BR112016011343B1

BR112016011343B1 - Compartimento catódico para bateria com eletrodo de ar e bateria recarregável

Info

Publication number: BR112016011343B1
Application number: BR112016011343-8A
Authority: BR
Inventors: Gwenaelle Toussaint; Philippe Stevens; Sophie Deshayes
Original assignee: Electricite De France
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2022-06-14
Also published as: EP3072175A1; DK3072175T3; JP6285551B2; CN105849956B; WO2015075401A1; ES2696399T5; PT3072175T; JP2016537787A; FR3013899A1; BR112016011343A2; FR3013899B1; DK3072175T5; DK3072175T4; CN105849956A; ES2696399T3; US9972874B2; RU2641305C2; US20160294027A1; EP3072175B1; RU2016124769A

Abstract

bateria com eletrodo de ar removível. a presente invenção refere-se a uma bateria recarregável (1), compreendendo uma caixa (11) e no interior desta: - um eletrodo de ar (22); - um eletrodo negativo (3); e - um eletrólito (4); na qual o eletrodo de ar (22) é removível fora da caixa. ela se refere também a um compartimento catódico (2) para bateria com eletrodo de ar, compreendendo um eletrodo de ar e adaptado para ser de ar inserido em uma caixa da bateria e não fazendo parte da caixa, esse compartimento sendo móvel e de maneira removível.

Description

DOMÍNIO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao domínio técnico das baterias, compreendendo um eletrodo de ar e, mais particularmente, baterias compreendendo uma caixa e no interior desta um eletrodo de ar, um eletrólito líquido e o eletrodo negativo. Esse eletrodo negativo pode ser um eletrodo metálico.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] As baterias metal-ar fazem parte das baterias que compreendem um eletrodo de ar e utilizam um eletrodo negativo metálico, à base, por exemplo, de zinco, de ferro ou de lítio, acoplado ao eletrodo de ar, quando da descarga as seguintes reações ocorrem: M -> Mn+ + n.e- eletrodo negativo (eletrodo metálico) O2 + 2.H2O + 4.e. -> 4.OH- eletrodo positivo (eletrodo de ar)

[003] Assim, o oxigênio é reduzido ao nível do eletrodo de ar e o metal do eletrodo negativo é oxidado. Mais frequentemente, um eletrólito aquoso alcalino é utilizado.

[004] Essas baterias metal-ar têm várias aplicações, por exemplo, as baterias zinco-ar são comercializadas para uma utilização em próteses auditivas.

[005] Numerosos trabalhos foram realizados há vários decênios para o desenvolvimento e a otimização de eletrodos de ar, permitindo realizar geradores eletroquímicos de tipo metal-ar, conhecidos por suas energias mássicas elevadas, podendo atingir várias centenas de Wh/kg.

[006] Os eletrodos são também utilizados em pilhas à combustível alcalinas.

[007] Um eletrodo de ar permite utilizar como agente oxidante para a reação eletroquímica o ar da atmosfera, disponível em quantidade ilimitada em qualquer lugar e a qualquer momento.

[008] Um eletrodo ácido com ar é uma estrutura sólida porosa em contato com o eletrólito líquido, que é geralmente uma solução alcalina. A interface entre o eletrodo de ar e o eletrólito líquido é uma interface dita "com triplo contato", onde estão presentes simultaneamente a matéria sólida ativa do eletrodo, o oxidante gasoso (ar) e o eletrólito líquido.

[009] Uma descrição dos diferentes tipos de eletrodos de ar para baterias zinco-ar é exposta, por exemplo, no artigo bibliográfico de V. Neburchilov et al., intitulado "A review on air cathodes for zinc-air fuel cells" (em francês: "Inventário dos catodos com ar para células a combustível zinco-ar), Journal of Power Sources, 195 (2010), páginas 1271 a 1291.

[0010] Quando uma bateria metal-ar deve ser carregada eletricamente, o sentido da corrente é invertido e as seguintes reações ocorrem: Mn+ + n.e- -> M eletrodo negativo (eletrodo metálico) 4.OH- -> O2 + 2.H2O + 4.e. eletrodo positivo (eletrodo de ar)

[0011] Assim, o oxigênio é produzido no nível do eletrodo do eletrodo positivo e o metal é redepositado por redução sobre o eletrodo negativo.

[0012] Embora essas baterias funcionem sem problema maior em fase de descarga, elas não são estáveis em fase de carga; o ponto fraco da bateria-ar, quando da fase de carga, é o eletrodo de ar que não é concebido para ser utilizado em sentido inverso (isto é, em oxidação).

