BR112019023899A2 - Placa de bateria, conjunto de bateria e método para montar a placa de bateria - Google Patents
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Abstract
trata-se de uma placa de bateria que tem um substrato com superfícies opostas e uma ou mais estruturas não planas e um ou mais materiais ativos dispostos em pelo menos uma das superfícies opostas; sendo que a placa de bateria inclui uma ou mais dentre: i) uma ou mais projeções dispostas dentro do material ativo, mas que não se estendem além do mesmo; ii) uma ou mais projeções que se projetam além do material ativo e substancialmente isentas do material ativo ou poeira formada a partir do material ativo; e/ou iii) um quadro sobre a periferia do substrato que se projeta além do material ativo e é substancialmente isento do material ativo ou poeira formada a partir do material ativo; e em que a placa de bateria é adaptada para formar parte de uma ou mais células eletroquímicas num conjunto de bateria.
Description
“PLACA DE BATERÍA, CONJUNTO DE BATERÍA E MÉTODO PARA MONTAR A PLACA DE BATERÍA”
Campo
[001] A presente revelação se refere, de modo geral, a placas de batería úteis em conjuntos de batería bipolares e métodos para a preparação de tais conjuntos. A presente revelação pode encontrar uso particular na preparação de placas de batería que têm estruturas não planas.
Antecedentes
[002] Baterias bipolares são conhecidas na técnica, consultar o documento Tatematsu US 2009/0042099, incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade. As baterias bipolares fornecem vantagens em relação a outros projetos de batería, tais como escalabilidade, densidade de energia relativamente alta, densidade de potência alta e flexibilidade de projeto. As baterias bipolares compreendem um número de placas bipolares e duas placas de extremidade monopolares. As placas bipolares e monopolares são formadas tendo um material ativo aplicado numa ou ambas as superfícies opostas de um substrato. Uma placa bipolar é formada aplicando-se um material catódico, frequentemente denominado material ativo positivo (PAM), numa superfície do substrato e um material anódico, frequentemente denominado material ativo negativo (NAM), numa superfície oposta do substrato. Uma placa monopolar é formada aplicando-se um material ativo, ou um material ativo positivo ou um material ativo negativo, uma superfície de um substrato para produzir um eletrodo de cátodo ou eletrodo de ânodo, respectivamente. Uma folha condutora pode ser disposta entre o substrato e o material anódico ou material catódico. As placas bipolares são dispostas numa pilha de modo que o material anódico de uma placa esteja voltado para o material catódico da próxima placa. Na maioria dos conjuntos, há separadores de batería localizados entre as placas adjacentes, que permitem que um eletrólito flua do material catódico para o material anódico. Está disposto no espaço entre as placas um eletrólito, que é um material que permite que elétrons e íons fluam entre o material anódico e catódico. As superfícies
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2/74 adjacentes das placas bipolares com o separador e o eletrólito dispostos entre as placas de uma célula eletroquímica em que elétrons e íons são trocados entre o material anódico e o material catódico. A estrutura da batería é disposta de modo que cada célula formada pelas placas bipolares seja vedada para impedir o fluxo de eletrólito para fora da célula. A estrutura usada para vedar cada célula eletroquímica está em contato com a porção das placas que não têm material anódico ou catódico no substrato. Adicionalmente, o separador de batería pode se estender além da porção do substrato que tem o material anódico e catódico disposto no mesmo para auxiliar na vedação das células. Cada célula tem um condutor de corrente conectado à célula para transmitir elétrons da célula para um ou mais terminais a partir dos quais os elétrons são transmitidos para uma carga, em essência, outro sistema que utiliza os elétrons na forma de eletricidade. Em projetos convencionais, as pilhas de placas de batería são dispostas num invólucro que é vedado sobre a pilha de placas e tem um ou mais pares de terminais positivos e negativos localizados fora da batería. Cada par é conectado a um condutor de corrente adicional que é conectado a uma ou mais células, conforme descrito no presente documento.
[003] É crítico para o desempenho de baterias bipolares o controle do peso da pasta e da espessura de pasta nos substratos das placas bipolares ou monopolares. Tradicionalmente, a pasta ativa é aplicada a uma grade de liga de chumbo com o uso de equipamento de empastamento que bombeia a pasta através de um orifício na medida em que uma grade de metal apropriada é passada por baixo sustentada por uma correia. Os processos são projetados para aplicar a pasta à espessura da grade para controlar a espessura e o peso da pasta. O equipamento de empastamento de correia pode ser usado para empastar pasta ativa em placas bipolares. Tipicamente, as placas bipolares são projetadas como placas achatadas. As placas bipolares achatadas podem ser passadas sob uma caixa de pasta com sapatas instaladas para controlar o peso da pasta. Tipicamente, o material ativo positivo é aplicado primeiro e, então, a placa bipolar é virada e passada sob uma segunda linha de empastamento para
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3/74 depositar o material ativo negativo. As placas bipolares com um quadro de pasta podem ser empastadas com o uso de equipamento de empastamento de correia. As placas monopolares com um quadro de pasta podem ser empastadas com o uso de equipamento de empastamento de correia. A pasta é depositada no bolso formado pela placa bipolar e/ou monopolar na medida em que passa sob a caixa de pasta. Uma cunha pode precisar ser adicionada ao fundo do bolso para minimizar a flexão da placa bipolar na medida em que a mesma passa sob a caixa de pasta na medida em que a pasta é bombeada com alta pressão para a placa bipolar. A placa bipolar pode ser virada, e a pasta pode ser aplicada ao bolso no lado negativo da placa. Na medida em que a placa de batería está passando sob a caixa, as bordas anterior e posterior do quadro de placa bipolar se tornam revestidas com uma camada fina da pasta que deve, então, ser removida para minimizar a chance de submeter a curto-circuito a batería formada durante a operação. Alguns grupos empastaram uma grade, algumas vezes produzida a partir de plástico que é dimensionado para encaixar dentro ou sobre a placa bipolar. Fazendo-se isto, os mesmos evitam ter que limpar as bordas anterior e posterior do quadro; entretanto, as desvantagens são custo aumentado e densidade de energia reduzida. O projeto das placas bipolares resultantes úteis com estes processos é uma superfície plana sem nenhuma protuberância e, adicionalmente, quaisquer recursos planos são tipicamente coincidentes com a espessura da pasta. Assim, operações de limpeza secundárias são exigidas para garantir que nenhuma poeira ou filme de pasta esteja presente que possa interferir com a vedação das placas bipolares ou a operação das baterias formadas a partir das placas bipolares. Estes processos também apresentam problemas similares para a fabricação das placas monopolares dispostas na extremidade das placas de batería.
[004] São necessários processos que permitam a preparação de placas bipolares e monopolares em que as placas de batería podem ser não planas, isto é, incluem superfícies curvas ou parcialmente curvas, que têm protuberâncias que se projetam além da pasta que são substancialmente isentas de pasta e poeira da
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4/74 pasta, que têm protuberâncias incorporadas na placa que melhoram a ligação da pasta aos substratos e similares. São necessários processos que facilitem a preparação de tais placas de bateria.
Sumário
[005] A presente revelação se refere a uma placa de bateria que compreende: a) um substrato que tem uma primeira superfície oposta a uma segunda superfície e uma ou mais estruturas não planas; b) um ou mais materiais ativos dispostos na primeira superfície, na segunda superfície ou tanto na primeira superfície quanto na segunda superfície; sendo que a placa de bateria tem um ou mais dentre os seguintes recursos: i) uma ou mais projeções que se estendem da primeira superfície, da segunda superfície ou de ambos os substratos que estão dispostos dentro do material ativo e não se estendem além do mesmo; ii) uma ou mais projeções que se estendem do substrato que se projeta além do material ativo, e em que a superfície da uma ou mais projeções além do material ativo é substancialmente isenta do material ativo ou uma poeira formada a partir do material ativo; e/ou iii) um quadro sobre a periferia do substrato, sendo que o quadro ou uma porção do mesmo, na direção transversal à uma ou mais superfícies sob as quais o material ativo é depositado, se projeta além do material ativo e é substancialmente isento do material ativo ou da poeira formada a partir do material ativo; e em que a placa de bateria é adaptada para formar parte de uma ou mais células eletroquímicas num conjunto de bateria.
