BR112014009432B1

BR112014009432B1 - Artigo

Info

Publication number: BR112014009432B1
Application number: BR112014009432-2A
Authority: BR
Inventors: Edward O. Shaffer Ii; Donald Hobday
Original assignee: Advanced Battery Concepts, LLC
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2021-12-07
Also published as: EP2866276A1; JP6151734B2; EP2866276B1; CN103959507A; US9531031B2; JP2014534582A; BR122020019743B1; KR20150142073A; JP5883942B2; EP2771924B1; JP6503411B2; WO2013062623A1; BR122014030792B1; US20140349147A1; EP3288099B1; KR101671143B1; KR20160128424A; KR101912057B1; CN105489798A; EP2771924A1

Abstract

artigo. a invenção refere-se a um artigo compreendendo: a) uma ou mais pilhas de placas de baterias compreendendo uma ou mais placas bipolares; b) localizado entre cada placa há um separador e um eletrólito líquido; ainda compreendendo uma ou mais das características: 1) c) a uma ou mais pilhas de placas de baterias tendo a pluralidade de canais que passam transversalmente pela parte das placas tendo o catodo e/ou o anodo nela depositados; e d) i) uma ou mais vedações na periferia dos canais que evitam o vazamento do eletrólito líquido nos canais, e/ou postes localizados em um ou mais dos canais tendo em cada extremidade uma parte superposta que cobre o canal e a superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversos e aplica pressão nas superfícies de vedação das placas monopolares, em que a pressão é suficiente para suportar pressões criadas durante a montagem e a operação de células eletroquímicas criadas pelas pilhas de placas de baterias; 2) c) uma membrana compreendendo um polímero termoplástico é colocada em toda a periferia das bordas da pilha de placas; 3) em que o separador com a forma de uma placa tendo um quadro aderido à sua periferia; e 4) c) uma válvula integrada e canal integrado em comunicação com a válvula.

Description

Campo

[001] A presente invenção refere-se geralmente a um conjunto de bateria bipolar, aos métodos para a preparação desses conjuntos e aos métodos de uso desses conjuntos.

Histórico

[002] Baterias bipolares são conhecidas na técnica, ver Tatematsu US 2009/0042099, incorporada à presente por referência em sua totalidade. Baterias bipolares proporcionam vantagens com relação a outros projetos de baterias, como escalabilidade, densidade energética relativamente alta, grande densidade de potência e flexibilidade de projeto. Baterias bipolares compreendem um número de placas bipolares e duas placas monopolares de extremidade. Uma placa bipolar compreende um substrato que está sob a forma de uma placa de dois lados tendo um material catódico, geralmente denominado de Material Positivo Ativo (PAM), em uma superfície e no lado oposto há um material anódico, geralmente denominado de Material Negativo Ativo (NAM). Pode ser colocada uma placa condutora entre o substrato e o material anódico ou o material catódico. As placas bipolares são dispostas em uma pilha de maneira que o material anódico de uma placa faceie o material catódico da próxima placa. Na maioria dos conjuntos há um separador de bateria localizado entre as placas adjacentes que permitem que um eletrólito flua do material catódico para o material anódico. Montado no espaço entre as placas há um eletrólito, que é um material que permite que os elétrons e íons fluam entre o material anódico e o catódico. As superfícies adjacentes das placas bipolares com o separador e o eletrólito disposto entre as placas formam uma célula eletroquímica em que elétrons e íons são trocados entre o material anódico e o material catódico. A estrutura da bateria é disposta de maneira que cada célula formada pelas placas bipolares seja vedada para evitar o fluxo do eletrólito para fora da célula. Em muitos projetos, isso é feito prolongando- se o substrato em todos os lados além da parte em que o material catódico e material anódico são depositados. A estrutura utilizada para vedar cada célula eletroquímica está em contato com a parte das placas que não tem material catódico ou anódico no substrato. Além disso, um separador de bateria pode se prolongar para além da parte do substrato, tendo o material anódico e catódico nele montado para ajudar na vedação das células. Cada célula tem um condutor de corrente conectado à célula para transmitir elétrons da célula para um ou mais terminais a partir dos quais os elétrons são transmitidos para uma carga, em essência outro sistema que usa os elétrons sob a forma de eletricidade. Em algumas configurações, o condutor de corrente em uma célula é a placa condutora que está em contato com outros condutores de corrente que transmitem os elétrons para os terminais da bateria. Em cada extremidade da pilha há uma placa monopolar tendo tanto material anódico ou material catódico disposto em uma face. O material na face da placa monopolar é selecionado para formar uma célula com a face oposta da placa bipolar naquela extremidade da pilha. Em particular, se a placa bipolar que faceia a placa monopolar tiver material catódico na face da placa, então a placa monopolar tem material anódico em sua face e vice versa. Nos projetos convencionais, a pilha de placas de bateria é colocada em um estojo que é vedado na pilha de placas e tem um ou mais pares de terminais positivos e negativos localizados no exterior da bateria, cada par conectado a um condutor de corrente ainda conectado a uma ou mais células como descrito na presente.

[003] Apesar das vantagens dos conjuntos de baterias bipolares, as desvantagens dos conjuntos de baterias bipolares evitaram que fossem comercializadas. Baterias bipolares durante operação geram significativas pressões internas devido à expansão e à contração dos materiais anódico e catódico, à evolução de gás durante o processo eletroquímico e ao calor gerado. Como as baterias bipolares são escaláveis, podem ser geradas maiores pressões nas células. Além disso, o calor envolvido pode exacerbar as pressões geradas e pode resultar em reações operacionais que podem gerar níveis de calor que danifiquem os materiais de construção das baterias e as tornar inoperantes. As pressões podem provocar a ruptura da vedação na célula eletroquímica; e tornar as células e a bateria inoperantes. O pedido de patente de propriedade comum denominado CONJUNTO DE BATERIA BIPOLAR, Shaffer II et al., Patente norte-americana 2010/0183920, incorporada à presente em sua totalidade, revela soluções para esses problemas por meio de melhores conjuntos de vedação de borda e projetos de placa bipolar.

[004] Existem ainda necessidades que devem ser solucionadas antes de as baterias bipolares poderem ser comercializadas e poder ser obtido o potencial total dessa tecnologia. Em particular, são necessários projetos de baterias bipolares que suportem o calor e as pressões geradas em operação de maneira aperfeiçoada. Os usuários presentes e futuros de baterias geralmente têm disponível espaço limitado de embalagem para as baterias e sendo necessárias baterias que possam ser adaptadas no espaço disponível de embalagem. A maioria dos sistemas que usam baterias também desejam baterias mais leves e baterias bipolares que exibam menores pesos. São desejados projetos de baterias bipolares que reduzam peças e complexidade, como peças especiais utilizadas para vedação das células elétricas e estojos separados. São necessários métodos para a montagem de baterias que sejam mais simples e utilizem técnicas conhecidas de fabricação e que alcancem as metas supramencionadas. São necessárias baterias que possam ser dimensionadas para se adaptarem às necessidades do usuário.

Sumário da invenção

[005] A presente invenção observa uma ou mais das necessidades acima, sendo um artigo que compreende: a) uma ou mais pilhas de placas de bateria compreendendo uma ou mais placas bipolares, compreendendo um substrato tendo um anodo em uma superfície e um catodo em uma superfície oposta, uma placa monopolar tendo um catodo depositado em uma superfície e uma placa monopolar tendo um anodo depositado em uma superfície, em que as placas são montadas de maneira que as superfícies das placas tendo um catodo depositado na superfície fique em frente à superfície de outra placa tendo um anodo depositado na superfície, e as placas monopolares sendo localizadas nas extremidades opostas de cada pilha de placas de bateria; b) localizado entre cada placa há um separador e um eletrólito líquido; que ainda compreende uma ou mais das seguintes características: 1) c) a uma ou mais pilhas de placas de bateria tendo a pluralidade de canais que passam transversalmente pela parte das placas tendo o catodo e/ou o anodo nela depositados; e d) i) uma ou mais vedações na periferia dos canais que evitam o vazamento do eletrólito líquido nos canais, e postes localizados em um ou mais dos canais tendo em cada extremidade uma parte superposta que cobre o canal e uma superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais e aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares em que a pressão é suficiente para suportar as pressões criadas durante a operação de montagem de células eletroquímicas criadas pelas pilhas de placas de bateria, ou ii) postes localizados em um ou mais canais tendo em cada extremidade uma parte que cobre o canal e uma superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais e que aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares em que a pressão é suficiente para suportar pressões criadas durante a montagem e a operação de células eletroquímicas criadas pelas pilhas de placas de bateria em que os postes são fabricados de um material que é capaz de suportar a exposição ao eletrólito e em que os postes evitam que o eletrólito entre nos canais; 2) c) uma membrana compreendendo um polímero termoplástico é colocada em toda a periferia da bordas das pilhas de placas de maneira a formar a vedação na periferia da borda das placas cuja vedação evita que o eletrólito flua para fora das pilhas de placas; 3) os separadores têm a forma de placas tendo aderidos em suas periferias, quadros em que os quadros são adaptados para serem colocados adjacentes à periferia dos substratos das placas de bateria; e 4) c) um canal integrado que se comunica com os furos de respiro em comunicação com as células eletroquímicas. Em algumas configurações, a membrana é formada por solda de uma placa de material termoplástico na borda das placas, preferencialmente por vibração ou solda por calor. Em algumas configurações, a membrana é formada por sua moldagem nas placas, preferencialmente moldagem de injeção.

[006] Em algumas configurações, a invenção é um artigo compreendendo: a) uma ou mais pilhas de placas de bateria compreendendo uma ou mais placas bipolares que compreendem um substrato com a forma de uma placa tendo um anodo em uma superfície da placa e um catodo em uma superfície oposta, uma placa monopolar tendo um catodo depositado em uma superfície e uma placa monopolar tendo um anodo depositado em uma superfície, em que as placas bipolares são dispostas de maneira que as superfícies das placas bipolares tendo um catodo depositado na superfície fique em frente à superfície de outra placa tendo um anodo depositado na superfície e de maneira que as superfícies das placas bipolares tendo um anodo depositado fique em frente à superfície de outra placa tendo um catodo nela depositado, e as placas monopolares sendo localizadas nas extremidades opostas de cada pilha de placas de bateria; b) localizado entre cada placa há um separador opcional que é permeável a um eletrólito líquido, capaz de passar íons pelo separador e evitar curtos-circuitos elétricos entre os anodos e os catodos; c) a uma ou mais pilhas de placas de bateria tendo a pluralidade de canais que passam transversalmente pela parte das placas tendo o catodo e/ou o anodo nela depositados; d) i) uma ou mais vedações na periferia dos canais que evitam o vazamento do líquido nos canais, e postes localizados em cada canal, cada um tendo em cada extremidade uma parte superposta que cobre o canal e uma superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais nas placas monopolares e aplicando pressão na superfície de vedação das placas monopolares em que a pressão é suficiente para suportar as pressões criadas durante a montagem e a operação das células criadas pelas pilhas de placas de bateria, ou ii) postes localizados em cada canal, cada poste tendo em cada extremidade uma parte que cobre o canal e uma superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais nas placas monopolares e que aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares, em que a pressão é suficiente para suportar as pressões criadas durante a montagem e a operação das células criadas pelas pilhas de placas de bateria, em que os postes são fabricados de um material que é capaz de suportar exposição ao eletrólito e os postes evitam que o eletrólito entre nos canais; e) disposto entre cada par de placas de bateria há um eletrólito líquido; e, em que as bordas das placas são vedadas para evitar que o eletrólito flua para fora da pilha de placas. O artigo pode ainda compreender uma ou mais vedações na periferia dos canais transversais e as vedações compreendem membranas dispostas nas superfícies interiores dos canais. As vedações podem ser formadas por buchas localizadas entre os furos nas placas ao longo dos canais transversais. Os artigos podem preferencialmente compreender vedações na periferia dos canais transversais e os postes compreendem qualquer material que tenha suficiente integridade estrutural para reter a parte superposta no lugar, de maneira a aplicar pressão na superfície de vedação das placas monopolares. A superfície de vedação é a parte das placas em contato com a parte superposta dos postes. Em um aspecto da invenção, as placas bipolares compreendem um substrato polimérico tendo uma pluralidade de aberturas passantes no substrato, cada abertura estando em comunicação com ambas as faces do substrato, em que uma ou mais dessas aberturas são preenchidas com um material condutor que está em contato com ambas as faces dos substratos.