[0013] Com efeito, o eletrodo de ar tem uma estrutura porosa e funciona sob a forma de eletrodo volúmico, na qual a reação eletroquímica ocorre no volume do eletrodo, na interface entre um gás (o oxigênio do ar), um líquido (o eletrólito) e um sólido (a matéria ativa do eletrodo e eventualmente um catalisador): é o triplo contato. Essa superfície porosa é importante, pois ela confere uma grande superfície de reação necessária, e, portanto, uma grande densidade de corrente, pois a densidade do oxigênio gasoso é baixa em relação a um líquido. Por exemplo, a densidade molar do oxigênio no ar é igual a aproximadamente 0,03 mol/L, enquanto que a água tem uma densidade de 55 mol/L.

[0014] Assim, de maneira geral, um eletrodo com área fabricado a partir de grãos de carbono de elevada superfície, tal como o Vulcan®XC72 comercializado pela sociedade Cabot. A superfície do carbono pode, além disso, ser mais aumentada por reação com um gás, tal como o CO2, antes de sua integração no eletrodo de ar. Os grãos de carbono são, em seguida, aglomerados para formar o eletrodo de ar com o auxílio de um polímero hidrófobo fluorado, tal como um copolímero etileno-propileno fluorado (FEP) comercializado pela sociedade Dupont. O documento WO 2000/036677 descreve esse eletrodo para bateria metal-ar.

[0015] Essa grande superfície de reação não é necessária para a reação inversa de oxidação no nível do eletrodo positivo, quando da fase de carga, já que a concentração em matéria ativa é muito mais elevada. Bem, ao contrário, a estrutura porosa do eletrodo de ar apresenta o inconveniente de ser frágil: foi observado pelos inventores que a estrutura porosa do eletrodo de ar era destruída mecanicamente pela liberação de oxigênio gasoso, quando ela era utilizada para a oxidação do eletrólito líquido em oxigênio. Com efeito, a pressão hidráulica gerada no meio do eletrodo de ar pela produção de oxigênio gasoso é suficiente para provocar uma ruptura das ligações entre os grãos de carbono que constituem o eletrodo de ar.

[0016] Foi também observado pelos inventores que o catalisador, que é acrescentado ao eletrodo de ar para melhorar o rendimento energético da reação de redução do oxigênio, tal como o óxido de manganês ou de cobalto, não é estável ao potencial necessário à redução do oxigênio. Por outro lado, uma corrosão por oxidação do carbono ocorre em presença de oxigênio e é acelerada a potenciais elevados.

[0017] Para prevenir isto, determinados autores utilizam um catalisador de redução de oxigênio mais resistente acoplado a um catalisador de desprendimento de oxigênio em eletrodos bifuncionais compostos de duas camadas acopladas eletricamente (ver, por exemplo, a patente US 5306579). Infelizmente, esses eletrodos bifuncionais têm uma duração de vida pequena e um número de ciclos limitado, porque a estrutura desses eletrodos não resiste aos desprendimentos de gases produzidos em longos períodos, porque o catalisador não é estável e o carbono se correi aos potenciais aplicados durante a carga.

[0018] Essas degradações do eletrodo de ar, quando da fase de carga, reduzem muito sua duração de vida e são uma das principais razões que impede o desenvolvimento comercial de acumuladores metal - ar recarregáveis eletricamente.

[0019] Por conseguinte, a duração de vida do eletrodo de ar é mais curta do que aquela do eletrodo metálico para as baterias / pilhas utilizadas alternadamente em modo descarga e carga. Ora, seria uma pena ter de jogar fora a bateria-pilha, enquanto que o eletrodo metálico é ainda utilizável.

[0020] De maneira geral, o problema ligado ao desprendimento gasoso, quando da carga no nível do eletrodo de ar se encontra para qualquer bateria que compreenda um eletrodo de ar. APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[0021] Assim, um dos objetivos da presente invenção é de prevenir pelo menos um inconveniente do estado da técnica descrito acima.

[0022] Para isto, a presente invenção propõe um compartimento catódico para bateria com eletrodo de ar, compreendendo um eletrodo de ar e adaptado para ser integrado em uma caixa da bateria de maneira removível. O eletrodo de ar está sob a forma de placa e o compartimento catódico estanque aos líquidos. O compartimento catódico compreende, além disso, uma conexão elétrica para ligar o eletrodo de ar a um polo positivo de uma bateria e uma caixa oca que apresenta uma entrada de ar e uma saída de ar, com pelo menos uma face plana formada pelo menos em parte do eletrodo de ar.

[0023] Assim, o eletrodo de ar está compreendido em um compartimento catódico removível. Então, é possível continuar a utilizar o eletrodo negativo, notadamente o eletrodo metálico de uma bateria metal - ar, de maneira simples, quando o eletrodo de ar está em fim de vida. Com efeito, não é necessário desmontar o conjunto da bateria / pilha para substituir o eletrodo de ar.

[0024] Outras características opcionais e não limitativas do compartimento catódico são as seguintes.

