BR112015009182B1 - Composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula e bateria de chumbo-ácido regulada por válvula - Google Patents
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Abstract
composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula e bateria de chumbo-ácido regulada por válvula. é aqui descrita uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: um material carbonáceo tendo uma área superficial bet de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de d90 superior a 5 (mi)m; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição. também é aqui descrita uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: uma placa positiva, uma placa negativa, um separador, e um eletrólito colocado em um recipiente que compreende uma válvula, em que a placa negativa compreende um substrato que compreende chumbo ou uma liga de chumbo e um material ativo negativo constituído por uma composição que compreende um material carbonáceo tendo uma área superficial bet de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de d90 superior a 5 (mi)m; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição.
Description
[001] Uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula preenchida com um eletrólito em gel para aplicações de ciclagem profunda.
[002] A bateria de chumbo-ácido regulada por válvula foi desenvolvida como uma bateria de chumbo-ácido avançada. Uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula preenchida com eletrólito em gel, é também chamada de bateria de gel, é muitas vezes usada em aplicações industriais em descarga profunda e operação de ciclo de carga profunda, pois seu eletrólito em gel imobilizado reduz a estratificação ácida e, eventualmente, estende a vida útil da bateria. Como outro tipo de bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que usa separadores de material vítreo absorvidos, a assim chamada bateria AGM é, muitas vezes, usada em aplicações automotivas.
[003] Convencionalmente, uma pequena quantidade de negro de fumo é adicionada ao material ativo do eletrodo negativo da bateria de chumbo-ácido. Geralmente, cerca de 0,2 % em peso de negro de fumo são adicionados na pasta negativa, independentemente se a bateria é regulada por válvula ou do tipo convencional inundado. Esta quantidade é conhecida como sendo suficiente para melhorar o processo de formação.
[004] Recentemente, a carga elevada de materiais carbonáceos condutores, tais como negro de fumo, grafite, tem sido investigada para tentar melhorar o desempenho da bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, especialmente com um desenho com um separador de material vítreo absorvido.
[005] A patente US N° 5.547.783 divulga a adição de 0,5-7,5 % em peso de aditivos condutores, tais como negro de fumo, acetileno negro, polianilina, estanho em pó, composto de estanho em pó, etc, a um material ativo negativo de uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula com separador de vidro fosco absorvido, em que a capacidade teórica de material ativo negativo da bateria é menor do que a do material ativo positivo. Esta variação levou a um ciclo de vida estendido de bateria.
[006] O documento US 2009/0325068 revela que a concentração de até 6 % de grafite ou de misturas de negro de fumo e grafite minimiza a acumulação de sulfato de chumbo na superfície da placa negativa durante a elevada taxa do estado parcial de funcionamento da carga da bateria e o desempenho melhorado da bateria.
[007] Há várias desvantagens em relação ao uso de aditivos de carbono condutores em bateria de chumbo-ácido. Principalmente, o desempenho melhorado da bateria no estado parcial de operação de carga da bateria VRLA com material separador de vidro absorvido vem sendo relatado.
[008] Para a bateria VRLA preenchida com eletrólito em gel, especialmente, em uma carga profunda e operação de ciclo de descarga, não são relatados muitos estudos. A adição de maior quantidade de material de baixa densidade, tais como negro de fumo ou grafite à pasta negativa tipicamente requer a adição de mais água, a fim de obter a processabilidade adequada, mas esta por sua vez resulta em certas desvantagens, tais como, uma reduzida densidade da pasta e uma adesão em massa ativa muito pobre.
[009] A patente japonesa número 43-64460 ensina que a combinação de 1 a 5 % em peso de um material carbonáceo tendo uma área superficial específica elevada e 1 a 5 peso de material carbonáceo condutor em uma massa ativa negativa da bateria de chumbo-ácido regulada por válvula com separador de material vítreo absorvido deu uma vantagem de desempenho de descarga de alta velocidade com o estado parcial da operação de carga da bateria.