[007] Em outro aspecto, a invenção é um artigo compreendendo: a) uma ou mais pilhas de placas de bateria compreendendo uma ou mais placas bipolares compreendendo um substrato com a forma de uma placa tendo um anodo em uma superfície da placa e um catodo em uma superfície oposta, uma placa monopolar tendo um catodo depositado em uma superfície e uma placa monopolar tendo um anodo depositado em uma superfície, em que as placas bipolares são dispostas de maneira que as superfícies das placas bipolares tendo um catodo depositado na superfície fique em frente à superfície de outra placa tendo um anodo depositado na superfície e de maneira que as superfícies das placas bipolares tendo um anodo depositado na superfície fique em frente a outra placa tendo um catodo nela depositado, e as placas monopolares sendo localizadas nas extremidades opostas de cada pilha de placas de bateria; b) localizado entre cada placa há um separador que é permeável a um eletrólito líquido, capaz de passar íons pelo separador e evitar o curto-circuito elétrico entre os anodos e catodos; c) uma membrana compreendendo um polímero termoplástico é colocada em toda a periferia das bordas das pilhas de placas, de maneira a formar uma vedação na periferia da borda das placas, cuja vedação evita que o eletrólito flua para fora das pilhas de placas; e d) disposto entre cada par de placas de bateria há um eletrólito líquido. Em uma configuração preferida, a membrana é fundida nas bordas de todas as placas, de maneira a formar uma vedação na periferia das placas. Em outro aspecto da invenção, a borda de ataque e a borda de fuga da membrana são fundidas entre si, para que a membrana forme uma vedação na periferia de uma ou mais pilhas de placas, de maneira que os eletrólitos não passem do interior da pilha para fora da membrana. Em outra configuração, a membrana é moldada nas pilhas de placas de bateria, preferencialmente a moldagem sendo feita por moldagem de injeção.

[008] Em algumas configurações, a invenção é um artigo compreendendo: um separador com a forma de uma placa tendo aderido à sua periferia um quadro em que o quadro é adaptado para ser colocado adjacente à periferia das placas do substrato de placas de bateria. Em algumas configurações, a invenção é um artigo compreendendo: a) uma ou mais pilhas de placas de bateria compreendendo uma ou mais placas bipolares compreendendo um substrato com a forma de uma placa tendo um anodo em uma superfície da placa e um catodo em uma superfície oposta, uma placa monopolar tendo um catodo depositado em uma superfície e uma placa monopolar tendo um anodo depositado em uma superfície, em que as placas são montadas de maneira que as superfícies das placas tendo um catodo depositado na superfície fique em frente à superfície de outra placa tenha um anodo depositado na superfície, e as placas monopolares sendo localizadas nas extremidades opostas de cada pilha de placas de bateria; e b) um ou mais separadores com a forma de uma placa tenham aderido à sua periferia um quadro em que o quadro é adaptado para ser colocado adjacente à periferia das placas do substrato das placas de bateria. Os artigos da invenção podem ainda compreender uma ou mais válvulas, como uma válvula de não retorno, adaptadas para liberar a pressão nas pilhas vedadas de placas bipolares quando a pressão atingir um nível de pressão que seja próximo, mas abaixo de uma pressão em que possam ocorrer danos ao artigo.

[009] Os artigos da invenção são úteis como baterias para armazenar eletricidade e gerar eletricidade para uso em vários ambientes. Os artigos da invenção são projetados para lidar com as pressões e o calor gerado durante a operação sem danos indevidos à superfície externa do artigo como também ao eletrólito líquido que estiver contido no artigo. Os artigos da invenção podem ser montados usando materiais e processos convencionais. Os artigos da invenção são capazes de obter as vantagens mencionadas sem os requisitos de estruturas complexas de vedação. Os artigos da invenção podem ser adaptados a diferentes espaços dimensionados para acomodar o espaço de embalagem do usuário. O projeto dos artigos da invenção permite o dimensionamento do tamanho para fornecer os vários tipos de energia necessários para o usuário. A montagem dos artigos da invenção é mais eficiente que a montagem dos artigos conhecidos na técnica. O artigo da invenção pode suportar pressões de até cerca de 68,94 kPa (10 psi), preferencialmente até cerca de 344,74 kPa (50 psi) e mais preferencialmente até cerca de 689,48 kPa (100 psi) nas placas de extremidade da estrutura sem as danificar.

Descrição dos desenhos

[0010] A Figura 1 é uma vista lateral de um conjunto da invenção;

[0011] A Figura 2 é uma vista lateral de um conjunto da invenção tendo uma placa de extremidade sobre um parafuso em um canal transversal;

[0012] A Figura 3 é uma vista lateral de um conjunto com uma membrana colocada na pilha de placas bipolares;

[0013] A Figura 4 mostra um conjunto da invenção com um coletor e uma válvula de não retorno;

[0014] A Figura 5 ilustra uma placa separadora da invenção;

[0015] A Figura 6 ilustra outra configuração de um conjunto da invenção em que postes são moldados por injeção nos canais transversais;

[0016] As Figuras 7 e 8 ilustram pilhas de placas de bateria e placas separadoras;

[0017] A Figura 9 mostra outra configuração de um conjunto da invenção;

[0018] A Figura 10 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 9 por um par de canais transversais ao longo do plano A-A;

[0019] A Figura 11 mostra uma vista parcial em corte da extremidade de uma pilha mostrando os furos de respiro ao longo da linha B-B;

[0020] A Figura 12 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 9 pelos furos de respiro até as células eletroquímicas ao longo do plano C-C;

[0021] A Figura 13 mostra outra configuração de um conjunto da invenção com uma válvula na placa de extremidade do conjunto;

[0022] A Figura 14 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 13 por um canal integrado em comunicação com os furos de respiro para as células eletroquímicas ao longo do plano EE; e

[0023] A Figura 15 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 13 por um canal integrado em comunicação com os furos de respiro para as células eletroquímicas ao longo do plano DD.

Descrição detalhada

[0024] As ilustrações e explicações ora apresentadas pretendem ensinar aos demais técnicos no assunto a invenção, seus princípios e sua aplicação prática. Os técnicos no assunto podem adaptar e aplicar a invenção em suas várias formas, como possa ser melhor adequado aos requisitos de um determinado uso. Assim, as configurações específicas da presente invenção como indicadas não pretendem ser exaustivas ou limitarem da invenção. O escopo da invenção deve ser determinado em referência às reivindicações anexas, junto com o escopo completo dos equivalentes para os quais essas reivindicações se destinam. As revelações de todos os artigos e referências, incluindo pedidos e publicações de patentes, são incorporadas por referência para todas as finalidades.

[0025] A invenção refere-se a um artigo útil como bateria, compreendendo uma ou mais pilhas de uma pluralidade de placas bipolares, duas placas monopolares localizadas em cada extremidade da pilha de placas bipolares, tendo um eletrólito líquido colocado entre as placas bipolares; em que o artigo ainda compreende uma ou mais das seguintes características: 1) c) a uma ou mais pilhas de placas de bateria tendo uma pluralidade de canais que passam transversalmente pela parte das placas tendo o catodo e/ou o anodo nela depositados; e d) i) uma ou mais vedações na periferia dos canais que evitam o vazamento do eletrólito líquido nos canais, e postes localizados em um ou mais dos canais, tendo em cada extremidade uma parte superposta que cobre o canal e a superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais e aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares em que a pressão é suficiente para suportar pressões criadas durante a montagem e a operação de células eletroquímicas criadas pelas pilhas de placas de bateria, ou ii) postes localizados em um ou mais canais tendo em cada extremidade uma parte que cobre o canal e uma superfície de vedação no exterior das placas monopolares adjacentes aos furos para os canais transversais e aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares, em que a pressão é suficiente para suportar pressões criadas durante a montagem e a operação das células eletroquímicas criadas pelas pilhas de placas de bateria, em que os postes são fabricados de um material que é capaz de suportar a exposição ao eletrólito e os postes evitam que o eletrólito entre nos canais; 2) c) uma membrana compreendendo um polímero termoplástico é colocada em toda a periferia das bordas das pilhas de placas de maneira a formar uma vedação na periferia da borda das placas, vedação que evita que o eletrólito flua para fora das pilhas de placas; 3) os separadores são sob a forma de placas tendo quadros aderidos em sua periferia, em que os quadros são adaptados para serem colocados adjacentes à periferia das placas do substrato de placas de bateria; e 4) c) uma válvula integrada e um canal integrado em comunicação com a válvula. Em algumas configurações, a membrana é formada por soldagem a quente de uma placa de material termoplástico na borda das placas. Em algumas configurações, a membrana é formada por moldagem de injeção nas placas. Os canais transversais podem ainda compreender vedações para evitar que o eletrólito líquido entre nos canais ou os postes possam ser escolhidos de maneira a também vedarem os canais para evitar que o eletrólito entre nos canais. A invenção se refere a um artigo útil como bateria, compreendendo uma pluralidade de placas bipolares tendo um eletrólito líquido colocado entre as placas bipolares e uma membrana compreendendo um polímero termoplástico que é colocada em toda a periferia da bordas das pilhas de placas, de maneira a formar uma vedação na periferia das pilhas de placas, vedação que evita que o eletrólito flua para fora das pilhas de placas. A membrana pode ser aplicada usando técnicas convencionais como a soldagem de uma membrana na borda da pilha de placas ou a moldagem da membrana nas pilhas de placas. A invenção compreende os processos descritos na presente para a preparação dos artigos ora revelados.

[0026] Os artigos e processos da invenção podem ainda compreender um ou mais das características listadas abaixo em uma combinação, incluindo as preferências e configurações alternativas reveladas neste pedido: os substratos das placas monopolares e bipolares compreendem um polímero termoplástico; uma membrana compreendendo um polímero termoplástico é colocada em toda a periferia das pilhas de placas de maneira a formar uma vedação nas bordas das placas, vedação que evita que o eletrólito flua para fora das pilhas de placas; uma membrana é fundida nas bordas de todas as placas, de maneira a formar uma vedação na periferia das placas; uma membrana é moldada na pilha de placas; uma membrana é moldada por injeção nas pilhas de placas; a borda de ataque e a borda de fuga da membrana são fundidas entre si, para que a membrana forme uma vedação na periferia de uma ou mais pilhas de placas, de maneira que os eletrólitos não passem do interior da pilha para fora da membrana; o artigo compreende vedações na periferia dos canais transversais e as vedações compreendem uma ou mais membranas; o artigo compreende vedações na periferia dos canais transversais e as vedações são formadas por buchas localizadas entre os furos nas placas ao longo dos canais transversais; o artigo compreende vedações na periferia dos canais transversais e os postes compreendem qualquer material que tenha suficiente integridade estrutural para reter as partes superpostas no lugar, de maneira a aplicar pressão nas superfícies de vedação das placas monopolares; o artigo compreende vedações na periferia dos canais transversais e os postes compreendem qualquer metal que tenha suficiente integridade estrutural para reter as partes superpostas no lugar, de maneira a aplicar pressão às superfícies de vedação das placas monopolares; o artigo não compreende vedações na periferia dos canais transversais e os postes compreendem um material que mantém sua integridade estrutural quando exposto ao eletrólito, sendo não condutivo e que veda os canais transversais para evitar que o eletrólito entre nos canais; os postes compreendem uma cerâmica ou polímero que exibe uma transição para o vidro ou temperatura de fusão acima da temperatura de operação das células eletroquímicas formadas pelas pilhas de placas; os postes compreendem o rosqueamento no exterior dos postes, os canais são roscados para receberem os postes e os postes se adaptam nas roscas dos canais; a parte superposta é formada por porcas e as cabeças de parafusos na extremidade dos postes; os postes, incluindo a parte superposta, compreendem um ou mais polímeros termoplásticos e são formados por moldagem, como por moldagem de injeção; as buchas se localizam adjacentes a cada furo em cada placa de bateria de maneira que cada canal transversal seja vedado na pilha; as placas bipolares compreendem substratos poliméricos tendo uma pluralidade de aberturas passantes nos substratos, de maneira que cada abertura esteja em comunicação com ambas as faces do substrato, em que uma ou mais das aberturas são preenchidas com um material condutor que está em contato com ambas as faces dos substratos; o artigo ainda compreende uma válvula de não retorno adaptada para liberar a pressão na pilha vedada de placas bipolares quando a pressão atinge um nível de pressão predeterminado que esteja abaixo de uma pressão em que possam ocorrer danos ao artigo; os postes são moldados por injeção nos canais transversais; os substratos compreendem um polímero termoestável com uma fita de polímero termoplástico fixada na periferia dos substratos; em que a uma ou mais pilhas de placas de bateria tem e) um ou mais canais que passam transversalmente pela parte das placas tendo pastas de catodos e/ou anodos nela depositadas; e f) i) vedações na periferia dos canais que evitam o vazamento do líquido nos canais, e postes localizados em cada canal, cada um tendo em cada extremidade uma parte superposta que cobre o canal e as superfícies de vedação do exterior das placas monopolares que são adjacentes aos furos que passam transversalmente pelas placas e aplica pressão na superfície exterior das placas monopolares, em que a pressão é suficiente para suportar as pressões criadas durante a montagem e a operação das células criadas pelas pilhas de placas de bateria, ou ii) postes localizados em cada canal, cada um tendo em cada extremidade uma parte que cobre o canal e aplica pressão na superfície de vedação das placas monopolares que são adjacentes aos furos que passam transversalmente pelas placas, em que a pressão é suficiente para suportar as pressões criadas durante a montagem e a operação das células criadas pelas pilhas de placas de bateria, em que os postes são fabricados de um material que é capaz de suportar a exposição ao eletrólito e evita que o eletrólito entre nos canais; as vedações na periferia dos canais são formadas por moldagem de injeção; o separador tem uma superfície elevada em sua periferia adaptada para ser montada adjacente aos substratos das placas de bateria; o separador tem um ou mais furos passantes, em que os furos contêm insertos neles localizados, em que os insertos são adaptados para combinarem com os insertos nos furos das placas de bateria para formarem um canal na pilha de placas separadoras e de placas de bateria; os quadros dos separadores e os insertos são moldados nos separadores; os quadros dos separadores e os insertos são moldados por injeção; em que os quadros dos separadores e os insertos são moldados por injeção em uma peça; os substratos das placas de bateria têm superfícies levantadas em suas periferias adaptadas para serem montadas adjacente aos quadros aderidos aos separadores; em que as superfícies elevadas dos substratos e do quadro nos separadores são colocadas adjacentes entre si, de maneira que a periferia seja vedada contra um fluido que passe para dentro ou que saia do artigo; em que as placas de bateria e separadores tenham um ou mais furos passantes em que os furos se alinhem para formar um ou mais canais na pilha de placas de bateria e separadores; em que os furos nas placas de bateria e os separadores tenham insertos neles dispostos que formem um ou mais canais de vedação nas pilhas de placas de bateria e separadores; os insertos nas placas de bateria e nos separadores são formados por moldagem; em que os insertos nas placas de bateria e nos separadores são formados por moldagem de injeção; os canais de preenchimento ou de respiro são integrados na bateria e nas placas separadoras; e as válvulas são integradas nos canais de preenchimento ou de respiro.