[0025] Como variante, o compartimento catódico compreende, além disso, um rebordo sobre sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar da caixa para limitar a compressão do eletrodo negativo, notadamente quando este é metálico.

[0026] O compartimento catódico compreende vantajosamente, além disso, um eletrodo de ar adicional sob a forma de uma placa que forma, pelo menos em parte, uma outra face da caixa oca, a outra face sendo oposta à face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar.

[0027] O compartimento catódico compreende vantajosamente um reforço mecânico alveolado disposto no interior da caixa em apoios sobre o eletrodo de ar.

[0028] O compartimento catódico pode apresentar uma parte inferior e uma parte superior, a parte inferior compreendendo o ou os eletrodos de ar e a parte superior tendo pelo menos uma seção inferior à seção da parte inferior.

[0029] A invenção propõe também uma bateria recarregável, compreendendo uma caixa e no interior desta: - um eletrodo de ar; - um eletrodo negativo; e - um eletrólito; e na qual o eletrodo de ar é extraível fora da caixa e integrado a um compartimento, tal como descrito acima.

[0030] Assim, quando o eletrodo de ar chega em fim de vida, e é fácil substituí-lo.

[0031] Outras características opcionais e não limitativas da bateria são as seguintes.

[0032] No caso em que o eletrodo negativo é um eletrodo metálico, o eletrólito, um eletrólito líquido, o compartimento catódico é móvel no interior da caixa. A bateria compreende, então, um separador isolante eletricamente entre o eletrodo de ar e o eletrodo metálico, e um elemento resiliente. O separador, o compartimento catódico e o eletrodo metálico são ajustados, de modo que o elemento resiliente aja sobre o compartimento catódico para que este comprima o eletrodo metálico por sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar. Esse elemento resiliente pode ser a caixa da bateria ou um sistema de compressão disposto contra uma parede da caixa.

[0033] A bateria compreende vantajosamente um segundo eletrodo de ar integrado em um segundo compartimento catódico móvel e removível, tal como descrito acima, e um segundo separador isolante eletricamente entre o segundo eletrodo de ar e o eletrodo metálico. Os dois compartimentos catódicos e o eletrodo metálico são ajustados, de modo que o eletrodo metálico esteja compreendido entre os dois compartimentos catódicos por suas faces formadas pelo menos em parte pelos eletrodos de ar.

[0034] A bateria pode compreender, além disso, um segundo eletrodo positivo para a carga da bateria. Caso no qual, o segundo eletrodo positivo é vantajosamente disposto entre o compartimento catódico e o eletrodo negativo. A bateria compreende, então, além disso, pelo menos um afastador colocado em contato com o segundo eletrodo positivo para facilitar a evacuação das bolhas de oxigênio produzidas sobre o segundo eletrodo positivo, quando da carga. Dois afastadores podem, como variante, ser dispostos de ambos os lados do eletrodo positivo. Também, o afastador pode ser previsto contra uma face do segundo eletrodo positivo voltada para o eletrodo negativo, respectivamente para o eletrodo de ar. Nesse caso, a bateria compreende, além disso, pelo menos uma proteção mecânica disposta entre o afastador e o eletrodo negativo, respectivamente o eletrodo de ar para sua proteção contra o afastador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0035] Outros objetivos, características e vantagens aparecerão com base na descrição que se segue, com referência aos desenhos apresentados a título ilustrativo e não limitativo, dentre os quais:

[0036] - a figura 1 representa esquematicamente um compartimento catódico, utilizado em uma bateria, de acordo com a presente invenção;

[0037] - a figura 2 representa esquematicamente, em corte, o compartimento catódico da figura 1, compreendendo um eletrodo de ar e um reforço mecânico alveolado;

[0038] - a figura 3 representa esquematicamente, em corte, o compartimento catódico da figura 1, compreendendo dois eletrodos de ar e um reforço mecânico alveolado;

[0039] - a figura 4 representa esquematicamente em corte o compartimento catódico da figura 1, compreendendo dois eletrodos de ar, um reforço mecânico alveolado e cuja caixa apresenta um rebordo;

[0040] - a figura 5 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, um eletrodo metálico, dois compartimentos catódicos da figura 2 e dois separadores;

[0041] - a figura 6 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, um eletrodo metálico, dois compartimentos catódicos da figura 4 e dois separadores;

[0042] - a figura 7 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, dois eletrodos metálicos, dois compartimentos catódicos da figura 2, um compartimento catódico da figura 3 e quatro separadores;

[0043] - a figura 8 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, dois eletrodos metálicos, dois compartimentos catódicos da figura 2, um compartimento catódico da figura 3 quatro separadores e um sistema de compressão;

[0044] - a figura 9 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, um eletrodo metálico, dois compartimentos catódicos da figura 2, dois segundos eletrodos positivos e quatro separadores;

