BR112018003818B1

BR112018003818B1 - Bateria bipolar e conjunto de baterias

Info

Publication number: BR112018003818B1
Application number: BR112018003818-0A
Authority: BR
Inventors: Kaduo Tsutsumi; Taichi Sakamoto; Takashi Mukai; Yuta IKEUCHI; Naoto Yamashita
Original assignee: Exergy Power Systems, Inc
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2022-08-09
Also published as: JPWO2017145378A1; KR102040698B1; RU2686841C1; WO2017145378A1; CN107949947A; US20190027732A1; CN107949947B; EP3422454A1; JP6286632B2; CN107949947A9; EP3422454A4; US10720629B2; BR112018003818A2; KR20180037259A

Abstract

BATERIA BIPOLAR. Uma bateria bipolar convencional é constituída de uma combinação de células hermeticamente vedadas para evitar a junção líquida e evitar a corrosão de um aparelho periférico causada pelo vazamento de um líquido. Portanto, os processos de injeção de solução são realizados tanto quanto o número de células, de modo que muito tempo e custos são necessários na fabricação de uma bateria de larga escala. Adicionalmente, um espaço de fiação é necessário visto que as células são conectadas umas às outras com fios. O uso de um coletor de corrente formado de um condutor tubular fechado em uma extremidade, o coletor de corrente possuindo uma protuberância, elimina o espaço de fiação e alcança uma redução na perda ôhmica devido aos fios. Adicionalmente, uma solução eletrolítica em uma célula é separada por uma folha repelente de água de uma solução eletrolítica em outra célula, de modo que uma junção líquida seja evitada.

Description

Campo técnico

[001] A invenção refere-se a uma estrutura de uma bateria bipolar e, especificamente, a uma estrutura de uma bateria bipolar que impede a ocorrência de um curto circuito iônico em um conjunto de baterias.

Técnica fundamental

[002] Uma bateria bipolar se refere a uma bateria na qual os eletrodos incluindo, cada um, um coletor de corrente, uma camada de material ativo de eletrodo positivo, disposta em uma primeira face do coletor de corrente, e uma camada de material ativo de eletrodo negativo, disposta em uma segunda face do coletor de corrente, são empilhados com um separador intercalado entre os mesmos. As baterias bipolares têm sido amplamente utilizadas como fonte de energia para veículos elétricos e vários dispositivos eletrônicos visto que eles conduzem, relativamente, com facilidade, por exemplo, um aumento na voltagem, uma redução na contagem de partes, uma redução na resistência entre as células, e um aumento na densidade de energia devido à economia de espaço.

[003] A Literatura de Patente 1 descreve uma bateria bipolar incluindo um separador que contém uma camada de eletrólito formada a partir de um eletrólito gel polimérico ou um eletrólito líquido, e uma resina de vedação disposta por moldagem em uma periferia externa do separador para evitar uma junção líquida (curto circuito) devido à exsudação de uma solução eletrolítica a partir da parte de eletrólito.

[004] A Literatura de Patente 2 descreve uma bateria bipolar para a qual uma solução eletrolítica não aquosa é empregada, a bateria bipolar incluindo: um elemento de vedação contendo um enxerto de resina de poliolefina modificado, modificado utilizando um composto incluindo uma ligação etilênica dupla e um grupo epóxi na mesma molécula; e um eletrodo bipolar que está livre de exsudação de solução eletrolítica e é excelente em termos de vedação.

[005] Em uma bateria bipolar, os elementos de bateria são revestidos com resina, o que pode reduzir a capacidade de transferência de calor, isso é, a capacidade de a bateria transferir o calor gerado na bateria para o meio externo. Em vista disso, a Literatura de Patente 3 propõe uma bateria secundária como uma bateria bipolar capaz de realizar a dissipação eficiente de calor gerado na bateria ao meio externo, pelo uso de cerâmica de alta resistência elétrica e excelente capacidade de transferência de calor, como um material para um elemento de revestimento de bateria.

[006] Em uma bateria secundária alcalina, o hidróxido de níquel e dióxido de manganês, a serem utilizados como um material ativo de eletrodo positivo cada um, formam um óxido de metal com uma condutividade consideravelmente baixa. A fim de se superar essa desvantagem, por exemplo, a Literatura de Patente 4 descreve um material ativo obtido pela adição de um óxido de cobalto de ordem superior como um agente condutor para o hidróxido de níquel. De acordo com esse material ativo, o óxido de cobalto de ordem superior forma uma rede condutora entre as partículas de hidróxido de níquel. Essa rede condutora promove uma reação de carga e descarga em todas as partículas de hidróxido de níquel, resultando em um aumento de capacidade. Lista de citações Literaturas de patente Literatura de Patente 1: JP 2011-151016 A Literatura de Patente 2: JP 2013-037946 A Literatura de Patente 3: JP 2008-186595 A Literatura de Patente 4: JP H11-97008 A

Sumário da invenção Problemas técnicos

[007] Um conjunto de baterias convencional é constituído de uma combinação de células, cada uma incluindo um eletrodo positivo, um eletrodo negativo e uma solução eletrolítica. As células são vedadas hermeticamente para evitar a degradação de ácido carbônico da solução eletrolítica e corrosão de um dispositivo periférico devido ao vazamento de líquido. As células são conectadas eletricamente uma à outra com partes de conexão tal como fios. A resistência nas partes de conexão dos fios causa uma redução na saída. Considerando-se a redução de tamanho do conjunto de baterias, os elementos de conexão e os elementos para vedação hermética, por exemplo, elementos que não possuem um papel direto na produção de eletricidade, tal como uma tampa, reduzem a densidade de potência e a densidade de energia do conjunto de baterias. Adicionalmente, uma contagem grande de partes acarreta um aumento nos processos necessários para a montagem.

[008] Em uma bateria bipolar incluindo uma pilha de eletrodos bipolares, a exsudação de uma solução eletrolítica contida em um eletrólito de cada eletrodo resulta em uma junção líquida para conectar eletricamente os eletrodos um ao outro. A junção líquida reduz consideravelmente a capacidade da bateria.

[009] Em uma bateria bipolar, as células hermeticamente vedadas têm sido utilizadas para evitar uma junção líquida devido ao uso compartilhado de uma solução eletrolítica entre as células. Portanto, os processos de injeção de solução eletrolítica são realizados, proporcionalmente ao número de células, de modo que muito tempo e custo são necessários para a fabricação de um conjunto de baterias em grande escala.

[010] Não apenas as baterias bipolares, como também as baterias secundárias têm, geralmente, precisado apresentar uma característica de saída maior. Quando a carga e descarga são realizadas com grande potência, isso é, em uma alta taxa de carga e descarga, a temperatura interna de uma bateria secundária se eleva a uma alta temperatura, de modo que um material ativo de um eletrodo seja danificado. Por essa razão, a taxa de carga e descarga é limitada, o que torna difícil se atingir uma característica de saída maior.

