partículas de carbono compostas. Por exemplo, os métodos podem incluir espectroscopia de perda de energia de elétrons (EEES), espectroscopia de fotoelétrons de raios-x (XPS) e espectroscopia de elétron de varredura (SEM). Materiais de referência podem ser utilizados e testes de observação / correlação ou comparações de desempenho ou morfologia realizadas. Será apreciado que os materiais de carbono amorfos, que podem ser distinguidos com base no tamanho de partícula, porosidade, área de superfície específica, também podem ser distinguidos com base em outros aspectos tais como o grau / natureza de tipo grafite / diamante (SP2/SP3) do material, que, por exemplo, pode ser medido através de espectroscopia de Raman.

Segundo material de carbono eletricamente condutor

O segundo material de carbono eletricamente condutor é selecionado a partir de um material de carbono com condutividade elétrica. Será apreciado que o segundo material de carbono deverá ser adequadamente estável em soluções de eletrólito de bateria de chumbo ácido, tais como soluções de eletrólito de ácido sulfúrico.

Em uma modalidade, o segundo material de carbono pode ser selecionado a partir de um material com elevada condutividade elétrica, tal como um material referido como

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24/50 um material carbonáceo de condutividade elétrica elevada. Será apreciado que um tamanho de partícula menor fornece geralmente uma área de superfície maior para um dado peso e porosidade.

Tipicamente, a condutividade do segundo material de carbono pode ser pelo menos 0,6 Scm^-1 a 500 kPa, pelo menos 0,19 Scm^-1 a 1000 kPa, e pelo menos 3,0 Scm^-1 a 1500 kPa. Estes são medidos em temperatura ambiente (20 ° C). A condutividade do material pode ser medida através do seguinte método de teste de condutividade:

i. Recolher 20g de amostra do material a ser testado.

ii. Depositar uma célula de teste de condutividade tubular tendo uma área de secção transversal de 1 cm² sobre uma base de célula de metal. Note, para partículas maiores, uma célula de teste tubular tendo uma maior área de secção transversal pode ser usada, como descrito abaixo. Embalar cuidadosamente a célula de teste de condutividade com cerca de 2g da amostra a ser testada. Selar o topo da célula de teste de condutividade com o êmbolo de metal. Tocar suavemente para baixo até amostra suficiente preencher a célula até uma altura de 1 cm.

iii. Colocar a célula de amostra para a prensa de perfuração de modo que o êmbolo pode pressionar contra a amostra quando uma força é aplicada.

iv. Aplicar uma carga para a célula. Pegar multímetro lendo a condutividade na força de compressão medida para essa carga.

v Depois do	ensaio, remover	todos	os vestígios	da
amostra a	partir	da	célula de	teste.	(Isto	pode	ser
conseguido	através	de	uma escova	de garrafa e	papel	de

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25/50 areia fina.) Note que a condutividade da amostra em múltiplos forças de compressão pode ser testada através da adição dos seguintes passos entre os passos iv. e v acima:

vi. Adicionar mais pó de carbono no topo da célula de teste de volta até um centímetro, se necessário.

vii. Aplicar próxima carga necessária para testar a condutividade da amostra sob uma força de compressão crescente. Repetir conforme necessário.

O segundo material de carbono eletricamente condutor pode ser selecionado a partir de pelo menos um negro de carbono, carbono vítreo, grafite, e uma fibra de nanocarbono. A fibra de nanocarbono pode ser selecionada a partir de um nanotubo de carbono, um triz de carbono, ou um nanofio de carbono. Cada um destes materiais pode fornecer condutividade elétrica, e pode ser aderido sob pressão (por exemplo, por moagem) para a superfície da partícula do primeiro material de carbono de capacitor.

O tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é menor do que o tamanho de partícula do primeiro material de carbono de capacitor, como acima descrito, de tal forma que as partículas do segundo material de carbono podem revestir as partículas do primeiro material de carbono de capacitor, e em uso, para facilitar a condutividade elétrica entre as partículas de carbono compostas enquanto suprimindo ou reduzindo entupimento do primeiro material de carbono, o que pode ocorrer por deposição de Pb ou PbSO4. Por exemplo, uma partícula de carbono composta compreende partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor aderido à superfície de uma partícula de um primeiro material de

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26/50 carbono de capacitor, ou para pelo menos uma porção substancial da sua superfície.

O tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor pode ser inferior a 100 pm, inferior a 50 pm, inferior a 10 pm, inferior a 5 um, inferior a 1 pm, inferior a 0,1 pm, ou inferior a 0,01 pm, ou em um intervalo entre 0,01 a 50 pm, entre 0,01 a 10 pm, entre 0,01 a 5 um, ou entre 0,3 a 3 pm.

Para uma fibra de nanocarbono, tal como um material de nanofio de carbono, pode ter um diâmetro em um intervalo entre 0,005 pm e 100 pm, entre 0,005 pm e 50 pm, entre 0,01 pm e 20 pm entre, ou entre 0,01 pm e 10 pm. Em uma modalidade preferida, o diâmetro é de entre 0,01 pm e 10 pm. O comprimento do nanofio pode estar entre 1 pm e 3000 pm, entre 10 pm e 2000 pm, entre 20 pm e 1000 pm, entre 30 e 5 mm 500 mm, ou entre 50 pm e 100 pm. Em uma modalidade preferida, o comprimento é de entre 50 pm e 100 pm.