[006] A presente revelação se refere adicionalmente ao conjunto de bateria que inclui uma ou mais pilhas de uma pluralidade das placas de bateria que compreendem: a) uma ou mais placas bipolares que compreendem o substrato que tem: i) um primeiro material ativo disposto na primeira superfície para funcionar como um ânodo com uma primeira folha de transferência ligada ao mesmo oposta à primeira superfície; e ii) um segundo material ativo disposto na segunda superfície para funcionar como um cátodo e uma segunda folha de transferência ligada ao mesmo oposta à segunda superfície; b) uma primeira placa monopolar que compreende o substrato que tem um primeiro material ativo
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5/74 disposto na primeira superfície para funcionar como um ânodo com uma primeira folha de transferência ligada ao mesmo oposta à primeira superfície enquanto a segunda superfície oposta está isenta de qualquer material ativo; e c) uma segunda placa monopolar que compreende o substrato que tem uma primeira superfície isenta de qualquer material ativo e um segundo material ativo disposto na segunda superfície para funcionar como um cátodo e uma segunda folha de transferência ligada ao mesmo oposta à segunda superfície; d) um eletrólito líquido disposto entre cada par de placas de batería que são adjacentes, sendo que o eletrólito líquido funciona com o ânodo e o cátodo localizados no espaço entre o par de placas de batería para formar uma célula eletroquímica; sendo que a pluralidade de placas de batería estão dispostas de modo que superfícies dos substratos que têm o cátodo disposto nas mesmas estejam voltadas para a superfície de outra placa de batería que tem o ânodo depositado na mesma, e a primeira e a segunda placas monopolares estejam localizadas em extremidades opostas de cada pilha de placas de batería; e em que cada folha de transferência compreende um material poroso adaptado para evitar que o material ativo penetre nos poros da folha de transferência enquanto permite que um eletrólito líquido passe pela folha de transferência.
[007] A presente revelação se refere adicionalmente a um método de montar uma placa de batería que compreende: a) colocar uma folha de transferência numa placa móvel num molde de eletrodo, sendo que a placa móvel está disposta em oposição a uma abertura no molde de eletrodo e é móvel na direção e através da abertura no molde de eletrodo; b) injetar um material ativo na forma de uma pasta na folha de transferência na placa móvel de modo que o material ativo forme uma camada no formato formado pelo menos pela placa móvel; c) colocar um substrato sobre a abertura do molde de modo que a área de uma das superfícies do substrato sob a qual deseja-se que o material ativo esteja localizado esteja alinhada com o material ativo no molde; d) estender a placa móvel através da abertura do molde até que o material ativo esteja em contato e ligado ao substrato; e e) retrair a placa móvel na direção oposta ao substrato de
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6/74 volta para o molde, de modo que o material ativo permaneça ligado a uma das superfícies da placa de substrato e a folha de transferência permaneça ligada à superfície do material ativo oposta à superfície do material ativo ligado a uma das superfícies do substrato.
[008] As placas de batería divulgada no presente documento são úteis em conjuntos de batería para armazenamento de eletricidade e gerar eletricidade para uso numa variedade de ambientes. Os conjuntos de batería divulgados fornecem alta entrada de potência com pesos e volumes exigidos mais baixos, fornecendo, assim, uma alta densidade de potência. Os conjuntos de batería são projetados para manipular as pressões e o calor gerados durante a operação sem danos indevidos à superfície externa do artigo e de modo que o eletrólito líquido esteja contido no artigo. Os conjuntos e placas de batería divulgados podem ser montados com o uso de materiais e processos convencionais, podem ser adaptados a diferentes espaços conformados com base no espaço de embalagem disponível e podem permitir o escalonamento de tamanho para entregar níveis variáveis de energia. Os dispositivos não exigem orientação com uma porção superior e porção inferior especificadas exigindo que uma esteja apontada para baixo na direção da gravidade. As placas de batería e métodos divulgados permitem a preparação de placas de batería sem o material ativo (por exemplo, pastas) ou poeira do material ativo entrar em contato com uma ou mais estruturas não planas de um substrato. A placa de batería e o método divulgados são vantajosos por terem estruturas não planas isentas do material ativo para permitir a formação de uma vedação com uma ou mais outras estruturas não planas sem material ativo entre as mesmas. Não tendo material ativo entre as estruturas não planas, uma trajetória de vazamento potencial para o eletrólito líquido e/ou gases são prevenidos, e, assim, o curto-circuito potencial de um conjunto de batería é evitado. O método exige menos capital para ser executado e permite rendimento mais alto. Em particular, o tempo de ciclo para aplicar a pasta a uma superfície pode ser cerca de 2 segundos ou mais, cerca de 15 segundos ou menos, cerca de 10 segundos ou menos ou até mesmo cerca de 6 segundos
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7/74 ou menos.
Breve descrição dos desenhos
[009] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma placa de batería.
[010] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma placa de batería.
[011] A Figura 3 ilustra uma seção transversal de uma placa bipolar.
[012] A Figura 4 ilustra uma seção transversal de uma placa bipolar.
[013] A Figura 5 ilustra uma vista plana de um molde para transferir pasta para uma folha de transferência.
[014] A Figura 6 ilustra uma seção transversal de uma folha de transferência que tem pasta aplicada na mesma localizada numa bandeja móvel de um molde.
[015] A Figura 7 ilustra um processo para preparar uma placa de batería com um molde.
[016] A Figura 8A ilustra um molde com uma placa móvel.
[017] A Figura 8B ilustra a aplicação de uma pasta a uma folha de transferência localizada dentro de um molde.
[018] A Figura 8C ilustra a aplicação de uma folha de transferência e pasta a um substrato para formar uma placa de batería.
[019] A Figura 9 é uma vista parcialmente explodida de uma pilha de placas de batería.
[020] A Figura 10 é uma vista em perspectiva de uma pilha de placas de batería.
[021] A Figura 11 ilustra uma seção transversal de um conjunto de batería.
[022] A Figura 12 ilustra uma extremidade de um conjunto de batería que tem uma placa de extremidade.
[023] A Figura 13 ilustra a aplicação de uma membrana.
[024] A Figura 14 é uma vista em perspectiva de um conjunto de batería.
[025] A Figura 15 é uma vista plana de um separador.
[026] A Figura 16 é uma vista em perspectiva de um conjunto de batería.
[027] A Figura 17 é uma vista plana de um conjunto de batería.
[028] A Figura 18 é uma seção transversal de um conjunto de batería ao longo da seção A-A da Figura 17.
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8/74
[029] A Figura 19 é uma seção transversal de um conjunto de batería ao longo da seção B-B da Figura 17.
[030] A Figura 20 é uma seção transversal de um conjunto de batería ao longo da seção C-C da Figura 17.
[031] A Figura 21 é uma vista plana de um conjunto de batería.
[032] A Figura 22 é uma seção transversal de um conjunto de batería ao longo da seção E-E da Figura 21.
[033] A Figura 23 é uma seção transversal de um conjunto de batería ao longo da seção F-F da Figura 21.
[034] A Figura 24A é uma vista plana de um separador.
[035] A Figura 24B é uma vista em primeiro plano de um inserto do separador da
Figura 24A.
Descrição detalhada
[036] As explicações e ilustrações apresentadas no presente documento são destinadas a instruir outros versados na técnica com os presentes ensinamentos, seus princípios e sua aplicação prática. As modalidades específicas dos presentes ensinamentos como apresentadas não se destinam a serem exaustivas ou limitantes dos presentes ensinamentos. O escopo dos presentes ensinamentos deve ser determinado em referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo completo de equivalentes aos quais tais reivindicações são conferidas. As revelações de todos os artigos e referências, incluindo publicações e pedidos de patente, são incorporadas a título de referência para todas os propósitos. Outras combinações são também possíveis conforme será obtido a partir das reivindicações anexas, que são também incorporadas ao presente documento a título de referência nesta descrição escrita.