[0045] - a figura 10 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, compreendendo uma caixa, um eletrodo metálico, dois compartimentos catódicos da figura 2, dois segundos eletrodos positivos, quatro protetores mecânicos e quatro afastadores;

[0046] - a figura 11 representa esquematicamente um modo de realização de uma bateria, conforme a presente invenção, na qual o compartimento catódico apresenta uma parte superior e uma parte inferior, a seção da parte superior diminuindo à medida que se afasta da parte inferior; e

[0047] - a figura 12 representa esquematicamente uma bateria, conforme a presente invenção, na qual o compartimento catódico apresenta uma parte superior e uma parte inferior, todas duas retangulares, a seção da parte superior sendo inferior à seção da parte inferior formando assim um rebordo na interface destas.

DESCRIÇÃO

[0048] Uma bateria com eletrodo de ar, de acordo com a invenção, é descrita a seguir com referência às figuras 1 a 12. De maneira geral, o termo "bateria" é utilizado no caso para designar qualquer elemento elétrico, permitindo estocar a energia sob a forma química e restituí-la sob a forma elétrica. Assim, esse termo engloba também os termos de "pilha", "pilha a combustível", "pilha a combustível regeneradora" e "acumulador".

[0049] Essa bateria 1 compreende uma caixa 11 e, no interior desta, um eletrodo de ar removível 22, um eletrodo negativo 3 e um eletrólito 4.

[0050] O eletrodo de ar 22 pode assim ser retirado da caixa 11, por exemplo, de maneira deslizante, para sua substituição, quando ele chega em fim de vida ou é deteriorado, devido ao fato de, por exemplo, a estrutura em grãos de carbono aglomerados estar muito danificada. O eletrodo de ar 22 pode também ser móvel no interior da caixa 11, notadamente para permitir a compressão do eletrodo negativo 3, tal como será descrito mais detalhadamente a seguir.

[0051] O eletrodo de ar 22 é, de preferência, em um material poroso condutor de elétrons. Esse material poroso é, por exemplo, um composto de negro de carbono, de um catalisador à base de óxido de manganês ou de cobalto, de um ligante hidrófobo, tal como o HFP (hexa fluoro propileno) ou PTFE (poli tetra fluoro etileno) e de um coletor de corrente, tal como um coletor sob a forma de uma grade de níquel. Um polímero condutor de ânions pode ser acrescentado no eletrodo, tal como descrito na patente WO 2010/128242 A1, notadamente quando o eletrólito é aquoso. Esse polímero tem a função de impedir a carbonatação do eletrólito aquoso pelo CO2 contido no ar. O ligante hidrófobo tem a dupla função de produzir uma estrutura porosa, integra mecanicamente a partir de um pó cuja percolação eletrônica é assegurada por contato entre os grãos de carbono, e de ser suficientemente hidrófobo para impedir o eletrólito de atravessar o eletrodo, quando este é líquido.

[0052] O eletrodo negativo 3 pode ser um eletrodo metálico como no caso de uma bateria metal-ar. A matéria do eletrodo metálico é, de preferência, o zinco, o ferro ou o lítio. Nesse caso, o eletrólito é um eletrólito líquido.

[0053] A bateria 1 pode compreender, além disso, um compartimento catódico 2 que compreende uma caixa 21 oca e uma conexão elétrica 23 para conectar o eletrodo de ar 22 ao polo positivo da bateria 1 (ver as figuras 1 a 4). O compartimento catódico 2 é adaptado para ser inserido na caixa 11 da bateria, de maneira removível. O compartimento catódico 2 é, de preferência, estanque aos líquidos, por exemplo, ao eletrólito líquido 4 da bateria 1, notadamente quando o compartimento catódico 2 é previsto para comprimir o eletrodo negativo 3, conforme será descrito abaixo.

[0054] A caixa 21 apresenta assim uma cavidade na qual o ar pode circular. A caixa 21 apresenta também uma entrada de ar 24 e uma saída de ar 25 para a circulação de ar na caixa 21 e em contato com o eletrodo de ar 22. O ar utilizado para alimentar a caixa 21 pode ser não tratado, ou tratado para ser, por exemplo, umidificado, secado, descarbonatado (supressão do CO2) ou enriquecido em oxigênio.

[0055] O eletrodo de ar 22 é integrado no compartimento catódico 2, de maneira estanque, sob a forma de uma placa que forma pelo menos em parte uma das faces da caixa 21. A caixa 21 podendo então ser de forma cilíndrica com pelo menos uma face plana formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar 22. Nesse caso, a caixa 21 pode ser removível, de maneira deslizante perpendicularmente ao apótema do cilindro.

[0056] Assim, a substituição do eletrodo de ar 22 removível pode ser realizada de maneira facilitada, retirando simplesmente o compartimento catódico 2.