[010] O documento US 2010/0015531 divulga a adição de 1 a 2 % em peso de um material carbonáceo possuindo uma elevada área superficial específica, por exemplo, tendo um volume de poro meso-superior a cerca de 0,1 cm3/g. A bateria resultante mantém desempenhos de bateria automotiva apesar de conter menos chumbo.
[011] Várias desvantagens em relação ao uso de material carbonáceo com uma elevada área superficial específica como material ativo negativo da bateria de chumbo- ácido, particularmente uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula com um separador de material vítreo absorvido ou a aplicação automotiva são relatadas majoritariamente. Para uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula com um eletrólito em gel, especialmente em uma operação de ciclo de descarga e carga profunda, são divulgados menos inconvenientes.
[012] No entanto, continua a ser um desafio técnico melhorar o desempenho no ciclo profundo das baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula preenchidas com eletrólito em gel, mantendo o desempenho de descarga. Os inventores têm procurado superar este desafio técnico pelas composições aqui divulgadas.
[013] É aqui descrita uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: um material carbonáceo contendo uma área superficial BET de 150 m2 g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição. Também é aqui descrita uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: uma placa positiva, uma placa negativa, um separador, e um eletrólito colocado em um recipiente que compreende uma válvula, em que a placa negativa compreende um substrato que compreende chumbo ou uma liga de chumbo e um material ativo negativo constituído por uma composição que compreende um material carbonáceo contendo uma área superficial BET de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição.
[014] A frase "um" ou "uma" entidade, tal como aqui utilizado se refere a uma ou mais dessas entidades; por exemplo, a expressão "uma placa positiva" se refere a uma ou mais placas positivas, ou alternativamente, pelo menos uma placa positiva para refletir a pluralidade comumente associada com "um" ou "uma". Como tal, os termos "um" (ou "uma"), "uma ou mais" e "pelo menos um" podem ser aqui utilizados indistintamente.
[015] Os termos "opcional" ou "opcionalmente" tal como é aqui utilizado, significa que um evento ou circunstância descrito subsequentemente pode, mas não necessariamente ocorrer, e que a descrição inclui casos onde o evento ou circunstância ocorre e casos em que não ocorre.
[016] Os valores numéricos associados com os parâmetros descritos e reivindicados, tais como, a área superficial BET, o valor de D90, % em peso, etc, são entendidos como correspondendo a valores sujeitos a medição e/ou observação, o que significa que a associação com o dito valor numérico é um erro experimental padrão. Como tal, qualquer valor numérico aparecendo tal como um termo pedido não deverá ser interpretado como significando que o dito valor é desprovido de erro experimental normal. O termo "cerca de", como aqui utilizado, é destinado a expressar o erro padrão para uma determinada medida e/ou observação e deve ser proporcionado seu significado comum e habitual de "aproximadamente".
[017] Área superficial BET é medida por um método de adsorção de nitrogênio a baixa temperatura, com base no método original de Brunauer et al. J. Am. Chem. Soc. (1938) 60 (2): 309-319, e foi adotado pela ASTM como método padrão D 6556.
[018] O termo "valor de D90" descreve o diâmetro onde noventa por cento de uma distribuição de partículas tem um tamanho de partícula menor e dez por cento tem um tamanho de partícula maior. O valor de D90 pode ser medido por microscopia eletrônica, utilizando tais técnicas conhecidas na arte, tal como descrito na norma ASTM B 822, ISO 13320: 2009, ASTM D3849 - 07 (2011), etc.
[019] A expressão "carvão ativado", como aqui utilizada se refere a um material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm que inclui várias combinações e sub-combinações de área superficial BET e o valor de D90 como observado do terceiro ao sétimo aspectos da primeira e segunda modalidades.
[020] O termo "óxido de chumbo", tal como aqui utilizado, refere-se a um material fresado composto de chumbo e óxido de chumbo.
[021] O termo "óxido de chumbo sulfatado", tal como aqui utilizado, refere-se a uma composição que compreende óxido de chumbo e sulfatos de chumbo.
[022] Uma primeira modalidade é dirigida a uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: um material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e possuindo um valor de D90 superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição.