Placa (ou placas) de batería
[037] A divulgação se refere a placas de batería úteis no uso como placas bipolares, placas monopolares, placas polares duplas, similares ou qualquer combinação das mesmas. Uma placa de batería pode funcionar como um ou mais eletrodos, incluir um ou mais materiais eletroativos, ser parte de uma célula
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9/74 eletroquímica, formar parte de uma ou mais estruturas de vedação ou qualquer combinação dos mesmos. Uma pluralidade de placas de batería pode funcionar para conduzir uma corrente elétrica (isto é, fluxo de íons e elétrons) dentro do conjunto de batería. Uma pluralidade de placas de batería pode formar uma ou mais células eletroquímicas. Por exemplo, um par de placas de batería, que podem ter um separador e/ou eletrólito entre as mesmas, pode formar uma célula eletroquímica. O número de placas de batería presentes pode ser escolhido para fornecer a tensão desejada da batería. O projeto de conjunto de batería fornece a flexibilidade na tensão que pode ser produzida. A pluralidade de placas de batería pode ter qualquer formato em seção transversal desejado, e o formato em seção transversal pode ser projetado para se encaixar no espaço de embalagem disponível no ambiente de uso. O formato em seção transversal pode se referir ao formato das placas da perspectiva das faces das folhas. Os tamanhos e formatos em seção transversal flexíveis permitem a preparação dos conjuntos divulgados para acomodar as necessidades de tensão e tamanho do sistema em que as baterias são utilizadas. As placas de extremidade opostas podem ensanduichar uma pluralidade de placas de batería entre as mesmas. A uma ou mais placas de batería podem incluir uma ou mais estruturas não planas.
[038] Uma estrutura não plana pode significar que o formato de uma superfície das placas de batería pode ser qualquer formato em que as placas podem funcionar. Uma estrutura não plana pode ser qualquer recurso que se projeta a partir de e/ou se insere numa porção plana de uma placa de batería. Uma estrutura não plana pode significar que uma placa de batería pode ser uma placa de batería não plana. Uma estrutura não plana pode incluir uma ou mais superfícies endentadas e/ou superfícies projetantes em relação a qualquer plano que passa através das placas. Uma ou mais estruturas não planas podem ter formatos que são regulares ou irregulares. Os formatos podem incluir uma ou mais superfícies côncavas ou convexas. Estão incluídos nas estruturas não planas retângulos, cilindros, hemisfério, pirâmide, dente de serra e similares. Uma ou mais estruturas não planas podem incluir um ou mais insertos, protuberâncias,
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10/74 armações, projeções, aberturas, nervuras, estruturas corrugadas ou qualquer combinação dos mesmos. A uma ou mais estruturas não planas podem funcionar para formar uma ou mais vedações, canais ou ambos. A uma ou mais estruturas não planas podem ser parte de um substrato. A uma ou mais estruturas não planas podem funcionar para aumentar uma área superficial geral de um substrato, placa de batería ou ambos. Por exemplo, um substrato que tem uma superfície corrugada pode ter uma área superficial maior do que um substrato com uma superfície relativamente plana. Uma área superficial maior pode permitir uma tensão ou corrente aumentada ou ambas. A um ou mais estruturas não planas podem estar dentro de qualquer porção de uma placa de batería. Dentro de uma pilha de placas de batería, a estrutura plana e/ou não plana das placas de batería pode ser igual de modo a fornecer funcionamento eficiente das células eletroquímicas que as mesmas auxiliam na formação. A pluralidade de placas de batería pode incluir uma ou mais placas monopolares, uma ou mais placas bipolares ou qualquer combinação das mesmas.
[039] Uma ou mais placas de batería podem incluir uma ou mais placas bipolares. A uma ou mais placas bipolares podem incluir uma única ou uma pluralidade de placas bipolares. Pluralidade, conforme usado no presente documento, significa que há mais do que uma das placas. Uma placa bipolar compreende um substrato. O substrato pode estar na forma de uma folha que tem duas faces opostas. Estão localizados nas faces opostas um cátodo e um ânodo. O cátodo e o ânodo podem estar na forma de uma pasta aplicada no substrato. O cátodo, o ânodo ou ambos podem incluir uma folha de transferência. As placas bipolares podem ser dispostas num conjunto de batería numa ou mais pilhas de modo que o cátodo de uma placa bipolar esteja voltado para o ânodo de outra placa bipolar ou uma placa monopolar, e o ânodo de cada placa bipolar esteja voltado para o cátodo de uma placa bipolar ou monopolar.
[040] Uma ou mais placas de batería podem ser uma ou mais placas monopolares. A uma ou mais placas monopolares podem incluir uma única ou uma pluralidade de placas monopolares. A uma ou mais placas monopolares
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11/74 podem incluir uma placa monopolar localizada em cada extremidade oposta de uma pluralidade de placas de batería. As placas monopolares opostas podem incluir uma ou mais placas bipolares localizadas entre as mesmas. Uma ou mais placas monopolares podem ser localizadas adjacentes a, podem ser parte de ou podem ser uma ou mais placas de extremidade. Por exemplo, cada uma das placas monopolares pode ser localizada entre uma placa de extremidade adjacente e uma placa bipolar adjacente. Uma ou mais placas monopolares podem ser fixadas a uma ou mais placas de extremidade. Uma ou mais placas de extremidade monopolares podem ser afixadas a uma placa de extremidade conforme ensinado em qualquer uma das Patentes ns US 8.357.469; 9.553.329; e Publicação de Pedido de Patente ns US 2017/0077545; incorporadas ao presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos. Uma ou mais placas de extremidade monopolares podem incluir uma ou mais estruturas de reforço conforme divulgado na Publicação de Pedido de Patente ηΩ US 2017/0077545. Uma ou mais placas monopolares podem ser preparadas a partir dos mesmos substratos, ânodos e cátodos usados numa ou mais das placas bipolares. Uma placa monopolar de um conjunto de batería pode ter um substrato com um cátodo disposto no mesmo. Uma placa monopolar de um conjunto de batería pode ter um substrato com um ânodo disposto no mesmo. O cátodo, ânodo ou ambos podem estar na forma de uma pasta aplicada no substrato. O cátodo, o ânodo ou ambos podem incluir uma folha de transferência. Uma superfície ou lado de uma placa monopolar oposta ao ânodo ou cátodo e/ou voltada para uma placa de extremidade pode ser uma superfície exposta de um substrato.
[041] Uma ou mais placas de batería podem incluir uma ou mais placas polares duplas. As placas de batería polares duplas podem funcionar para facilitar a conexão elétrica de uma ou mais pilhas de placas de batería a uma ou mais outras pilhas de placas de batería, simplificar a fabricação e a montagem das duas ou mais pilhas ou ambos. Usar de pilhas de placas polares duplas para conectar eletricamente duas ou mais pilhas de placas de batería pode permitir que
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12/74 as pilhas individuais de placas de batería sejam formadas como um tamanho padrão (por exemplo, número de placas e/ou células eletroquímicas) e, então, montadas para formar o conjunto de batería bipolar; variar facilmente o número de pilhas individuais de placas de batería para aumentar ou diminuir a potência gerada pelo conjunto de batería bipolar; ou ambos. As placas polares duplas podem incluir um ou mais substratos. Um ou mais substratos podem incluir um único substrato ou uma pluralidade de substratos. Um ou mais substratos podem incluir um ou mais substratos condutores, um ou mais substratos não condutores ou uma combinação de ambos. Uma pluralidade de substratos condutores pode incluir um primeiro substrato condutor e um segundo substrato condutor. Por exemplo, uma placa polar dupla pode compreender um primeiro substrato condutor e a segundo substrato condutor com um substrato não condutor localizado entre os mesmos. Como outro exemplo, a placa polar dupla pode compreender um substrato não condutor. Como outro exemplo, a placa polar dupla pode compreender um único substrato condutor. O um ou mais substratos da placa polar dupla incluem superfícies opostas. As superfícies opostas podem ter um ânodo, cátodo, condutor de corrente, coletor de corrente ou qualquer combinação dos mesmos depositados e/ou em contato com uma porção da superfície. Um substrato condutor da placa polar dupla pode ter um ânodo ou cátodo depositado numa superfície ou em ambas superfícies opostas. Ter o mesmo ânodo ou cátodo nas superfícies opostas pode simplificar a fabricação exigindo-se apenas uma conexão elétrica (por exemplo, por meio de um condutor elétrico positivo ou negativo) a outro condutor de corrente da uma ou mais pilhas (por exemplo, um condutor de corrente positivo ou negativo ou terminal de uma placa monopolar). Um substrato da placa polar dupla pode ter um coletor de corrente disposto numa ou ambas as superfícies opostas. O coletor de corrente pode ser disposto entre o cátodo ou o ânodo e uma superfície do substrato. As placas polares duplas exemplificativas e a integração num conjunto de batería são divulgadas nas Patentes ns US 9.685.677; 9.825.336; e Publicação de Pedido de Patente ns US: 2018/0053926; incorporadas ao presente documento a título de
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13/74 referência em sua totalidade para todos os propósitos.
