BR112015006528B1

BR112015006528B1 - Célula de chumbo-ácido, e placa para uma bateria de chumbo-ácido

Info

Publication number: BR112015006528B1
Application number: BR112015006528-7A
Authority: BR
Inventors: Xiangjun Wang; David Robert Mihara; Prosper Adanuvor; Edward Mattan
Original assignee: Exide Technologies
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2021-09-08
Also published as: BR112015006528A2; EP2901511B1; PL2901511T3; AU2013323563A1; US10147953B2; EP2901511A1; JP2015536027A; CA2884453C; US20150243998A1; PT2901511T; ES2753241T3; AU2018202919B2; EP2901511A4; JP6530312B2; AU2018202919A1; MX2015003678A; WO2014052528A1; CA2884453A1

Abstract

célula de chumbo-ácido, e placa para uma bateria. uma grade de bateria de chumbo-ácido produzida a partir de uma liga à base de chumbo que contém estanho, cálcio, bismuto e cobre e é caracterizada pelo fato de que propriedades mecânicas melhoradas, resistência à corrosão, menos gaseificação de bateria, menor sulfatação e perda de água e nenhuma exigência de tratamento pó-fundição para endurecimento por envelhecimento. em uma modali-dade, as grades de bateria são formadas a partir de uma liga à base de chumbo que incluir cerca de 2,0 % de estanho, cerca de 0,0125 % de cobre, cerca de 0,065 % de cálcio e cerca de 0,032 % de bismuto. de preferência, a grade de bateria é libre de prata para além dos níveis traço na liga.

Description

CAMPO

[001] A presente revelação refere-se a baterias de chumbo-ácido e, mais particularmente, a ligas para grades de bateria.

ANTECEDENTES

[002] As baterias de chumbo-ácido são padrão na maioria dos tipos de veículos de transporte, incluindo veículos micro-híbridos. Por exemplo, as baterias de chumbo- ácido são usadas para dar partida nos motores de combustão interna de automóveis, caminhões e outros equipamentos e para fornecer eletricidade para acessórios de veículo. Essas exigências da bateria são conhecidas na indústria como SLI (Partida, Iluminação e Ignição). As baterias de chumbo-ácido também são usadas em aplicações estacionárias industriais, incluindo iluminação de emergência e sistemas de fornecimento de energia com reserva de bateria, como redes de dados, redes de transmissão de dados de alta velocidade, comunicação sem fio e sistemas de TV a cabo.

[003] Há dois tipos básicos de projetos de bateria de chumbo-ácido: bateria de chumbo-ácido inundado convencional e bateria selada de chumbo-ácido regulada por válvula (VRLA). As baterias VRLA são denominadas, por vezes, como uma bateria de separador de fibra de vidro absorvente (AGM). As exigências de desempenho para esses dois tipos de baterias de chumbo-ácido variam significantemente. Sabe-se bem que as baterias de chumbo-ácido apresentam a melhor relação preço/desempenho para todos os dispositivos de armazenamento de energia disponíveis atualmente.

[004] As aplicações estacionárias são, em geral, aplicações de flutuação, isto é, as células estão geralmente em flutuação (isto é, um abastecimento de tensão externo conectado às células é mantido levemente acima do potencial da célula para manter a carga), sendo que há uma necessidade ocasional de uma descarga profunda quando a fonte de alimentação principal falha ou é, de outro modo, interrompida.

[005] Outras aplicações exigem descargas profundas repetidas, até uma profundidade de 80 % de descarga ou até mesmo um pouco mais profunda. As células adequadas devem ser capazes, então, de resistir a regimes de ciclo de carga-descarga profunda-carga repetidos até, no máximo, 500 ciclos ou até mesmo mais ciclos. De fato, seria desejável fornecer células capazes de resistir a 1000 a 2000 ciclos aproximadamente.