[023] Em um primeiro aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[024] Em um segundo aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[025] Os exemplos de materiais carbonáceos comercialmente disponíveis possuindo uma área superficial BET de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm, incluem, mas não estão limitados a, um carvão ativado (por exemplo, NORIT PAC BC, NORIT DLC SUPER 30, NORIT DLC SUPRA 50, disponível pela Norit), um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite (por exemplo, HSAG 300 ou HSAG 400, disponível pela Timcal AG,), uma fibra de carbono (por exemplo, KYNOL ACF-1603-25, disponível a partir de Kynol).
[026] Em um terceiro aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 1500 m2/g.
[027] Em um quarto aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 200 m2/g a 1500 m2/g.
[028] Em um quinto aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 2000 μm.
[029] Em um sexto aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 100 μm.
[030] Em um sétimo aspecto da primeira modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 50 μm.
[031] Em um oitavo aspecto da primeira modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,2 % em peso com base no peso total da composição.
[032] Em um nono aspecto da primeira modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,2 % em peso a 1,0 % em peso com base no peso total da composição.
[033] Em um décimo aspecto da primeira modalidade, a composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula compreende ainda um óxido de chumbo sulfatado, um sulfato de bário, uma fibra, uma oxilignina, e água.
[034] Em um décimo primeiro aspecto da primeira modalidade, a composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula compreende ainda: um óxido de chumbo sulfatado (em uma quantidade que varia de 80 % em peso a 90 % em peso, 82 % em peso a 88 % em peso, ou 84 % em peso a 86 % em peso, com base no peso total da composição); um sulfato de bário (BaSO4, em uma quantidade que varia de 0,2 % em peso a 0,6 % em peso ou 0,3 % em peso a 0,5 % em peso, com base no peso total da composição); uma fibra (em uma quantidade que varia de 0,06 % em peso a 1,1 % em peso, 0,07 % em peso a 1,0 % em peso, ou 0,08 % em peso a 0,09 % em peso, com base no peso total da composição); uma oxilignina (em uma quantidade que varia de 0,1 a 0,3 % em peso, com base no peso total da composição); e água (em uma quantidade que varia de 12 % em peso a 16 % em peso, com base no peso total da composição.
[035] Um óxido de chumbo sulfatado compreende de 20 % em peso a 40 % em peso de chumbo, com base no peso total de óxido de chumbo, e de 60 % em peso a 80 % em peso de óxido de chumbo, com base no peso total do chumbo e o óxido de chumbo. Um óxido de chumbo sulfatado pode ser obtido pelo contato do óxido de chumbo com ácido sulfúrico. O contato pode ser realizado por técnicas convencionais, tais como, por exemplo, derramamento, pintura, pulverização, etc.
[036] Uma oxilignina conhecida quimicamente como lignossulfonato de sódio, está disponível comercialmente, por exemplo, como Vanisperse A.
[037] Exemplos de fibras adequadas incluem, mas não estão limitados a uma fibra de vidro; uma fibra de carbono, tais como, uma fibra de carbono a base de piche; uma fibra sintética de plástico, incluindo, mas não limitada a, uma fibra acrílica, e uma fibra de poliéster (por exemplo, fibras de poliéster grampeadas disponíveis a partir de Woongjin Chemical Co., Ltd.); uma fibra cerâmica condutora, ou suas combinações.
[038] Um processo adequado para a preparação de uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula é descrito no documento US 2012/0171564 (documento US 12/984.023).
[039] Uma segunda modalidade é dirigida a uma composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: um material carbonáceo tendo uma área superficial BET de 150 m2/g a 2000 m2/g e tendo uma D90 de valor superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição; e em que a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, apresenta uma melhoria em um ensaio de ciclos de profundidade que varia de 150 % a 400 % em comparação com uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que não contém o material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia desde 150 m2/g a 2000 m2/g e tendo um valor de D90 superior a cerca de 5 μm.
[040] Em um primeiro aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[041] Em um segundo aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[042] Em um terceiro aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 1500 m2/g.
[043] Em um quarto aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 200 m2/g a 1500 m2/g.
[044] Em um quinto aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 2000 μm.
[045] Em um sexto aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 100 μm.