[042] Uma ou mais placas de batería incluem um ou mais substratos. Um ou mais substratos podem funcionar para fornecer suporte estrutural para o cátodo e/ou o ânodo; como uma partição de célula de modo a impedir o fluxo de eletrólitos entre células eletroquímicas adjacentes; cooperar com outros componentes de batería para formar uma vedação estanque a eletrólitos sobre as bordas de placa de batería, que podem estar na superfície externa da batería; e, em algumas modalidades, transmitir elétrons de uma superfície para outra. O substrato pode ser formado a partir de uma variedade de materiais dependendo da função ou da química da batería. O substrato pode ser formado a partir de materiais que são suficientemente robustos de modo estrutural para fornecer a estrutura principal de uma placa de batería desejada, resistindo as temperaturas que excedem os pontos de fusão de quaisquer materiais condutores usados na construção da batería e tendo alta estabilidade química durante o contato com um eletrólito (por exemplo, solução de ácido sulfúrico) de modo que o substrato não degrade mediante o contato com um eletrólito. O substrato pode ser formado a partir de materiais adequados e/ou é configurado de uma maneira que permite a transmissão de eletricidade de uma superfície do substrato para uma superfície de substrato oposta. O substrato pode ser formado a partir de um material eletricamente condutor, por exemplo, um material metálico, ou pode ser formado a partir de um material eletricamente não condutor. O material não condutor exemplificative pode incluir polímeros, tais como polímeros termofixos, polímeros elastoméricos ou polímeros termoplásticos ou qualquer combinação dos mesmos. O substrato pode compreender um substrato em geral não eletricamente condutor (por exemplo, um substrato dielétrico). O substrato não condutor pode ter recurso eletricamente condutores dentro do mesmo ou sobre o mesmo. Os exemplos de materiais poliméricos que podem ser empregados incluem poliamida, poliéster, poliestireno, polietileno (incluindo tereftalato de polietileno, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade), policarbonatos (PC), polipropileno, cloreto de polivinila, plásticos/biopolímeros biobaseados (por exemplo, ácido
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14/74 poliláctico), silicone, acrilonitrila butadieno estireno (ABS) ou qualquer combinação dos mesmos, tais como PC/ABS (mesclas de policarbonatos e acrilonitrila butadieno estirenos). Substratos compósitos podem ser utilizados. O compósito pode conter materiais de reforço, tais como fibras ou cargas, comumente conhecidos na técnica; dois materiais poliméricos diferentes, tais como um núcleo termofixo e um invólucro termoplástico ou borda termoplástica sobre a periferia do polímero termofixo; ou material condutor disposto num polímero não condutor. O substrato pode compreender ou tem na borda das placas um material termoplástico que é ligável, de preferência, ligável por fusão. O um ou mais substratos podem ter uma ou mais estruturas não planas. A uma ou mais estruturas não planas podem ser integrais com o substrato ou afixadas ao substrato. A uma ou mais estruturas não planas podem ser moldados como parte do substrato. A uma ou mais estruturas não planas podem incluir uma ou mais bordas elevadas, quadros, insertos, protuberâncias, projeções, aberturas, similares ou qualquer combinação dos mesmos.
[043] Um ou mais substratos podem ter uma borda elevada sobre a periferia de modo a facilitar o empilhamento das placas de bateria e formação de células eletroquímicas. A borda elevada, conforme usado neste contexto, significa uma borda elevada em pelo menos uma das duas superfícies opostas das placas. A borda elevada pode compreender uma porção de borda termoplástica formada sobre outro substrato material. A borda elevada pode funcionar como placas separadoras conforme descrito no presente documento. O substrato ou a periferia do substrato podem ser um material não condutor e podem ser um material termoplástico. Um ou mais substratos podem incluir um quadro. O quadro pode incluir a borda elevada ou não. O quadro sobre ou integrado ao substrato pode ser compreendido de material não condutor, tal como um material termoplástico. O uso do material não condutor melhora a vedação do exterior da pilha de bateria. O quadro pode incluir um ou mais auxiliares de conjunto formados no mesmo. Os auxiliares de conjunto podem funcionar para ajudar a linha e reter um ou mais substratos, separadores ou ambos no lugar durante o empilhamento para formar
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15/74 o conjunto de batería. Os auxiliares de conjunto podem incluir uma ou mais projeções, endentações ou ambas. Por exemplo, uma ou mais projeções macho de uma superfície de um quadro podem se alinhar e assentar dentro de uma ou mais cavidades fêmea de um quadro de um substrato e/ou separador adjacente. A uma ou mais cavidades fêmea de um quadro podem ser localizadas numa superfície oposta do quadro como a uma ou mais projeções macho.
[044] Uma ou mais das placas de batería podem incluir um cátodo. O cátodo pode estar em qualquer material que tenha a capacidade de funcionar como um cátodo numa batería e pode estar em qualquer forma comumente usada nas baterias. Uma placa bipolar pode incluir um a cátodo numa superfície oposta a uma superfície que tem um ânodo depositado no mesmo e oposta a um ânodo de outra placa bipolar ou placa monopolar. Uma placa monopolar pode ter um cátodo depositado numa superfície oposta a uma superfície desprovida de um cátodo ou ânodo, oposta a uma superfície adjacente a uma placa de extremidade, ou ambos. O cátodo é também denominado material ativo positivo (PAM). O material ativo positivo pode compreender um óxido composite, um composto de sulfato ou um composto de fosfato de lítio, chumbo, carbono ou um metal de transição geralmente usado numa batería secundária de íons de lítio, hidreto de metal níquel ou ácido de chumbo. Os exemplos dos óxidos compósitos incluem óxido composite à base de Li/Co, tal como LÍC0O2, óxido composite à base de Li/Ni, tal como LÍN1O2, óxido composite à base de Li/Μη, tal como espinélio LiMn2O4, e materiais compósitos à base de Li/Fe, tais como LiFeO2. Os compostos de fosfato e enxofre de metal de transição e lítio incluem LiFePOd, V2O5, MnO2, T1S2, M0S2, M0O3, PbO2, AgO, NiOOH e similares. O material de cátodo pode estar em qualquer forma que permite que 0 material de cátodo funcione como um cátodo numa célula eletroquímica. As formas exemplificativas incluem partes formadas, em forma de pasta, folha ou filme pré-fabricado. Para ácido de chumbo em baterias, 0 material de cátodo preferencial é dióxido de chumbo (PbO2).
[045] Uma ou mais das placas de batería podem incluir um ânodo. O ânodo pode ser qualquer material que tenha a capacidade de funcionar como um ânodo numa
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16/74 batería e pode estar em qualquer forma comumente usada nas baterias. Uma placa bipolar pode incluir um a ânodo numa superfície oposta a uma superfície que tem um cátodo depositado no mesmo e oposta ao cátodo de outra placa bipolar ou placa monopolar. Uma placa monopolar pode ter um ânodo depositado numa superfície oposta a uma superfície desprovida de um cátodo ou ânodo, oposta a uma superfície adjacente a uma placa de extremidade, ou ambos. Os ânodos são também denominados material ativo negativo (NAM). O material de ânodo pode incluir qualquer material usado em baterias secundárias, incluindo baterias de ácido de chumbo, hidretos de metal níquel e íons de lítio. Os materiais exemplificativos úteis na construção de ânodos incluem chumbo, óxidos compósitos de carbono ou lítio e metais de transição, (tais como um óxido compósito de óxido de titânio ou titânio e lítio) e similares. O material de ânodo para uma batería de ácido de chumbo pode ser chumbo esponjoso. O material de cátodo pode estar em qualquer forma que permite que o material de cátodo funcione como um cátodo numa célula eletroquímica. As formas exemplificativas incluem partes formadas, em forma de pasta, folha ou filmes pré-fabricados. As composições de pasta podem conter vários aditivos benéficos incluindo fibras de vidro ou flocos para reforço, vários compostos ligano-orgânicos para estabilidade de pasta e aditivos condutores, tais como carbono, particularmente para materiais ativos negativos. Para baterias de ácido de chumbo, a forma preferencial do material de ânodo é chumbo esponjoso. O ânodo e o cátodo são escolhidos para funcionarem em conjunto como uma célula eletroquímica uma vez que um circuito é formado que inclui as células.