[0027] Os artigos da invenção compreendem uma ou mais placas de eletrodos bipolares, preferencialmente uma pluralidade de placas bipolares. Pluralidade, como usada na presente, significa a existência de mais de uma das placas. A placa bipolar compreende um substrato com a forma de uma placa tendo duas faces opostas. Nas faces opostas localizam-se um catodo e um anodo. Em algumas configurações da invenção, as placas bipolares são dispostas nos artigos em pilhas em que o catodo de uma placa bipolar faceia o anodo da outra placa bipolar ou uma placa monopolar tendo um anodo e o anodo de cada placa bipolar faceia o catodo de uma placa bipolar ou monopolar. No artigo é formado um espaço entre os anodos e os catodos adjacentes, em que o espaço contém um eletrólito que funciona com o par de anodos e catodos para formar uma célula eletroquímica. A construção dos artigos resulta em células fechadas que são vedadas contra o ambiente para evitar vazamentos e curtos-circuitos das células. O número das placas presentes pode ser escolhido para prover a desejada tensão da bateria. O projeto da bateria bipolar dá flexibilidade na tensão que pode ser produzida. As placas bipolares podem ter qualquer forma de seção transversal e a forma de seção transversal pode ser projetada para se adaptar ao espaço de embalagem disponível no ambiente de uso. A forma de seção transversal se refere à forma das placas na perspectiva das faces da placas. Formas e tamanhos flexíveis de seção transversal permitem a preparação dos artigos da invenção de maneira a acomodarem a tensão e as dimensões necessárias para o sistema em que as baterias são utilizadas. As placas monopolares são dispostas nas extremidades das pilhas de placas para formarem as células de extremidade da pilha de placas. As placas monopolares podem ser preparadas a partir dos mesmos substratos e anodos e catodos utilizados como placas bipolares. O lado da placa monopolar oposto ao anodo ou ao catodo pode ser o substrato nu quando outro estojo for utilizado ou quando possa conter uma cobertura útil para a proteção da pilha. Em algumas configurações, as placas monopolares, podem ter um ou mais terminais passantes na placa a partir da célula de extremidade para o exterior. O terminal combina com a polaridade do anodo ou do catodo da placa monopolar. O terminal funciona para transmitir os elétrons gerados nas células eletroquímicas para o sistema que usa os eletros gerados sob a forma de eletricidade.

[0028] O substrato funciona para dar suporte estrutural para o catodo e/ou o anodo; como uma partição de célula para evitar o fluxo do eletrólito entre células adjacentes; como cooperação com outros componentes da bateria para formar uma vedação contra eletrólitos nas bordas da placa bipolar, que pode ser na superfície externa da bateria; e em algumas configurações, para transmitir elétrons de uma superfície para outra. O substrato pode ser formado por uma variedade de materiais, dependendo da função da química da bateria. O substrato pode ser formado por materiais que sejam estruturalmente robustos o suficiente para prover o apoio de uma desejada placa de eletrodo bipolar, que suporte temperaturas que ultrapassem os pontos de fusão de qualquer dos materiais condutores utilizados na construção da bateria, e tendo alta estabilidade química durante o contato com um eletrólito (por exemplo, solução de ácido sulfúrico), de maneira que o substrato não se degrade no contato com o eletrólito. O substrato pode ser formado por materiais adequados e/ou configurado de forma a permitir a transmissão de eletricidade de uma superfície do substrato para uma superfície oposta do substrato. A placa do substrato pode ser formada por um material eletricamente condutor, por exemplo, um material metálico, ou pode ser formado por um material eletricamente não condutor. Os materiais eletricamente não condutores incluem polímeros; como polímeros termoestáveis, polímeros elastoméricos ou polímeros termoplásticos ou qualquer de suas combinações. Em algumas configurações, o substrato não condutor pode ter características eletricamente condutoras construídas em si ou sobre si. Os exemplos de materiais poliméricos que podem ser empregados incluem poliamida, poliéster, poliestireno, polietileno (incluindo polietileno tereftalato, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade), policarbonatos (PC) , polipropileno, cloreto de polivinila, plásticos biobaseados/biopolímeros (por exemplo, ácido polilático), silicone, acrilonitrila butadieno estireno (ABS), ou quaisquer de suas combinações, como PC/ABS (misturas de policarbonatos e acrilonitrila butadieno estirenos). Podem ser usados substratos compostos, o composto podendo conter materiais de reforço, como fibras ou cargas comumente conhecidas na técnica, dois diferentes materiais poliméricos, como um núcleo termoestável e um revestimento termoplástico ou borda termoplástica na periferia do polímero termoestável, ou material condutor disposto em um polímero não condutor. Na configuração preferida, o substrato compreende ou tem na borda das placas um material termoplástico que pode ser ligado, preferencialmente ligado por fusão. Em uma configuração, o substrato pode ter uma borda levantada na periferia, de maneira a facilitar o empilhamento das placas bipolares e a formação de células eletroquímicas. A borda levantada como utilizada neste contexto, significa borda levantada em pelo menos uma das duas superfícies opostas das placas. A borda levantada pode compreender uma parte de borda termoplástica formada sobre outro material substrato. A borda levantada pode funcionar como as placas separadoras descritas na presente. O substrato ou a periferia do substrato é preferencialmente compreendido por material não condutor, e preferencialmente por um material termoplástico. O quadro sobre ou integrado ao separador é preferencialmente compreendido por material não condutor, e preferencialmente por um material termoplástico. O uso de material não condutor amplia a vedação da parte externa da pilha da bateria.

[0029] Em algumas configurações, o substrato compreende um geralmente substrato não eletricamente condutor (por exemplo, um substrato dielétrico) que inclui uma ou mais aberturas nele formadas. As aberturas podem ser usinadas (por exemplo, furadas), formadas durante a fabricação do substrato (por exemplo, por uma operação de moldagem ou formação), ou fabricadas de outra forma. O tamanho e a frequência das aberturas formadas no substrato podem afetar a resistividade da bateria. As aberturas podem ser formadas tendo um diâmetro de pelo menos cerca de 0,2 mm. As aberturas podem ser formadas tendo um diâmetro de cerca de 5 mm ou menos. As aberturas podem ser formadas tendo um diâmetro de cerca de 1,4 mm a cerca de 1,8 mm. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade de pelo menos cerca de 0,02 aberturas por cm2. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade de menos de cerca de 4 aberturas por cm2. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade de cerca de 2,0 aberturas por cm2 a cerca de 2,8 aberturas por cm2. As aberturas podem ser preenchidas com um material eletricamente condutor, por exemplo, um material contendo um metal. O material eletricamente condutor pode ser um material que se submeta a uma transformação de fase em uma temperatura que esteja abaixo da temperatura de degradação térmica do substrato, de maneira que em uma temperatura de operação do conjunto da bateria que esteja abaixo da temperatura de transformação de fase, o substrato dielétrico tenha um caminho eletricamente condutor pela mistura do material entre a primeira superfície e a segunda superfície do substrato. Além disso, na temperatura que esteja acima da temperatura de transformação de fase, a mistura do material eletricamente condutor passa por uma transformação de fase que desabilita a condutividade elétrica por meio do caminho eletricamente condutor. Por exemplo, o material eletricamente condutor pode ser ou incluir um material de solda, por exemplo, um compreendendo pelo menos um ou uma mistura de dois ou mais de chumbo estanho, níquel, zinco, lítio, antimônio, cobre, bismuto, índio ou prata. O material eletricamente condutor pode estar substancialmente isento de chumbo (isto é, contém no máximo traços de chumbo) ou pode incluir chumbo em uma quantidade funcionalmente operacional. O material pode incluir uma mistura de chumbo e estanho. Por exemplo, pode incluir uma grande parte de estanho e uma pequena parte de chumbo (por exemplo, cerca de 55 a cerca de 65 partes em peso de estanho e cerca de 35 a cerca de 45 partes em peso de chumbo) . O material pode exibir uma a temperatura de fusão que esteja abaixo de cerca de 240 °C, 230 °C, 220 °C, 210 °C ou mesmo abaixo de cerca de 200 °C (por exemplo, na faixa de cerca de 180 a cerca de 190 °C) . O material pode incluir uma mistura eutética. Uma característica do uso da solda como material eletricamente condutor para o preenchimento das aberturas é que a solda tem uma temperatura de fusão definida que pode ser dimensionada, dependendo do tipo de aranha utilizada, para fundir em uma temperatura que possa não ser segura para a operação continuada da bateria. Quando a solda funde, a abertura do substrato que contém a solda fundida não é mais eletricamente condutora, sendo criado um circuito aberto no interior da placa do eletrodo. Um circuito aberto pode operar para aumentar dramaticamente a resistência no interior da bateria bipolar, parando assim os novos fluxos elétricos e desligando as reações não seguras dentro da bateria. Assim, o tipo de material eletricamente condutor selecionado que preenche as aberturas pode variar, caso seja desejado incluir esse mecanismo de desligamento interno dentro da bateria, e sendo assim, em que temperatura é desejado efetuar esse desligamento interno. O substrato será configurado de maneira que na eventualidade de condições de operação que ultrapassarem uma condição predeterminada, o substrato funcionará para desabilitar a operação da bateria, interrompendo a condutividade elétrica no substrato. Por exemplo, o material eletricamente condutor que preenche os furos em um substrato dielétrico passa por uma transformação de fase (por exemplo, fundirá) de maneira que a condutividade elétrica no substrato seja interrompida. A extensão da interrupção pode ser para parcialmente ou mesmo totalmente desabilitar a função de condução de eletricidade no substrato.

[0030] Dispostos em uma superfície das placas bipolares e em algumas das placas monopolares há um ou mais catodos. O catodo ser de qualquer material que seja capaz de operar como um catodo em uma bateria e possa ter qualquer forma comumente usada nas baterias. O catodo é também denominado de material ativo positivo. O material ativo positivo pode compreender um óxido composto, um sulfato composto ou um fosfato composto de lítio, chumbo, carbono ou um metal de transição geralmente utilizado em um íon de lítio, níquel hidreto metálico ou bateria secundária de ácido-chumbo. Os exemplos dos óxidos compostos incluem óxido composto Li/Co como o óxido composto LiCoO2, Li/Ni, óxido composto LiNiO2, Li/Mn como o espinel LiMn2 O4, e os materiais compostos baseados em Li/Fe como o LiFeO2. Compostos exemplares de fosfato e enxofre de metal de transição e lítio incluem LiFePO4, V2O5, MnO2, TiS2, MoS2. MoO3, PbO2, AgO, NiOOH e similares. O material catodo pode ter qualquer forma que permita ao material catodo funcionar como um catodo em uma célula eletroquímica. As formas exemplares incluem partes formadas, em forma de pasta, placa ou filme pré-fabricado. Para baterias de chumbo-ácido, o material preferido dos catodos é o dióxido de chumbo (PbO2) . Colocado em uma superfície oposta das placas bipolares e da outra placa monopolar estão os anodos. Os anodos também são denominados de material ativo negativo. Qualquer anodo e material de anodo podem ser usados nos conjuntos da invenção. O material do anodo pode incluir qualquer material utilizado em baterias secundárias, incluindo baterias de chumbo-ácido, hidretos metálicos de níquel e de íons de lítio. Os materiais exemplares úteis para a construção dos anodos incluem chumbo, óxidos compostos de carbono ou lítio ou metal de transição, (como óxido composto de titânio ou de titânio e lítio) e similares. Um material preferido de anodo para chumbo-ácido é o chumbo esponja. O material do catodo pode ter qualquer forma que permita ao material do catodo funcionar como um catodo em uma célula eletroquímica. As formas exemplares incluem partes formadas, em forma de pasta, placas ou filmes pré-fabricados. As composições de pasta podem conter alguns aditivos benéficos, incluindo flocos ou fibras de vidro para reforço, vários compostos ligano-orgânicos para a estabilidade da pasta e aditivos condutores como o carbono, particularmente para os materiais ativos negativos. Para as baterias de chumbo-ácido, a forma preferida do material do anodo é o chumbo esponja. O anodo e o catodo são escolhidos para funcionarem juntos como uma célula eletroquímica quando o circuito formado incluir células.