[046] Em um sétimo aspecto da segunda modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 50 μm.
[047] Em um oitavo aspecto da segunda modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,2 % em peso com base no peso total da composição.
[048] Em um nono aspecto da segunda modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,2 % em peso a 1,0 % em peso com base no peso total da composição.
[049] Em um décimo aspecto da segunda modalidade, a composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula compreende ainda um óxido de chumbo sulfatado, um sulfato de bário, uma fibra, uma oxilignina, e água.
[050] Em um décimo primeiro aspecto da segunda modalidade, a composição para uso em um material ativo negativo em uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula compreende ainda: um óxido de chumbo sulfatado (em uma quantidade que varia de 80 % em peso a 90 % em peso, 82 % em peso a 88 % em peso, ou 84 % em peso a 86 % em peso, com base no peso total da composição); um sulfato de bário (BaSO4, em uma quantidade que varia de 0,2 % em peso a 0,6 % em peso ou 0,3 % em peso a 0,5 % em peso, com base no peso total da composição); uma fibra (em uma quantidade que varia de 0,06 % em peso a 1,1 % em peso, 0,07 % em peso a 1,0 % em peso, ou 0,08 % em peso a 0,09 % em peso, com base no peso total da composição); uma oxilignina (em uma quantidade que varia de 0,1 a 0,3 % em peso, com base no peso total da composição); e água (em uma quantidade que varia de 12 % em peso a 16 % em peso, com base no peso total da composição).
[051] Em um décimo segundo aspecto da segunda modalidade, a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula apresenta uma melhoria em um teste de ciclo profundo que varia de 150 % a 400 % em relação a uma bateria de chumbo- ácido regulada por válvula que não inclui o material carbonáceo tendo uma área superficial BET de 150 m2/g a 2000 m2/g e tendo um valor de D90 superior a 5 μm.
[052] Uma terceira modalidade é dirigida a uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: uma placa positiva, uma placa negativa, um separador, e um eletrólito colocado em um recipiente que compreende uma válvula, em que a placa negativa compreende um substrato que compreende chumbo ou uma liga de chumbo e um material ativo negativo constituído por uma composição que compreende um material carbonáceo tendo uma área superficial BET de cerca de 150 m2/g a cerca de 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a cerca de 5 μm; e em que a quantidade de materiais carbonáceos varia de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 1,5 % em peso com base no peso total da composição.
[053] Em um primeiro aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[054] Em um segundo aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[055] Em um terceiro aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 1500 m2/g.
[056] Em um quarto aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 200 m2/g a 1500 m2/g.
[057] Em um quinto aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 2000 μm.
[058] Em um sexto aspecto da terceira modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 100 μm.
[059] Em um sétimo aspecto da terceira modalidade o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia entre 5 um e 50 um.
[060] Em um oitavo aspecto da terceira modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,2 % em peso com base no peso total da composição.
[061] Em um nono aspecto da terceira modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,2 % em peso a 1,0 % em peso com base no peso total da composição.
[062] Em um décimo aspecto da terceira modalidade, a composição compreende ainda um óxido de chumbo sulfatado, um sulfato de bário, uma fibra, uma oxilignina, e água.
[063] Em um décimo primeiro aspecto da terceira modalidade, a composição compreende ainda: um óxido de chumbo sulfatado (em uma quantidade que varia de 80 % em peso a 90 % em peso, 82 % em peso a 88 % em peso, ou 84 % em peso a 86 % em peso, com base no peso total da composição); um sulfato de bário (BaSO4, em uma quantidade que varia de 0,2 % em peso a 0,6 % em peso ou 0,3 % em peso a 0,5 % em peso, com base no peso total da composição); uma fibra (em uma quantidade que varia de 0,06 % em peso a 1,1 % em peso, 0,07 % em peso a 1,0 % em peso, ou 0,08 % em peso a 0,09 % em peso, com base no peso total da composição); uma oxilignina (em uma quantidade que varia de 0,1 a 0,3 % em peso, com base no peso total da composição); e água (em uma quantidade que varia de 12 % em peso a 16 % em peso, com base no peso total da composição).