[0057] Como variante, um eletrodo de ar 27 adicional pode ser previsto no compartimento catódico 2. Esse segundo eletrodo de ar 27 adicional forma pelo menos, em parte, uma segunda face da caixa 21 oposta à face formada, pelo menos em parte, pelo primeiro eletrodo de ar 22 (ver a figura 3). Nesse caso, a caixa 21 tem, de preferência, uma forma cilíndrica com duas faces planas paralelas.

[0058] O compartimento catódico 2 pode compreender, além disso, um reforço mecânico 26 alveolado no interior da caixa 21 para seu reforço. Esse reforço mecânico 26 fica apoiado sobre o eletrodo de ar 22.

[0059] Esse reforço mecânico 26 é particularmente vantajoso, quando o eletrodo negativo 3 é um eletrodo metálico sob a forma de placa e que o compartimento catódico 2 e o eletrodo metálico 3 são ajustados, de modo que o compartimento catódico 2 comprime o eletrodo metálico 3 por sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar 22, por exemplo, contra uma parede da caixa 11, impedindo a deformação do eletrodo de ar 22, quando da compressão do eletrodo metálico 3.

[0060] Nesse modo de realização, a bateria 1 compreende um separador 5 que isola eletricamente o eletrodo de ar 22 do eletrodo metálico 3 e disposto entre estas. O separador 5 é um elemento em um material isolante eletricamente e condutor de íons, por exemplo, um polieletrólito, isto é, um polímero que compreende grupamentos carregados. Como variante, ele pode também ser em um material isolante eletricamente e permeável ao eletrólito líquido, por exemplo, um feltro. O separador 5 pode ser previsto fixado no eletrodo de ar 22 e/ou no eletrodo negativo 3. Por outro lado, a bateria 1 compreende um elemento resiliente que age sobre o compartimento catódico 2 para mantê-lo contra o eletrodo negativo 3, através do separador 5.

[0061] A compressão de eletrodo metálico 3 é vantajosa pelas seguintes razões. Quando da fase de carga de uma bateria metal-ar, o íon metálico é reduzido em metal no nível do eletrodo negativo que se deposita aí, quando o potencial no nível desse eletrodo negativo ou permite. Ora, em determinadas condições, o metal se deposita sob a forma de uma espuma pouco aderente na superfície do eletrodo metálico. Essa espuma pouco aderente pode se destacar do eletrodo, provocando uma perda de matéria ativa e, por conseguinte, uma diminuição da capacidade da bateria. Os inventores observaram que uma compressão do eletrodo metálico, durante a fase de carga limitava a formação dessa espuma pouco aderente. Por outro lado, essa compressão impede também o eletrodo metálico de se deformar durante os ciclos repetidos de carga e de descarga, assegurando uma repartição uniforme, homogênea e densa do depósito de metal sobre o eletrodo metálico.

[0062] O elemento resiliente pode ser formado pela caixa 11 da bateria. Os elementos que são colocados no interior da caixa 11 são aí inseridos à força. O elemento resiliente pode também ser realizado sob a forma de um sistema de compressão 6. Esse sistema de compressão 6 é disposto contra uma parede da caixa 11 e um outro elemento da bateria 1, por exemplo, o compartimento catódico 2 ou o eletrodo metálico 3. O sistema de compressão 6 permite assegurar a compressão do eletrodo metálico 3, uma vez que o compartimento catódico 2 e o eletrodo metálico 3 estão no lugar e após sua inserção. O sistema de compressão 6 é vantajosamente fabricado em um material resiliente, por exemplo, uma espuma resiliente. Um exemplo de espuma resiliente seria, por exemplo, uma espuma de poli (cloro preno) (também denominada Neopreno®), de preferência, as espumas de neopreno comercializadas com a denominação de Bulatex®, em particular Bulatex C166, pela sociedade Hutchinson. Um outro exemplo dessa espuma seria o produto Sylomer® G, uma espuma de poli (éter uretano) comercializada pela sociedade Plastiform's. A espuma é, de preferência, de porosidade fechada e isolada do eletrólito líquido. Ela é, portanto, de preferência, colocada em uma bolsa flexível, estanque, e estável em contato com o eletrólito líquido. Por exemplo, uma bolsa em polietileno extrudado termo-soldável.

[0063] O sistema de compressão 6 pode ser previsto removível e permite, então, após sua retirada retirar mais facilmente o ou os compartimentos catódicos 2.

[0064] A bateria 1 pode comportar dois compartimentos catódicos 2, tais como descritos acima. No caso de uma bateria 1 que compreende um eletrodo metálico como eletrodo negativo 3, o eletrodo metálico 3 sob a forma de placa pode ser comprimido entre as faces formadas pelo menos em parte por um eletrodo de ar 22 dos dois compartimentos catódicos 2. Separadores 5 isolam eletricamente o eletrodo metálico 3 dos eletrodos de ar 22.