Para um material de nanotubo de carbono, o diâmetro pode estar em um intervalo entre 0,005 pm e 100 pm, entre 0,01 pm e 50 pm entre, ou entre 0,01 pm e 3 0 pm. Em uma modalidade preferida, o diâmetro é de entre 0,01 pm e 30 pm. O comprimento do nanotubo pode estar compreendido entre 1 pm e 3000 pm, entre 10 pm e 2000 pm, entre 20 pm e 1000 pm, entre 30 mm e 500 mm, ou entre 50 pm e 100 pm. Em uma modalidade preferida, o comprimento é de entre 50 pm e 100 pm.

Uma área de superfície adequada para o segundo material de carbono eletricamente condutor pode estar em um intervalo de cerca de 200 a 1500 m² / g. Em várias modalidades, a área de superfície do segundo material de

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27/50 carbono pode ser de pelo menos 100 m² / g, pelo menos 2 00 m² / g, pelo menos 500 m² / g, ou em um intervalo de 100 a 2.000 m² / g, 200 a 1500 m² / g, de 300 a 1200 m² / g, ou de 500 a 1000 m² / g.

A relação entre a quantidade misturada do primeiro material de carbono de capacitor e o segundo material de carbono eletricamente condutor é de preferência 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono. No entanto, será apreciado que certas vantagens podem ainda ser fornecidas fora dos intervalos aqui descritos. Por exemplo, a relação entre a quantidade misturada do primeiro material de carbono e o segundo material de carbono pode ser, por peso do segundo material de carbono em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono, 10 a 90 partes do segundo material de carbono, 10 a 80 partes do segundo material de carbono, ou 20 a 70 partes do segundo material de carbono.

No que diz respeito à relação entre a quantidade misturada do primeiro material de carbono de capacitor e o segundo material de carbono eletricamente condutor para produzir as partículas de carbono compostas, como mencionado acima, o segundo material de carbono pode ser utilizado no intervalo de 4 a 100 partes por peso, em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono. Se a quantidade do segundo material de carbono é menor do que 4 partes por peso, um efeito de melhoria do ciclo de vida satisfatória pode não ser obtido. Se a quantidade do segundo material de carbono excede 100 partes por peso, o efeito de condução elétrica pode tornar-se

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28/50 saturado. É preferível que a quantidade de 10 a 80 partes por peso do segundo material de carbono seja misturada em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono e a mistura é combinada em conjunto para obter as partículas de carbono compostas.

Terceiro material de carbono eletricamente condutor

As partículas de carbono compostas podem compreender um terceiro material de carbono eletricamente condutor para melhorar a condutividade elétrica (e conexão elétrica) das partículas de carbono compostas e camada de revestimento das mesmas. Será apreciado que o terceiro material de carbono eletricamente condutor deve ser adequadamente estável em soluções de eletrólito de bateria de chumbo ácido, tais como soluções de eletrólito de ácido sulfúrico. A condutividade do terceiro material de carbono eletricamente condutor pode ser semelhante à fornecida acima para o segundo material de carbono eletricamente condutor, ou pode ser mais eletricamente condutor do que a do segundo material de carbono eletricamente condutor.

Em uma modalidade, o terceiro material de carbono eletricamente condutor pode ser selecionado a partir de um material com elevada condutividade elétrica, tal como um material referido como um material carbonáceo de condutividade elétrica elevada.

O terceiro material de carbono eletricamente condutor pode ser selecionado a partir de pelo menos um negro de carbono, grafite, carbono vítreo, e uma fibra de nanocarbono. A fibra de nanocarbono pode ser selecionada a partir de um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono ou um triz de carbono. Será apreciado que outros materiais

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29/50 podem ser usados como o terceiro material de carbono eletricamente condutor.

No que diz respeito ao tamanho do terceiro material de carbono eletricamente condutor, em que o terceiro material de carbono está na forma de partículas, em uma modalidade o tamanho de partícula do terceiro material de carbono pode ser menor do que o do primeiro material de carbono de capacitor. O tamanho de partícula do terceiro material de carbono eletricamente condutor pode ser similar em tamanho ao segundo material de carbono, tal como descrito acima. Preferencialmente, o tamanho de partícula do terceiro material de carbono eletricamente condutor é um décimo ou menos do que o do primeiro material de carbono.

Em uma modalidade, o tamanho de partícula do terceiro material de carbono eletricamente condutor é menor do que o tamanho de partícula do primeiro material de carbono de

capacitor, e pode ser inferior a 100 pm, inferior a	50	pm,
inferior a 10 pm, inferior a 5 um, inferior a	1	pm,
inferior a 10 a 0,1 pm, ou inferior a 0,01 pm,	ou	no
intervalo entre 0,01 a 50 pm, entre 0,01 a 10 pm,	entre
0,01 a 5 um, ou entre 0,3 a 3 pm.

Para aumentar ainda mais a condutividade elétrica entre as partículas de carbono compostas, a quantidade do terceiro material de carbono eletricamente condutor é de preferência 50 partes por peso ou menos, em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor. Se a quantidade do terceiro material de carbono excede 50 partes por peso, o efeito de condução elétrica pode tornar-se saturado, e, consequentemente, a quantidade do terceiro material de carbono é, vantajosamente, de 50

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30/50 partes por peso ou menos, de um ponto de vista econômico, mas 40 partes por peso ou menos é mais preferível.

Camada de revestimento

Um agente de ligação, ou seja, um aglutinante, pode ser utilizado para aumentar ligação da mistura de carbono para a superfície da placa negativa, e ao mesmo tempo ligação das partículas de carbono compostas uma à outra, e para ligação do terceiro carbono material, se presente.