[064] Em um décimo segundo aspecto da terceira modalidade, a válvula é uma válvula de alívio de pressão.
[065] As baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula típicas são descritas no documento US 2012/0171564 (documento US 12/984.023).
[066] Uma quarta modalidade é dirigida para uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, que compreende: uma placa positiva, uma placa negativa, um separador, e um eletrólito colocado em um recipiente que compreende uma válvula, em que a placa negativa compreende um substrato que compreende chumbo ou uma liga de chumbo e um material ativo negativo constituído por uma composição que compreende um material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a cerca de 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição; e em que a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula, apresenta uma melhoria em um ensaio de ciclos de profundidade que varia de 150 % a 400 % em comparação com uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula que não compreendem o material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia desde 150 m2/g a 2000 m2/g e tendo um valor de D90 superior a cerca de 5 μm.
[067] Em um primeiro aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[068] Em um segundo aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo compreende um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
[069] Em um terceiro aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 1500 m2/g.
[070] Em um quarto aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo tem uma área superficial BET que varia de 200 m2/g a 1500 m2/g.
[071] Em um quinto aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 2000 μm.
[072] Em um sexto aspecto da quarta modalidade, o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 100 μm.
[073] Em um sétimo aspecto da quarta modalidade o material carbonáceo tem um valor de D90 que varia de 5 μm a 50 μm.
[074] Em um oitavo aspecto da quarta modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,2 % em peso com base no peso total da composição.
[075] Em um nono aspecto da quarta modalidade, a quantidade de material carbonáceo varia de 0,2 % em peso a 1,0 % em peso com base no peso total da composição.
[076] Em um décimo aspecto da quarta modalidade, a composição compreende ainda um óxido de chumbo sulfatado, um sulfato de bário, uma fibra, uma oxilignina, e água.
[077] Em um décimo primeiro aspecto da quarta modalidade, a composição compreende ainda: um óxido de chumbo sulfatado (em uma quantidade que varia de 80 % em peso a 90 % em peso, 82 % em peso a 88 % em peso, ou 84 % em peso a 86 % em peso, com base no peso total da composição); um sulfato de bário (BaSO4, em uma quantidade que varia de 0,2 % em peso a 0,6 % em peso ou 0,3 % em peso a 0,5 % em peso, com base no peso total da composição); uma fibra (em uma quantidade que varia de 0,06 % em peso a 1,1 % em peso, 0,07 % em peso a 1,0 % em peso, ou 0,08 % em peso a 0,09 % em peso, com base no peso total da composição); uma oxilignina (em uma quantidade que varia de 0,1 a 0,3 % em peso, com base no peso total da composição); e água (em uma quantidade que varia de 12 % em peso a 16 % em peso, com base no peso total da composição).
[078] Em um décimo segundo aspecto da quarta modalidade, a válvula é uma válvula de alívio de pressão.
[079] Em um décimo terceiro aspecto da quarta modalidade, a bateria de chumbo-ácido regulada por válvula apresenta uma melhoria em um teste de ciclo profundo que varia de 150 % a 400 % em relação a uma bateria de chumbo- ácido regulada por válvula que não contém o material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e tendo um valor de D90 superior a cerca de 5 μm.
[080] Como será visto a partir dos exemplos aqui incluídos a composição da primeira modalidade é útil para uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula aplicações de ciclismo profundas.
[081] Não deve ser usado para limitar por meio do exemplo, os seguintes exemplos servem para facilitar uma melhor compreensão da descrição.
[082] Um estudo foi realizado para compreender a influência da área superficial BET e tamanho das partículas de um determinado material carbonáceo no eletrodo negativo de uma bateria de chumbo-ácido regulada por válvula preenchida com eletrólito em gel (bateria de gel) para aplicações de ciclo profundo.
[083] Uma composição foi preparada pela adição de óxido de chumbo sulfatado, sulfato de bário (BaSO4), fibras poliméricas, uma oxilignina, água destilada, e um negro de fumo, um carvão ativado, uma grafite de elevada área superficial ("Grafite I"), um negro de fumo tipo de forno (FT), uma grafite expandida ("Grafite II"), ou uma combinação dos mesmos, a uma batedeira-misturador, tal como aqui descrito. A tabela a seguir fornece a composição das composições aqui consideradas.