[0031] Os conjuntos da invenção ainda compreendem separadores. Os separadores localizam-se entre o anodo e o catodo nas células eletroquímicas, mais especificamente os separadores localizam-se entre as placas bipolares ou entre a placa bipolar e uma placa monopolar. Os separadores preferencialmente têm uma área que é maior que a área do catodo e do anodo adjacentes. Preferencialmente, o separador separa completamente a parte do catodo da célula da parte do anodo da célula. As bordas do separador preferencialmente contatam as bordas periféricas das placas bipolares e monopolares que não tenham um anodo ou catodo nelas dispostos, de maneira a separar completamente a parte do anodo da célula da parte do catodo da célula. Um separador de bateria funciona para dividir as células eletroquímicas; para evitar os curtos-circuitos das células devido à formação de dendritos; funciona para permitir que o eletrólito líquido, os íons, os elétrons ou qualquer combinação desses elementos passe através. Qualquer separador conhecido de bateria que realize uma ou mais das funções mencionadas pode ser usado nos conjuntos da invenção. Preferencialmente, o separador é preparado a partir de um material não condutor, como filmes poliméricos porosos, mantas de vidro, borrachas porosas, géis ionicamente condutores ou materiais naturais, como madeira e similares. Preferencialmente, o separador contém poros ou caminhos tortuosos através do separador que permitem que os eletrólitos, íons, elétrons ou uma combinação desses passem pelo separador. Entre os materiais mais preferidos úteis como separadores estão as mantas de vidro absorvente, e membranas de poliolefinas porosas com peso molecular ultra-alto e similares.

[0032] Em algumas configurações, os artigos da invenção ainda compreendem placas ou folhas metálicas. As placas ou folhas metálicas funcionam para dispersar os elétrons que fluem na célula eletroquímica de maneira a garantir a conexão elétrica do material ativo com o substrato, e em algumas configurações, funcionarem como coletores de corrente. Em algumas configurações, as baterias contêm condutores de corrente que transmitem os elétrons para os terminais positivos da bateria, e nessas configurações as placas ou folhas metálicas conduzem os elétrons para o condutor de corrente. As placas ou folhas metálicas podem ser preparadas a partir de qualquer metal condutor, sendo os preferidos metais condutores a prata, o estanho, o cobre e o chumbo. A seleção do metal é influenciada pelos materiais do anodo e do catodo. Em uma bateria chumbo-ácido, são preferidas as placas ou as folhas de chumbo. As folhas ou placas metálicas estão preferencialmente localizadas entre o anodo ou catodo e o substrato. As placas ou folhas metálicas podem ser fixadas ao substrato. Qualquer método para a fixação da placa ou da folha metálica ao substrato que retenha a folha ou placa metálica ao substrato no ambiente das células pode ser utilizado, como solda ou ligação adesiva. Preferencialmente as placas ou folhas metálicas são ligadas de forma adesiva ao substrato. Os adesivos preferidos e úteis para essa ligação incluem os epóxis, cimentos de borracha, resinas fenólicas, compostos de borracha nitrílica ou colas de cianoacrilato. Preferencialmente as placas ou folhas metálicas localizam-se entre toda a superfície do anodo ou do catodo e o substrato. As folhas e placas metálicas podem cobrir toda a superfície dos substratos. Na configuração em que o anodo ou catodo está sob a forma de pasta, a pasta é aplicada à folha ou a placa metálica. A folha ou placa metálica pode ter contator com um ou mais condutores de corrente para transmitir os elétrons aos condutores de corrente. As folhas e as placas metálicas são escolhidas tendo suficiente espessura para dispersar os elétrons que fluem pelas células e, onde adequado, para coletar elétrons e transmiti-los para os condutores de corrente na célula. Preferencialmente, as placas ou folhas metálicas têm uma espessura de cerca de 0,75 mm ou menos, mais preferencialmente cerca de 0,2 mm ou menos e mais preferencialmente cerca de 0,1 mm ou menos. Preferencialmente, as placas ou folhas metálicas têm espessura de cerca de 0,025 mm ou mais, mais preferencialmente cerca de 0,050 mm ou mais e mais preferencialmente cerca de 0,075 mm ou mais.

[0033] A pilha de componentes no conjunto da invenção pode conter canais transversais que passam pelos componentes e a área formada para as células eletroquímicas, células que também contêm um eletrólito líquido. A pilha inclui placas bipolares, placas monopolares, separadores, anodos, catodos, opcionalmente placas metálicas e todos os demais componentes da pilha que possam ser utilizados. Os canais transversais funcionam para abrigar os postes e alguns dos canais podem ser deixados não preenchidos, de maneira a funcionarem como canais de resfriamento transverso ou canais de respiro/preenchimento. Em algumas configurações da invenção, os canais passam pelo anodo, catodo e a célula que contém o eletrólito. Os canais são vedados para evitar os eletrólitos e gases que saem durante a operação entre nos canais. Qualquer método de vedação que consiga este objetivo pode ser utilizado. O tamanho e a forma dos canais podem ter qualquer tamanho ou forma que os permita abrigar os postes e os postes para suportar a placa de extremidade e as bordas dos substratos e evitar o vazamento dos eletrólitos e gases que saem durante a operação e evitar as forças de compressão que surgem durante a operação dos componentes danificados e a vedação para as células eletroquímicas individuais. A forma pode preferencialmente ser redonda, elíptica ou poligonal, como quadrada, retangular, hexagonal e similares. O tamanho dos canais é escolhido para acomodar os postes utilizados. Os canais como uma material prática, compreendem uma série de furos nos componentes dispostos, de maneira que um poste pode ser colocado no canal formado ou de maneira que um fluido possa ser transmitido pelo canal para resfriamento. O número de canais é escolhido para suportar a placa de extremidade e as bordas dos substratos e evitar o vazamento dos eletrólitos e gases que saem durante a operação e para evitar as forças de compressão que surgem da operação contra os componentes de danificação e a vedação para as células eletroquímicas individuais. Preferencialmente, a pluralidade de canais está presente de maneira a difundir as forças de compressão geradas durante a operação. O número e o projeto dos canais são suficientes para minimizar as forças de estresse de borda que ultrapassam a resistência de fadiga das vedações. Os locais dos canais são escolhidos de maneira a dispersar as forças de compressão geradas durante a operação. É preferível dispersar os canais de alguma forma similar na pilha para melhor administrar os esforços. Preferencialmente os canais têm dimensão de seção transversal de cerca de 2 mm ou maior, mais preferencialmente cerca de 4 mm ou maior e mais preferencialmente cerca de 6 mm ou maior. O limite superior da dimensão da seção transversal dos canais é o prático, se o tamanho for muito grande, a eficiência dos conjuntos é reduzida. Preferencialmente os canais têm uma dimensão da seção transversal de cerca de 12 min ou menos e mais preferencialmente cerca de 10 mm ou menos.

[0034] Localizados em pelo menos alguns dos canais existem postes que realizam uma ou mais das seguintes funções: manter unida a pilha de componentes de maneira que os danos aos componentes ou o rompimento da vedação entre as bordas dos componentes da pilha seja evitado, garantir a compressão uniforme no material do separador, e garantir a espessura uniforme do material do separador. Preferencialmente os postes têm em cada extremidade uma parte superposta que se acopla à superfície externa das placas monopolares de extremidade. Esta parte superposta opera para aplicar pressão na superfície externa das placas monopolares de extremidade de maneira a evitar danos aos componentes ou o rompimento da vedação entre as bordas dos componentes da pilha, e evitar o abaulamento ou outros deslocamentos da pilha durante a operação da bateria. A parte superposta está em contato com uma superfície de vedação, a parte da placa de extremidade em contato com a parte superposta. Em algumas configurações, a pilha pode ter uma peça de extremidade separada estrutural ou de proteção na placa monopolar de extremidade e a parte superposta estará em contato com a superfície externa da peça de extremidade estrutural ou de proteção. A parte superposta pode ser qualquer estrutura que em conjunto com o poste evite danos aos componentes ou o rompimento da vedação entre as bordas dos componentes da pilha. Partes superpostas exemplares incluem cabeças de parafusos, porcas, cabeças moldadas, cavilhas, pinos de ajuste, colares de eixos e similares. Os postes têm um comprimento para poderem passar por toda a pilha e esse comprimento varia com base na capacidade desejada da bateria. Os postes preferencialmente demonstram uma forma e tamanho de seção transversal para preencher o canal. O número de postes é escolhido para suportar a placa de extremidade e as bordas dos substratos para evitar o vazamento dos eletrólitos e dos gases que saem durante a operação e para evitar as forças de compressão que surgem a operação contra os componentes de danificação e a vedação para as células eletroquímicas individuais, e para minimizar as forças de estresse de borda que ultrapassam a resistência à fadiga das vedações. Preferencialmente, existe uma pluralidade de postes de maneira a dispersar as forças de compressão geradas durante a operação. Pode haver menos postes que canais onde um ou mais dos canais forem usados como canais de resfriamento ou canais para preenchimento de respiro. Os postes podem compreender qualquer material que realize as funções necessárias. Se o poste for usado para vedar os canais, então o material utilizado é selecionado para suportar as condições de operação das células, e não será corroído quando exposto ao eletrólito e pode suportar as temperaturas e pressões geradas durante a operação das células. Quando os postes realizam a função de vedação, os postes preferencialmente compreendem um material polimérico ou cerâmico que possa suportar as condições mencionadas. Nesta configuração, o material deve ser não condutor para evitar o curto-circuito das células. Preferencialmente, os postes compreendem um material termoplástico como descrito na presente. Os materiais termoplásticos preferidos são o ABS, o polipropileno, o poliéster, poliuretanos termoplásticos, poliolefinas, resinas termoplásticas compostas, policarbonatos e similares. O ABS é o mais preferido. Onde os canais forem vedados separadamente, os postes podem compreender qualquer material que tenha a integridade estrutural para realizar as funções desejadas. Podem ser utilizados os materiais poliméricos mencionados acima, cerâmicas e metais. Os metais adequados podem ser o aço, latão alumínio, cobre e similares. Os postes podem compreender postes moldados, postes roscados ou postes com um ou mais fixações de extremidade. Quando as peças forem roscadas, as peças estruturais da pilha são roscadas para receberem os postes roscados. Os postes podem ter um cabeçote em uma extremidade e uma porca, furo para uma cavilha ou contrapino na outra ou pode ter uma porca, furo para uma cavilha ou contrapino em ambas as extremidades. Este é geralmente o caso para postes não moldados. Os postes podem ser construídos dessa forma de maneira a ser um dispositivo de catraca de uma via que permita o encurtamento, mas não a ampliação. Esse poste seria colocado no lugar, e depois como a pilha é comprimida, o poste é encurtado, de maneira que mantenha a pressão na pilha. O poste nesta configuração pode ter entalhes que facilitem a catraca, de maneira a permitir que os postes funcionem como uma parte de uma estrutura de ligação rápida. Podem ser usadas porcas e/ou arruelas de encaixe com os postes, de maneira a comprimirem as placas que estiverem adjacentes quando no lugar. As porcas e/ou arruelas que seguirem uma direção nos postes e entalhes podem estar presentes para evitar que as porcas e/ou arruelas se movam em outra direção ao longo dos postes. Em uso, os furos nos postes terão as cavilhas, os contrapinos adequados e similares para realizarem a função mencionada. Se o poste for moldado, poderá ser moldado separadamente ou no lugar. Se moldado no lugar, no local, a vedação deve estar presente no canal para reter o plástico fundido no lugar. Pode ser usado um poste não condutor que é roscado e que pode prover a necessária vedação. Alternativamente, um poste polimérico pré-moldado não condutor pode ser projetado para formar um ajuste de interferência no canal de forma a vedar os canais. Os postes podem ser formados no lugar por moldagem, como por moldagem de injeção.