[011] Em vez de um óxido de cobalto de ordem superior que é caro para uso como um agente condutor, o uso de um material de carbono grafitizado como um agente condutor atinge uma condutividade satisfatória. No entanto, o material de carbono grafitizado é inferior em termos de resistência à corrosão. Portanto, o material de carbono é degradado pela oxidação através da carga e descarga repetidas, de modo que a condutividade do mesmo seja gradualmente reduzida. O oxigênio gerado a partir de um eletrodo positivo com o carregamento causa a oxidação de uma liga de armazenamento de hidrogênio de um eletrodo negativo, que reduz a capacidade de armazenamento de hidrogênio da liga de armazenamento de hidrogênio.

[012] Em vista das circunstâncias acima, a invenção fornece uma bateria bipolar capaz de realizar uma injeção de solução eletrolítica uniforme nas unidades de eletrodo sem a ocorrência de um curto circuito iônico (junção líquida) mesmo quando uma solução eletrolítica é injetada na bateria bipolar com as células empilhadas. A invenção é direcionada também à redução de processos para montagem através da redução de uma contagem de partes, para alcançar uma capacidade maior e maior densidade de energia enquanto reduz um volume de uma bateria, e para alcançar uma característica de saída maior pela redução do número de fios para suprimir a resistência em partes de conexão.

Solução para os problemas

[013] A fim de se alcançar os objetivos, uma bateria bipolar da invenção inclui uma pluralidade de coletores de corrente; e um elemento de geração de energia incluindo uma pilha de um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, e um separador intercalado entre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo. Os coletores de corrente são respectivamente formados a partir de um condutor tubular com uma extremidade fechada e possuem fundos projetados para fora para formar protuberâncias. As protuberâncias penetram o elemento de geração de energia ao longo de uma direção axial dos coletores de corrente. Um primeiro eletrodo que é um dentre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo está em contato com uma face interna de um corpo tubular de um primeiro coletor de corrente dentre a pluralidade de coletores de corrente, está eletricamente conectado ao primeiro coletor de corrente, e não está em contato com um segundo coletor de corrente dentre a pluralidade de coletores de corrente. Um segundo eletrodo que é outro dentre o eletrodo positivo e o eletrodo negativo não está em contato com o primeiro coletor de corrente, está em contato com uma face externa de uma protuberância do segundo coletor de corrente e está eletricamente conectado ao segundo coletor de corrente. Nessa configuração, cada um dos coletores de corrente inclui um corpo tubular e uma protuberância. O corpo tubular é formado de um elemento tubular condutor, e a protuberância se projeta para fora em uma direção axial do corpo tubular.

[014] Essa configuração não requer fios para conectar as células uma à outra e, portanto, evita uma redução na saída decorrente da resistência nos fios. Adicionalmente, essa configuração não requer fios, tampas para células e outros componentes, e, portanto, alcança uma redução de tamanho da bateria bipolar. Pode, portanto, se esperar também um aumento de capacidade da bateria bipolar. Também é esperado um aperfeiçoamento da densidade de energia da bateria bipolar, alcançando, assim, uma característica de saída superior da bateria bipolar. Essa configuração também alcança as reduções na contagem de partes e processos para montagem.

[015] As respectivas células são conectadas uma à outra com os coletores de corrente maiores na área transversal do que nos fios. Essa configuração, portanto, alcança uma característica de saída maior da bateria bipolar com menor resistência. Essa configuração também reduz uma perda ôhmica. Adicionalmente, visto que os eletrodos são empilhados, o calor gerado a partir dos eletrodos no carregamento e descarregamento é prontamente transferido para o meio externo através dos coletores de corrente. Essa configuração restringe um aumento na temperatura interna da bateria e alcança uma maior característica de saída da bateria.

[016] Na bateria bipolar da invenção, o segundo eletrodo possui uma borda externa coberta com o separador, e o primeiro eletrodo possui um furo através do qual o segundo coletor de corrente passa, o furo possuindo uma borda periférica coberta com o separador.

[017] A bateria bipolar da invenção inclui adicionalmente um isolante intercalado entre o primeiro coletor de corrente e o segundo coletor de corrente. De acordo com essa configuração, a folha isolante isola eletricamente os coletores de corrente superior e inferior empilhados, um do outro.

[018] A bateria bipolar da invenção inclui adicionalmente uma folha repelente de água disposta em um lado interno de cada um dos coletores de corrente e localizada entre a protuberância correspondente e o elemento de geração de energia. De acordo com essa configuração, a folha repelente de água repele água e possui uma propriedade isolante, impedindo, assim, uma junção líquida entre as células. Uma solução eletrolítica e gás de hidrogênio suprido para dentro da bateria bipolar através de furos formados nos lados superiores das protuberâncias dos coletores de corrente são supridos para as células respectivas através de folhas impermeáveis. Essa configuração permite a prevenção de uma junção líquida com uma estrutura simples e elimina a necessidade de injeção de solução eletrolítica para cada célula, o que acarreta reduções nos processos de fabricação e custos de fabricação.

[019] Na bateria bipolar da invenção, a folha repelente de água é formada a partir de um filme microporoso ou um tecido não tecido de poliolefina. Nessa configuração, a folha repelente de água é feita preferivelmente de polietileno ou polipropileno.

[020] Na bateria bipolar da invenção, um primeiro eletrodo de um elemento de geração de energia está em contato com a face interna do corpo tubular do primeiro coletor de corrente, e um segundo eletrodo de outro elemento de geração de energia está em contato com a face externa da protuberância do segundo coletor de corrente. Além disso, na bateria bipolar da invenção, cada um dos coletores de corrente é formado de uma placa de aço revestida com níquel.

[021] A bateria bipolar da invenção inclui adicionalmente: uma placa de terminal de eletrodo negativo; uma placa de terminal de eletrodo positivo e um parafuso passante revestido com um tubo isolante e configurado para unir a placa de terminal de eletrodo negativo e a placa de terminal de eletrodo positivo, com os coletores de corrente empilhados concentricamente e intercalados entre a placa de terminal de eletrodo negativo e a placa de terminal de eletrodo positivo. De acordo com essa configuração, os coletores de corrente são empilhados na direção axial da bateria bipolar. Essa configuração, portanto, alcança uma redução de tamanho da bateria. A bateria bipolar da invenção inclui adicionalmente um acessório de conexão formado de um elemento plano condutor e montado em duas extremidades do parafuso passante, o acessório de conexão incluindo uma parte de placa plana e uma parte de extensão dobrada a partir da parte de placa plana em uma direção substancialmente perpendicular a uma direção ao longo da placa de terminal de eletrodo negativo e a placa de terminal de eletrodo positivo.

[022] Na bateria bipolar da invenção, dos coletores de corrente empilhados, um coletor de corrente com extremidade na direção de abertura não é fornecido com um corpo tubular. De acordo com essa configuração, o coletor de corrente constituindo a célula mais inferior não é fornecido com um corpo tubular. Essa configuração, portanto, elimina um espaço morto e resulta em um aumento na capacidade da bateria.