[084] A composição, designada como "Controle", não contém nenhum material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm. Em vez disso, o controle contém um material carbonáceo tendo uma área superficial BET de 20 m2/g e um tamanho médio de partícula primária de cerca de 95 nm.
[085] As composições designadas como A, B, e C compreendem um material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição.
[086] A composição A compreende cerca de 0,43 % em peso de um carvão ativado com uma área superficial BET de cerca de 1200 m2/g e um valor de D90 de cerca de 9 μm.
[087] As composições B e C compreendem cerca de 0,18 % em peso e cerca de 1,02 % em peso, respectivamente, de uma grafite área superficial elevada tendo área superficial BET de cerca de 280 m2/g e um valor de D90 de cerca de 32 μm.
[088] As composições designadas como D e E são exemplos comparativos.
[089] A composição D contém como um material carbonáceo (i) 2,01 % em peso de um negro de fumo tipo forno tendo uma área superficial BET de cerca de 250 m2/g e um tamanho de partícula primária médio de 18 nm, e (ii) cerca de 0,97 % em peso de uma grafite expandida tendo uma área superficial BET de cerca de 30 m2/g e um valor de tamanho de partícula que varia de cerca de 10 a cerca de 50 μm.
[090] A composição E contém como um material carbonáceo cerca de 0,18 % em peso de um negro de fumo tipo forno tendo uma área superficial BET de cerca de 250 m2/g e um tamanho de partícula primária médio de 18 nm.
[091] Todas as composições foram processadas em placas negativas. As placas curadas foram montadas como placas contra positivas e separadores. Depois de montar as baterias não formadas, o processo de formação foi iniciado e seguido por um processo de enchimento com eletrólito em gel, eventualmente, baterias de gel de capacidade nominal de 60 Ah (C20) foram construídas para os testes de bateria a seguir.
[092] Os testes de ciclo profundo foram realizados como se segue. As baterias foram descarregadas com corrente constante de 10A (taxa de 5 horas) do estado totalmente carregada até que a tensão da bateria atingir 10,2V e carregamento até a tensão máxima de 14,4 V e corrente máxima de 10A durante 16 horas à temperatura ambiente. O teste foi encerrado quando a capacidade de descarga da bateria se tornou menor do que 40,8Ah que é 80 % da capacidade nominal C5.
[093] Os testes de descarga foram realizados antes que o ciclo profundo de taxa de 5 horas tenha iniciado para todas as baterias. Pelo menos dois testes de descarga foram conduzidos para cada bateria. A capacidade C5 em Ah foi determinada pela descarga da bateria com uma corrente especificada até uma tensão específica de fim-de-descarga tenha sido alcançada. Isso foi feito repetidamente (ciclos) até a capacidade de descarga atingir um limite especificado (80 % C5). Em cada exemplo, o teste foi terminado após a bateria atingir a capacidade C5-limite de 40,8 Ah. Foram registrados o número de ciclos C5 necessários para atingir a capacidade de C5 limite de 40,8 Ah para cada bateria.
[094] A tabela seguinte representa os resultados para cada composição, em que o valor de "Ciclo profundo" (%) foi obtido multiplicando a razão entre o número de ciclos C5 necessários para alcançar o limite C5 para uma dada bateria contendo a composição designada para o número de ciclos C5 necessários para alcançar o limite C5 para uma bateria que contém a composição de controle por 100.
[095] As baterias de gel contendo a composição A melhoraram o desempenho do ciclo profundo de vida em cerca de 178 % em relação à bateria de gel contendo a composição de controle.
[096] As baterias de gel contendo composições B e C melhoraram o desempenho do ciclo profundo de vida por 384 % e 288 %, respectivamente.
[097] As baterias de gel contendo composição D não tiveram nenhuma melhora no desempenho do ciclo profundo de vida, mas ao invés disso, resultaram em um impacto negativo para o desempenho da alta taxa de descarga.
[098] As baterias de gel contendo a composição E não apresentaram melhora no comportamento líquido do ciclo profundo.