[0035] Quando montada a pilha de componentes, incluindo as placas monopolares e bipolares, formam células eletroquímicas vedadas. Localizado nas células vedadas há um eletrólito líquido. O eletrólito pode ser qualquer eletrólito líquido que facilite uma reação eletroquímica com o anodo e catodo utilizados. O eletrólito permite que os elétrons e íons fluam entre o anodo e catodo. Os eletrólitos podem ser baseados em água ou ter base orgânica. Os eletrólitos com base orgânica úteis na presente compreendem sais eletrólitos dissolvidos em um solvente orgânico. Nas baterias secundárias de íon de lítio, é necessário que o lítio esteja contido no sal eletrólito. Como sal eletrólito contendo lítio, por exemplo, podem ser usados LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsFe, LiSO3CF3 e LiN(CF3SO2)2. Esses sais eletrólitos podem ser utilizados individualmente ou em combinação de dois ou mais. O solvente orgânico deve ser compatível com o separador, catodo e anodo e o sal eletrólito. É preferível usar um solvente orgânico que não se decomponha, mesmo quando for aplicada alta tensão ao mesmo. Por exemplo, é preferível usar carbonatos como o carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PG), carbonato de butileno, dimetil carbonato (DMC), dietil carbonato e etil metil carbonato; éteres cíclicos como o tetrahidrofurano (THF) e 2- metiltetrahidrofurano; ésteres cíclicos como o 1,3-dioxolano e 4-metildioxolano; lactonas como a Y-butirolactona; sulfolano; 3-metilsulfolano; dimetoxietano, dietoxietano, etoximetoximetano e etildiglimo. Esses solventes podem ser utilizados individualmente ou em combinação de dois ou mais. A concentração do eletrólito no eletrólito líquido deve preferencialmente ser 0,3 a 5 mol/l. Normalmente, o eletrólito mostra a maior condutividade nas vizinhanças de 1 mol/l. O eletrólito líquido deve preferencialmente ter 30 a 70 por cento em peso e especialmente 40 a 60 por cento em peso do eletrólito. Os eletrólitos aquosos compreendem ácidos ou sais em água que ampliam o funcionamento da célula. Os sais e ácidos preferidos incluem o ácido sulfúrico, o sulfato de sódio ou os sais de potássio. O sal ou ácido está presente em quantidade suficiente para facilitar a operação da célula. Preferencialmente, a concentração é cerca de 0,5 por cento em peso do maior com base no peso do eletrólito, mais preferencialmente cerca de 1,0 ou maior e mais preferencialmente cerca de 1,5 por cento em peso ou maior. O eletrólito preferido em uma bateria chumbo- ácido é o ácido sulfúrico em água.

[0036] Os artigos da invenção podem compreender uma vedação entre os canais transversais e o poste. A vedação pode localizar-se no canal, no exterior do canal ou ambos. A vedação pode compreender qualquer material ou forma que evite que o eletrólito e os gases desenvolvidos durante a operação vazem das células eletroquímicas. A vedação pode ser uma membrana, luva ou uma série de insertos combinados ou bossas nas placas e/ou separadores ou inseridas no canal. A membrana pode ser elastomérica. O canal pode ser formado por uma série de insertos ou bossas, inseridos ou integrados nas placas e/ou separadores. Os insertos podem ser compressíveis ou capazes de se intertravarem para formarem uma vedação à prova de vazamento ao longo do canal. Os insertos podem ser formados no lugar nas placas de bateria e/ou separadores, como por moldagem no lugar. Preferencialmente os insertos são moldados no lugar por moldagem de injeção. A luva pode ser preparada com qualquer material que possa suportar a exposição ao eletrólito, as condições de operação das células eletroquímicas e forças exercidas pela inserção do poste ou pelo poste no canal. Os materiais poliméricos preferidos são aqueles descritos como úteis para os postes e os substratos. Em outra configuração, a vedação é formada por luvas ou buchas colocadas entre as placas monopolares e bipolares. As luvas podem ser relativamente rígidas e as buchas geralmente serão elastoméricas. As luvas e\ou buchas podem ser adaptadas para ajuste dentro de endentações nas placas monopolares e bipolares ou para terem extremidades que se insiram nos furos das placas, criando os canais transversais. As placas monopolares e bipolares podem ser formadas ou usinadas para conter endentações de combinação para as luvas e/ou as buchas. A montagem da pilha de placas com as luvas ou buchas pode criar ajustes de interferência para efetivamente vedar os canais. Alternativamente, as luvas ou buchas podem ser ligadas por fusão ou ligadas de forma adesiva às placas, de maneira a formarem uma vedação na união. Alternativamente, as luvas podem ser revestidas no interior com um revestimento que funciona para vedar o canal. Como acima mencionado, os postes podem funcionar para vedar os canais. É contemplado que uma combinação dessas soluções de vedação pode ser usada em um único canal ou em diferentes canais. Os componentes da pilha de placas, incluindo placas monopolares e placas bipolares, preferencialmente têm a mesma forma e bordas comuns. Isto facilita a vedação das bordas. Quando existirem separadores, estes geralmente têm uma estrutura similar à das placas de bateria para acomodarem a formação ou a criação dos canais transversais. Em outra configuração, a vedação pode ser um polímero termoestável, como um epóxi, poliuretano ou polímero acrílico injetado entre o parafuso e o canal transversal. A superfície de vedação da placa pode ser modificada para melhorar a vedação quando for aplicada a compressão pelos postes. A superfície de vedação pode ser alisada, contornada, tornada rugosa ou tratada superficialmente. Uma superfície alisada terá uma grande área de contator, com a qual é feita uma vedação estanque ao eletrólito sem os defeitos que permitem o fluxo do líquido. Contornos como anéis concêntricos, entalhes ou ondulações provocam áreas ou "anéis" de contato de alta pressão para resistir ao fluxo do eletrólito líquido. O entalhe pode ser preenchido com um material de gaxeta como uma placa plana deformável ou o-ring para facilitar a vedação do líquido. Superfícies de vedação rugosas de um material deformável podem comprimir e formar vedações confiáveis para o eletrólito líquido. O tratamento superficial da superfície de vedação para torna-la incompatível com o umedecimento do eletrólito líquido evitará que o eletrólito líquido flua para o canal. Se for usado um eletrólito hidrofílico, a superfície de vedação pode ser hidrofóbica. Da mesma forma, caso seja usado um eletrólito hidrofóbico, a superfície de vedação deve ser hidrofílica.

[0037] As bordas são vedadas para evitar o vazamento do eletrólito e dos gases produzidos nas células e isolar as células individuais para evitar o curto-circuito das células. As bordas podem ser vedadas usando qualquer método para a vedação de baterias. Em algumas configurações, as bordas do conjunto são vedadas usando os sistemas de vedação endo ou exoesqueleto revelados no pedido de patente de propriedade comum, Shaffer, II et. al., Conjunto de Bateria Bipolar, da patente norte-americana 23010/0183920 A1 incorporada à presente em sua totalidade por referência. O sistema de vedação revelado em Shaffer, II et al. contempla estruturas exclusivas para uma estrutura de bateria bipolar, como as estruturas acima descritas. As estruturas, caso provenientes dos métodos acima ou não, geralmente compreendem um primeiro quadro separador; um membro negativo de quadro de cola tendo uma ou mais bordas e uma estrutura de grade suporte que se prolonga entre a uma ou mais bordas negativas de quadro de cola; uma folha de coletor de corrente negativa; um substrato tendo uma pluralidade de aberturas nele formada; uma folha de coletor de corrente positiva; um membro de quadro de cola positiva tendo uma ou mais bordas e uma estrutura de grade suporte que se prolonga entre uma ou mais bordas de quadro de cola positiva e um segundo quadro separador. O primeiro quadro separador pode incluir uma ou mais bordas. O membro negativo de quadro de cola pode ter uma ou mais bordas de maneira que pelo menos uma borda do membro negativo de quadro de cola esteja em contato planar com pelo menos uma borda do quadro do separador. O substrato pode também ter uma ou mais bordas de maneira que pelo menos uma borda do substrato esteja em contato planar com pelo menos uma borda do membro negativo de quadro de cola. O membro de quadro de cola positiva pode ter uma ou mais bordas de maneira que pelo menos uma borda do membro de quadro de cola positiva está em contato planar com pelo menos uma borda do substrato. O segundo quadro separador pode ter uma ou mais bordas de maneira que pelo menos uma borda do quadro do separador esteja em contato planar com pelo menos uma borda do membro de quadro de cola positiva. O contato planar das bordas dos quadros dos separadores, os membros de quadros de cola positivas negativas e o substrato formam uma vedação externa na bateria de maneira que um eletrólito aí introduzido não vazará de dentro da bateria. As bordas dos membros do quadro de cola podem ainda incluir aberturas para receber pinos de alinhamento ou membros suporte localizados nas bordas dos quadros dos separadores. A localização dos pinos de alinhamento nas aberturas dos membros do quadro de cola pode ainda facilitar a formação da vedação externa. É também previsto que uma estrutura de quadro possa ser utilizada por um ou mais quadros separadores e um ou mais quadros de cola, em combinação com o substrato, que ficarão em contato planar com quadros adjacentes e/ou substratos de maneira que a estrutura interna da célula da bateria cria uma vedação externa que evita que qualquer líquido ou gás (ar) escape da bateria. As bordas dos membros do quadro de cola podem ainda incluir aberturas para receber pinos de alinhamento ou membros suporte localizados nas bordas dos quadros dos separadores. A localização dos pinos de alinhamento nas aberturas nos membros do quadro de cola pode ainda facilitar a formação da vedação externa. Assim, qualquer eletrólito introduzido na bateria será seguramente mantido sem riscos de vazamentos na bateria e subsequente falha da bateria. Além disso, não são necessárias placas de extremidade pesadas ou estruturas suporte externas para efetivamente vedar a bateria. Como acima mencionado, os membros do quadro de cola podem ainda incluir membros suporte (por exemplo, pinos) localizados entre as bordas dos membros do quadro de cola. O uso dos membros suporte é somente uma abordagem para resolver o problema do estresse compressivo e o resultante estresse indesejado de borda/superfície da bateria. Esses estresses podem conduzir a um vazamento indesejado da bateria como acima discutido. Esse uso dos pinos suporte dentro da bateria, e a resultante abordagem interna ora discutida podem, portanto ser denominadas como a construção de uma bateria bipolar tendo um endoesqueleto. Uma característica do uso de um endoesqueleto construído ou uma abordagem de construção (quando comparada ao uso de uma abordagem de construção de um exoesqueleto) para solucionar os efeitos indesejados do estresse compressivo dentro da bateria, é que não resulta em uma redução da densidade da energia volumétrica. Além disso, é uma abordagem leve, usando somente alguns pinos leves com muito pouca perda de material ativo. Além disso, a abordagem da construção do endoesqueleto que foi achada como reduzindo muito as chances do modo de falha da tradicional bateria bipolar pelo descascamento de borda. além disso, se desejado, é possível adicionar pinos ao perímetro ou borda dos membros do quadro para alinhar o membro do quadro de separação, permitindo assim que escorregue para cima e para baixo ou para frente e para trás durante a compressão. Se desejado, a bateria bipolar pode ser construída usando uma combinação de uma abordagem de construção de endoesqueleto e exoesqueleto. Por exemplo, a bateria bipolar pode ser construída usando pinos de suporte interno como acima descrito. Além disso, um quadro estrutura pode também ser colocado no lado terminal do monopolo. Essa construção de bateria exterior pode ser reforçada com uma cobertura externa como parte de uma caixa estética. As características combinadas de um endoesqueleto com um exoesqueleto nessa construção trabalham em conjunto para mais reduzir o estresse e o deslocamento máximo da borda. A bateria bipolar pode também ser substancialmente livre que qualquer estrutura de exoesqueleto. Em uma configuração, os substratos das placas de bateria podem ter a borda levantada na periferia dos substratos que funcionam como quadros de cola para a cavidade que contém o eletrólito, e o separador opcional, que a vedação conjunta e para vedar em uma membrana externa, quando utilizada.