[046] Os ânodos e/ou cátodos podem ser de qualquer formato ou espessura desejada. O ânodo e/ou cátodo pode ter um formato correspondente, não correspondente, recíproco e/ou não recíproco a um substrato, folha de transferência ou ambos nos quais o ânodo e/ou cátodo é disposto. O ânodo e/ou o cátodo podem ter estruturas não planas similarmente formadas como um substrato, folha de transferência ou ambos. Os ânodos e/ou cátodos podem ter um formato diferente dos substratos. O ânodo e/ou o cátodo podem ter a uma ou
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17/74 mais endentações, protuberâncias, projeções, aberturas, nervuras, estruturas corrugadas ou uma combinação das mesmas formadas nos mesmos que correspondem e se alinham com uma ou mais endentações, projeções, aberturas, nervuras, estruturas corrugadas ou uma combinação das mesmas de um substrato, folha de transferência ou ambos sobre os quais o ânodo e/ou o cátodo é disposto. Uma superfície de um ânodo e/ou cátodo pode ser recíproca com um substrato, folha de transferência ou ambos ao mesmo tempo que uma superfície oposta é não recíproca. Uma superfície de um ânodo e/ou cátodo pode ser recíproca com um substrato, folha de transferência ou ambos ao mesmo tempo que uma superfície oposta do ânodo e/ou cátodo é recíproca com outra folha de transferência, substrato ou ambos. Por exemplo, uma superfície de um ânodo e/ou cátodo disposto num substrato pode ser recíproca com o substrato de superfície ao mesmo tempo que a superfície do mesmo e/ou cátodo disposto numa folha de transferência pode ser recíproca com a superfície da folha de transferência.
[047] Os ânodos e/ou cátodos podem ter a mesma espessura através de cada um ou a espessura pode variar. Os ânodos e/ou cátodos podem ter uma espessura de cerca de 0,3 mm ou mais, cerca de 0,5 mm ou mais ou até mesmo cerca de 1 mm ou mais. Os ânodos e/ou cátodos podem ter uma espessura de cerca de 3 mm ou menos, cerca de 2 mm ou menos ou até mesmo cerca de 1,5 mm ou menos. A espessura das camadas de material ativo negativo ou material ativo positivo disposto entre uma superfície do substrato e a superfície da folha de transferência pode ser uniforme ou pode variar conforme desejado para o conjunto de batería particular. A espessura através da camada de material ativo negativo, material ativo positivo ou ambos pode variar em cerca de 0% ou mais, cerca de 25% ou mais ou até mesmo em cerca de 50% ou mais. A espessura através da camada de material ativo negativo, material ativo positivo ou ambos pode variar em cerca de 90% ou menos, cerca de 80% ou menos ou até mesmo cerca de 75% ou menos.
[048] Uma ou mais placas de batería podem incluir uma ou mais folhas de
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18/74 transferência. Uma folha de transferência pode funcionar para definir uma superfície do material ativo negativo (por exemplo, ânodo) ou material ativo positivo (por exemplo, cátodo), tal como quando formada no molde; para facilitar a transferência do material ativo negativo ou material ativo positivo de um molde para uma superfície do substrato; ou ambos. Uma folha de transferência pode ser disposta numa superfície do material ativo negativo ou material ativo positivo. Uma folha de transferência pode ser disposta numa superfície do material ativo negativo ou material ativo positivo oposta a uma superfície em contato com um substrato. Uma folha de transferência pode cobrir substancialmente a superfície do material ativo negativo ou material ativo positivo. A superfície do material ativo negativo ou do material ativo positivo oposta à folha de transferência pode estar em contato com um substrato. Uma folha de transferência pode ter qualquer formato adequado para cooperar com um molde, substrato, material ativo positivo, material ativo negativo ou uma combinação dos mesmos. Uma folha de transferência pode ser plana, não plana ou ambos. Uma folha de transferência pode incluir uma ou mais estruturas não planas. As estruturas não planas podem ser protuberâncias, projeções, endentações, aberturas, nervuras, estruturas corrugadas ou uma combinação das mesmas. Uma ou mais estruturas não planas podem ser formadas recíprocas ou não recíprocas àquelas de um substrato. A folha de transferência pode incluir uma ou mais aberturas. A uma ou mais aberturas pode se alinhar com uma ou mais aberturas de um substrato. As aberturas podem compartilhar um ou mais dos mesmos recursos que aqueles descritos em relação ao substrato. Uma ou mais estruturas não planas podem ser não recíprocas àquelas de um substrato. Por exemplo, uma folha de transferência pode ter uma estrutura corrugada ao mesmo tempo que um substrato é geralmente plano. A estrutura corrugada pode permitir que uma superfície do material ativo positivo ou material ativo negativo aplicado na folha de transferência tenha uma estrutura corrugada recíproca ao mesmo tempo que uma superfície oposta é substancialmente plana e se conforma com o substrato. Quando o material ativo negativo ou material ativo positivo no formato formado no molde é
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19/74 transferido para o substrato, o material ativo negativo ou material ativo positivo são ligados numa superfície ao substrato e na superfície oposta à folha de transferência. A camada de material ativo negativo ou material ativo positivo pode ser uma camada relativamente fina entre uma superfície do substrato e uma superfície da folha de transferência. Assim, as bordas de tais camadas são relativamente finas e podem ser protegidas pelas estruturas formadas. Por exemplo, as bordas do material ativo negativo, material ativo positivo, folha de transferência ou qualquer combinação dos mesmos podem ser protegidas por um quadro de uma placa de batería, substrato ou ambos.
[049] A folha de transferência pode ser preparada a partir de um ou mais materiais. O um ou mais materiais podem funcionar para resistir à corrosão, permitir a transferência de ions de um ânodo a um cátodo e/ou vice-versa ou qualquer combinação dos mesmos. Uma folha de transferência pode ser preparada a partir de qualquer material que pode não degradar na presença de um eletrólito. Um eletrólito, tal como ácido sulfúrico, pode ser bastante corrosivo. Uma folha de transferência pode ser porosa. Um material poroso pode ser vantajoso para permitir que um eletrólito contendo íons passe através da folha de transferência. Permitindo-se que o eletrólito atravesse, a folha de transferência coopera como parte das células eletroquímicas para permitir que o ânodo e os cátodos funcionem para gerar elétrons coletivamente. Os poros podem ter um tamanho adequado de modo que a pasta de transferência não passe através da folha de transferência. A folha de transferência pode compreender qualquer material que possa suportar exposição ao eletrólito; pode se liberar da base de molde e se ligar ao material ativo negativo e material ativo positivo; impedir a passagem do material ativo positivo e material ativo negativo através da mesma; e pode formar os poros desejados. Os poros da folha de transferência podem ser formados por quaisquer meios que forneçam o tamanho de poro desejado. Um tamanho de poro desejado pode estar na faixa de microns. Um tamanho de poro dos poros de uma folha de transferência pode ser cerca de 35 microns ou mais, cerca de 150 microns ou mais, cerca de 250 microns ou mais, ou até mesmo
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20/74 cerca de 500 microns ou mais. Um tamanho de poro dos poros de uma folha de transferência pode ser cerca de 2000 microns ou menos, cerca de 1500 microns ou mais, cerca de 1000 microns ou menos, ou até mesmo cerca de 800 microns ou menos. A folha de transferência pode ser formada a partir de estruturas tecidas e não tecidas. A folha de transferência pode ser formada a partir de folhas de material adequado que são processadas para introdução de poros. Os processos para introduzir os poros podem incluir formadores de poros químicos, punção, perfuração e similares. Os exemplos de tais estruturas incluem mantas de vidro absorventes, tecido de forro, papéis de empastamento, celulose e similares. As folhas de transferência podem ser preparadas a partir de materiais poliméricos ou vidro. Os materiais poliméricos úteis podem ser poliésteres, poliolefinas, borrachas naturais ou sintéticas, celulose natural, celulose sintética e similares. Os materiais exemplificativos a partir dos quais as folhas de transferência podem ser preparadas incluem separadores de polietileno, separadores de borracha porosa ou ambos. Os separadores de polietileno adequados podem incluir RhinoHide junto à Entek e vários materiais Daramic. Os separadores de borracha porosa adequados podem ser aqueles da Amerace, AGM, Hollingworth & Vose e similares. As folhas de transferência podem ter qualquer espessura que funcione para reter os materiais ativos no lugar, permita a transferência de um molde para um substrato, permita a transferência de eletrólito e íons através da mesma ou qualquer combinação dos mesmos. A espessura das folhas de transferência pode ser cerca de 10 pm ou mais, cerca de 250 pm ou mais, ou até mesmo cerca de 500 pm ou mais. A espessura das folhas de transferência pode ser cerca de 4 mm ou menos, cerca de 2 mm ou menos, ou até mesmo cerca de 1 mm ou menos.