[006] Desenvolver ligas de grade que satisfazem adequadamente as diversas exigências é difícil, já que critérios rigorosos devem ser satisfeitos independentemente do tipo de aplicação. Ligas adequadas devem ser capazes de serem fundidas em grades satisfatórias e devem conferir propriedades mecânicas adequadas à grade. Além disso, as ligas devem conferir um desempenho elétrico satisfatório à célula na aplicação pretendida. As ligas satisfatórias devem conferir, então, a resistência à corrosão desejada e não devem resultar em disrupção térmica (isto é, não deve elevar a tendência da célula de perder água por meio de gaseificação) e devem evitar uma perda prematura de capacidade (por vezes denominada como "PCL").

[007] Mais particularmente, as ligas adequadas devem ser capazes de ser fundidas em grades através da técnica desejada, isto é, as grades fundidas podem ter poucos defeitos, como é conhecido (por exemplo, liberdade relativa de espaços vazios, dilaceramentos, microrrachaduras e similares). Tais técnicas de fundição abrangem de fundição por gravidade convencional ("caixas de moldar" ou similares) a processos contínuos com o uso de técnicas de metal expandido. De modo alternativo, as grades podem ser perfuradas.

[008] As grades resultantes precisam ser fortes o suficiente para resistir a processamento em placas e à montagem em células em equipamentos convencionalmente usados. Ademais, grades adequadas devem manter propriedades mecânicas satisfatórias ao longo da vida útil esperada. Qualquer perda substancial nas propriedades mecânicas desejadas durante a vida útil pode impactar de modo adverso o desempenho da célula, como será mais completamente discutido doravante.

[009] Considerando agora o desempenho eletroquímico exigido, a liga de grade para placas positivas deve produzir uma célula que tem uma resistência à corrosão adequada. Ainda, o uso de um processo contínuo de fundição direta, por exemplo, o qual pode ser desejável a partir do ponto de vista econômico, pode comprometer ostensivamente a resistência à corrosão. Tais processos contínuos orientam, então, os grãos nas grades, tornando, desse modo, o trajeto intergranular mais curto e mais suscetível a ataque de corrosão e a falhas precoces.

[010] A corrosão da grade positiva é, desse modo, um modo primário de falha das células de chumbo-ácido de VRLA. Quando a corrosão da grade positiva ocorre, diminui- se a condutividade elétrica da própria célula. A falha da célula ocorre quando a diminuição induzida por corrosão na condutividade da grade faz com que a tensão de descarga decai para abaixo de um valor aceitável para uma aplicação particular.

[011] Um segundo mecanismo de falha, também associado à corrosão de grade, envolve uma falha devido ao "crescimento da grade". Durante a vida útil de uma célula de chumbo-ácido, a grade positiva é corroída; e os produtos da corrosão se formam na superfície da grade. Na maioria dos casos, os produtos de corrosão se formam nos limites do grão e na superfície da grade do chumbo-ácido, onde o processo de corrosão penetrou o interior dos "fios" da grade. Esses produtos de corrosão são, em geral, muito mais rígidos do que a liga de chumbo que forma a grade e são menos densos. Devido aos estresses criados por essas condições, a liga de grade se move ou cresce para acomodar os produtos de corrosão volumosos. Esse deslocamento físico da grade causa um aumento do comprimento e/ou da largura da grade. O aumento de tamanho da grade pode ser não uniforme. Uma alteração induzida por corrosão na dimensão da grade também pode ser denominada, por vezes, "fluência".

[012] Quando o crescimento de grade ocorre, o movimento e a expansão da grade começa a interromper o contato elétrico entre o material ativo positivo e a própria grade. Esse movimento e essa expansão impedem a passagem de eletricidade de alguns locais de reação para a grade e, desse modo, diminuem a capacidade de descarga elétrica da célula. À medida que esse crescimento de grade continua, uma parte maior do material ativo positivo se torna eletricamente isolada da grade e a capacidade de descarga da célula decai para abaixo daquela exigida para a aplicação particular. As propriedades mecânicas da liga são, portanto, importantes para impedir uma fluência indevida durante a vida útil.