[0038] Em outra configuração, as bordas da pilha das placas monopolares e bipolares podem ter a elas aderida uma membrana. A membrana pode ser colada à borda das placas por qualquer meio que vede as bordas da placa e isole as células eletroquímicas. Os métodos de uniões exemplares compreendem a ligação adesiva, ligação por fusão, solda por vibração, soldagem RF, soldagem por micro-ondas, entre outras. A membrana é uma placa de material polimérico cujo material pode vedar as bordas das placas monopolares e bipolares e pode suportar a exposição ao eletrólito e às condições que a bateria está exposta interna e externamente. Os mesmos materiais úteis para o substrato das placas bipolares podem ser usados para a membrana. Preferencialmente, a membrana é um polímero termoplástico que pode ser ligado por fusão, soldado por vibração ou moldado nos substratos das placas monopolares e bipolares. Preferencialmente, o mesmo polímero termoplástico pode ser utilizado para os substratos monopolares e bipolares e as membranas. Particularmente, os materiais preferidos são o polietileno, o polipropileno, ABS e poliéster, com o ABS sendo o mais preferido. As membranas podem ter o tamanho da lateral das pilhas às quais são ligadas e as membranas são ligadas a cada lado da pilha. Nesta configuração, as bordas das membranas adjacentes são preferencialmente vedadas. As bordas podem ser vedadas usando adesivos, ligação por fusão ou um processo de moldagem. As membranas podem compreender uma simples placa unitária que é envolvida em toda a periferia da pilha. A borda de ataque da membrana, a primeira borda em contato com a pilha, e a borda de fuga da pilha, final da placa de membrana aplicada, são preferencialmente ligadas entre si para completarem a vedação. Isso pode ser feito com o uso de um adesivo, por ligação por fusão ou um processo de moldagem. Na ligação por fusão, a superfície da membrana e/ou a borda da pilha são expostas a condições em que a superfície de uma ou de ambas se fundem e então a membrana e a borda da pilha são contatadas enquanto as superfícies são fundidas. A membrana e a borda da pilha se ligam enquanto a superfície congela, formando uma ligação capaz de vedar os componentes em conjunto. Na configuração preferida, a membrana é retirada de uma placa contínua do material da membrana e cortada no comprimento desejado. A largura da membrana preferencialmente combina com a altura das pilhas das placas monopolares e bipolares. A membrana tem suficiente espessura para vedar as bordas da pilha das placas monopolares e bipolares para isolar as células. Na configuração preferida, a membrana também funciona como uma proteção que circunda as bordas da pilha. Preferencialmente a membrana tem uma espessura de cerca de 1 mm ou maior, mais preferencialmente 1,6 mm ou maior e mais preferencialmente 2 mm ou maior. Preferencialmente a membrana tem uma espessura de cerca de 5 mm ou menos, mais preferencialmente 4 mm ou menos e mais preferencialmente 2,5 mm ou menos. Na configuração em que a membrana é ligada a uma borda da pilha, pode ser usado qualquer adesivo que possa suportar a exposição ao eletrólito e as condições de operação da célula. Entre os adesivos preferidos estão os cimentos plásticos, os epóxis, as colas cianoacrilato ou resinas acrílicas. Alternativamente, a membrana pode ser formada pela moldagem de um material termoplástico ou termoestável em uma parte ou em toda a pilha de placas de bateria. Qualquer método de moldagem conhecido pode ser utilizado, incluindo a termoformação, moldagem de injeção por reação, moldagem de injeção, rotomoldagem, moldagem a sopro, moldagem por compressão e similares. Preferencialmente, a membrana é formada pela moldagem de injeção da membrana em uma parte ou em toda a pilha de placas de bateria. Quando a membrana é formada em uma parte da pilha das placas, é preferível que a membrana seja formada nas bordas das placas de bateria ou das placas de bateria e o separador.

[0039] A pilha vedada pode ser colocada em um estojo para proteger a bateria formada. Alternativamente, a membrana em conjunto com uma cobertura de proteção nas placas monopolares na extremidade da pilha pode ser usada como estojo para a bateria. As placas monopolares podem ter uma cobertura de proteção adequada fixa ou ligada a uma superfície oposta ao anodo ou catodo. A cobertura pode ser do mesmo material que a membrana ou um material que possa ser ligado por adesão ou ligado por fusão a uma membrana e possa ter uma espessura dentro da faixa mencionada para as membranas. Se fixada à extremidade das placas, a cobertura pode ser fixada com qualquer fixação mecânica, incluindo os postes tendo partes superpostas. O estojo pode ser formado pela moldagem de uma membrana nas pilhas de placas de bateria e/ou nos lados opostos das placas monopolares.

[0040] Em algumas configurações, os separadores têm quadros integrados. Os quadros funcionam para se combinar com as bordas das placas adjacentes de baterias e para formar uma vedação entre as células eletroquímicas e o exterior da bateria. O quadro pode ser fixado ao separador na periferia da placa formando o separador, usando qualquer meio que ligue o separador ao quadro e que possa suportar a exposição à solução do eletrólito, por exemplo, por ligação adesiva, ligação por fusão ou moldagem do quadro na periferia do separador. O quadro pode ser moldado no lugar por qualquer técnica de moldagem, por exemplo, termoformação, moldagem de injeção, rotomoldagem, moldagem a sopro, moldagem por compressão e similares. Preferencialmente, o quadro é formado na placa do separador por moldagem de injeção. O quadro pode conter a borda levantada adaptada para combinar com as bordas levantadas dispostas na periferia dos substratos das placas de bateria. As bordas levantadas em um ou ambos os substratos da placa da bateria e os quadros dos separadores, podem ser combinados para formarem uma borda comum para a pilha da bateria para melhorar a vedação entre as células eletroquímicas e o exterior da bateria. Como discutido acima, o separadores podem ter insertos integrados no separador, em que os insertos funcionam para definir os canais transversais na pilha. Os insertos podem ser formados por qualquer meio conhecido e são preferencialmente moldados no lugar, preferencialmente por moldagem de injeção. Quando um separador tiver ambos os insertos e um quadro, ambas as peças podem ser moldadas em uma etapa, por exemplo, por moldagem de injeção.

[0041] Os conjuntos da invenção podem ainda compreender um ou mais condutos adaptados para transmitirem os elétrons das placas ou folhas metálicas, geralmente denominadas de coletores de corrente, para o terminal positivo. Uma típica bateria bipolar flui os elétrons de célula para célula pelo substrato. Qualquer substrato, pelo menos parcialmente, compreende um material condutor ou compreende caminho de condução pelo substrato. Quando o circuito é fechado e que contém as células, os elétrons fluem de célula para célula pelo substrato para o terminal positivo. É contemplado que os conjuntos da invenção podem fluir elétrons pelos substratos e célula, por um coletor de corrente para um condutor de corrente ou ambos.

[0042] O conjunto da invenção preferencialmente contém um ou mais pares de terminais condutores, cada par conectado a um terminal positivo e negativo. Os terminais são adaptados para conectarem cada pilha de bateria a uma carga, em essência um sistema que use a eletricidade gerada na célula. Os terminais estão em contato com os condutos nos conjuntos. O conjunto pode conter válvulas para liberação de pressão para uma ou mais das células para liberar pressão caso a célula atinja uma pressão interna perigosa. As válvulas de liberação de pressão são projetadas para evitar uma falha catastrófica de forma a danificar o sistema em que a bateria é utilizada. Quando a válvula de liberação de pressão é aberta, a bateria a bateria não funciona mais. Alternativamente, os conjuntos da invenção podem conter uma única válvula de não retorno que libera a pressão de todo o conjunto quando, ou antes que seja atingida uma pressão perigosa.

[0043] Os conjuntos da invenção são fixados a uma carga, sendo formado um circuito que inclui as células. Os elétrons fluem para os terminais e para a carga em um sistema que usa a eletricidade. Esse fluxo é mantido enquanto as células possam gerar eletricidade. Se a pilha das células se descarregar totalmente, a bateria precisa passar por uma etapa de carga antes de ser usada novamente. Se o substrato das placas bipolares contiver uma mistura de material eletricamente condutor em uma temperatura de operação do conjunto da bateria que esteja abaixo de sua temperatura de transformação de fase, o substrato tem um caminho eletricamente condutor pela mistura do material, entre uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta do substrato, e em uma temperatura que esteja acima da temperatura de transformação de fase da mistura de material condutor, a mistura do material eletricamente condutor passa por uma transformação de fase que desconecta a condutividade elétrica pelo caminho eletricamente condutor. Isso permite a desabilitação da bateria antes da ocorrência de consequências indesejáveis. Quando a bateria estiver descarregada, pode ser recarregada formando um circuito com uma fonte de elétrons. Durante o carregamento a função de troca de eletrodos e os anodos durante a descarga se tornam catodos e os catodos durante a descarga se tornam anodos. Em essência, as células eletroquímicas fluem os elétrons e íons em direções opostas quando comparadas à descarga.

[0044] O conjunto da invenção pode ser preparado pelas seguintes etapas. O substrato para as placas bipolares e monopolares é formado ou cortado na medida. Se o substrato compreende um material não condutor e uma bateria bipolar tradicional estiver sendo montada, o substrato deve ser convertido em um substrato composto. Os meios para isso são a formação de furos no substrato por meios conhecidos, como por moldagem dos mesmos ou a usinagem do substrato a partir dos furos. As aberturas são preenchidas com material condutor, preferencialmente material condutor que funda em uma temperatura definida como descrita anteriormente. Se utilizadas, as folhas ou placas metálicas são aderidas a uma ou ambas as faces do substrato. Preferencialmente, as folhas ou placas metálicas são unidas ao substrato usando um adesivo como descrito anteriormente, preferencialmente um cimento de borracha nitrílica. O catodo e o anodo são fixados ao substrato ou às folhas ou placas metálicas. A fixação é facilitada usando qualquer método padrão de fixação de catodo ou anodo. Quando o catodo e o anodo forem usados em forma de pasta, a pasta é aplicada ao substrato ou à folha ou placa metálica. Nesta configuração, a pasta é deixada secar. Preferencialmente, os furos para os canais transversais são pré-formados ou usinados no substrato, em placas ou folhas metálicas, separadores, anodos, catodos e quaisquer outros componentes presentes. Quando os canais são formados usando luvas, insertos ou bossas e similares, são inseridos nas placas de bateria e/ou nos separadores. Quando os insertos são moldados no lugar, são moldados no lugar usando conhecidos processos de moldagem. Os componentes são então empilhados de maneira que para cada placa, um anodo faceia um catodo de outra placa. Preferencialmente, as placas são empilhadas de maneira que as bordas dos substratos sejam alinhadas ao longo das bordas de quaisquer outros componentes de quadro. Em uma configuração, é usada uma placa com dois ou mais pinos guia ou parafusos para suportar a pilha. Os componentes são empilhados na placa com os pinos guia em uma ordem adequada consistente com a presente revelação. Dois ou mais dos canais transversais podem ser usados para os pinos de alinhamento ou parafusos. Quando a pilha estiver completa, membranas elastoméricas ou luvas de plástico podem ser inseridas nos canais transversais. Se o canal for vedado com buchas ou luvas de plástico localizadas entre os furos nas placas pode ser aplicado um revestimento no interior do canal, no interior dos furos, luvas e/ou buchas. Se o interior dos furos das placas precisarem ser roscados, são roscados seja antes da montagem ou após a montagem usando técnicas conhecidas. Depois, são inseridos postes em uma pilha e fixados pela parte superposta à superfície de vedação do lado oposto das placas monopolares. Quando a parte superposta for uma estrutura de fixação mecânica, essa estrutura de fixação é fixada ao poste. Quando o poste é moldado no lugar por injeção, o material termoplástico fundido é inserido nos canais e uma parte superposta do material fundido é formada nas superfícies de vedação em ambas as extremidades. Preferencialmente, a superfície dos canais é aquecida para fundir a superfície do interior dos canais, nesta configuração, o material termoplástico injetado liga-se bem ao interior do canal. O material termoplástico é deixado resfriar. Em outra configuração, o canal pode ter a forma inserida nos canais e a forma da parte superposta é formada em cada extremidade. Um material termoestável em duas partes é então inserido nos canais e deixado curar para formar o poste. Quando o poste é projetado para se adaptar no canal por ajuste de interferência, o poste é inserido com a força adequada. Quando os postes são fixados e estáveis, a pilha é retirada dos pinos de guia e os postes podem ser inseridos nos canais utilizados para os pinos guia.

[0045] Na configuração onde uma membrana é aplicada a uma superfície de borda da pilha, é aplicado um adesivo a cada ou tanto à membrana como à borda da pilha e a membrana e a borda da pilha têm contato de maneira a se ligarem. A membrana pode ser mantida no lugar enquanto o adesivo seca ou cura usando meios mecânicos conhecidos. As bordas da membrana podem ser vedadas nas bordas não vedadas das outras placas de membrana ou membranas ou placas de extremidade em uma superfície oposta das placas monopolares. A vedação pode ser feita com um adesivo ou por ligação por fusão. Alternativamente a membrana pode ser fixada por ligação por fusão. Na ligação por fusão, tanto a borda da pilha como a superfície da membrana a ser colada à borda são expostas a condições de maneira que a superfície funda sem impactar negativamente a integridade estrutural da membrana ou a pilha. Isso pode ser feito pelo contator com uma superfície quente, folheada, por fluido quente, ar, radiação, vibração e similares, depois fazendo contato da membrana e a borda da pilha ao longo da superfície fundida e deixando as superfícies fundidas resfriarem e se unirem. A membrana pode ser cortada na medida para uma determinada borda ou pode ser uma placa contínua que é envolvida na borda da pilha. Nesta configuração, a borda de ataque e a borda de fuga da membrana são unidas onde se encontrarem, preferencialmente por ligação por fusão. A membrana pode ser vedada à membrana ou placa de extremidade na superfície externa das placas monopolares, quando presentes. Onde for usado um estojo, o conjunto pode ser inserido no estojo. Preferencialmente a membrana funciona como um estojo, na configuração de ligação por fusão, a membrana e a borda da pilha são expostas a uma temperatura ou condição em que a superfície de cada uma é fundida, se torna fundida, por um tempo suficiente para fundir a superfície de cada. A temperatura escolhida é preferencialmente maior que a temperatura de fusão do material utilizado na membrana e/ou no substrato e de quaisquer outros componentes estruturais. Preferencialmente, a temperatura utilizada é cerca de 200 °C ou maior, mais preferencialmente cerca de 220 °C ou maior e mais preferencialmente cerca de 230 °C ou maior. Preferencialmente, a temperatura utilizada é cerca de 300 °C ou menos, mais preferencialmente cerca de 270 °C ou menos e mais preferencialmente cerca de 240 °C ou menos.