Tipos de aglutinantes incluem policloropreno, uma borracha de estireno-butadieno (SBR), politetrafluoretileno (PTFE), e fluoreto de polivinilideno (PVDF). Uma quantidade de adição do aglutinante é tipicamente no intervalo de 2 a 30 partes por peso em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono. Se a quantidade de aglutinante é menor que 2 partes por peso, as vantagens do efeito de ligação podem não ser alcançadas, e, se a quantidade do aglutinante excede 30 partes por peso, o efeito de ligação pode tornar-se saturado. Geralmente, a quantidade do aglutinante na camada de revestimento é preferencialmente de 5 a 15 partes por peso.

Para a aplicação da mistura de carbono na forma de uma pasta para a placa de eletrodo, um espessante é tipicamente adicionado à mistura de carbono. Quando uma pasta de mistura de carbono aquosa é formada, um derivado de celulose tais como CMC e MC, um sal de ácido poliacrílico, álcool polivinílico, ou análogos são preferíveis como um espessante. Quando uma pasta de mistura de carbono orgânica é formada, N-metil-2-pirrolidona (NMP) ou semelhante é preferível como um espessante. Quando a quantidade de espessante a ser utilizado for superior a 20 partes por

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31/50 peso em termos de peso seco em relação a 100% por peso do primeiro material de carbono de capacitor, a camada de cobertura de mistura de carbono resultante pode ser fraca na condutividade elétrica e, portanto, a quantidade do espessante é de preferência 20% por peso ou menos.

Um material de reforço de fibra curta pode ser adicionado à mistura de carbono. O material de reforço de fibra curta é selecionado para ser estável em ácido sulfúrico e pode ser selecionado a partir de pelo menos um de carbono, vidro, poliéster ou semelhante. O material de reforço de fibra curta pode ter um diâmetro de 20 pm ou menos e um comprimento de 0,1 mm a 4 mm. Quanto à quantidade de adição de um material de reforço de fibra curta, se for superior a 20 partes por peso em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono, a mistura de carbono resultante da camada de revestimento pode ter baixa condutividade elétrica e, portanto, a quantidade de adição do curto material de reforço de fibra é de preferência 20 partes por peso ou menos.

Uma placa de eletrodo híbrida pode ser produzida por tal uma forma que partículas de carbono compostas são preparadas por mistura do primeiro material de carbono e o segundo material de carbono nas quantidades acima mencionadas e combinando-os uns com os outros, que podem ser misturados com 2 a 30 partes por peso de um aglutinante e uma quantidade adequada de um meio de dispersão para preparar uma mistura de carbono em uma forma de pasta e a pasta de mistura de carbono pode ser aplicada à superfície de uma placa negativa ou positiva do eletrodo (que normalmente já contém o material de bateria ativo, que é

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32/50 então seco para formar uma camada de revestimento de mistura de carbono poroso. É preferível que 1 a 15% por peso da mistura de carbono seja adicionada em relação ao peso de um material ativo presente na placa negativa ou positiva. Se a quantidade do carbono na mistura for inferior a 1% por peso, as vantagens podem não ser obtidas, e se a quantidade exceder 15%, por peso, a camada de revestimento resultante pode ser demasiada espessa e pode causar polarização. A quantidade da mistura de carbono está preferencialmente no intervalo de 3 a 10% por peso.

A espessura da camada de revestimento (compreendendo as partículas de carbono compostas contendo mistura de carbono) em um eletrodo pode ser tipicamente no intervalo de 0,1 a 0,5 mm. Em uma modalidade, a espessura do revestimento é fornecida em um intervalo de 0,05 a 2 mm, 0,08 a 1 mm, ou 0,1 a 0,5 mm ou cerca de 0,2 mm.

A camada de revestimento de mistura de carbono pode ser fornecida a uma ou ambas as superfícies de um eletrodo.

Dispositivos de Armazenamento elétrico

Será apreciado que um dispositivo de armazenamento elétrico inclui pelo menos um par de eletrodos positivo e negativo, em que pelo menos um eletrodo é um eletrodo de acordo com a presente invenção.

O dispositivo de armazenamento elétrico, por exemplo, uma bateria de chumbo ácido, é normalmente montado com um ânodo e um cátodo (ou eletrodo negativo e positivo). Os eletrodos são normalmente formados a partir de coletores de corrente de metal revestidos com material de bateria ativo. Em relação às baterias de chumbo ácido, o dispositivo normalmente compreenderia pelo menos um eletrodo positivo

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33/50 baseado em dióxido de chumbo, um separador não condutor poroso e pelo menos um eletrodo negativo baseado em chumbo de esponja acoplado em conjunto em uma solução de eletrólito contendo ácido sulfúrico. O dispositivo de armazenamento elétrico pode ser um dispositivo regulado de válvula.

Eletrodos compreendem, geralmente, um coletor de corrente (tipicamente, uma grade ou placa) com um material de bateria ativo aplicado ao mesmo. O material de bateria ativo é mais vulgarmente aplicado em forma de pasta a uma região do coletor de corrente. A pasta pode conter aditivos ou materiais outros que o material de bateria ativo. O eletrodo pode ser de qualquer forma apropriada, embora seja tipicamente na forma de uma placa plana (grade), ou uma placa em espiral enrolada para células prismáticas ou em espiral enrolada. Para simplicidade de concepção, grades ou placas planas são geralmente preferidas. Coletores de corrente geralmente fornecem a estrutura de base de um eletrodo, e são tipicamente formados a partir de metais eletricamente condutores, por exemplo, uma liga de chumbo é geralmente utilizada como um coletor de corrente em baterias de chumbo ácido. Além disso, os materiais utilizados para o coletor de corrente devem ser estáveis no ambiente de eletrólito.