[023] Na bateria bipolar da invenção, um dentre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo é um eletrodo negativo contendo uma liga de armazenamento de hidrogênio, e o outro eletrodo é um eletrodo positivo contendo um material ativo de eletrodo positivo e um agente condutor, o agente condutor incluindo carbono, e o gás de hidrogênio sendo introduzido na bateria bipolar. De acordo com essa configuração, visto que o oxigênio gerado na bateria está ligado ao gás de hidrogênio introduzido na bateria para formar água, o agente condutor no eletrodo positivo não é oxidado.

[024] A bateria bipolar da invenção inclui adicionalmente uma câmara de armazenamento de hidrogênio configurada para armazenar gás de hidrogênio gerado pela eletrólise de uma solução eletrolítica retida na bateria bipolar e gás de hidrogênio suprido externamente. De acordo com essa configuração, a bateria é sobrecarregada para gerar gás de hidrogênio.

[025] Na bateria bipolar da invenção, o agente condutor inclui carbono macio parcialmente grafitizado. Além disso, na bateria bipolar da invenção, o separador é formado de um tecido não tecido de poliolefina. Além disso, na bateria bipolar da invenção, o separador possui uma propriedade hidrofílica.

[026] Um conjunto de baterias da invenção inclui: uma pluralidade de baterias bipolares, cada uma das quais é a bateria bipolar descrita acima, as baterias bipolares sendo dispostas em uma direção perpendicular a uma direção axial das baterias bipolares; e um assoprador de ar configurado para suprir ar na direção perpendicular à direção axial das baterias bipolares. A direção de suprimento de ar do assoprador de ar é paralela a uma direção na qual a parte de extensão do acessório de conexão se estende. Nessa configuração, o acessório de conexão tem um papel de transmitir eletricidade e possui uma função de perturbar um fluxo de ar de resfriamento a partir do assoprador de ar para melhorar o desempenho do resfriamento.

Efeitos vantajosos da invenção

[027] A bateria bipolar permite a injeção de solução eletrolítica com as células empilhadas. A bateria bipolar também permite a injeção uniforme de uma solução eletrolítica nas unidades de eletrodo respectivas sem a ocorrência de um curto circuito iônico (junção líquida). Adicionalmente, a bateria bipolar emprega um coletor de corrente possuindo uma estrutura específica, alcançando, assim, sua mais alta característica de saída e maior capacidade.

Breve descrição dos desenhos

[028] A figura 1A é uma vista plana de um coletor de corrente.

[029] A figura 1B é uma vista lateral do coletor de corrente e é uma vista transversal parcial tirada ao longo de uma linha que atravessa um centro, como observado em uma direção de largura transversal.

[030] A figura 2A é uma vista plana dos elementos constituintes de uma bateria bipolar.

[031] A figura 2B é uma vista lateral em corte axial dos elementos constituintes da bateria bipolar.

[032] A figura 3 é uma vista lateral em corte axial de uma bateria bipolar incluindo cinco células.

[033] A figura 4A é uma vista transversal de montagem (vista lateral) de um conjunto de baterias constituído de baterias bipolares.

[034] A figura 4B é uma vista transversal de montagem (vista plana) do conjunto de baterias constituído de baterias bipolares.

[035] A figura 5 é uma vista ampliada de duas extremidades de uma bateria bipolar.

[036] A figura 6 ilustra dutos em um conjunto de baterias.

[037] A figura 7 ilustra uma forma de conexão de baterias bipolares.

[038] A figura 8A ilustra outra forma de conexão de baterias bipolares.

[039] A figura 8B ilustra outra forma adicional de conexão de baterias bipolares.

Descrição das modalidades

[040] As modalidades da invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos, no entanto, a invenção não está limitada a essas modalidades.

[041] Antes de uma descrição de cada modalidade da invenção, uma descrição será fornecida de uma bateria de níquel-hidreto metálico, como um exemplo de uma bateria secundária à qual a invenção é aplicada. Um tipo de bateria secundária não está limitado à bateria de níquel-hidreto metálico. Exemplos de bateria secundária podem incluir, mas não estão limitados a, uma bateria de dióxido de manganês, uma bateria de íons de lítio, e uma bateria de níquel-zinco. Por motivos de conveniência de descrição, um primeiro eletrodo é referido como um eletrodo positivo, e um segundo eletrodo é referido como um eletrodo negativo.

[042] Exemplos de uma liga de armazenamento de hidrogênio para uso no eletrodo negativo podem incluir, mas não estão limitados a, uma liga de terras raras AB5, uma liga de fase Laves AB2, uma liga de titânio-zircônio AB, e uma liga de magnésio A2B. Em particular, a liga de armazenamento de hidrogênio é preferivelmente uma liga de terras raras-níquel AB5, isso é, uma liga quinária contendo metal misturado de MmNiCoMnAl dos pontos de vista de uma capacidade de armazenamento de hidrogênio, uma característica de carga- descarga, uma característica de descarga automática, e uma característica de vida útil de ciclo.

[043] Um material ativo de eletrodo positivo não é particularmente limitado apenas para que seja utilizável para um eletrodo positivo de uma bateria secundária alcalina, e exemplos do mesmo podem incluir hidróxido de níquel e dióxido de manganês. Um agente condutor para o eletrodo positivo inclui preferivelmente um material de carbono que apresenta uma tendência menor a ser reduzido por hidrogênio e ser dispensado em uma solução eletrolítica na descarga.

[044] O carbono amorfo é preferivelmente utilizado do ponto de vista de durabilidade da solução eletrolítica e resistência à oxidação no carregamento. Em particular, o carbono macio é preferivelmente utilizado. O carbono macio se refere ao carbono possuindo uma estrutura de grafite, isso é, uma estrutura de planos de rede hexagonais regularmente laminados constituídos de átomos de carbono, que é facilmente desenvolvido quando submetido a um tratamento com calor em uma atmosfera inerte. O carbono macio também é referido como carbono facilmente grafitizável. O grafite se refere ao carbono obtido pela grafitização do carbono macio.

[045] Com relação ao carbono macio, o uso de carbono parcialmente grafitizado é preferido. Em particular, o uso de carbono macio possuindo uma superfície grafitizada é preferido. O carbono macio, que é excessivamente grafitizado, é facilmente degradado. Por outro lado, o carbono macio, que não é tão grafitizado, não contribui para o aperfeiçoamento na condutividade. A razão de grafitização é preferivelmente de 10 a 90% em peso, mais preferivelmente de 20 a 60% em peso, com relação a 100% em peso de todo o carbono macio. O eletrodo positivo contendo o material de carbono descrito acima proporciona uma bateria secundária com uma característica de vida útil de ciclo excelente.

[046] Os substratos de eletrodo positivo e negativo são preferivelmente feitos de Ni a partir dos pontos de vista de alta condutividade elétrica, estabilidade favorável em uma solução eletrolítica, e boa resistência à oxidação. Especificamente, os substratos de eletrodo positivo e negativo são, cada um, preferivelmente formados a partir de um substrato de espuma de níquel ou uma placa de aço revestida com níquel.