[0065] Em uma outra variante ainda, o compartimento catódico 2 pode comportar dois eletrodos de ar 22, 27 da maneira descrita acima e a bateria 1 dois eletrodos negativos 3 sob a forma de placa dispostos de ambos os lados do compartimento catódico 2 e, eventualmente, no caso de eletrodo metálico, cada um contra uma face formada pelo menos em parte por um eletrodo de ar 22, 27. Neste último caso, o compartimento catódico 2 pode comprimir ao mesmo tempo um e o outro dos eletrodos metálicos 3 da mesma forma que descrita acima.

[0066] A caixa 21 do compartimento catódico 2 pode compreender, de maneira vantajosa, quando o eletrodo negativo 3 é um eletrodo metálico, um rebordo 28 sobre sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo com a 22, para limitar a compressão do eletrodo metálico 3.

[0067] No caso em que o eletrodo metálico 3 é comprimido entre o compartimento catódico 2 e uma parede da caixa 11, o compartimento catódico 2 comprime o eletrodo metálico 3 em direção da parede da caixa 11 até que o rebordo 28 entre em contato com esta.

[0068] No caso em que o eletrodo metálico 3 é comprimido entre dois compartimentos catódicos 2, seja um só dos dois compartimentos 2 apresenta um rebordo 28, seja os dois compartimentos catódicos 2 apresentam um rebordo 28. NO primeiro caso, o rebordo 28 entrará em contato com a face da caixa 21 do outro compartimento catódico 2 sem rebordo, conforme mencionado acima para o rebordo 28 e a parede da caixa. No segundo caso, os rebordos 28 são previstos sobre as faces das caixas 21, de maneira a se fazer face, de modo que os dois compartimentos catódicos 2 comprimem o eletrodo metálico 3 até os dois rebordos 28 entrem em contato um com o outro.

[0069] No caso em que o compartimento catódico 2 compreende dois eletrodos de ar 22, que formam, pelo menos em parte, faces opostas da caixa 21, pode compreender um rebordo 28 sobre uma das faces, mas pela outra, ou um rebordo 28 sobre cada uma das faces. O ou os rebordos agem do mesmo modo que descrito acima.

[0070] O compartimento catódico 2 pode compreender uma parte inferior 2INF e uma parte superior 2SUP, a parte inferior 2INF compreendendo o ou os eletrodos de ar 22. A parte superior 2SUP apresenta pelo menos uma seção perpendicular ao plano do eletrodo de ar inferior aquele da parte inferior 2INF. Assim, no nível da parte superior 2SUP do compartimento catódico 2, um espaço mais amplo é previsto na caixa 11 da bateria 1 para acolher o eletrólito líquido 4. Isto permite, ao mesmo tempo um formato mais compacto para a bateria 1. Também, o volume adicional criado pela diferença de seção das partes superior 2SUP é inferior 2INF do compartimento catódico 2 permite evitar que o eletrólito 4 não sobe muito alto no nível e não ultrapassa quando da fase de carga, pois o desprendimento de oxigênio gasoso produz bolhas no interior da bateria, o que aumenta o nível do eletrólito.

[0071] Por exemplo, a parte inferir 2INF apresenta uma forma retangular e a parte superior 2SUP trapezoidal, em outros termos, as bordas da parte superior são como recortadas enviesadas, de modo que a seção da parte superior 2SUP diminui à medida que se afasta da parte inferior 2INF. A seção da parte superior 2SUP pode em seguida permanecer constante (ver a figura 11).

[0072] Outro exemplo, a parte inferior 2INF e a parte superior 2SUp apresentam uma forma retangular que forma um rebordo na interface entre as duas partes 2INF , 2SUP (ver a figura 12).

[0073] A bateria 1 pode ainda compreender um segundo eletrodo positivo 7 para a carga da bateria 1 (ver a figura 9). Esse segundo eletrodo positivo é, de preferência, disposto entre o eletrodo negativo 3 e o eletrodo de ar 2. Um separador 5, por exemplo, sob a forma de feltro permeável ao eletrólito líquido, pode ser utilizado entre o eletrodo de ar 22 e esse segundo eletrodo positivo 7 e/ou entre o eletrodo negativo 3 e o segundo eletrodo positivo 7.

[0074] O segundo eletrodo positivo 7 pode também ser fixado sobre a caixa 21 do compartimento catódico 2 para facilitar a inserção ou a retirada do eletrodo de ar 22, pois não há então necessidade de prestar atenção ao local de inserção do compartimento catódico 2 em relação ao segundo eletrodo positivo 7.