O termo material de bateria ativo ou termo semelhante, refere-se à capacidade de um material para receber, armazenar e fornecer uma fonte de carga elétrica e inclui materiais de eletrodo de bateria capazes de armazenar energia eletroquimicamente. Por exemplo, para uma bateria tipo chumbo ácido, chumbo de esponja pode ser usado

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34/50 como um material de eletrodo negativo e dióxido de chumbo pode ser usado como um material de eletrodo positivo. Será apreciado que os materiais de bateria ativos podem tornarse ativados depois de terem sido aplicados a um eletrodo ou colocados dentro de um sistema de bateria.

O dispositivo de armazenamento elétrico pode compreender um ou mais eletrodos negativos, eletrodos positivos, ou par de eletrodos positivos e negativos, tal como aqui descrito. Os eletrodos e seus materiais também devem ter acesso a um eletrólito que pode fornecer contraíons e completar o circuito elétrico da célula de armazenamento de energia. Compatibilidade química também deve ser considerada, por exemplo, se os dois materiais compartilham um eletrólito comum, ambos devem ser estáveis neste eletrólito.

O material de bateria ativo ou camada de revestimento compreendendo as partículas de carbono compostas são tipicamente dispostos no mesmo coletor de corrente para estarem em contato elétrico. Exemplos deste arranjo incluem: dupla face, em camadas, lado a lado, ou revestido.

Em uma modalidade, o eletrodo positivo é um eletrodo positivo de dióxido de chumbo e o eletrodo negativo é um eletrodo negativo de chumbo de esponja. O eletrólito é de preferência uma solução de eletrólito de ácido sulfúrico. Em uma modalidade preferida, a camada de revestimento das partículas de carbono compostas é proporcionada em pelo menos uma porção do eletrodo negativo.

Em uma outra modalidade particular, um dispositivo de armazenamento elétrico é fornecido compreendendo pelo menos um eletrodo positivo baseado em dióxido de chumbo e pelo

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35/50 menos um eletrodo negativo baseado em chumbo de esponja em uma solução de eletrólito de ácido sulfúrico, em que o eletrodo negativo compreende:

um coletor de corrente, uma primeira camada depositada sobre o coletor de corrente, a primeira camada compreendendo um material de bateria ativo de chumbo de esponja;

uma segunda camada em contato com pelo menos uma porção da primeira camada, a segunda camada compreendendo partículas de carbono compostas, em que cada das partículas de carbono compostas compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor revestido com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor.

Além da modalidade acima, o contato da segunda camada com pelo menos uma porção da primeira camada pode compreender a segunda camada revestindo a primeira camada. Será apreciado que as vantagens podem ser obtidas por outros mecanismos.

O dispositivo de armazenamento elétrico tipicamente compreende ainda um separador não condutor poroso que separa o pelo menos um eletrodo positivo baseado em dióxido de chumbo e o pelo menos um eletrodo negativo baseado em chumbo de esponja.

As modalidades acima dos dispositivos de armazenamento elétricos podem reduzir ou suprimir os problemas de sulfatação em dispositivos com tais problemas, por exemplo, baterias de chumbo ácido de alta performance operadas sob estado de carga parcial de alta taxa. Em uma modalidade, é fornecida uma utilização dos dispositivos de armazenamento

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36/50 elétricos de acordo com as modalidades aqui descritas em condições de estado de carga parcial (PSoC) no intervalo de cerca de 20 a 100% (por exemplo típico para veículos elétricos), no intervalo de cerca de 40 a 60% (por exemplo típico para veículos elétricos híbridos), ou no intervalo de cerca de 70 a 90% (por exemplo típico para veículos elétricos híbridos leves).

Eletrólito

No caso das baterias de chumbo ácido, pode ser utilizado qualquer eletrólito de ácido adequado. No caso das baterias de chumbo ácido, o eletrólito é tipicamente um eletrólito de ácido sulfúrico.

Barramentos ou condutores

O barramento de uma bateria de chumbo ácido pode ser de qualquer construção adequada, e pode ser feito de qualquer material condutor adequado, conhecido na arte.

Outras características de bateria

Geralmente, os componentes da bateria vão ser contidos dentro de uma caixa de bateria com características apropriadas para o tipo de bateria utilizada. Por exemplo, no caso de baterias de chumbo ácido, a bateria de chumbo ácido pode ser tanto de um projeto inundado de eletrólito ou de um projeto de válvula regulada. Onde a bateria de chumbo ácido é uma bateria de chumbo ácido de válvula regulada, a bateria pode ser de qualquer projeto adequado, podendo, por exemplo, conter gel de eletrólito. Características específicas da unidade de bateria adequada para tais desenhos são bem conhecidas na arte da invenção.

A pressão que pode ser aplicada à bateria de chumbo ácido pode estar no intervalo de 5 a 20 kPa para projeto

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37/50 inundado de eletrólito, e 20 a 80 kPa para projeto de bateria de chumbo ácido de válvula regulada.

Separadores

Geralmente, cada um dos eletrodos positivos e negativos é separado de eletrodos adjacentes por separadores porosos. Os separadores mantêm uma distância de separação adequada entre os eletrodos adjacentes. Os separadores localizados entre os eletrodos negativos baseados em chumbo imediatamente adjacentes e eletrodos positivos baseados em dióxido de chumbo pode ser feito de qualquer material poroso adequado comumente utilizado na arte, tais como materiais de polímero poroso ou microfibras de vidro absorvente (AGM). A distância de separação (correspondente à espessura do separador) é geralmente 1 a

2,5 milímetros para estes separadores. Materiais de polímero adequados úteis para a formação dos separadores entre os eletrodos positivos e negativos que formam a parte da bateria são polietileno e AGM. Separadores de polietileno têm adequadamente entre 1 e 1,5 milímetros de espessura, enquanto separadores de AGM têm adequadamente entre 1,2 e 2,5 milímetros de espessura.