[0046] Os quadros e/ou insertos podem ser moldados nos ou sobre os separadores ou nos substratos da placa da bateria usando as seguintes etapas. As placas do separador são cortadas na dimensão (furadas com molde, cortadas, estampadas, etc.). Uma ou mais placas são empilhadas até a espessura desejada. As placas são colocadas em um molde que coloca as placas em uma posição fixa. O molde forma a placa de periferia à volta do separador e de todas as características internas nos canais transversais (por exemplo, buchas), como necessário. Depois, o molde é projetado para não comprimir o material do separador e para evitar que o plástico danifique o material do separador. O plástico é injetado no molde e quando o plástico resfriar a peça é ejetada.

[0047] A membrana pode ser moldada em uma parte ou em todas as pilhas da bateria usando as seguintes etapas. Componentes da bateria são empilhados em uma ordem adequada (placa de extremidade, placa monopolar, separador, placa bipolar, etc.) . O alinhamento da pilha pode ser garantido usando as hastes guia nos furos transversos de cada de cada componente empilhado. Um conjunto empilhado é então transferido para o molde, que consiste de uma cavidade positiva de molde, uma cavidade negativa de molde, uma cavidade para molde inserto para o corpo da bateria (alternativamente podem ser usadas portas corrediças como é comum na moldagem por injeção), e pinos guia retraíveis localizados tanto na cavidade para negativa do molde como na cavidade para positiva do molde. O conjunto empilhado é transferido para os pinos guia retraíveis para garantir, e manter o alinhamento. O molde é então fechado, comprimindo o conjunto. É injetado então o plástico para formar a membrana externa da vedação da bateria para os componentes e placas de extremidade. Os pinos guia são então retraídos e uma segunda injeção de plástico é feita preenchendo os canais transversais e fixando o plástico injetado nas placas de extremidade. Quando resfriada, a bateria é ejetada do molde.

[0048] O conjunto pode ainda compreender um ou mais furos de respiro que levam a uma ou mais das células eletroquímicas. Preferencialmente, um furo de respiro está em contato com cada célula eletroquímica. Preferencialmente os furos de respiro localizam-se nos separadores da bateria de cada célula. Em outra configuração, o conjunto da invenção pode compreender um coletor. Preferencialmente um ou mais furos de respiro estão em contato com o coletor e o coletor forma um espaço superior comum para todos os furos de respiro. Preferencialmente o coletor tem uma ou mais portas nele formadas onde uma ou mais válvulas, como uma válvula de não retorno, podem ser colocadas nas portas do coletor. A bateria pode ainda compreender uma válvula de enchimento. Preferencialmente a válvula de enchimento localiza-se no coletor. O artigo da invenção pode ainda compreender um ou mais canais integrados de enchimento e/ou de respiro. Esse canal é formado próximo à borda de uma pilha da bateria e está em comunicação com as áreas entre o catodo e anodo onde se localiza o separador, sendo esta a área que forma a célula eletroquímica quando o eletrólito é adicionado à área. Os canais podem ser formados formando os furos nos separadores e placas de bateria antes da montagem e então alinhando os furos. Podem ser usados insertos, luvas ou bossas como discutido em relação aos canais transversais enquanto os canais se comunicarem com a área adaptada para uso como células eletroquímicas. Preferencialmente, os canais comunicam-se com o exterior da pilha da bateria em dois lugares. Isso facilita o enchimento da bateria com eletrólito. Após o enchimento das células eletroquímicas com eletrólito, uma das aberturas pode ser enchida ou fechada. A outra abertura é usada como respiro da bateria e das células eletroquímicas. Durante o enchimento, é feito vácuo no furo externo e o eletrólito é colocado pelo outro furo. Alternativamente é usado um único furo e as células eletroquímicas são enchidas como acima descrito. Uma válvula, como uma válvula de não retorno, válvula de segurança, válvula de alívio de pressão e similares, pode ser inserida no furo restante após o enchimento. O canal pode ser pré-roscado ou roscado após a montagem da pilha.

[0049] Depois da montagem, furos de respiro podem ser feitos, se necessário, pela membrana vedada em cada célula localizada centralmente na espessura do separador de manta de vidro absorvente. Um coletor é então fixado à parte superior do conjunto da bateria formando um espaço superior comum acima dos furos de respiro. No coletor pode ser feita uma única porta. A única porta do coletor pode ser utilizada como uma porta de purga de vácuo e uma porta de preenchimento de eletrólito. É aplicado o vácuo à porta do coletor por meio da bomba de vácuo para reduzir as pressões, como em cerca de 29 polegadas Hg, e depois a válvula de origem do vácuo é desligada, a válvula de enchimento conectada a uma fonte de eletrólito é aberta, permitindo que o eletrólito encha todas as células da bateria simultaneamente. Em algumas configurações, são formados furos de respiro nos quadros no separador quando os quadros são fabricados ou moldados. Em algumas configurações, um canal integrado de respiro é formado por pré-furação ou por formação de furos nos quadros dos separadores e os substratos, utilizados para as placas de bateria. Esses furos podem ser alinhados para formarem um canal. Preferencialmente este canal comunica-se com os furos de respiro que se comunicam com as células eletroquímicas. Em algumas configurações, o canal integrado de respiro pode ser um dos canais transversais em que os canais transversais têm um respiro que se comunica com cada uma das células eletroquímicas. Isso pode ser feito provendo uma membrana ou inserto no canal transversal com furos de respiro para cada célula eletroquímica. Em outra configuração, o canal pode ser formado por insertos ou bossas que tenham furos de respiro ou que formem furos de respiro comunicando-se com as células eletroquímicas. Os canais integrados podem ser pressurizados para evitar o retorno do eletrólito. O canal integrado pode ser finalizado com uma válvula para o controle da pressão interna do conjunto. Antes do uso, o canal pode ser utilizado para preencher as células eletroquímicas com eletrólito. Em uma configuração preferida, a válvula localiza-se em uma das placas de extremidade. O canal pode ser roscado após a montagem ou pode ser pré-roscado antes da montagem para a inserção de uma válvula. A válvula pode ser inserida e fixada usando qualquer meio conhecido para inserção e retenção. Alguns dos componentes utilizados nos artigos revelados na presente são adaptados para serem montados adjacentes aos outros componentes revelados. Os componentes que forem projetados para serem localizados perto de outros componentes podem ter ou utilizarem componentes ou técnicas conhecidas para a retenção das peças na relação adequada entre si. Os componentes ou técnicas utilizadas para reterem os componentes entre si são selecionados com base nos componentes, relações ou preferências de projeto do técnico no assunto que projeta ou que monta os conjuntos da invenção.

[0050] Os conjuntos da invenção preferencialmente podem suportar pressões internas de 689,48 kPa (100 psi) ou mais sem vazar ou empenar devido às pressões internas, preferencialmente cerca de 344,74 kPa (50 psi) ou mais, mesmo mais preferencialmente a cerca de 20 psi ou mais e mais preferencialmente cerca de 68,94 kPa (10 psi) ou menos. Preferencialmente os conjuntos podem suportar pressões internas de cerca de 6 a cerca de 68, 94 kPa (10 psi) . Os conjuntos da invenção preferencialmente proporcionam uma densidade de energia de cerca de 38 watts hora por kilograma, mais preferencialmente cerca de 40 watts hora por kilograma e mais preferencialmente cerca de 50 watts hora por kilograma. Os conjuntos da invenção podem gerar qualquer voltagem desejada, como 6, 12, 24, 48 e 96 volts. A voltagem pode ser maior, apesar de cerca de 200 volts ser o limite prático superior.

[0051] As seguintes figuras ilustram algumas configurações da invenção. A Figura 1 mostra uma vista lateral de uma pilha de placas bipolares 10. São mostradas várias placas de substrato monopolar e bipolar 11. Adjacentes a cada placa de substrato bipolar estão anodos 12 e catodos 13. Colocado entre os anodos 12 e os catodos 13 de cada célula há um separador 14 compreendendo uma manta de vidro absorvente tendo nela absorvido um eletrólito. É também mostrada uma vedação 15 compreendendo um tubo de borracha colocado em um canal transversal 16. No canal transversal 16 dentro do tubo de borracha 15 há um poste 17 com a forma de um parafuso roscado. No final dos postes 17 existem partes superpostas com a forma de cabeças de parafusos 18 e porcas 19. Na borda dos substratos das placas monopolares 43 e bipolares 44 existem quadros 20. A Figura 2 mostra uma placa de extremidade 21 colocada na extremidade de uma superfície oposta do substrato 11 de uma placa monopolar 43. A vedação 22 é colocada entre a porca 19 no parafuso 17 e a superfície de vedação 23 na superfície oposta da placa monopolar 24.

[0052] A Figura 3 mostra a aplicação de uma membrana na borda de uma pilha de substratos bipolares. Uma placa de extremidade 25 é mostrada com quatro cabeças de parafusos 19 espaçadas na extremidade dos parafusos 17. As placas de extremidade 25 são mostradas em cada extremidade da pilha. Colocados nos substratos 11 existem quadros 20. Entre os quadros dos substratos 20 existem os quadros dos separadores 34. Uma membrana 27 está sendo aplicada aos quadros do substrato 20 e os quadros dos separadores 34 usando uma fonte de calor 26 e pressão 28 para vedar a membrana 27 em um borda da pilha de quadros substratos 20 e quadros separadores 34. A Figura 4 mostra uma bateria bipolar 29 compreendendo uma pilha de placa de bateria 10 tendo quadros substratos 20 interdispersos com quadros separadores 34. São mostradas as placas de extremidade 25, uma mostrando quatro cabeças de parafusos 1 espaçadas. Também são mostrados furos de respiro 30 feitos nas células, um coletor 31 adaptado para cobrir os furos de respiro 30 e formar um espaço livre comum para os furos de respiro 30. Também é mostrada uma válvula de não retorno 32 montada no coletor 31 em contato com o espaço livre comum, não mostrado. Também são mostrados dois postes terminais 33 que são os terminais negativo e o positivo da bateria bipolar 29.

[0053] A Figura 5 mostra um separador 14, um quadro integrado moldado 34 e quatro mostrados nos insertos 35. Os insertos moldados 35 localizam-se nos furos 37 adaptados para fazer parte do canal transversal 16. O quadro 34 é colocado em uma manta de vidro absorvente 36. A Figura 6 mostra postes moldados 38 e cabeçotes moldados 47 localizados nas peças de extremidade 25. As Figuras 7 e 8 ilustram pilhas de placas de bateria e placas separadoras. A Figura 7 mostra uma pilha parcialmente explodida de placas de bateria e separadores. É mostrada uma placa de extremidade 25 tendo um furo 42 e furos 39 para postes 17 sob a forma de parafusos e porcas 19. Adjacente à peça de extremidade há uma placa monopolar 43 tendo um quadro 20 com a borda levantada. A placa monopolar 43 tem insertos levantados 41 que circundam os furos utilizados para formar o canal transversal 16 e o poste 19 nos furos. Adjacente à placa monopolar 43 há um separador 14 tendo um quadro 34 na periferia e uma manta de vidro absorvente 36 compreendendo a parte central. São mostrados insertos moldados 35 circundando os furos 37 para a formação dos canais transversais. Adjacente ao separador 14 há uma placa bipolar 44 tendo um quadro 20 na periferia que tem uma superfície levantada, insertos moldados 41 que são levantados para formarem o canal transversal 16. Os insertos 41 formam furos 40 para o canal transversal. A Figura 8 mostra uma pilha de placas de bateria e separadores. São mostradas placas de extremidade 25, quadros de substrato de placa de bateria 20, quadros separadores 34, postes 17, porcas nos postes 19. Um furo 42 na placa de extremidade 25 tem um terminal de bateria 33 nele localizado.