[099] As composições A, B, e C, cada uma das quais compreende um material carbonáceo tendo uma área superficial BET que varia de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm; em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1 % a 1,5 % em peso com base no peso total da composição melhora o desempenho do tempo de vida do ciclo profundo da bateria de gel.
[0100] Por outro lado, a composição D contendo uma maior quantidade de negro de fumo e grafite expandido não apresenta melhora no desempenho do ciclo profundo e desempenho de descarga insuficiente. Além disso, a composição E, contendo um material carbonáceo tendo uma área superficial BET de cerca de 250 m2/g não estende o comportamento do ciclo profundo. Com base nestes resultados, acredita-se que a adição de um material carbonáceo tendo estrutura aglomerada, tais como negros de fumo pode não prolongar a vida do ciclo profundo da bateria de gel.
[0101] O objeto do documento US 2012/0171564 (documento US 12/984.023, depositado em 4 de janeiro de 2011) é aqui incorporado por referência. Os componentes individuais mostrados no esboço ou designados pelos blocos nos desenhos revelados no documento US 2012/0171564 são todos bem conhecidos na técnica das baterias, e a sua construção e operação específica não são críticos para o melhor modo de funcionamento ou para a realização da invenção.
[0102] Embora se acredite que uma descrição plena e completa esteja aqui contida, certas referências de patente e de não patente podem incluir certos assuntos essenciais. Na medida em que estas referências de patentes e de não patentes descrevem um objeto essencial, estas referências são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. Deve ser entendido que o sentido do assunto incorporado são subservientes aos significados do assunto aqui divulgados.
[0103] A descrição anterior proporciona ilustração e descrição, mas não se destina a ser exaustiva ou a limitar o objeto reivindicado. As modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos anteriores ou podem ser adquiridas a partir da prática da invenção. Assim, é de notar que o âmbito da invenção é definido pelas reivindicações e seus equivalentes.
Claims (18)
1. COMPOSIÇÃO PARA USO EM UM MATERIAL ATIVO NEGATIVO EM UMA BATERIA DE CHUMBO-ÁCIDO REGULADA POR VÁLVULA caracterizada por compreender: um material carbonáceo tendo uma área superficial BET de 150 m2/g a 2000 m2/g e com um valor de D90 superior a 5 μm; em que o material carbonáceo compreende um carvão ativado, um carbono amorfo, um negro de fumo, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos; e em que a quantidade de material carbonáceo varia de 0,1% a 1,5% em peso com base no peso total da composição.
2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo material carbonáceo compreender um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
3. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela área superficial BET variar de 150 m2/g a 1500 m2/g.
4. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela área superficial BET variar de 200 m2/g a 1500 m2/g.
5. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 2000 μm.
6. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 100 μm.
7. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 50 μm.
8. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela quantidade de material carbonáceo variar de 0,1% a 1,2% em peso com base no peso total da composição.
9. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pela quantidade de material carbonáceo variar de 0,2% em peso a 1,0% em peso com base no peso total da composição.
10. BATERIA DE CHUMBO-ÁCIDO REGULADA POR VÁLVULA caracterizada por compreender: uma placa positiva, uma placa negativa, um separador, e um eletrólito colocado em um recipiente que compreende uma válvula, em que a placa negativa compreende um substrato compreendendo chumbo ou uma liga de chumbo e um material ativo negativo constituído por uma composição conforme definida na reivindicação 1.
11. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo material carbonáceo compreender um carvão ativado, uma grafite, uma fibra de carbono, ou uma combinação dos mesmos.
12. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pela área superficial BET variar de 150 m2/g a 1500 m2/g.
13. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pela área superficial BET variar de 200 m2/g a 1500 m2/g.
14. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 2000 μm.
15. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 100 μm.
16. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo valor de D90 variar de 5 μm a 50 μm.
17. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pela quantidade de material carbonáceo variar de 0,1% a 1,2% em peso com base no peso total da composição.
18. BATERIA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pela quantidade de material carbonáceo variar de 0,2% em peso a 1,0% em peso com base no peso total da composição.
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