[0075] O segundo eletrodo positivo 7 assegura uma proteção do eletrodo de ar 22, durante a fase de carga da bateria 1. Com efeito, quando da fase de carga da bateria 1, o eletrodo de ar 22 é desconectado do polo positivo e o segundo eletrodo positivo 7 conectado a este. Assim, durante a fase de carga, o eletrodo de ar 22 não é utilizado, é o segundo eletrodo positivo 7 que o substitui. Pode ser decidido que o eletrodo de ar 22 e o segundo eletrodo positivo 7 sejam utilizados, ao mesmo tempo, no início da carga e que só o segundo eletrodo positivo 7 seja utilizado, quando a tensão de carga é superior a um valor determinado. Além de detalhes referentes à utilização de um segundo eletrodo positivo 7 são dados, por exemplo, no documento WO 2012/156639.

[0076] Um afastador 8 pode também ser colocado em contato com o segundo eletrodo positivo 7 para manter à distância o segundo eletrodo positivo sete dos outros elementos da bateria, a fim de facilitar a evacuação das bolhas de oxigênio produzidas sobre o segundo eletrodo positivo 7, quando da carga. Por exemplo, o afastador 8 é disposto entre o segundo eletrodo positivo 7 e o eletrodo negativo 3 e/ou entre o segundo eletrodo positivo 7 e o eletrodo de ar 22. Esse afastador 8 é permeável ao eletrólito, quando este é líquido. Esse afastador 8 pode ser, por exemplo, uma grade em plástico. A pressão de compressão sobre o eletrodo metálico poderá ser exercida via o afastador 8. Como variante dois afastadores 8 podem ser previstos e dispostos de ambos os lados do segundo eletrodo positivo 7.

[0077] Nesse caso, uma proteção mecânica 9, permeável ao eletrólito líquido, por exemplo, um feltro, pode ser previsto entre o afastador 8 e o eletrodo metálico 3 ou o eletrodo de ar 22 para proteger o eletrodo metálico 3 ou o eletrodo de ar 22 do afastador.

[0078] De maneira geral, o número de compartimentos catódicos 2 possível e aquele de eletrodos metálicos 3 são adaptados às necessidades. O único limite imposto é que cada eletrodo de ar 2 seja acoplado a um eletrodo metálico 3 com um separador 5 entre estes. Modos de realização ilustrativos são descritos a seguir e podem ser combinados uns com os outros. Embora esses exemplos ilustrativos façam referência a uma bateria metal-ar, os parágrafos que seguem pode ser facilmente adaptados a outros tipos de baterias, compreendendo um eletrodo de ar.

[0079] Em um primeiro modo de realização (figura 5), a bateria 1 compreende dois compartimentos catódicos 2, cada um apresentando um único eletrodo de ar 22 que forma uma parte de uma face da caixa 21 e um reforço mecânico 26. A bateria um compreende também um eletrodo metálico 3. Esse eletrodo metálico é disposto entre os dois compartimentos catódicos 2, de modo a ser comprimido entre estes.

[0080] Em um segundo modo de realização, (figura 6), a bateria 1 é idêntica ao primeiro modo de realização com exceção do fato de cada dos compartimentos catódicos dois compreender um rebordo 28. Esses rebordos 28 são dispostos de maneira a fazerem face um ao outro.

[0081] Em um terceiro modo de realização (figura 7), a bateria 1 compreende dois compartimentos catódicos 2, cada um apresentando um único eletrodo de ar 22, que forma pelo menos uma parte de uma face da caixa 21, e um reforço mecânico 26. A bateria 1 compreende, além disso, um compartimento catódico 2, que apresenta dois eletrodos de ar 22, formando pelo menos uma parte de duas faces opostas da caixa 21. A bateria 1 compreende, além disso, dois eletrodos metálicos 3 e quatro separadores 5. Os 5. Os compartimentos catódicos 2, os eletrodos metálicos 3 e os separadores 5 são dispostos na seguinte ordem: um primeiro compartimento catódico com um único eletrodo de ar contra uma primeira parede da caixa, um primeiro separador, um primeiro eletrodo metálico, um segundo separador, o compartimento catódico com dois eletrodos de ar, um terceiro separador, um segundo eletrodo metálico, um quarto separador e enfim o segundo compartimento catódico.

[0082] Em um quarto modo de realização (figura 8), a bateria 1 é idêntica ao terceiro modo de realização com exceção devido ao fato de compreender, além disso, um sistema de compressão 6 disposto na sequencias do segundo compartimento catódico 2, entre este e a segunda parede da caixa 11.

[0083] Em um quinto modo de realização (figura 9), a bateria 1 é idêntica ao primeiro modo de realização, com exceção do fato de compreender, além disso, dois segundos eletrodos positivos 7. Os elementos da bateria são dispostos no interior da caixa, de maneira a se apresentar na seguinte ordem: um primeiro compartimento catódico 2 com eletrodo de ar, um primeiro separador 5, um primeiro segundo eletrodo positivo 7, um segundo separador 5, o eletrodo metálico 3, um terceiro separador 5, e um segundo compartimento catódico 2 com um eletrodo de ar.