Formação de baterias de chumbo ácido

Após a montagem dos componentes apropriados em conjunto em uma caixa de bateria, a bateria de chumbo ácido geralmente precisa ser formada. A operação de formação é bem conhecida no campo. É para ser entendido que as referências a materiais baseados em chumbo e baseados em dióxido de chumbo são utilizadas para referir à chumbo ou dióxido de chumbo em si, materiais que contêm o metal / dióxido de metal ou para materiais que são convertidos em

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38/50 chumbo ou chumbo dióxido, conforme o caso pode ser, no dado eletrodo.

Como é indicado pela linguagem utilizada acima, a bateria de chumbo ácido contém pelo menos um de cada tipo de eletrodo. O número de células individuais (composta de uma placa negativa e positiva) na bateria depende da tensão desejada de cada bateria. Para uma bateria de 36 volts adequada para utilização como uma bateria de veículo elétrico híbrido leve (o que pode ser carregada até 42 volts), isto envolveria a utilização de 18 células.

Arranjo de eletrodo

Geralmente os eletrodos positivos e negativos são intercalados, de modo que cada eletrodo positivo tem um eletrodo negativo ao lado do mesmo. No entanto, será apreciado que outros arranjos de eletrodos podem ser utilizados dependendo da aplicação em causa.

Aditivos particulares para eletrodos

Se houver uma diferença na janela potencial ou intervalo operacional de potencial de um dos eletrodos,

gaseificação de	hidrogênio e /	ou oxigênio	pode	ocorrer.
Para	suprimir	gaseificação de	hidrogênio,	os	eletrodos
podem	incluir	um aditivo ou	uma mistura	aditiva que

compreende um óxido, hidróxido ou sulfato de chumbo, zinco, cádmio, prata, bismuto, ou uma mistura destes. Geralmente, prefere-se que o aditivo compreenda pelo menos um óxido, hidróxido ou sulfato de chumbo ou de zinco. Por conveniência, o aditivo é, adequadamente, um ou mais óxidos selecionados a partir de óxido de chumbo, óxido de zinco, óxido de cádmio, óxido de prata e óxido de bismuto.

Será apreciado por pessoas peritas na arte que podem

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39/50 ser feitas numerosas variações e / ou modificações à invenção como mostrado nas modalidades específicas, sem se afastar do espírito ou âmbito da invenção como amplamente descrito. As presentes modalidades devem, por conseguinte, ser consideradas em todos os aspectos como ilustrativas e não restritivas.

É para ser compreendido que, se qualquer publicação de arte anterior é referida aqui, tal referência não constitui uma admissão de que a publicação faz parte do conhecimento geral comum na arte, na Austrália ou em qualquer outro país.

Nas reivindicações que seguem e na descrição anterior da invenção, exceto quando o contexto exige de outro modo devido à implicação necessária ou linguagem de expressão, a palavra compreende ou variações tais como compreendem ou compreendendo é usada em um sentido inclusivo, ou seja, para especificar a presença de características indicadas, mas não impede a presença ou a adição de outras características em várias modalidades da invenção.

A presente invenção será descrita em mais detalhe com referência aos Exemplos e Exemplos de comparação conforme segue.

Exemplo 1

Partículas de carbono compostas foram produzidas como segue. 100 partes por peso de carbono ativado com um tamanho médio de partícula de 8 pm como um primeiro material de carbono de capacitor (ver Figura 1(a)) e 60 partes por peso de negro de acetileno com um tamanho médio de partícula de 0,1 pm como um segundo material de carbono eletricamente condutor (ver Figura 1(b)) foram moídos em

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40/50 conjunto por meio de um triturador de grânulo com um diâmetro médio de 5 mm durante uma hora para se obter partículas de carbono compostas, cada compreendendo a partícula do carbono ativado de que a superfície coberta e combinada com as partículas finas de negro de acetileno (ver Figura 2(a)). As partículas de carbono híbridas ou compostas assim obtidas foram adicionadas com SBR como um aglutinante, CMC como um espessante, tereftalato de polietileno (PET) como um material de reforço de fibra curta, e água como meio de dispersão, e foram então misturadas utilizando um misturador, para preparar uma pasta de mistura de carbono. A composição misturada da pasta de mistura de carbono é indicada na Tabela 1.

Por outro lado, placas positivas e placas negativas para utilização em uma bateria de armazenamento de chumbo ácido de válvula regulada foram produzidas por um método conhecido, e foram então sujeitas a um tratamento de formação de tanque, e foram preparadas uma série de respectivas placas positivas e negativas.

Com respeito a cada uma das placas negativas, a pasta de mistura de carbono acima preparada foi aplicada uniformemente sobre toda a superfície do material de bateria ativo negativo que foi previamente aplicado ao coletor de corrente da placa, que foi depois seco a 60° C durante uma hora, de modo que uma placa negativa híbrida em que uma camada de revestimento de mistura de carbono poroso com uma porosidade de 75% formada em ambas as superfícies da placa negativa foi produzida. Foi demonstrado que vantagens foram fornecidas pela placa negativa híbrida assim produzida é que a camada de revestimento de mistura

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41/50 de carbono poroso tem uma espessura de 0,2 mm por uma superfície, e o seu peso é de 5% por peso em relação ao peso do material ativo de ânodo.