[047] Um pó de material ativo de eletrodo positivo, um aglutinante, e um pó condutor são misturados e amassados em uma pasta. A pasta é aplicada a ou introduzida em um substrato de eletrodo. O substrato de eletrodo resultante é secado e, então, é submetido à laminação utilizando uma prensa laminadora ou similar. Um eletrodo positivo é, dessa forma, fabricado.

[048] Da mesma forma, um pó de liga de armazenamento de hidrogênio, um aglutinante, e um pó condutor são misturados para a preparação de uma pasta. A pasta é aplicada a ou introduzida em um substrato de eletrodo. O coletor de corrente resultante é secado e então é submetido à laminação utilizando-se uma prensa laminadora ou similar. Um eletrodo negativo é fabricado dessa forma.

[049] Um eletrólito não é particularmente limitado a ser utilizado para uma bateria na qual um material ativo é o hidrogênio. Por exemplo, um eletrólito favorável é uma solução aquosa de um sal tal como hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de lítio (LiOH), ou hidróxido de sódio (NaOH). Uma solução eletrolítica é preferivelmente uma solução aquosa de hidróxido de potássio do ponto de vista de uma característica de saída de bateria.

[050] Um separador pode ser formado a partir de um filme microporoso, um tecido tramado, um tecido não tecido ou uma compactação de pó. Em particular, um tecido não tecido é preferido do ponto de vista de uma característica de saída e um custo de fabricação. O separador é feito de um material que não é particularmente limitado, mas possui preferivelmente uma resistência a álcalis, resistência à oxidação e resistência à redução. Especificamente, o separador é preferivelmente feito de uma fibra de poliolefina tal como polipropileno ou polietileno.

[051] Uma fibra de poliolefina, que possui uma propriedade hidrofóbica, precisa ser submetida ao tratamento hidrofílico. O separador a ser utilizado em uma atmosfera de gás de hidrogênio é preferivelmente submetido ao tratamento com gás de flúor. O separador também é preferido em um estado no qual um óxido de metal é aplicado a uma superfície do mesmo ou a superfície é revestida com óxido de metal.

[052] Um coletor de corrente é preferivelmente feito de Ni do ponto de vista de alta condutividade elétrica, estabilidade favorável em uma solução eletrolítica e boa resistência à oxidação. Especificamente, um coletor de corrente é formado com uma placa de aço revestida com níquel. O revestimento com níquel impede que o coletor de corrente seja corroído devido à presença da solução eletrolítica no separador.

Primeira modalidade

[053] A figura 1A é uma vista plana de um coletor de corrente em uma bateria bipolar de acordo com uma primeira modalidade da invenção. A figura 1B é uma vista transversal parcial de uma face lateral do coletor de corrente. Em outras palavras, a figura 1B é uma vista transversal tirada ao longo da linha A-A na vista plana da figura 1A. Um coletor de corrente 4 é um recipiente cilíndrico fechado em uma extremidade formado a partir de uma placa de aço revestida com níquel, e o fundo do recipiente cilíndrico se projeta externamente em uma direção axial do recipiente cilíndrico para formar uma protuberância 5. De acordo, o coletor de corrente 4 inclui um corpo tubular 6 correspondendo ao recipiente cilíndrico, a protuberância 5 correspondendo ao fundo do recipiente cilíndrico, e um ressalto plano 8 conectando o corpo tubular 6 à protuberância 5.

[054] A protuberância 5 possui um furo 7 em seu lado superior, e um espaço encerrado com o coletor de corrente 4 se comunica com um espaço externo através do furo 7. O corpo tubular 6, a protuberância 5, e o furo 7 são concêntricos entre si. Essa modalidade emprega o recipiente cilíndrico fechado em uma extremidade. Alternativamente, essa modalidade também pode empregar um elemento tubular possuindo uma seção transversal de formato elíptico ou retangular. O coletor de corrente 4 também possui um flange 9 formado em uma abertura do corpo tubular 6 de modo a se estender a partir do corpo tubular 6 externamente em uma direção radial do coletor de corrente 4. O flange 9 age como uma aleta de resfriamento, serve como um assento para uma folha isolante 14 a ser descrita posteriormente, e funciona como uma margem para a vedação hermética de uma bateria.

[055] A figura 2A é uma vista plana dos elementos constituintes da bateria bipolar de acordo com a primeira modalidade da invenção. A figura 2B é uma vista transversal tirada ao longo da linha B-B na vista plana da figura 2A. Uma bateria bipolar 10 inclui, como elementos constituintes principais, dois coletores de corrente 4 e uma unidade de eletrodo 11 acomodada em um espaço definido pelos coletores de corrente 4. Ambos os coletores de corrente 4 podem ser o coletor de corrente ilustrado nas figuras 1A e 1B. Nessa modalidade, um coletor de corrente inferior dentre os coletores de corrente não é fornecido com um corpo tubular a fim de alcançar uma estrutura mais compacta. O coletor de corrente, que não é fornecido com um corpo tubular, é referido como um coletor de corrente de extremidade 4T. No entanto, o coletor de corrente 4 e o coletor de corrente de extremidade 4T são coletivamente referidos como coletores de corrente 4 nos casos onde não há necessidade de se descrever o coletor de corrente 4 e o coletor de corrente de extremidade 4T como distintos um do outro.

[056] A unidade de eletrodo 11 serve como um elemento de geração de energia e inclui um eletrodo negativo 1 contendo uma liga de armazenamento de hidrogênio, um eletrodo positivo 2 contendo um material ativo de eletrodo positivo e um separador 3 intercalado entre o eletrodo negativo 1 e o eletrodo positivo 2 para permitir a transmissão de íons, mas inibir a transmissão de elétrons. O eletrodo negativo 1, o eletrodo positivo 2 e o separador 3 são empilhados em uma direção axial dos coletores de corrente 4, e a unidade de eletrodo 11 é acomodada no espaço definido pelos coletores de corrente 4. Cada um dentre o eletrodo negativo 1, eletrodo positivo 2 e separador 3 tem um furo em seu centro, e uma protuberância 5 do coletor de corrente de extremidade 4T atravessa os furos. A protuberância 5 do coletor de corrente de extremidade 4T penetra o centro da unidade de eletrodo 13 incluindo o eletrodo positivo 2, o eletrodo negativo 1 e o separador 3, na direção axial do coletor de corrente de extremidade 4T.

[057] Uma descrição será fornecida das relações de dimensão entre o eletrodo negativo 1 e o eletrodo positivo 2 e os coletores de corrente 4. Um diâmetro do furo no eletrodo negativo 1 é menor do que um diâmetro externo da protuberância do coletor de corrente de extremidade 4T. Portanto, uma borda periférica do furo no eletrodo negativo está em contato com a protuberância do coletor de corrente de extremidade 4T, de modo que o eletrodo negativo 1 seja conectado eletricamente ao coletor de corrente de extremidade 4T. Por outro lado, um diâmetro do furo no centro do eletrodo positivo 2 é maior do que o diâmetro externo da protuberância do coletor de corrente de extremidade 4T. Portanto, uma borda periférica do furo no eletrodo positivo não está em contato com a protuberância do coletor de corrente de extremidade 4T, e o eletrodo positivo 2 é eletricamente isolado do coletor de corrente de extremidade 4T.