[050] As placas bipolares ou placas monopolares que têm materiais ativos negativos ou materiais ativos positivos na superfície podem ter uma folha de transferência ligada aos materiais ativos. Material ativo pode se referir a um material eletroativo, cátodo, ânodo, folha de transferência ligada a um cátodo ou ânodo ou qualquer combinação dos mesmos. Antes da montagem das placas de batería e conjuntos de batería, as folhas de transferência podem funcionar para
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21/74 proteger o material ativo, sustentar a transferência do material ativo de um molde para um substrato, permitir que uma ou mais estruturas não planas sejam formadas dentro do material ativo ou qualquer combinação dos mesmos. Uma vez que as placas de batería são montadas como parte de um conjunto de batería, uma ou mais folhas de transferência podem residir dentro de uma ou mais células eletroquímicas. Uma ou mais folhas de transferência podem funcionar em conjunto com ou em vez de um separador para realizar a função do separador.
Conjunto de batería
[051] Um conjunto de batería pode incluir uma ou mais células eletroquímicas. Uma célula eletroquímica pode ser formada por um par de placas de batería opostas com um par de ânodo e cátodo opostos entre as mesmas. Uma ou mais células eletroquímicas podem ser vedadas. O espaço de uma célula eletroquímica (isto é, entre um par de ânodo e cátodo opostos) pode conter um ou mais separadores, folhas de transferência, eletrólito ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, o espaço de uma célula eletroquímica pode incluir duas folhas de transferência, um separador entre as mesmas e eletrólito. Por exemplo, o espaço de uma célula eletroquímica pode incluir duas folhas de transferência e eletrólito ao mesmo tempo que é isento de um separador distinto. As células eletroquímicas podem ser vedadas através de uma ou mais vedações formadas sobre um ou mais canais; um ou mais quadros e/ou bordas de placa de batería, separadores ou ambos; ou qualquer combinação dos mesmos que possa formar células eletroquímicas fechadas. As células eletroquímicas fechadas podem ser vedadas do ambiente para impedir vazamento e curto-circuito das células.
[052] Um conjunto de batería pode incluir um eletrólito. O eletrólito pode permitir que elétrons e íons fluam entre o ânodo e o cátodo. O eletrólito pode ser localizado dentro das células eletroquímicas. Como a uma ou mais células eletroquímicas podem ser vedadas, o eletrólito pode ser um eletrólito líquido. O eletrólito pode ser qualquer eletrólito líquido que facilita uma reação eletroquímica com o ânodo e cátodo utilizado. Os eletrólitos podem ser à base de água ou ter base orgânica. Os eletrólitos com base orgânica úteis no presente documento
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22/74 compreendem um sal de eletrólito dissolvido num solvente orgânico. Em baterias secundárias de íon de lítio, é exigido que o lítio esteja contido no sal de eletrólito. Para o sal de eletrólito contendo lítio, por exemplo, pode ser feito uso de LiPF6, LÍCIO4, LiBF4, LiAsF6, LÍSO3CF3 e LiN(CF3SO2)2· Estes sais de eletrólito podem ser usados sozinhos ou numa combinação de dois ou mais. O solvente orgânico deve ser compatível com 0 separador, folha de transferência, cátodo e ânodo e 0 sal de eletrólito. É preferencial usar um solvente orgânico que não se decomponha mesmo quando alta tensão é aplicada ao mesmo. Por exemplo, é preferencial usar carbonates, tais como carbonato de etileno (EC), carbonato de propileno (PC), carbonato de butileno, carbonato de dimetila (DMC), carbonato de dietila e carbonato de etil metila; éteres cíclicos, tais como tetra-hidrofurano (THF) e 2-metiltetra-hidrofurano; ésteres cíclicos, tais como 1,3-dioxolano e 4metildioxolano; lactonas, tais como γ-butirolactona; sulfolano; 3-metilsulfolano; dimetoxietano, dietoxietano, etoximetoximetano e etildiglima. Estes solventes podem ser usados sozinhos ou numa combinação de dois ou mais. A concentração do eletrólito no eletrólito líquido deve ser, de preferência, 0,3 a 5 mol/l. Usualmente, 0 eletrólito mostra a condutividade mais alta nas proximidades de 1 mol/l. O eletrólito líquido deve, de preferência, representar 30 a 70 por cento em peso e, especialmente, 40 a 60 por cento em peso do eletrólito. Os eletrólitos aquosos compreendem ácidos ou sais em água que melhoram 0 funcionamento da célula. Os sais e ácidos preferenciais incluem sais de ácido sulfúrico, sulfato de sódio ou sulfato de potássio. O sal ou ácido está presente numa quantidade suficiente para facilitar a operação da célula. A concentração pode ser cerca de 0,5 por cento em peso ou mais com base no peso do eletrólito, cerca de 1,0 ou mais ou cerca de 1,5 por cento em peso ou mais. Um eletrólito preferencial numa batería de ácido de chumbo é ácido sulfúrico em água. O eletrólito pode ter a capacidade de passar através de um ou mais separadores, folhas de transferência ou ambos de uma célula eletroquímica.
[053] O conjunto de batería pode incluir ou ser isento de um ou mais separadores. O um ou mais separadores podem funcionar para dividir uma célula
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23/74 eletroquímica (isto é, separar um cátodo de uma célula eletroquímica de um ânodo de uma célula eletroquímica); impedir o curto-circuito das células devido à formação de dendritos; permitir que o eletrólito líquido, íons, elétrons ou qualquer combinação destes elementos atravesse; ou qualquer combinação dos mesmos. Qualquer separador de batería conhecido que realiza um ou mais das funções citadas pode ser utilizado nos conjuntos de batería dos presentes ensinamentos. Um ou mais separadores podem ser localizados entre ânodo e um cátodo de uma célula eletroquímica. Um ou mais separadores podem ser localizados entre um par de placas de batería adjacentes, o que pode incluir entre placas bipolares ou entre uma placa bipolar e uma placa monopolar. O separador pode ser preparado a partir de um material não condutor, tal como filmes poliméricos porosos, mantas de vidro, borrachas porosas, géis ionicamente condutores ou materiais naturais, tais como madeira, e similares. O separador pode conter poros ou trajetórias tortuosas através do separador que permitem que eletrólito, íons, elétrons ou uma combinação dos mesmos passe através do separador. Os poros podem ser dimensionados conforme descrito no presente documento em relação ao tamanho de poro de uma folha de transferência. Dentre os materiais exemplificative úteis como separadores estão mantas de vidro absorventes e membranas porosas de peso molecular ultra alto e similares. Os separadores podem ser fixados sobre sua periferia e/ou interior a uma ou mais placas de extremidade, placas de batería, outros separadores ou qualquer combinação dos mesmos. Os separadores podem receber uma ou mais colunas através dos mesmos. Por exemplo, uma ou mais colunas que se estendem através de uma pilha de uma ou mais placas de extremidade, uma ou mais placas de batería e/ou um ou mais separadores podem reter uma pilha de uma pluralidade de placas de batería e um ou mais separadores em conjunto. Os separadores podem ter uma seção transversal ou área superficial que é maior do que a área do cátodo e ânodo adjacentes. Uma área maior pode permitir o isolamento do ânodo do cátodo da mesma célula eletroquímica. O separador pode separar completamente a porção de cátodo da célula da porção de ânodo da célula. As bordas do separador
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24/74 podem entrar em contato com as bordas periféricas das placas de batería adjacentes. As bordas do separador, placa de batería ou ambas podem não ter um ânodo ou cátodo disposto nas mesmas, de modo a separar completamente a porção de ânodo da célula da porção de cátodo da célula. A aplicação do material ativo a uma folha de transferência, e, então, a folha de transferência ao substrato pode ser particularmente vantajosa em garantir que as bordas do separador e placas de batería sejam isentas do material ativo. O uso de uma ou mais folhas de transferência dentro de uma célula eletroquímica pode permitir que a célula eletroquímica seja isenta de um separador se desejado.