Tabela 1: Composição misturada de pasta de mistura de carbono no Exemplo 1

Partículas de carbono compostas compreendendo Primeiro material de carbono: 100 partes por peso de partículas de carbono ativado e Segundo material de carbono: 60 partes por peso de partículas de negro de acetileno
Aglutinante	SBR	20 partes por peso
Espessante	CMC	10 partes por peso
Reforço de fibra curta	PET	13 partes por peso
Meio de dispersão	Água	700 partes por peso

Em seguida, 5 folhas das placas negativas híbridas acima produzidas e 4 folhas das placas positivas foram empilhadas alternadamente através separadores de AGM (Tapete de vidro absorvido) para montar um elemento, e 10 usando o elemento, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido de célula de 2V tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de Ah sob o controle de capacidade positivo foi produzido por um método conhecido, de modo que uma bateria de armazenamento de chumbo ácido de válvula regulada foi 15 produzida. No decurso da sua produção, um espaçador foi colocado respectivamente entre as duas extremidades do elemento e um recipiente de bateria de modo a que o grau de compressão do elemento pode ser de 50 kPa, depois que o elemento foi contido no recipiente. Como uma solução

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42/50 eletrolítica de ácido sulfúrico, 130 ml de uma solução aquosa de ácido sulfúrico tendo uma gravidade específica de 1,30 e tendo nela dissolvido 30 g / l de um octodecahidrato de sulfato de alumínio foi vertida para dentro da célula. Em seguida, para a ativação da célula, a operação de carregamento foi conduzida em 1 A durante 15 horas, e a operação de descarga foi conduzida a 2 A até a tensão da célula atingir 1,75 V, e de novo a operação de carregamento foi conduzida em 1 A durante 15 horas, e a operação de descarga foi conduzida a 2 A até a tensão que a célula atingiu tornar-se 1,75 V, e quando uma capacidade de taxa de 5 horas da célula resultante foi medida, foi de 10 Ah.

Exemplo 2

Uma placa negativa híbrida foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1 exceto que uma pasta de mistura de carbono tendo a composição misturada como mostrado na Tabela 2 abaixo, a qual foi preparada pela adição de negro de acetileno com excelente condutividade elétrica como um terceiro material de carbono para a pasta de mistura de carbono no Exemplo 1, foi usada. Usando a placa negativa híbrida assim produzida, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido de célula de 2V tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 10 Ah, foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1.

Tabela 2: Composição misturada de pasta de mistura de carbono no Exemplo 2

Partículas de carbono compostas Primeiro material de carbono: partículas de carbono ativado e Segundo material de carbono:

compreendendo

100 partes por peso de partes por peso de

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partículas de negro de acetileno
Terceiro material de carbono	20 partes por peso de partículas de negro de acetileno
Aglutinante	SBR	20 partes por peso
Espessante	CMC	10 partes por peso
Material de reforço de fibra curta	PET	13 partes por peso
Meio de dispersão	Água	700 partes por peso

Exemplo 3

Uma placa negativa híbrida foi produzida da mesma forma que no Exemplo 2 com exceção que uma pasta de mistura de carbono foi usada com a composição misturada como 5 mostrado na Tabela 3 abaixo, em que 20 partes por peso de uma fibra de nanocarbono de crescimento vapor (VGCF) foram utilizadas como o terceiro material de carbono em vez de 20 partes por peso das partículas de negro de acetileno. Usando a placa negativa híbrida assim produzida, uma 10 bateria de armazenamento de chumbo ácido de célula de 2V tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 10 Ah, foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1.

Tabela 3: Composição misturada de pasta de mistura de carbono no Exemplo 3

Partículas de carbono compostas

Primeiro material de carbono: 100 partes por peso de partículas de carbono ativado e

Segundo material de carbono: 60 partes por peso de partículas de negro de acetileno

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Terceiro material de carbono	VGCF	20 partes por peso
Aglutinante	SBR	20 partes por peso
Espessante	CMC	10 partes por peso
Material de reforço de fibra curta	PET	13 partes por peso
Meio de dispersão	água	700 partes por peso

Exemplo de comparação 1

Uma placa negativa híbrida foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1 utilizando uma pasta de mistura de carbono tendo a composição misturada como mostrado na 5 seguinte Tabela 4 tendo a mesma composição misturada como a da Tabela 1, exceto que os pós misturados utilizados foram preparados por simplesmente misturar 100 partes por peso das partículas de carbono ativado como o primeiro material de carbono e 60 partes por peso das partículas de negro de 10 acetileno como o segundo material de carbono (ver Figura 2(b)), sem combiná-los em conjunto em um composto (ver Figura 2(a)). Usando a placa negativa híbrida assim produzida, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido de célula de 2V tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 10 15 Ah, foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1.

Tabela 4: Composição misturada de pasta de mistura de carbono em Exemplo de comparação 1

Pó misto de

Primeiro material de	carbono:	100	partes	por	peso	de
partículas de carbono	ativado e
Segundo material de	carbono:	60	partes	por	peso	de

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partículas de negro de acetileno
Aglutinante	SBR	20 partes por peso
Espessante	CMC	10 partes por peso
Material de reforço de fibra curta	PET	13 partes por peso
Meio de dispersão	Água	700 partes por peso

Exemplo de Comparação 2

Uma bateria de acumulação de chumbo ácido de célula de 2V tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 10 Ah, foi produzida da mesma forma que no Exemplo 1, exceto que um elemento foi montado a partir de 5 folhas das placas negativas que são as mesmas que no Exemplo 1 e que ainda não são aplicadas com a pasta de mistura de carbono, e 4 folhas das placas positivas e os separadores que são os mesmos que os do Exemplo 1.