[0084] Em um sexto modo de realização (figura 10), a bateria 1 é análoga ao quinto modo de realização, com exceção do fato de os separadores tiverem sido substituídos por ligações, compreendendo, cada uma, um afastador 8 e uma proteção mecânica 9, o afastador 8 sendo disposto contra um segundo eletrodo positivo 7 e a proteção mecânica 9 contra um eletrodo metálico 3 ou um eletrodo de ar 22.

Claims

1. Compartimento catódico (2) para bateria com eletrodo de ar, caracterizado pelo fato de que compreende um eletrodo de ar e adaptado para ser inserido em uma caixa da bateria, de maneira removível, no qual o eletrodo de ar está sob a forma de placa e no qual o compartimento catódico (2) é estanque aos líquidos e compreende, além disso, uma conexão elétrica (23) para ligar o eletrodo de ar a um polo positivo de uma bateria, e uma caixa (21) oca que apresenta uma entrada de ar (24) e uma saída de ar (25), com pelo menos uma face plana formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar (22), o dito compartimento catódico (2) sendo ainda adaptado para ser móvel dentro da caixa da bateria.

2. Compartimento catódico (2), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de além disso, compreender um rebordo (28) sobre sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar (22) da caixa (21).

3. Compartimento catódico (2), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender, além disso, um eletrodo de ar adicional (27) sob a forma de uma placa que forma pelo menos em parte uma outra face da caixa (21) oca, a outra face sendo oposta à face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar (22).

4. Compartimento catódico (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender, além disso, um reforço mecânico (26) alveolado disposto no interior da caixa (21) em apoio contra o eletrodo de ar (22).

5. Compartimento catódico (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de apresentar uma parte inferior (2INF)e uma parte superior (2SUP), a parte inferior (2INF) compreendendo o ou os eletrodos de ar (22, 27) e a parte superior (2SUP) tendo pelo menos uma seção perpendicular ao plano do eletrodo de ar inferior à seção da parte inferior.

6. Bateria (1) recarregável, caracterizada pelo fato de compreender uma caixa e no interior desta: - um eletrodo de ar (22); - um eletrodo negativo (3); e - um eletrólito; na qual o eletrodo de ar (22) é removível fora da caixa e integrado a um compartimento catódico (2) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o dito eletrodo de ar (22) sendo ainda móvel dentro da caixa.

7. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o eletrodo negativo ser um eletrodo metálico, o eletrólito um eletrólito líquido, e compreendendo, além disso, um separador (5) isolante eletricamente entre o eletrodo de ar (22) e o eletrodo metálico (3), e um elemento resiliente, na qual o compartimento catódico (2) é como definido em qualquer uma das reivindicações 2 a 5 e móvel no interior da caixa (11), na qual o separador (5), o compartimento catódico (2) e o eletrodo metálico (3) serem ajustados, de modo que o elemento resiliente aja sobre o compartimento catódico (2), para que ele comprima o eletrodo metálico (3) por sua face formada pelo menos em parte pelo eletrodo de ar (22).

8. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de o elemento resiliente ser formado pela caixa (11) ou ser um sistema de compressão (6) disposto contra uma parede da caixa.

9. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizada pelo fato de compreender, além disso, um segundo eletrodo de ar (22) integrado no segundo compartimento catódico (2) móvel e removível como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 e um segundo separador (5) entre o segundo eletrodo de ar (22) e o eletrodo metálico (3), na qual os dois compartimentos catódicos (2), o eletrodo metálico (3), os separadores (5) e o elemento resiliente são ajustados, de modo que o eletrodo metálico (3) seja comprimido entre os dois compartimentos catódicos (2) por sua faces formadas pelo menos em parte pelos eletrodos de ar (22).

10. Bateria (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizada pelo fato de compreender, além disso, um segundo eletrodo positivo (7) para a carga da bateria.

11. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de o segundo eletrodo positivo (7) ser disposto entre o compartimento catódico (2) e o eletrodo negativo (3) e a bateria (1) compreender, além disso, pelo menos um afastador (8) colocado em contato com o segundo eletrodo positivo (7) para facilitar a evacuação das bolhas de oxigênio produzidas sobre o segundo eletrodo positivo (7), quando da carga.

12. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender dois afastadores (8) colocados de ambos os lados do eletrodo positivo (7).

13. Bateria (1), de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada pelo fato de pelo menos um afastador (8) ser previsto contra uma face do segundo eletrodo positivo voltada para o eletrodo negativo (3), respectivamente para o eletrodo de ar (22) e compreender, além disso, pelo menos uma proteção mecânica (9) disposta entre o afastador (8) e o eletrodo negativo (3), respectivamente o eletrodo de ar (22).