[058] Um diâmetro externo do eletrodo negativo 1 é menor do que um diâmetro interno do corpo tubular do coletor de corrente 4. Portanto, uma borda externa do eletrodo negativo não está em contato com uma face interna do corpo tubular do coletor de corrente 4, e o eletrodo negativo é eletricamente isolado do coletor de corrente 4. Por outro lado, um diâmetro externo do eletrodo positivo 2 é maior do que o diâmetro interno do corpo tubular do coletor de corrente 4. Portanto, uma borda externa do eletrodo positivo 2 está em contato com a face interna do corpo tubular do coletor de corrente 4, de modo que o eletrodo positivo 2 seja conectado eletricamente com o coletor de corrente 4. O diâmetro do furo no eletrodo negativo é ligeiramente menor do que um diâmetro externo da protuberância, e o diâmetro externo do eletrodo positivo 2 é ligeiramente maior do que o diâmetro interno do corpo tubular.

[059] A seguir, uma descrição será fornecida de uma relação dimensional entre o eletrodo negativo 1 e o separador 3 e uma relação dimensional entre o eletrodo positivo 2 e o separador 3. Uma borda externa do separador 3 é coberta com o eletrodo positivo 2 e uma borda externa do eletrodo negativo 1 é coberta com o separador 3. A borda periférica do furo no eletrodo positivo 2 é coberta com o separador 3, e uma borda periférica do furo no separador 3 é coberta com o eletrodo negativo 1.

[060] Mais especificamente, um diâmetro externo do separador 3 é maior do que o diâmetro externo do eletrodo negativo 1. Portanto, o eletrodo negativo 1 e o eletrodo positivo 2 são completamente separados um do outro pelo separador 3 nas proximidades de uma face periférica interna do corpo tubular 6 do coletor de corrente 4. De acordo, os eletrodos positivo e negativo não são colocados em contato um com o outro mesmo quando os eletrodos se tornam deformados. Adicionalmente, um diâmetro do furo no separador 3 é menor do que o diâmetro do furo no eletrodo positivo 2. Portanto, o eletrodo negativo 1 e o eletrodo positivo 2 são completamente separados um do outro pelo separador 3 nas proximidades de uma face periférica externa da protuberância 5 do coletor de corrente de extremidade 4T. De acordo, os eletrodos positivo e negativo não são colocados em contato um com o outro mesmo quando os eletrodos se tornam deformados. O diâmetro externo do separador 3 é menor do que o diâmetro externo do eletrodo positivo 2. Portanto, o separador 3 não é intercalado entre o eletrodo positivo 2 e o corpo tubular 6 do coletor de corrente 4. Adicionalmente, o diâmetro do furo no separador 3 é maior do que o diâmetro do furo no centro do eletrodo negativo 1. Portanto, o separador 3 não é intercalado entre o eletrodo negativo 1 e a protuberância 5 do coletor de corrente 4T.

[061] O coletor de corrente 4 e o coletor de corrente de extremidade 4T são empilhados concentricamente na direção axial. A protuberância 5 do coletor de corrente é inferior em altura em relação ao corpo tubular 6 do coletor de corrente. Portanto, os coletores de corrente superior e inferior 4 não estão em contato um com o outro em uma posição perto do centro. Adicionalmente, uma folha isolante 14 é disposta entre o coletor de corrente 4 e o coletor de corrente de extremidade 4T para isolar os coletores de corrente superior e inferior um do outro. A folha isolante 14 pode ser, por exemplo, uma folha de polipropileno.

[062] Os dois coletores de corrente 4, 4T e a unidade de eletrodo 11 encerrada com os coletores de corrente 4, 4T constituem uma célula 15. Essa célula é intercalada entre duas placas de terminal 16, 17. A célula e as placas de terminal 16, 17 são unidas com parafusos 20 e são presas com porcas 21. Uma bateria bipolar 10 é, dessa forma, obtida. Essa modalidade emprega porcas duplas como cada uma das porcas 21. Os parafusos 20 são revestidos com tubos de isolamento de vinil 22. Os tubos de isolamento de vinil 22 impedem um curto circuito elétrico decorrente do contato do coletor de corrente 4 com os parafusos 20 na borda periférica de um flange 9 do coletor de corrente 4. Os tubos de isolamento de vinil 22 também impedem um curto circuito elétrico decorrente do contato das placas de terminal 16, 17 com os parafusos 20.

[063] Uma câmara de armazenamento de hidrogênio 13 é formada em um espaço definido pelo coletor de corrente 4 e o coletor de corrente de extremidade 4T e armazena gás de hidrogênio suprido externamente e o gás de hidrogênio gerado na bateria. Na bateria, de acordo com essa modalidade, quando uma capacidade do eletrodo negativo é configurada para ser menor do que uma capacidade do eletrodo positivo, o gás de hidrogênio a ser gerado a partir do eletrodo negativo na sobrecarga é armazenado na câmara de armazenamento de hidrogênio 13. A câmara de armazenamento de hidrogênio 13 também funciona como um reservatório de solução eletrolítica. A solução eletrolítica também é retida no separador 3.

[064] O gás de hidrogênio armazenado na câmara de armazenamento de hidrogênio 13 é ligado ao oxigênio gerado na bateria para formar água. Portanto, o gás de hidrogênio tem como papel impedir que o eletrodo positivo 2 seja oxidado. Como resultado disso, a característica de vida útil do eletrodo positivo 2 é aperfeiçoada, e o eletrodo negativo 1 é carregado pelo gás de hidrogênio.

[065] Os dois coletores de corrente 4, 4T são empilhados concentricamente na direção axial da bateria bipolar 10 sem estarem em contato um com o outro. A protuberância 5 do coletor de corrente 4 é encaixada em um furo formado em um centro da placa de terminal de eletrodo positivo 17. Um ressalto 8' do coletor de corrente de extremidade 4T, que não é fornecido com um corpo tubular 6, é disposto na placa de terminal de eletrodo negativo 16. Um ressalto 8 do coletor de corrente 4 está em contato com a placa de terminal de eletrodo positivo 17, de modo que o coletor de corrente 4 seja eletricamente conectado à placa de terminal de eletrodo positivo 17. Adicionalmente, o ressalto 8' do coletor de corrente de extremidade 4T está em contato com a placa de coleta de corrente de eletrodo negativo 16, de modo que o coletor de corrente de extremidade 4T seja eletricamente conectado à placa de coleta de corrente de eletrodo negativo 16.