[0054] A Figura 9 mostra outra configuração de um conjunto da invenção. Estão mostrados os postes 17 e as porcas 19 na placa de extremidade 25, um furo 42 com um terminal 33 neles localizados, um coletor 31 e uma válvula 32. Existe na periferia da bateria uma membrana 27. A Figura 10 mostra um corte ao longo do plano mostrado pela linha A-A através dos canais transversais. É mostrada uma placa monopolar 43 tendo um substrato 11 e um catodo 13 tendo um quadro 2 0 nas extremidades do substrato 11. Adjacente ao catodo 13 na placa monopolar 43 há um separador 14 tendo um quadro em cada extremidade 34. Adjacente ao primeiro separador 14 há uma placa bipolar 44 tendo adjacente ao primeiro separador 14 um anodo 12. O anodo 12 é montado em um substrato 11 e em uma superfície oposta do substrato 11 há um catodo 13 e montado na extremidade desta vista há o quadro 20. Nessa vista existem várias placas bipolares 43 montadas como descrito. Entre as placas bipolares 44 existem separadores 14. Na extremidade oposta da pilha há uma placa monopolar 43 tendo um substrato 11, com um quadro 20 mostrado nas extremidades dessa vista e um anodo 12 faceando o separador adjacente 14. Os pares de placas de bateria formam células eletroquímicas com os separadores 14 localizados nas células. São também mostrados os canais transversais 16 tendo vedações 15 e postes 17 neles montados, e porcas 19 na extremidade dos postes 17. A Figura 11 mostra uma vista parcial em corte da extremidade de uma pilha do conjunto da Figura 9, mostrando os furos de respiro 45 ao longo da linha B-B. A Figura 12 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 9 pelos furos de respiro 45 até as células eletroquímicas ao longo do plano C-C. São mostrados os furos de respiro 45 de cada célula eletroquímica.

[0055] A Figura 13 mostra outra configuração de um conjunto da invenção com uma válvula 32 na placa de extremidade 25 do conjunto. A válvula 25 comunica-se com um canal integrado 46. O canal integrado 46 comunica-se com os furos de respiro. A Figura 14 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 13 com um canal integrado 4 6 em comunicação com os furos de respiro 45 para as células eletroquímicas ao longo do plano EE. O canal integrado 4 6 comunica-se com uma válvula 32 na extremidade da pilha. A Figura 15 mostra uma vista em corte do conjunto da Figura 13 por um canal integrado 46 em comunicação com os furos de respiro 45 para as células eletroquímicas ao longo do plano D-D.

Configurações Ilustrativas

[0056] São fornecidos os seguintes exemplos para ilustrar a invenção, sem pretender limitar seu escopo. Todas as partes e porcentagens são em peso, a menos que indicado de outra forma.

[0057] Exemplo 1:

[0058] Uma bateria bipolar 12V é construída usando duas placas monopolo (positivo e negativo) e 5 placas bipolares. As placas são fabricadas usando métodos descritos na presente e com o pedido de patente de propriedade comum denominado CONJUNTO DE BATERIA BIPOLAR, Shaffer n, et al. patente norte- americana 2010/0183920. Nesse exemplo, as placas têm 197 mm por 173 mm e incluem quatro no canal transversal. As placas são revestidas usando materiais ativos padrão de ácido-chumbo para o material ativo negativo e para o material ativo positivo. A bateria é montada empilhando em quatro hastes nos canais transversais. Isso garante o alinhamento das placas. Após a colocação de cada placa, são colocadas quatro buchas nas hastes de alinhamento. Essas buchas estabelecerão a altura final comprimida do separador. Um separador de manta de vidro absorvente é então empilhado, de maneira que sejam cortados furos no separador para acomodarem as buchas. Esse processo é repetido para todas as células. O conjunto é comprimido e fixado com parafusos temporários no canal transversal. A bateria é vedada na borda pela fusão de uma placa ABS com espessura de 2 mm nas bordas das placas bipolares. Isso é repetido em cada um dos quarto lados. Após as bordas serem vedadas, os parafusos temporários de fixação são removidos dos canais transversais. Uma haste ABS é inserida pelo canal transversal com as hastes se estendendo para além das placas de extremidade. A haste ABS é então empilhada a quente sobre a placa de extremidade, para vedar o canal e fixar a bateria de maneira a transportar as cargas compressivas.

[0059] Após a montagem, furos de respiro são feitos na membrana de vedação em cada célula localizada centralmente na espessura do separador de manta de vidro absorvente. Um coletor é então colado na parte superior do conjunto da bateria, formando um espaço superior comum acima dos furos de respiro. No coletor, é fabricada uma porta simples. O conjunto da bateria é colocado em um tanque de água, sendo aplicada uma pressão de 4 psi na porta do coletor usando gás hélio. Não foram observados vazamentos ou bolhas.

[0060] Pela porta, é feito vácuo até próximo a 29 in-Hg. O vácuo é fechado e uma válvula de preenchimento é aberta, permitindo que o ácido preencha todas as células da bateria simultaneamente. A bateria é então formada usando procedimentos padrão para a formação de uma bateria chumbo- ácido. Após a formação, a bateria é testada em relação à tensão de célula aberta, capacidade e resistência. Neste exemplo, a bateria apresentou uma tensão de circuito aberto (OCV) de 12,95V, com uma capacidade em 20 horas de uma taxa de descarga de 18Ah e uma resistência de 20 mili-ohms.

[0061] Em um conjunto de experimentos, é fixado um medidor de pressão na porta do coletor. A bateria carregada é colocada em um tanque de água, sendo aplicada uma tensão nos terminais. A tensão varia entre 14V e 16V. A pressão é monitorada e aumenta com a tensão aplicada devido à produção dos gases oxigênio e hidrogênio nos eletrodos. Em 16V, a pressão indicada é de 30 psi. Não foram observados vazamentos ou bolhas.

[0062] Exemplo 2

[0063] É construída uma segunda bateria similar à do Exemplo 1. Nesse exemplo, os canais transversais são preenchidos com resina epóxi. Uma tampa é moldada nas extremidades da resina, na placa de extremidade para ajudar no suporte da carga compressiva. Após a montagem, a bateria é testada em relação à pressão com hélio em 4 psi, sendo imersa no tanque de água. Não foram observados vazamentos visíveis. Como antes, a bateria é preenchida com ácido e formada. A bateria exibe um OCV de 12,93V, uma capacidade de descarga de 20 horas de 17,8 ampère hora (Ah) e uma resistência de 24 miliohms.

[0064] Exemplo 3

[0065] É construída uma bateria de 96 volt usando métodos similares aos descritos no Exemplo 1. A bateria é construída com um conjunto positivo de extremidade monopolar, um conjunto negativo de extremidade monopolar e 47 placas bipolares. Neste exemplo, os canais transversais são roscados e uma haste plástica roscada é inserida nos canais. A haste roscada se prolonga para além das placas de extremidade monopolo. Similar ao Exemplo 1, a haste roscada é empilhada a quente para formar a vedação de extremidade e suportar as cargas de compressão. Após a montagem a bateria é testada com relação à pressão com 4 psi de hélio; não foram observados vazamentos. Como antes, a bateria é preenchida com ácido e formada. A bateria exibe um OCV de 103.5V e uma capacidade de 20 horas de 17 Ah.

[0066] Partes por peso, como usadas na presente se refere a 100 partes por peso da composição especificamente mencionada. Foram reveladas configurações exemplares da invenção. Um técnico no assunto pode reconhecer que pode haver modificações nos ensinamentos deste pedido. Todos os valores numéricos mencionados no pedido acima incluem todos os valores a partir do menor valor até o maior valor em incrementos de uma unidade, desde que exista uma separação de pelo menos 2 unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o menor valor e o maior valor enumerados na presente devem ser consideradas como expressamente mencionados neste pedido. A menos que mencionado de outra forma, todas as faixas incluem ambos os limites e todos os números entre os limites. O uso de "cerca de" ou "aproximadamente" em conexão com uma faixa se aplica a ambas as extremidades da faixa. Assim, "cerca de 20 a 30" deve cobrir "cerca de 20 a cerca de 30", inclusive pelo menos os limites especificados. O termo "consistindo essencialmente de” para descrever uma combinação deve incluir os elementos, ingredientes, componentes ou etapas identificadas, e esses outros elementos, ingredientes, componentes ou etapas que não afetam materialmente as características básicas e novas da combinação. O uso dos termos "compreendendo" ou "incluindo" para descrever combinações de elementos, ingredientes, componentes ou etapas na presente também contempla configurações que consistem essencialmente dos elementos, ingredientes, componentes ou etapas. Elementos, ingredientes, componentes ou etapas plurais podem ser providos por um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada; Alternativamente, um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada pode ser dividido em elementos, ingredientes, componentes ou etapas plurais separadas. A revelação de "um" ou "uma" para descrever um elemento, ingrediente, componente ou etapa não pretende eliminar outros elementos, ingredientes, componentes ou etapas.

Claims

1. Artigo, caracterizado pelo fato de compreender: a) uma ou mais pilhas de placas de bateria (10) montada(s) em células eletroquímicas compreendendo: - uma ou mais placas bipolares (44) compreendendo um substrato (11) tendo um anodo (12) em uma superfície e um catodo (13) em uma superfície oposta, - uma placa monopolar (43) tendo um substrato (11) com um catodo (13) depositado em uma superfície, e - uma placa monopolar (43) tendo um substrato (11) com um anodo (12) depositado em uma superfície, onde as placas de bateria (10) são dispostas de maneira que as superfícies das placas de bateria (10) tendo um catodo (13) depositado na superfície fiquem em frente à superfície de outra placa tendo um anodo (12) depositado na superfície, e as placas monopolares (43) sendo localizadas nas extremidades opostas de cada pilha de placas de bateria (10); b) um eletrólito líquido disposto entre cada par de placas de bateria (10), sendo que uma ou mais pilhas é(são) adaptada(s) para vedar o eletrólito líquido nas células eletroquímicas; c) um separador (14) localizado entre o anodo (12) e o catodo (13) de cada célula eletroquímica; e d) um ou mais furos (37, 40) passantes através da pilha de placas de bateria (10) e dos separadores (14); sendo que um ou mais dos furos (40) é(são) formado(s) no substrato (11), anodo (12) e catodo (13) da uma ou mais placas bipolares (44); um ou mais furos (40) é(são) formado(s) no substrato (11) e no catodo (13) da placa monopolar (43) tendo o catodo (13); e um ou mais furos (40) é(são) formado(s) no substrato (11) e no anodo (12) da placa monopolar (43), e sendo que um ou mais dos furos (37) é(são) formado(s) nos espaçadores (14); sendo que o um ou mais furos (37, 40) das placas de bateria (10) e dos separadores (14) estão alinhados entre si na direção transversal; sendo que os furos (37, 40) nas placas de bateria (10) e nos separadores (14) compreenderem insertos (35, 41) neles dispostos, e sendo que os insertos (35, 41) intertravam entre si para formar uma vedação à prova de vazamento; sendo que os insertos (35, 41) definirem um ou mais canais transversais (16) através do artigo, e um ou mais dos canais transversais (16) são um canal integrado (46); sendo que os insertos (35, 41) do canal integrado (46) têm furos de respiro (45) os quais se comunicam com as células eletroquímicas.

2. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os insertos (35, 41) estarem integrados nas placas de bateria (10) e nos separadores (14).

3. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma válvula (32) estar conectada ao canal integrado (46).

4. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o artigo ainda compreender uma ou mais válvulas (32) adaptada(s) para liberar a pressão nas pilhas vedadas de placas bipolares (44) quando a pressão atinge um nível de pressão predeterminado que esteja abaixo de uma pressão em que possa ocorrer danos ao artigo.

5. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os substratos (11) das placas monopolares (43) e bipolares (44) compreenderem placas de polímero termoplástico.

6. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as placas bipolares (44) compreenderem substratos poliméricos (11) tendo uma pluralidade de aberturas passantes através dos substratos em comunicação com ambas as faces dos substratos, e sendo que uma ou mais das aberturas são preenchidas com um material condutor que está em contato com ambas as faces dos substratos.

7. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os substratos (11) compreenderem um ou mais polímeros termoestáveis com um ou mais polímeros termoplásticos fixados em torno da periferia dos polímeros termoestáveis.

8. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a uma ou mais pilhas de bateria (10) ter uma pluralidade de canais (16) transversalmente passantes através da porção das placas tendo o catodo (13) e/ou o anodo 12 depositados nas mesmas e postes (17) localizados em um ou mais dos canais (16) e sendo que os postes (17) compreendem material polimérico.

9. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um ou mais dos canais transversais (16) ser adaptado para enchimento das células eletroquímicas com o eletrólito líquido e/ou para ventilação das células eletroquímicas.

10. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os insertos serem uma série de insertos combinados (35, 41).

11. Artigo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de os insertos combinados (35, 41) serem uma vedação, e sendo que a vedação está localizada em torno da parte externa do um ou mais canais transversais (16).

12. Artigo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de os insertos (35, 41) evitarem o vazamento do eletrólito líquido dentro do canal transversal (16).

13. Artigo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o canal integrado (46) se comunicar com a parte externa da pilha de placas de bateria (10) em dois locais.