[013] Além disso, e principalmente, o uso das ligas não deve resultar em disrupção térmica. As células de VRLA devem evitar condições de serviço em que a temperatura da célula aumenta de modo incontrolável e irreversível. Supôs-se que uma perda excessiva de água resultante da secagem da célula é o mecanismo promovedor de disrupção térmica em células de VRLA. Essa perda de água pode ser causada por gaseificação de hidrogênio no eletrodo negativo ou gaseificação de oxigênio no eletrodo positivo através da eletrólise de água, ou ambas.

[014] À medida que o teor de água e, então, a saturação da célula são reduzidos, a eficiência de recombinação de oxigênio é aumentada. Já que essa reação de recombinação é altamente exotérmica, essa tende a aquecer a célula. À medida que a temperatura aumenta, a célula tende a gerar gás; e os processos de recombinação se tornam ainda mais eficientes, aumentando ainda mais, desse modo, a temperatura da célula. De modo similar, a perda de água aumenta a resistência elétrica da célula; e tal resistência aumentada da célula aumenta a temperatura da célula, aumentando ainda mais, desse modo, a perda de água. A célula está em disrupção térmica.

[015] Consequentemente, para evitar ligas que irão levar células à disrupção térmica, o efeito da liga e de seus constituintes na gaseificação em ambos os eletrodos deve ser levado em consideração. Como é bem conhecido, as ligas antimoniais foram consideradas necessárias para grades positivas em que se exige que as células em serviço resistam a regimes de ciclo de descarga profunda-carga. Ainda, em geral, embora não exclusivamente, as ligas antimoniais causam disrupção térmica em células de VRLA devido à gaseificação excessiva em ambos os eletrodos. O antimônio é lixiviado, desse modo, a partir da grade positiva à medida que a corrosão ocorre, dissolvendo-se no eletrólito e, por fim, migrando para e "eletrogalvanizando-se" no eletrodo negativo. Esses locais de antimônio no eletrodo negativo se tornam, então, preferenciais para a gaseificação de hidrogênio. Além disso, a presença de antimônio no eletrodo negativo aumenta a autodescarga e, desse modo, aquece a célula, já que a corrente de autodescarga também é refletida na corrente de flutuação.

[016] O envenenamento do eletrodo positivo também deve ser evidentemente evitado. Uma gaseificação indevida no eletrodo positivo pode levar, então, à disrupção térmica.

[017] Ademais, as ligas devem manter um contato adequado para condutância elétrica ao longo da vida útil desejada. De outro modo, a célula será submetida ao que se denomina "perda prematura de capacidade" ("PCL"). A PCL também pode ocorrer através da perda de contato devido ao craqueamento da camada de corrosão ou a partir de um filme não condutor gerado na camada de corrosão. Devido à complexidade e aos efeitos adversos potenciais substanciais, esse é um critério difícil de alcançar em combinação com os outros critérios necessários.

[018] Também seria desejável fornecer ligas de grade positiva capaz de resistir a regimes de ciclo de descarga profunda-carga. Satisfazer esses critérios também permitiria o uso de tais ligas tanto para aplicações de força motriz quando aplicações de VRLA estacionária.

[019] Cristais de sulfato de chumbo (PbSO4) nas placas são formados à medida que as baterias descarregam. Esses cristais se tornam relativamente difíceis de carregar se as placas são deixadas no estado descarregado ou em circuito aberto por um período de tempo significativo. Ademais, o fluido em uma bateria tende a evaporar ao longo do tempo até o ponto em que as bordas superiores de placas da bateria se tornem expostas e suscetíveis à corrosão. Essa corrosão das placas, especialmente placas positivas, deteriora adicionalmente a habilidade de uma bateria de ser recarregada e manter uma carga.

[020] Em algumas baterias anteriores e, em particular, baterias industriais, o MFX (PbSbCd) é a liga principal para as grades positivas. O MFX é robusto e tem boas propriedades mecânicas e excelente resistência à corrosão. No entanto, essa liga contém Cd, o que causa problemas ambientais e de reciclagem. Portanto, o uso de ligas que contêm Cd é restrito globalmente devido às questões ambientais.