[054] Um ou mais separadores podem incluir quadros. Os quadros podem funcionar para corresponder às bordas ou quadros de placas de batería adjacentes e formar uma vedação entre as células eletroquímicas e o exterior da batería. O quadro pode ser ligado a ou integral com um separador. O quadro pode ser fixado ao separador sobre uma periferia da folha formando o separador com o uso de qualquer meio que ligue o separador ao quadro e que possa resistir à exposição à solução eletrolítica. Por exemplo, o quadro pode ser fixado por ligação adesiva, ligação por fusão ou moldagem do quadro sobre a periferia do separador. O quadro pode ser moldado no lugar por qualquer técnica de moldagem conhecida, por exemplo, termoformação, moldagem por injeção, rotomoldagem, moldagem por sopro, moldagem por compressão e similares. O quadro pode ser formado sobre a folha separadora por moldagem por injeção. O quadro pode conter uma borda elevada adaptada para corresponder às bordas elevadas dispostas sobre a periferia dos substratos para as placas de batería. As bordas elevadas num ou ambos os substratos de placa de batería e os quadros dos separadores podem ser correlacionados para formar uma borda comum para a pilha de batería e aumentar a vedação entre as células eletroquímicas e a parte externa da batería. Para vedação sobre as bordas da pluralidade de placas de batería e um ou mais separadores para impedir o vazamento de um eletrólito e gases emanados das células eletroquímicas, isolar as células eletroquímicas para impedir curto-circuito, o artigo pode ser vedado com o uso de um sistema de
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25/74 vedação de endo ou exoesqueleto conforme divulgado nas Publicações de Patente de propriedade conjunta ηΩ US 2010/0183920, 2014/0349147, 2015/0140376 e 2016/0197373 incorporadas em suas totalidades a título de referência.
[055] O conjunto de bateria pode incluir um ou mais insertos. Um ou mais insertos podem incluir uma pluralidade de insertos. O um ou mais insertos podem funcionar para intertravar com um ou mais outros insertos, definir uma porção de um ou mais canais que passam através da pilha, formar uma vedação à prova de vazamentos ao longo de um ou mais canais, cooperar com uma ou mais válvulas ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais insertos podem ser parte de uma ou mais placas de extremidade, placas de bateria, separadores ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais insertos podem ser isentos de material ativo, folha de transferência ou ambos. O um ou mais insertos podem ter qualquer tamanho e/ou formato para intertravar com um ou mais insertos de uma placa de bateria, placa de extremidade, separador ou combinação dos mesmos; formar uma porção de um canal, formar uma vedação à prova de vazamentos ao longo de um ou mais canais, cooperar com uma ou mais válvulas ou qualquer combinação dos mesmos. O um ou mais insertos podem ser formados ou fixados a uma placa de extremidade, substrato de uma placa de bateria, separador ou combinação dos mesmos. O um ou mais insertos podem ser localizados dentro da periferia de uma placa de bateria, separador, placa de extremidade ou combinação dos mesmos. Um ou mais insertos podem se projetar a partir de uma superfície de um substrato, separador, placa de extremidade ou combinação dos mesmos formando, assim, um ou mais insertos elevados. Um ou mais insertos podem se projetar a partir de um substrato de uma placa de bateria, uma porção central de um separador ou ambos. Um ou mais insertos podem se projetar de modo substancialmente ortogonal ou oblíquo a partir de uma superfície do substrato, separador, placa de extremidade ou combinação dos mesmos. Um ou mais insertos podem ser fixados a ou integrais com uma porção da placa de bateria, separador, placa de extremidade ou combinação dos mesmos. Um
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26/74 inserto que é integral com e se projeta a partir de uma superfície pode ser definida como uma saliência. A superfície oposta a partir da qual o inserto se projeta pode ter uma endentação recíproca para permitir a formação da saliência. A endentação recíproca pode receber outro inserto na mesma, permitindo, assim, a formação de um canal. O um ou mais insertos podem ter uma ou mais aberturas através dos mesmos. O um ou mais insertos podem ser concêntricos e formados sobre uma ou mais aberturas. Um ou mais insertos podem estender um comprimento de uma abertura. Uma superfície de vedação pode ser formada entre o diâmetro externo de uma ou mais aberturas e uma parte interior de um ou mais insertos. Por exemplo, uma superfície do substrato, placa de extremidade e/ou separador que pode ser substancialmente perpendicular a um eixo geométrico longitudinal do conjunto de batería localizado entre um inserto e uma abertura pode ser uma superfície de vedação. Um ou mais insertos podem ter a capacidade de intertravamento com um ou mais insertos de uma placa de batería, separador e/ou placa de extremidade adjacentes para formar uma vedação a prova de vazamentos sobre um canal. Por exemplo, uma ou mais placas de batería podem ser usinadas ou formadas para conter endentações correspondentes, numa superfície opostas de um inserto, para saliências, insertos, luvas ou buchas de um separador, placa de batería e/ou placa de extremidade. O um ou mais insertos podem passar através de um ou mais estruturas não planas de um ou mais materiais ativos, folhas de transferência ou ambos. Por exemplo, um ou mais insertos podem passar através de uma abertura (por exemplo, espaço vazio) de um material ativo e folha de transferência para permitir o intertravamento com um inserto adjacente. Um ou mais insertos adequados podem ser aqueles divulgados nas Patentes ns US 8.357.469; 9.553.329; e Publicação de Pedido de Patente ns US 2017/0077545; incorporadas ao presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos. Um ou mais insertos podem conter um ou mais furos de ventilação. Um ou mais insertos de um ou mais separadores podem conter um ou mais furos de ventilação. O um ou mais furos de ventilação podem permitir a comunicação
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27/74 de fluidos selecionados de uma ou mais células eletroquímicas a um ou mais canais. Cada uma das células eletroquímicas pode ser formada independente e eletroquimicamente.
[056] O conjunto de batería pode incluir uma ou mais aberturas. A uma ou mais aberturas podem incluir uma pluralidade de aberturas. As aberturas podem funcionar para formar um ou mais canais; alojar uma ou mais vedações; afixar uma ou mais placas de extremidade, placas de batería, separadores ou combinação dos mesmos uns aos outros; ou qualquer combinação dos mesmos. A uma ou mais aberturas podem ser formadas numa ou mais dentre as placas de extremidade, placas de batería, separadores, material ativo, folhas de transferência ou qualquer combinação dos mesmos. Uma ou mais aberturas de uma placa de extremidade, placa de batería, separador, material ativo, folha de transferência ou combinação dos mesmos podem se alinhar (isto é, ser substancialmente concêntricas) com uma ou mais aberturas de uma ou mais outras placas de extremidade, placas de batería, separadores, material ativo, folha de transferência ou qualquer combinação dos mesmos. A uma ou mais aberturas podem se alinhar numa direção transversal através do comprimento do conjunto de batería. A direção transversal pode ser substancialmente paralela a um eixo geométrico longitudinal do artigo. A direção transversal pode ser substancialmente perpendicular às superfícies opostas dos substratos sobre os quais um cátodo e/ou ânodo podem ser depositados. As aberturas podem ser usinadas (por exemplo, moídas), formadas durante a fabricação do substrato (por exemplo, por uma operação moldagem ou conformação) ou fabricadas de outro modo. As aberturas numa pasta podem ser formadas durante um processo de aplicação de pasta. As aberturas podem ter paredes ou superfícies internas retas e/ou lisas. O tamanho e a frequência das aberturas formadas no substrato podem afetar a resistividade da batería. A uma ou mais aberturas podem ter um diâmetro com a capacidade para receber uma coluna através do mesmo. Uma ou mais aberturas num material ativo e/ou folha de transferência podem ter um diâmetro com a capacidade para receber uma coluna, um inserto ou ambos através do
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28/74 mesmo. As aberturas podem ter um diâmetro de cerca de 0,2 mm ou mais, cerca de 1 mm ou mais, cerca de 2 mm ou mais ou até mesmo cerca de 5 mm ou mais. As aberturas podem ter um diâmetro de cerca de 30 mm ou menos, cerca de 25 mm ou menos, ou até mesmo cerca de 20 mm ou menos. Uma ou mais aberturas de uma folha de transferência e/ou material ativo (por exemplo, pasta) podem ter um diâmetro maior do que um diâmetro de uma abertura e/ou inserto de um separador, substrato, placa de batería, placa de extremidade ou combinação dos mesmos. Uma ou mais aberturas de uma placa de batería e/ou substrato podem ter um diâmetro maior do que uma ou mais outras aberturas da mesma placa de batería e/ou substrato. Uma abertura pode ser cerca de pelo menos cerca de 1,5 vez, pelo menos cerca de 2 vezes, ou até mesmo pelo menos cerca de 2,5 vezes maior do que outra abertura. Uma abertura pode ser cerca de 4 vezes ou menos, cerca de 3,5 vezes ou menos, ou até mesmo cerca de 3 vezes ou menos maior do que outra abertura. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade de pelo menos cerca de 0,02 abertura por cm2. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade menor do que cerca de 4 aberturas por cm2. As aberturas podem ser formadas tendo uma densidade de cerca de 2,0 aberturas por cm2 a cerca de 2,8 aberturas por cm2.