[066] O coletor de corrente 4 é conectado ao eletrodo positivo 2, e o coletor de corrente de extremidade 4T é conectado ao eletrodo negativo 1. Portanto, a placa de terminal de eletrodo positivo 17 constitui um terminal de eletrodo positivo, e a placa de terminal de eletrodo negativo 16 constitui um terminal de eletrodo negativo. Arruelas isolantes 23a são respectivamente intercaladas entre os parafusos esquerdos 20a e a placa de terminal de eletrodo negativo 16 para isolar eletricamente os parafusos 20a da placa de terminal de eletrodo negativo 16. Por outro lado, as arruelas planas metálicas 24a são respectivamente intercaladas entre os parafusos 20a e a placa de terminal de eletrodo positivo 17 para conectar eletricamente os parafusos 20a à placa de terminal de eletrodo positivo 17. Os parafusos 20a constituem, dessa forma, os terminais de eletrodo positivo. Um cabo de eletrodo positivo pode ser conectado entre as porcas do lado esquerdo 21a.

[067] As arruelas isolantes 23b são respectivamente intercaladas entre os parafusos do lado direito 20b e a placa de terminal de eletrodo positivo 17 para isolar eletricamente os parafusos 20b da placa de terminal de eletrodo positivo 17. Por outro lado, as arruelas planas metálicas 24b são intercaladas, respectivamente, entre os parafusos 20b e a placa de terminal de eletrodo negativo 16 para conectar eletricamente os parafusos 20b à placa de terminal de eletrodo negativo 16. Os parafusos 20b constituem, dessa forma, os terminais de eletrodo negativo. Um cabo de eletrodo negativo pode ser conectado entre as porcas do lado direito 21b. As arruelas isolantes nessa modalidade possuem preferivelmente uma propriedade isolante e são feitas de polipropileno.

[068] Dos quatro parafusos 20, os dois parafusos do lado esquerdo 20a constituem os terminais de eletrodo positivo, e os dois parafusos do lado direito 20b constituem os terminais de eletrodo negativo. Alternativamente, dos quatro parafusos 20, três parafusos podem constituir terminais de eletrodo negativo, e o parafuso restante pode constituir um terminal de eletrodo positivo. Alternativamente, ainda, dos quatro parafusos 20, três parafusos podem constituir terminais de eletrodo positivo, e o parafuso restante pode constituir um terminal de eletrodo negativo.

[069] Um micro acoplador 26 pode ser montado no furo 7 no coletor de corrente 4. A bateria bipolar pode ser evacuada através do micro acoplador 26. Adicionalmente, uma solução eletrolítica pode ser injetada na bateria bipolar através do micro acoplador 26. Ademais, o gás de hidrogênio pode ser suprido a partir de uma fonte de armazenamento de hidrogênio externa para a bateria bipolar através do micro acoplador 26. Uma porta de montagem 28 para conexão do micro acoplador 26 também é formada no fundo da placa de terminal de eletrodo negativo 16.

Segunda modalidade

[070] A figura 3 é uma vista lateral em corte axial de uma bateria bipolar de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Uma bateria bipolar 30 ilustrada na figura 3 inclui cinco células conectadas em série. Uma descrição será fornecida basicamente sobre uma diferença da primeira modalidade ilustrada na figura 2B.

[071] A bateria bipolar 30 ilustrada na figura 3 é igual à bateria bipolar 10 ilustrada na figura 2B na configuração na qual os parafusos do lado esquerdo 20a constituem os terminais de eletrodo positivo e os parafusos do lado direito 20b constituem os terminais de eletrodo negativo, mas é diferente da bateria bipolar 10 ilustrada na figura 2B em uma configuração na qual as porcas 21b são dispostas em um lado de placa de terminal de eletrodo negativo 16. Na figura 2B, o cabo de eletrodo negativo e o cabo de eletrodo positivo são estendidos na mesma direção. Na figura 3, por outro lado, o cabo de eletrodo negativo e um cabo de eletrodo positivo são estendidos em direções mutuamente opostas. A direção de extensão de um cabo de eletrodo é determinada com base na conveniência de manuseio do cabo de eletrodo na montagem de um conjunto de baterias.

[072] Cinco coletores de corrente 4-1 a 4-5 e um coletor de corrente 4T são empilhados concentricamente em uma direção axial da bateria bipolar 30 sem estarem em contato um com o outro. Nesse momento, os corpos tubulares 6 dos respectivos coletores de corrente 4-1 a 4-5 são direcionados para cima. Os coletores de corrente 4 são eletricamente isolados um do outro por folhas isolantes 14. Uma protuberância 5 do coletor de corrente mais superior 4-1 é encaixado em um furo formado em um centro de uma placa de terminal de eletrodo positivo 17. Um ressalto 8' do coletor de corrente de extremidade mais inferior 4T é disposto em uma placa de coleta de corrente de eletrodo negativo 16. O uso do coletor de corrente de extremidade 4T que não é fornecido com um corpo tubular 6 elimina um espaço morto na bateria e reduz um volume enquanto mantém uma capacidade da bateria.

[073] Uma unidade de eletrodo 11 incluindo uma pilha de um eletrodo negativo 1, um eletrodo positivo 2 e um separador 3 intercalado entre o eletrodo negativo 1 e o eletrodo positivo 2 é acomodada em um espaço definido pelos dois coletores superior e inferior dentre os coletores de corrente 4.

[074] Os dois coletores de corrente 4-1, 4-2 e a unidade de eletrodo 11-1 encerrada com os dois coletores de corrente 4-1, 4-2, constituem uma célula 151. O coletor de corrente 4-1 está em contato com o eletrodo positivo 2 em uma face interna de seu corpo tubular 6 para servir como um coletor de corrente de eletrodo positivo. O coletor de corrente 4-2 está em contato com o eletrodo negativo 1 e sua protuberância 5 para servir como um coletor de corrente de eletrodo negativo.

[075] Da mesma forma, os dois coletores de corrente 4-2, 4-3 e a unidade de eletrodo 11-2 encerrada com os dois coletores de corrente 4-2, 4-3 constituem uma célula 15-2. O coletor de corrente 4-2 serve como um coletor de corrente de eletrodo positivo da célula 15-2, e o coletor de corrente 4-3 serve como um coletor de corrente de eletrodo negativo da célula 15-2. Adicionalmente, os coletores de corrente 4-3, 4-4 e a unidade de eletrodo 11-3 encerrada com os coletores de corrente 4-3, 4-4 constituem uma célula 15-3. Os coletores de corrente 4-4, 4-5 e a unidade de eletrodo 11-4 encerrada com os coletores de corrente 4-4, 4-5 constituem uma célula 15-4. Os coletores de corrente 4-5, 4T e a unidade de eletrodo 11-5 encerrada com os coletores de corrente 4-5, 4T constituem uma célula 15-5. Como descrito acima, a bateria bipolar 30 inclui as células 15-1 a 15-5 conectadas eletricamente em série.

[076] Um micro acoplador (ver figura 2B) é montado em um furo 7 formado no lado superior do coletor de corrente 4-1 e uma solução eletrolítica é injetada na bateria bipolar 30 em uma pressão predeterminada. A solução eletrolítica injetada espalha através das células respectivas 15 através dos furos 7 nos coletores de corrente respectivos 4. Uma operação de injeção de solução eletrolítica não é realizada para cada célula, mas é realizada uma vez; portanto, a operação de injeção de solução eletrolítica é simplificada.