[021] A Liga A (PbSnCaAg) é uma substituta para o MFX e é usada extensivamente em produção de corrente. A mesma apresenta um bom desempenho no teste de vida de ciclo padrão BCI, porém, de modo geral, não é totalmente compatível ao desempenho do MFX. A adição de Ag aumenta a resistência geral à corrosão, porém, também aumenta o custo e cria problemas de aderência entre as grades e os PAM (Materiais Ativos Positivos). Em particular, mostra a PCL no teste de descarga de alta taxa.

[022] É necessária na técnica uma nova liga para uma grade de bateria que satisfaz adequadamente as diversas exigências necessárias para produzir grades de bateria para placas positivas e, em particular, é menos dispendiosa e apresenta um melhor desempenho do que a Liga A atual.

SUMÁRIO

[023] Os problemas e as desvantagens da técnica anterior são superados ou amenizados pela presente bateria de chumbo-ácido que aplica recursos de projeto de bateria que protegem a bateria de danos de descarga profunda permanentes e promove a aceitação de carga durante as aplicações de flutuação. Em modalidades exemplificativas, encontrou-se por experimentação que uma combinação exclusiva de materiais de bateria que são aplicados em proporções exclusivas permite que a bateria mantenha melhor uma carga durante as operações de flutuação. As proporções e a razão em que esses materiais exemplificativos são aplicados são exclusivas.

[024] As modalidades exemplificativas da invenção também usam certos materiais e/ou características de material que são exclusivas em seu uso ou em sua quantidade. Mantendo-se uma razão exclusiva de materiais em relação à liga metálica da grade positiva, uma bateria da presente invenção exibe um desempenho superior durante longos períodos de tempo. Os materiais ideais e seus proporções e razões de uso são apresentados em detalhes no corpo deste relatório descritivo. Encontrou-se por experimentação que esses materiais exemplificativos exclusivos usados em proporções e porcentagens exclusivas, em combinação com materiais convencionais, fornecem de modo cumulativo uma bateria de chumbo-ácido vantajosa que supera os problemas que afetaram as baterias de chumbo-ácido no passado. As modalidades exemplificativas da liga metálica da grade positiva desta invenção superam tais problemas com excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão melhorada, menos gaseificação e, portanto, uma menor taxa de sulfatação e perda de água, e nenhum pós-fundição é exigido para endurecer por envelhecimento as grades de bateria.

[025] Além disso, as novas ligas à base de chumbo exemplificativas descritas no presente documento que contêm estanho, cálcio, bismuto e cobre podem ser caracterizadas por propriedades mecânicas melhoradas, resistência à corrosão, menos gaseificação da bateria, menos sulfatação e perda de água, e nenhuma exigência de tratamento pós-fundição para endurecimento por envelhecimento para que as grades possam ser processadas muito anteriormente após serem fundidas ou perfuradas.

[026] Uma modalidade da presente invenção inclui uma célula de chumbo-ácido que tem uma placa positiva e uma placa negativa disposta com um recipiente, um separador disposto no interior do dito recipiente e separando as ditas placas positiva e negativa, e um eletrólito no interior do dito recipiente, em que a dita placa positiva compreendem uma estrutura de suporte de grade que tem uma camada de material ativo na mesma, em que a dita estrutura de suporte de grade compreende uma liga à base de chumbo que consiste essencialmente em chumbo, de cerca de 1,5 % a cerca de 3,0 % de estanho, de cerca de 0 % a cerca de 0,02 % de cobre, de cerca de 0,015 % a cerca de 0,04 % de bismuto, de cerca de 0 % a cerca de 0,02 % de bário e de cerca de 0 % a cerca de 0,08 % de cálcio, sendo que as porcentagens são baseadas no peso total da dita liga à base de chumbo.