Teste de vida

Com respeito a cada bateria de chumbo ácido dos Exemplos 1 a 3 e as baterias de chumbo ácido em Exemplos de comparação 1 e 2 como produzidas acima, um teste vida foi conduzido pela repetição de uma operação de carga / descarga rápida no PSOC com base na simulação de condução de um HEV. Especificamente, cada bateria de armazenamento foi descarregada em 2 A durante uma hora de modo que o SOC foi feito de 80%, e, subsequentemente a operação de descarga a 50 A durante um segundo e a operação de carregamento em 20 A por um segundo foi repetida 500 vezes, e, em seguida, a operação de carregamento em 30 A durante um segundo e um período de pausa de um segundo foi repetida

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510 vezes. Isto foi considerado como um ciclo. Este ciclo foi repetido, e um ponto de tempo quando a tensão de descarga da bateria atingiu 0 V foi determinado como uma vida. Os resultados são apresentados na Tabela 5 abaixo.

Tabela 5: Resultados do teste de vida

Exemplo 1	1060 ciclos
Exemplo 2	1130 ciclos
Exemplo 3	1210 ciclos
Exemplo de comparação 1	820 ciclos
Exemplo de comparação 2	180 ciclos

A partir da Tabela 5 acima, é evidente que as baterias de chumbo ácido, respectivamente fornecidas com as placas negativas híbridas da invenção descritas nos Exemplos 1, 2 e 3 são, individualmente notavelmente melhoraram no ciclo de vida, em comparação com a bateria de armazenamento de chumbo ácido fornecida com a placa negativa híbrida convencional descrita em Exemplo de Comparação 1 ou a bateria de armazenamento de chumbo ácido fornecida com a placa negativa comum descrita no Exemplo de Comparação 2.

Exemplo 4

Em seguida, utilizando a pasta de mistura de carbono da Tabela 1 e as placas negativas tendo cada uma largura de 102 mm, com uma altura total de 108,5 mm e uma espessura de

1.5 mm, uma série de placas negativas híbridas foram produzidas da mesma forma que no Exemplo 1. Por outro lado, cada uma tendo uma largura de 102 mm, com uma altura de

107.5 milímetros e uma espessura de 1,7 mm, foram produzidas uma série de placas positivas.

No que diz respeito a uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada de um tamanho B24 de acordo com

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JIS D 5301, a qual tem uma largura de 126 mm, comprimento de 236 mm e uma altura de 200 mm e compreende 6 células de um elemento montado por alternativamente empilhar 7 folhas das placas negativas híbridos acima mencionadas e 6 folhas das placas positivas acima mencionadas por meio de separadores laminados de de 1,0 mm de espessura feitos de tecido não tecido de fibra de vidro laminado na superfície de polietileno, foi contida em cada câmara de célula da bateria por meio de espaçadores, da mesma maneira que no Exemplo 1 de modo que a compressão de elemento foi feita 20 kPa. Em seguida, as células foram ligadas em série de acordo com um método comum e uma tampa foi colocada na mesma, e em seguida 450 ml de uma solução eletrolítica de ácido sulfúrico foi vertida sobre cada uma das câmaras de célula e, em seguida, ajustadas de modo que a gravidade específica da solução eletrolítica tornou-se 1,285 após a formação do recipiente, de modo que uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada com uma capacidade de taxa de 5 horas de 42 Ah foi produzida.

Usando a bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada assim produzida, um teste de vida foi realizado a uma temperatura ambiente de 25° C sob as seguintes condições para um veículo de sistema de inatividade-parada. Ou seja, a operação de descarga foi conduzida a 45 A por 59 segundos e subsequentemente a operação de descarga foi conduzida a 300 A por um segundo, e em seguida a operação de carga a uma tensão constante de 14,0 V foi conduzida a 100 A durante 60 segundos. O ciclo das operações de carga e descarga anteriormente mencionadas foi repetido 3600 vezes, e posteriormente, a bateria resultante foi deixada em

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48/50 repouso durante 48 horas, e as acima mencionadas operações de carga e descarga foram repetidas mais uma vez. Um ponto de tempo quando a voltagem da bateria de armazenamento se tornou 7,2 V foi determinado como sendo sua vida, e o número de ciclos em que o tempo foi determinado como um ciclo de vida. O resultado é mostrado na Tabela 6 abaixo.

Tabela 6: Resultados do teste de vida

Exemplo 4	85000 ciclos
Exemplo 5	88000 ciclos
Exemplo 6	90000 ciclos
Exemplo de comparação 3	75000 ciclos
Exemplo de comparação 4	35000 ciclos

Exemplo 5

Uma série de placas negativas híbridas foram produzidas da mesma forma que no Exemplo 4, exceto que a mistura de pasta de carbono como mostrado na Tabela 2 foi usada. Utilizando estas placas negativas híbridas, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 42 Ah foi produzida da mesma maneira que no Exemplo 4.

Usando esta bateria, um teste de ciclo de vida foi conduzido da mesma forma que no Exemplo 4. O resultado é mostrado na Tabela 6.

Exemplo 6

Uma série de placas negativas híbridas foram produzidas da mesma forma que no Exemplo 4, exceto que a mistura de uma pasta de carbono como mostrado na Tabela 3 foi utilizada. Utilizando estas placas negativas híbridas, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 42 Ah foi

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49/50 produzida da mesma forma que no Exemplo 4.

Exemplo de comparação 3

Uma série de placas negativas híbridas foram produzidas da mesma forma que no Exemplo 4, exceto que a pasta de mistura de carbono convencional como mostrado na Tabela 4 foi usada. Utilizando estas placas negativas híbridas, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada tendo uma capacidade de taxa de 5 horas de 42 Ah foi produzida da mesma forma que no Exemplo 4.