[077] Uma folha repelente de água em formato de disco 31 é disposta em um lado interno da protuberância 5 de cada coletor de corrente 4 de modo a cobrir a seção transversal da protuberância 5. Uma placa de retenção 42 é disposta na protuberância 5 para manter a posição da folha repelente de água 31. A folha repelente de água 31 permite que o gás de hidrogênio e uma solução eletrolítica suprida através do furo 7 na protuberância 5 atravessem a mesma. A folha repelente de água 31 possui microporos, de modo que o gás de hidrogênio suprido para dentro de cada célula circule através das células respectivas. A solução eletrolítica na célula é separada pela folha repelente de água 31 possuindo uma propriedade de repulsa de água da solução eletrolítica em outra célula. Portanto, uma junção líquida decorrente da solução eletrolítica não ocorre entre as células.

[078] A folha repelente de água 31 pode ser um tecido não tecido de poliolefina e pode ser feita de polipropileno ou polietileno. A folha repelente de água 31 também age como uma gaxeta isolante. A folha repelente de água 31 não é necessariamente disposta no lado interno da protuberância 5 desde que a folha repelente de água 31 seja disposta entre o furo 7 e a unidade de eletrodo 11.

[079] A figura 4A é uma vista lateral transversal de montagem de um conjunto de baterias 40 constituído de baterias bipolares. A figura 4B é uma vista plana de montagem do conjunto de baterias 40 constituído de baterias bipolares. A figura 4A não ilustra as unidades de eletrodo por motivos de simplificação da ilustração. Uma bateria bipolar inclui uma pluralidade de células. A bateria bipolar incluindo cinco células foi descrita com referência à figura 3. O conjunto de baterias 40 inclui um envoltório de bateria de resina 41 e cinco baterias bipolares acomodadas no envoltório de bateria 41. O conjunto de baterias 40 é fornecido com ventiladores de resfriamento externos 42 para fins de resfriamento. Os ventiladores de resfriamento 42 sugam o ar de resfriamento a partir do meio externo e então suprem o ar de resfriamento em uma direção perpendicular a uma direção axial das baterias bipolares. O ar de resfriamento suprido para dentro do envoltório de bateria 41 passa pelas faces externas dos corpos tubulares 6 dos coletores de corrente 4, é difundido pelos acessórios de conexão 43, e flui para dentro da próxima bateria bipolar. Os acessórios de conexão 43 perturbam o fluxo do ar de resfriamento para melhorar o efeito de resfriamento.

[080] A figura 5 é uma vista transversal ampliada de duas extremidades de cada bateria bipolar. A figura 5 não ilustra a parte intermediária da bateria bipolar para fins de simplificação da ilustração. As células respectivas são presas com parafusos passantes 44a, 44b. Os parafusos passantes 44 são revestidos com tubos isolantes (não ilustrados) que impedem um curto circuito entre os coletores de corrente devido aos parafusos passantes.

[081] Os acessórios de conexão 43 são respectivamente presos em suas duas extremidades aos parafusos passantes 44 com porcas 45 (ver figura 4B). Cada um dos acessórios de conexão 43 é formado a partir de um bom condutor elétrico. Nessa modalidade, cada um dos acessórios de conexão é feito de alumínio. Visto que alumínio é inferior ao ferro em termos de resistência, os acessórios de conexão 43 transmitem eletricidade para fora com uma perda ôhmica menor do que os parafusos passantes 44 feitos de ferro.

[082] Elementos isolantes 46a são dispostos entre uma placa de coleta de corrente de eletrodo negativo 16 e acessórios de conexão 43 para evitar um curto circuito na bateria bipolar devido aos acessórios de conexão 43. Da mesma forma, os elementos isolantes 46b são dispostos entre uma placa de coleta de corrente de eletrodo positivo 17 e os acessórios de conexão 43 para evitar um curto circuito entre as baterias bipolares devido aos acessórios de conexão 43. Os parafusos passantes 44a servem como terminais de eletrodo positivo e os parafusos passantes 44b servem como terminais de eletrodo negativo, de modo que a eletricidade seja retirada dos furos formados no envoltório de bateria 41.

[083] O conjunto de baterias de acordo com essa modalidade inclui uma válvula de segurança que descarrega gás das baterias bipolares respectivas para o exterior quando as pressões internas das baterias bipolares alcançam um valor predeterminado, por exemplo, 1 Mpa. Como ilustrado na figura 6, especificamente, portas de descarga de gás 50 fornecidas no envoltório de bateria 41 para as baterias bipolares respectivas são conectadas a um duto de coleta 52 através de dutos de junção 51. O duto de coleta 52 é fornecido em sua extremidade com a válvula de segurança 53. Quando as pressões internas das baterias bipolares se tornam iguais a ou superiores a um valor específico, a válvula de segurança 53 opera para liberar as pressões internas das baterias bipolares. O duto de coleta 51 pode ser fornecido com um calibrador de pressão.

[084] As figuras 7, 8A e 8B ilustram, cada uma, uma forma de conectar baterias bipolares uma à outra. A figura 7 ilustra uma configuração de um conjunto de baterias 60 incluindo quatro baterias bipolares 61 conectadas em série. Em duas baterias adjacentes dentre as baterias bipolares 61, os terminais de eletrodo positivos 44a e terminais de eletrodo negativo 44b são conectados em série com barras de união 62. Em uma bateria bipolar 61 localizada em uma extremidade do conjunto de baterias 60, dois terminais de eletrodo negativo 44b são conectados um ao outro com uma barra de junção 63 para servir como um terminal de eletrodo negativo do conjunto de baterias 60. Em uma bateria bipolar 61 localizada na outra extremidade do conjunto de baterias 60, dois terminais de eletrodo positivo 44a são conectados um ao outro com uma barra de união 64 para servir como um terminal de eletrodo positivo do conjunto de baterias 60.

[085] As figuras 8A e 8B ilustram, cada uma, um conjunto de baterias 60' incluindo quatro baterias bipolares 61' conectadas em paralelo. Nas baterias bipolares respectivas 61', terminais de eletrodo positivo e terminais de eletrodo negativo são estendidos na mesma direção pelo ajuste de posições nas quais os elementos isolantes 46 são montados. A figura 8A ilustra duas das baterias bipolares adjacentes 61' onde os terminais de eletrodo negativo 44b são conectados um ao outro com barras de união 64. A figura 8B ilustra duas baterias adjacentes dentre as baterias bipolares 61' onde terminais de eletrodo positivo 44a são conectados um ao outro com barras de união 65. As barras de união 64 servem como terminais de eletrodo negativo do conjunto de baterias 60', e as barras de união 65 servem como terminais de eletrodo positivo do conjunto de baterias 60'.