[027] Tanto a descrição geral anterior quanto a descrição detalhada a seguir fornecem exemplos e são explicativos somente. Consequentemente, a descrição geral anterior e a descrição detalhada a seguir não devem ser consideradas como restritivas. Além disso, recursos ou variações podem ser fornecidos além daqueles estabelecidos no presente documento. Por exemplo, as modalidades podem ser direcionadas para várias combinações e subcombinações de recurso descritas na descrição detalhada.

[028] Os recursos e vantagens discutidos acima ou outros recursos e vantagens da presente invenção serão observados e compreendidos por aqueles versados na técnica a partir da descrição detalhada e dos desenhos a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[029] Referindo-se às FIGURAS em que elementos similares são numerados de modo similar nas diversas FIGURAS:

[030] A FIG. 1 ilustra uma bateria de chumbo- ácido exemplificativa;

[031] A FIG. 2 ilustra uma célula de VRLA exemplificativa;

[032] A FIG. 3 ilustra as plotagens de efeito principal para taxa de corrosão a partir de uma célula de teste de 8 meses;

[033] A FIG. 4 ilustra as plotagens de efeito principal para o crescimento de comprimento de amostra a partir de uma célula de teste de 8 meses;

[034] A FIG. 5 ilustra um gráfico de evolução de dureza para a Liga A e para a Liga 15;

[035] A FIG. 6 ilustra um gráfico de evolução de limite elástico para a Liga A e para a Liga 15;

[036] A FIG. 7 ilustra um gráfico de evolução de limite elástico para a Liga A e para a Liga 15;

[037] A FIG. 8 ilustra um gráfico de evolução de alongamento para a Liga A e para a Liga 15;

[038] A FIG. 9 ilustra um gráfico de sobretensão de polarização para evolução de oxigênio nas Ligas 15, A e B;

[039] A FIG. 10 ilustra um gráfico de perda padrão, ou queda média de tensão (mV) após 112 dias para as Ligas 15, 13 e A;

[040] A FIG. 11 ilustra um gráfico de descarga de capacidade de vida de ciclo padrão BCI para as células da Liga 15;

[041] A FIG. 12 ilustra um gráfico de vida de ciclo de baixa taxa, C/8, 100 % de teste de ciclo de DoD (Liga 15, capacidade residual = 95 % após 580 ciclos) para uma versão de célula de AGM de 2 Volts; e

[042] A FIG. 13 ilustra um gráfico de vida de ciclo de baixa taxa, C/8, 100 % de teste de ciclo de DoD (Liga A, capacidade residual = 80 % após 600 ciclos) para outra versão de célula de AGM de 2 Volts.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS

[043] Como exigido, as modalidades exemplificativas da presente invenção são reveladas. As várias modalidades são destinadas a serem exemplos não limitantes de diversas maneiras de implementar a invenção e compreender-se-á que a invenção pode ser incorporada de formas alternativas. A presente invenção será descrita mais completamente doravante com referência aos desenhos anexos em que numerais similares representam elementos similares ao longo das diversas figuras e em que as modalidades exemplificativas são mostradas. As figuras não estão necessariamente em escala e alguns recursos podem estar exagerado ou minimizados para mostrar detalhes de elementos particulares, enquanto elementos relacionados podem ter sido eliminados para impedir o obscurecimento de novos aspectos. Os detalhes estruturais e funcionais específicos apresentados no presente documento não devem ser interpretados como limitantes, porém, meramente como uma base para as reivindicações e como uma base representativa para ensinar a uma pessoa versada na técnica a empregar de modo variado a presente invenção.

[044] Embora uma bateria VRLA industrial seja mostrada nas FIGS. 1 e 2, as diversas modalidades da presente invenção podem incluir qualquer tipo de bateria de chumbo- ácido, incluindo, por exemplo, baterias de transporte. A FIG. 1 ilustra uma bateria de chumbo-ácido exemplificativa que tem uma placa positiva, indicada geralmente em 10, com um separador 12 envolvendo a placa positiva 10. A placa positiva 10 compreende, em geral, uma grade 14 que tem um ressalto de placa 16 e um material ativo positivo 18 colado na grade 14. Como se sabe, há muitas diferentes configurações para a grade. Além disso, em células de VRLA, o separador é tipicamente um separador de fibra de vidro absorvente. Outros separadores de fibra de vidro comercialmente disponíveis incorporam poliolefina ou outras fibras poliméricas para substituir parte das fibras de vidro.