Exemplo de comparação 4

Usando as placas negativas descritas no Exemplo 4, cada das quais tem nenhuma pasta de mistura de carbono aplicada, uma bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada com uma capacidade de taxa de 5 horas de 42 Ah foi produzida da mesma forma que no Exemplo 4. Usando esta bateria, um teste de ciclo de vida foi conduzido da mesma forma que no Exemplo 4. O resultado é mostrado na Tabela 6.

Como pode ser visto a partir da Tabela 6, as baterias de armazenamento de chumbo ácido tipo inundadas respectivamente fornecidas com as placas negativas híbridas descritas nos Exemplos 4, 5 e 6 são, individualmente notavelmente melhoradas no ciclo de vida, quando comparadas com a bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada fornecida com a placa negativa híbrida

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50/50 convencional descrita no Exemplo de Comparação 3 e a bateria de armazenamento de chumbo ácido tipo inundada fornecida com a placa negativa comum descrita no Exemplo Comparativo 4.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Eletrodo compreendendo um material de bateria ativo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido, em que a superfície do eletrodo é fornecida com uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de carbono contendo partículas de carbono compostas, em que cada das partículas de carbono compostas compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor caracterizado pelo fato de que as partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor são aderidas a uma superfície do primeiro material de carbono de capacitor, em que a cobertura de superfície nas partículas do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor é de pelo menos 20%.
2. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cobertura de superfície nas partículas do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor é pelo menos 50%.
3. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é um quinto ou menos do que o do primeiro material de carbono de capacitor.
4. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula do segundo material de carbono eletricamente condutor é um décimo ou menos do que o do primeiro material de carbono de

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2/6 capacitor.

5. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a proporção do peso O, % do primeiro material de carbono capacitor para o segundo material de carbono eletricamente condutivo está entre 15 : :1 a 10:8. 6. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o

primeiro material de carbono de capacitor tem uma área de superfície específica de pelo menos 500 m² / g, medida por adsorção utilizando isotérmica BET.

7. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a área de superfície específica é pelo menos 1000 m² / g.

8. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro material de carbono de capacitor é selecionado a partir de carbono ativado.

9. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o segundo material de carbono eletricamente condutor é um material carbonáceo eletricamente condutor elevado tendo uma condutividade de pelo menos 0,6 Scm^-1 a 500 kPa medida a 20° C.

10. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o segundo material de carbono eletricamente condutor é selecionado de entre pelo menos um negro de carbono, grafite, carbono vítreo, e uma fibra de nanocarbono.

11. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das

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3/6 reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono compreende um terceiro material de carbono eletricamente condutor..

12. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o terceiro material de carbono eletricamente condutor é selecionado a partir de pelo menos um de um negro de carbono, grafite, carbono vítreo, e uma fibra de nanocarbono.

13. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a fibra de nanocarbono é selecionada a partir de pelo menos um nanofio de carbono, um nanotubo de carbono, e um triz de carbono.

14. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento da mistura de carbono compreende 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

15. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento da mistura de carbono compreende ainda 50 partes por peso ou menos do terceiro material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

16. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento da mistura de carbono compreende 2 a 30 partes por peso de um aglutinante em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

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4/6

17. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a camada de revestimento da mistura de carbono compreende 4 a 100 partes por peso do segundo material de carbono eletricamente condutor em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor, 50 partes por peso ou menos do terceiro material de carbono eletricamente condutor, 2 a 30 partes por peso de um aglutinante, 20 partes por peso ou menos de um espessante, e 20 partes por peso ou menos de uma fibra curta em relação a 100 partes por peso do primeiro material de carbono de capacitor.

18. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que uma quantidade da mistura de carbono para a camada de revestimento do eletrodo é de 1 a 15% por peso em relação ao peso do material de bateria ativo no eletrodo.

19. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o eletrodo é um eletrodo negativo compreendendo material de bateria ativo negativo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido.

20. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que o eletrodo é um eletrodo positivo compreendendo material de bateria ativo positivo para uma bateria de armazenamento de chumbo ácido.

21. Eletrodo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que a mistura de carbono contendo partículas de carbono compostas é produzida por pelo menos um de moagem, granulação e

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5/6 unificação, as partículas do primeiro material de carbono de capacitor com partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor.

22. Eletrodo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a moagem é trituração de esfera ou grânulo.

23. Dispositivo de armazenamento elétrico para um sistema baseado em chumbo ácido, caracterizado pelo fato de que compreende o eletrodo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 22.

24. Dispositivo de armazenamento elétrico, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o dispositivo é uma bateria de armazenamento de chumbo ácido.

25. Dispositivo de armazenamento elétrico compreendendo pelo menos um eletrodo positivo baseado em dióxido de chumbo e pelo menos um eletrodo negativo baseado em chumbo de esponja em uma solução de eletrólito de ácido sulfúrico, em que o eletrodo negativo compreende:

um coletor de corrente;

uma primeira camada depositada sobre o coletor de corrente, a primeira camada compreendendo um material de bateria ativo de chumbo de esponja;

uma segunda camada em contato com pelo menos uma porção da primeira camada, a segunda camada compreendendo partículas de carbono compostas, em que cada das partículas de carbono compostas compreende uma partícula de um primeiro material de carbono de capacitor com partículas de um segundo material de carbono eletricamente condutor, caracterizado pelo fato de que as partículas do segundo material de carbono eletricamente condutor são aderidas a

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6/6 uma superfície do primeiro material de carbono de capacitor, em que a cobertura de superfície nas partículas do primeiro material de carbono de capacitor pelo segundo material de carbono eletricamente condutor é de pelo menos 5 20%.