[086] O oxigênio gerado por uma reação de bateria é imediatamente ligado ao hidrogênio introduzido na bateria para formar água. Portanto, quando o gás de hidrogênio é introduzido na bateria, um agente de assistência de condução contido em um eletrodo positivo não é degradado por oxidação. Da mesma forma, uma liga de armazenamento de hidrogênio não é oxidada, e, portanto, é impedida de ser degradada. A característica da vida útil do eletrodo é aperfeiçoada, e uma vida útil mais longa da bateria é esperada.

Aplicação industrial

[087] Uma bateria bipolar da invenção é utilizada adequadamente como um aparelho de armazenamento de energia para consumidor em adição a um aparelho industrial de armazenamento de energia. Lista de sinais de referência 1: Eletrodo negativo 2: Eletrodo positivo 3: Separador 4: Coletor de corrente, coletor de corrente de extremidade 4T 5: Protuberância 6: Corpo tubular 7: Furo 8: Ressalto 9: Flange 10: Bateria bipolar 11: Unidade de eletrodo 13: Câmara de armazenamento de hidrogênio 14: Folha isolante 15: Célula 16: Placa de terminal de eletrodo negativo 17: Placa de terminal de eletrodo positivo 18: Terminal de eletrodo negativo 19: Terminal de eletrodo positivo 20: Parafuso 21: Porca 22: Tubo isolante 23: Arruela isolante 24: Arruela plana 25: Porca compacta 26: Micro acoplador 30: Bateria bipolar 31: Folha repelente de água 32: Placa de retenção 40: Conjunto de baterias 41: Envoltório de bateria 42: Ventilador de resfriamento 43: Acessório de conexão 44: Parafuso passante 45: Porca 46: Elemento isolante 50: Porta de descarga de gás 51: Duto de coleta 52: Duto de junção 53: Válvula de segurança 60: Conjunto de baterias 61: Bateria bipolar

Claims

1. Bateria bipolar (10, 30) compreendendo: uma pluralidade de coletores de corrente (4); e uma solução eletrolítica; e pelo menos um elemento de geração de energia (11) incluindo uma pilha de um eletrodo positivo (2), um eletrodo negativo (1), e um separador (3) intercalado entre o eletrodo positivo (2) e o eletrodo negativo (1), caracterizada pelo fato de que: cada coletor de corrente (4) compreende um condutor que compreende um corpo tubular (6) uma protuberância (5) formada pela protuberância de fundos do corpo tubular (6) para fora e um ressalto plano (8) conectando o corpo tubular (6) à protuberância (5), em que o corpo tubular (6) tem um formato de cilindro fechado em uma extremidade; as protuberâncias (5) penetram o elemento de geração de energia (11) ao longo de uma direção axial dos coletores de corrente (4), em que a direção axial dos coletores de corrente (4) é a mesma direção para uma direção de empilhamento dos coletores de corrente (4); um primeiro eletrodo, que é um dentre os eletrodos positivos (2) e os eletrodos negativos (1), está em contato com uma face interna de um corpo tubular (6) de um primeiro coletor de corrente dentre a pluralidade de coletores de corrente (4), é eletricamente conectado ao primeiro coletor de corrente, e não está em contato com um segundo coletor de corrente dentre a pluralidade de coletores de corrente (4), e um segundo eletrodo, que é o outro dentre os eletrodos positivos (2) e os eletrodos negativos (1), não está em contato com o primeiro coletor de corrente, está em contato com uma face externa de uma protuberância (5) do segundo coletor de corrente, e é eletricamente conectado ao segundo coletor de corrente.

2. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: o segundo eletrodo possui uma borda externa coberta com o separador (3), e o primeiro eletrodo possui um furo (7) através do qual o segundo coletor de corrente passa, o furo (7) possuindo uma borda periférica coberta com o separador (3).

3. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um isolante (14) intercalado entre o primeiro coletor de corrente e o segundo coletor de corrente.

4. Bateria bipolar (30), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma folha repelente de água (31) disposta em um lado interno de cada um dos coletores de corrente (4) e localizada entre a protuberância (5) correspondente e o elemento de geração de energia (11).

5. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que: a folha repelente de água (31) é formada a partir de um filme microporoso ou um tecido não tecido de poliolefina.

6. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que: pelo menos um elemento de geração de energia (11) compreende uma pluralidade de elementos de geração de energia, um primeiro eletrodo de um dos elementos de geração de energia (11) está em contato com a face interna do corpo tubular (6) do primeiro coletor de corrente, e um segundo eletrodo de um outro dos elementos de geração de energia (11) está em contato com a face externa da protuberância (5) do segundo coletor de corrente.

7. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que: cada um dos coletores de corrente (4) é formado a partir de uma placa de aço revestida com níquel.

8. Bateria bipolar (30), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma placa de terminal de eletrodo negativo (16); uma placa de terminal de eletrodo positivo (17); e um parafuso passante (20) revestido com um tubo isolante (22) e configurado para unir a placa de terminal de eletrodo negativo (16) e a placa de terminal de eletrodo positivo (17) uma à outra, com os coletores de corrente (4) empilhados de forma concêntrica e intercalados entre a placa de terminal de eletrodo negativo (16) e a placa de terminal de eletrodo positivo (17).

9. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um acessório de conexão (43) formado de um elemento plano condutor e montado em duas extremidades do parafuso passante (44); o acessório de conexão (43) incluindo uma parte de placa plana, e uma parte de extensão dobrada a partir da parte de placa plana em uma direção substancialmente perpendicular a uma direção ao longo da placa de terminal de eletrodo negativo (16) e da placa de terminal de eletrodo positivo (17).

10. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que: dos coletores de corrente empilhados (4), um coletor de corrente com extremidade na direção de abertura (4T) não é fornecido com um corpo tubular.

11. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que: um dentre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo é um eletrodo negativo (1) contendo uma liga de armazenamento de hidrogênio, e o outro eletrodo é um eletrodo positivo (2) contendo um material ativo de eletrodo positivo e um agente condutor, o agente condutor incluindo carbono, e o gás de hidrogênio sendo introduzido na bateria bipolar.

12. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma câmara de armazenamento de hidrogênio configurada para armazenar gás de hidrogênio gerado pela eletrólise da solução eletrolítica retida na bateria bipolar e gás de hidrogênio suprido externamente.

13. Bateria bipolar (30), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que: o agente condutor inclui carbono macio parcialmente grafitizado.

14. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que: o separador (3) é formado de um tecido não tecido de poliolefina.

15. Bateria bipolar (10, 30), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que: o separador (3) possui uma propriedade hidrofílica.

16. Conjunto de baterias (40, 60) caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de baterias bipolares (30), cada uma das quais é a bateria bipolar da reivindicação 9, as baterias bipolares (30) sendo empilhadas em uma direção perpendicular a uma direção axial das baterias bipolares (30); e um assoprador de ar (42) configurado para suprir ar na direção perpendicular à direção axial das baterias bipolares (30), em que a direção de suprimento de ar do assoprador de ar (42) é paralela a uma direção na qual a parte de extensão do acessório de conexão se estende.