[045] A FIG. 2 ilustra uma célula de VRLA, indicada geralmente em 20. A célula 20 inclui, desse modo, um recipiente ou jarro 22 que retém de modo apertado no mesmo uma pilha de elementos, mostrada geralmente em 24. A pilha de elementos 24 compreende, desse modo, uma série de placas positivas 10 e placas negativas 26 disposta de modo alternado e que têm separadores 12 que separam placas positiva e negativa adjacentes. A faixa 28 é usada para manter as placas adjacentes na compressão desejada e para facilitar a montagem (em que a faixa envolve a pilha de elementos 24, porém, se encontra parcialmente rompida na FIG. 2 com propósitos ilustrativos). A célula de VRLA 20 inclui, do mesmo modo, um terminal positivo 30, um terminal negativo 32 e uma cobertura 34 fixada ao recipiente ou jarro 22 através de qualquer meio adequado, como se sabe. Na medida em que as células de VRLA funcionam por recombinação de oxigênio, como se sabe, uma válvula autoliberável de baixa pressão 36 é usada para manter a pressão interna desejada no interior da célula. Muitas válvulas de alívio adequadas válvulas de alívio são conhecidas e usadas.

[046] A grade 14 inclui uma liga do tipo Pb-Sn- Ca com alguns outros elementos e características, como descrito doravante. Em uma modalidade, Ca é fixado a cerca de 0,065 %, logo abaixo da composição peritética, e, de preferência, nenhum Ag é adicionado.

[047] Um desenho fatorial completo do experimento (DOE) com quatro fatores, Sn, Cu, Bi e Ba, gera a matriz de liga para teste laboratorial. As Tabelas 1 e 2 identificam os níveis de fator e a matriz de liga. A Liga A é o controle. TABELA 1 - FATORES E NÍVEIS

TABELA2—MATRIZDELIGA

[048] As amostras do tipo "osso de cachorro" foram fundidas por gravidade. Testes de tração e dureza foram realizados para avaliar as propriedades mecânicas das ligas no estado bruto de fusão e envelhecidas à temperatura ambiente e submetidas a tratamento térmico a 100 °C por três horas.

[049] Os testes de corrosão foram realizados a 60 °C, em H2SO4 com 1,30 GE, e com potencial de cerca de 1,30 V versus e eletrodo de referência de Hg/Hg2SO4. Quatro amostras de cada liga foram usadas para cada célula de teste. O tempo de teste foi de cerca de 1,5 a 11 meses. Após o teste de corrosão, a perda de peso e as alterações de dimensão da amostra foram medidas e a camada de corrosão foi analisada com um microscópio eletrônico de varredura (MEV) e um microscópio óptico.

[050] Para as células de teste de corrosão de 1,5, 5 e 8 meses, o efeito de variáveis foi similar. As FIGS. 3 e 4 ilustram as plotagens de efeito principal para a taxa de corrosão e crescimento de comprimento de amostra a partir da célula de teste de 8 meses. Tanto Sn quanto Bi reduzem a taxa de corrosão e o crescimento da amostra. Cu quase não tem efeito na taxa de corrosão, porém, reduz o crescimento de amostra. Ba teve um efeito negativo na taxa de corrosão e no crescimento da amostra.

[051] O efeito de Sn na taxa de corrosão é mais significante de 1,5 a 2,0 % do que de 2,0 a 3,0 %. Portanto, a liga preferencial é de 2,0 % de Sn, 0,032 % de Bi e 0,0125 % de Cu (Liga 15 na matriz) e foi selecionada para testes de construção de bateria.

[052] As FIGS. 5 a 8 comparam propriedades mecânicas para a Liga A e para a Liga 15. Com um maior teor de Ca, a Liga 15 tem uma maior dureza (FIG. 5), rendimento (FIG. 6) e limite elástico (FIG. 7) com o alongamento similar (FIG. 8).

[053] Medições de sobretensão de oxigênio foram realizadas em 1,30 SG de ácido sulfúrico a 25 °C, 35 °C e 45 °C, respectivamente, em eletrodos fabricados a partir das Ligas 15, A e B (chumbo puro). Os parâmetros de Tafel derivados da equação de Tafel n (sobretensão) = a + b Log[i] são apresentados na Tabela 3, abaixo, em que a é o intercepto e b é a inclinação. b representa a sobretensão por uma década de aumento em densidade de corrente e a é relacionado à densidade de corrente de troca na tensão de circuito aberto através da relação Log[io] = a/b. A inclinação de Tafel, b, é a mesma para todas as 3 ligas de teste. A inclinação de Tafel é relacionado ao mecanismo de reação para evolução de oxigênio no eletrodo de teste. Isso significa que o mecanismo para evolução de oxigênio parece ser independente do tipo de liga ou da temperatura de operação. TABELA 3 — PARÂMETROS DE TAFEL PARA LIGAS 15, A E B EM 1,30 DE ÁCIDO

[054] A densidade de corrente de troca, io, descreve a taxa de reação (para evolução de O2) sob condições de circuito aberto. Quanto mais alto for o valor, maior será a taxa de evolução de O2 naquele eletrodo. Uma maior densidade de corrente de troca significaria um efeito catalítico da liga na evolução de oxigênio. A densidade de corrente de troca para a liga 15 é consideravelmente inferior àquela da Liga A. De fato, é comparável àquela da Liga B (Pb puro).

[055] Além disso, a energia de ativação para a evolução de oxigênio na liga 15 (similar àquela da Liga B) é significantemente maior do que aquela da Liga A.

[056] Uma plotagem da tensão de polarização a uma densidade de corrente específica de 10 mA/cm2 na FIG. 9 confirma uma resistência à polarização muito maior para a Evolução de Oxigênio na Liga 15 do que na Liga A. Consequentemente, espera-se que a taxa de evolução de oxigênio na Liga 15 seja relativamente inferior àquela da Liga A, porém, comparável àquela da Liga B (Pb puro). Uma menor taxa de gaseificação poderia resultar em menores taxas de autodescarga na bateria e em um processo de recombinação mais eficiente em sistemas de VRLA.

[057] O bismuto em combinação com cobre e estanho na liga aumenta a sobretensão de oxigênio. Aditivos ligantes que aumentam a sobretensão de oxigênio têm a propensão de amenizar o impacto de gaseificação na placa positiva. A Liga 15 é comparável à Liga B (chumbo puro) em termos de resistência à gaseificação na placa positiva.

RESULTADOS DE TESTE DA CÉLULA

[058] Com base nos resultados de teste laboratorial acima, a Liga 15 (Pb2,0Sn0,065Ca0,032Bi0,0125Cu) é selecionada para o teste de bateria. Os resultados de teste são ilustrados nas FIGS. 10 a 13.

[059] A FIG. 10 ilustra a perda padrão, ou a queda média de tensão (mV) após 112 dias para as Ligas 15, 13 e A.

[060] A FIG. 11 ilustra a descarga de capacidade de vida de ciclo padrão BCI para as células da Liga 15.

[061] A FIG. 12 ilustra a vida de ciclo de baixa taxa, C/8, 100 % de teste de ciclo de DoD (Liga 15, capacidade residual = 95 % após 580 ciclos) para uma versão de célula de AGM de 2 Volts.

[062] A FIG. 13 ilustra a vida de ciclo de baixa taxa, C/8, 100 % de teste de ciclo de DoD (Liga A, capacidade residual = 80 % após 600 ciclos) para outra versão de células de AGM de 2 Volts.

[063] Como pode ser observado, os resultados de teste de célula atualizados mostram que a liga 15 apresenta um desempenho igual ou melhor do que o da Liga A. Outras ligas, incluindo, mas sem limitação, ligas 13, 14 e 16 podem satisfazer de modo adequado as diversas exigências necessárias para produzir grades de bateria para placas positivas. Além disso, essas ligas são caracterizadas por propriedades mecânicas melhoradas, resistência à corrosão, menos gaseificação de bateria e perda de água, desempenho elétrico melhorado, e nenhuma exigência de tratamento pós- fundição para endurecimento por envelhecimento para que as grades possam ser processadas muito anteriormente antes de serem fundidas. Esses critérios seriam satisfeitos independentemente do tipo de aplicação.

[064] É importante observar que a construção e a disposição dos elementos da liga para uma grade de bateria, como mostrado nas modalidades exemplificativas preferenciais e outras modalidades exemplificativas, são ilustrativas somente. Embora somente poucas modalidades da presente invenção tenham sido descritas em detalhes nesta revelação, aqueles que são versados na técnica que revisarem esta revelação irão verificar prontamente que muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações em combinações e subcombinações das quantidades dos elementos de liga) sem que haja desvio material dos novos ensinamentos e das vantagens da matéria citada nas reivindicações. Por exemplo, os elementos podem ser substituídos e adicionados e as quantidades dos elementos podem varias.

[065] Consequentemente, todas as tais modificações são destinadas a estarem incluídas no escopo da presente invenção, como definido nas reivindicações anexas. A ordem ou sequência de quaisquer etapas de processo ou método pode ser variada ou rearranjada de acordo om modalidades alternativas. Outras substituições, modificações, alterações e omissões podem ser realizadas no projeto, nas condições de operação e na disposição das modalidades exemplificativas preferenciais e outras modalidades exemplificativas sem que haja desvio do espírito da presente invenção, como expresso nas reivindicações anexas.

Claims

1. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, tendo uma placa positiva e uma placa negativa disposta com um recipiente, um separador disposto no interior do dito recipiente e que separa as ditas placas positiva e negativa e um eletrólito no interior do dito recipiente, caracterizada pela dita placa positiva compreender uma estrutura de suporte de grade que tem uma camada de material ativo na mesma, sendo que a dita estrutura de suporte de grade compreende uma liga à base de chumbo que consiste essencialmente em chumbo, de 1,5 % a de 3,0 % de estanho, de 0,01 % a 0,02 % de cobre, de 0.015 % a 0,04 % de bismuto, e de 0,05 % a 0,08 % de cálcio, em que as porcentagens são baseadas no peso total da dita liga à base de chumbo.

2. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de estanho da dita liga ser de 1,75 % a 2,25 %.

3. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de estanho da dita liga ser de 1,95 % a 2,05 %.

4. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de estanho da dita liga ser de 2,0 %.

5. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de cobre da dita liga ser de 0,0125 %.

6. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de bismuto da dita liga ser de 0,015 % a 0,035 %.

7. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de bismuto da dita liga ser de 0,032 %.

8. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de cálcio da dita liga ser de 0,05 % a 0,07 %.

9. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo teor de cálcio da dita liga ser de 0,065 %.

10. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela dita grade ser uma grade fundida.

11. CÉLULA DE CHUMBO-ÁCIDO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela bateria ser selada.

12. PLACA PARA UMA BATERIA DE CHUMBO-ÁCIDO, tendo uma grade caracterizada por compreender uma liga à base de chumbo que consiste em chumbo, 2,0 % de estanho, 0,0125 % de cobre, 0,032 % de bismuto e 0,065 % de cálcio, sendo que as porcentagens são baseadas no peso.

13. PLACA PARA UMA BATERIA DE CHUMBO-ÁCIDO, tendo uma grade caracterizada por compreender uma liga à base de chumbo que consiste em chumbo, 2,0 % de estanho, 0,0125 % de cobre, 0,015 % de bismuto e 0,065 % de cálcio, sendo que as porcentagens são baseadas no peso.