[057] Uma ou mais aberturas podem ser preenchidas com um material eletricamente condutor, por exemplo, um material contendo metal. O material eletricamente condutor pode ser um material que passa por uma transformação de fase numa temperatura que está abaixo da temperatura de degradação térmica do substrato de modo que, numa temperatura de operação do conjunto de batería que está abaixo da temperatura de transformação de fase, o substrato dielétrico tenha uma trajetória eletricamente condutora por meio da mistura por adição do material entre a primeira superfície e a segunda superfície do substrato. Ademais, numa temperatura que está acima da temperatura de transformação de fase, a mistura por adição do material eletricamente condutor passa por uma transformação de fase que desabilita a condutividade elétrica por meio da trajetória eletricamente condutora. Por exemplo, o material eletricamente condutor
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29/74 pode ser ou incluir um material de solda, por exemplo, um que compreende pelo menos um ou uma mistura de quaisquer dois ou mais dentre chumbo, estanho, níquel, zinco, lítio, antimônio, cobre, bismuto, índio ou prata. O material eletricamente condutor pode ser substancialmente isento de qualquer chumbo (isto é, o mesmo contém, no máximo, quantidades vestigiais de chumbo) ou o mesmo pode incluir chumbo numa quantidade funcionalmente operacional. O material pode incluir uma mistura de chumbo e estanho. Por exemplo, o mesmo pode incluir uma porção maior de estanho e uma porção menor de chumbo (por exemplo, cerca de 55 a cerca de 65 partes em peso de estanho e cerca de 35 a cerca de 45 partes em peso de chumbo). O material pode exibir uma temperatura de fusão que está abaixo de cerca de 240 °C, abaixo de cerca de 230 °C, abaixo de cerca de 220 °C, abaixo de 210 °C ou até mesmo abaixo de cerca de 200 °C (por exemplo, na faixa de cerca de 180 a cerca de 190 °C). O material pode incluir uma mistura eutética. Um recurso de usar solda como o material eletricamente condutor para preencher as aberturas é que a solda tem uma temperatura de fusão definida que pode ser adaptada, dependendo do tipo de solda usada, para fundir a uma temperatura que pode ser insegura para operação de batería continuada. Uma vez que a solda funde, a abertura de substrato contendo a solda fundida não é mais eletricamente condutora e um circuito aberto resulta dentro da placa de batería. Um circuito aberto pode operar para aumentar dramaticamente a resistência dentro da batería bipolar interrompendo, assim, o fluxo elétrico adicional e encerrando reações inseguras dentro da batería. Consequentemente, o tipo de material eletricamente condutor selecionado para preencher as aberturas pode variar dependendo de se é desejado incluir tal mecanismo de encerramento interno dentro da batería e, se for, em qual temperatura é desejado efetuar tal encerramento interno. O substrato será configurado de modo que, no caso de condições de operação que excedem uma condição predeterminada, o substrato funcionará para desabilitar a operação da batería interrompendo a condutividade elétrica através do substrato. Por exemplo, o material eletricamente condutor que preenche os furos num substrato dielétrico passará por uma
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30/74 transformação de fase (por exemplo, fundirá) de modo que a condutividade elétrica através do substrato seja interrompida. A extensão da interrupção pode ser fornecer parcial ou até mesmo inteiramente a função de conduzir eletricidade através do substrato desabilitado.
[058] O conjunto de batería pode incluir um ou mais canais. O um ou mais canais podem funcionar como um ou mais canais de ventilação, preenchimento e/ou resfriamento; alojar uma ou mais colunas; distribuir uma ou mais colunas por todo uma parte interior do conjunto de batería; impedir o eletrólito líquido de entrar em contato com uma ou mais colunas ou outros componentes; ou qualquer combinação dos mesmos. O um ou mais canais podem ser formados por uma ou mais aberturas de uma ou mais placas de extremidade, placas de batería e/ou separadores, que são alinhados. O um ou mais canais podem se estender através de uma ou mais aberturas de material ativo, folhas de transferência ou ambos. O um ou mais canais podem ser denominados um ou mais canais integrados. O um ou mais canais podem passar através de uma ou mais células eletroquímicas. O um ou mais canais podem passar através de um eletrólito líquido. Os canais podem ser vedados para impedir eletrólitos e gases emanados durante a operação de entrarem nos canais. Qualquer método de vedação que alcance este objetivo pode ser utilizado. Uma ou mais vedações, tais como insertos da uma ou mais placas de extremidade, placas de batería e separadores, podem intertravar e circundar um ou mais canais para impedir o eletrólito líquido de vazar para um ou mais canais. O um ou mais canais podem passar através do conjunto de batería numa direção transversal para formar um ou mais canais transversais. O tamanho e o formato dos canais podem ser qualquer tamanho ou formato que permita que os mesmos alojem uma ou mais colunas. O formato dos canais pode ser redondo, elíptico ou poligonal, tal como quadrado, retangular, hexagonal e similares. O tamanho dos canais que alojam uma ou mais colunas é escolhido para acomodar as colunas usadas. O diâmetro do canal pode ser igual ao diâmetro das aberturas que se alinham para formar um ou mais canais. O um ou mais canais compreendem uma série de aberturas nos componentes arranjados de modo que
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31/74 uma coluna possa ser colocada no canal formado, de modo que um fluido possa ser transmitido através do canal para resfriamento e/ou para ventilação e preenchimento. O número de canais é escolhido para sustentar a placa de extremidade e bordas das placas de extremidade, placas de batería e separadores para impedir o vazamento de eletrólito e gases emanados durante a operação e impedir as forças compressivas que surgem durante a operação de danificarem os componentes e a vedação para as células eletroquímicas individuais. Uma pluralidade de canais pode estar presente de modo a espalhar as forças compressivas geradas durante a operação. O número e o projeto de canais são suficientes para minimizar as forças de estresse de borda que excedem a resistência à fadiga das vedações. As localizações de uma pluralidade de canais são escolhidas de modo a espalhar as forças compressivas geradas durante a operação. Os canais podem ser espalhados igualmente através da pilha para lidar melhor com os estresses. A pluralidade de canais pode ter um tamanho de seção transversal de cerca de 2 mm ou mais, cerca de 4 mm ou mais, ou cerca de 6 mm ou mais. O limite superior no tamanho de seção transversal dos canais é a praticabilidade. Se o tamanho for muito grande, a eficiência dos conjuntos é reduzida. Os canais podem ter um tamanho de seção transversal de cerca de 30 mm ou menos, cerca de 25 mm ou menos, ou até mesmo cerca de 20 mm ou menos. Uma superfície não plana do material ativo pode permitir a compensação ou eficiência aprimorada ao mesmo tempo que os canais têm um tamanho de seção transversal maior. Por exemplo, uma forma corrugada do material ativo pode permitir uma área superficial aumentada e, assim, uma eficiência aprimorada do conjunto de batería.
[059] O conjunto de batería pode compreender uma vedação entre um ou mais canais e uma ou mais colunas. Um ou mais vedações podem ser localizadas num canal, sobre uma parte exterior de um canal e/ou sobre uma coluna. A vedação pode compreender qualquer material ou forma que impede eletrólito e gases emanados durante a operação de vazarem das células eletroquímicas. A vedação pode ser uma membrana, luva ou série de insertos correspondidos nas placas de
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32/74 extremidade, placas de batería e/ou separadores ou inseridos no canal. A membrana pode ser elastomérica. O canal pode ser formado por uma série de luvas, buchas, insertos e/ou saliências inseridos ou integrados nas placas e/ou separadores. Os insertos e/ou saliências podem ser compressível ou ter a capacidade de intertravamento um com o outro para formar uma vedação a prova de vazamentos ao longo do canal. Os insertos e/ou saliências podem ser formados no lugar nas placas de batería e/ou separadores, tal como moldando-se os mesmos no lugar. Os insertos e/ou saliências podem ser moldados no lugar por moldagem por injeção. A vedação pode ser preparada a partir de qualquer material que possa resistir à exposição ao eletrólito, condições de operação das células eletroquímicas e forças exercidas inserindo-se a coluna ou pela coluna no canal. Os materiais poliméricos preferenciais que são descritos como úteis para as colunas e os substratos. A vedação pode ser formada por luvas, insertos ou buchas colocadas entre as placas bipolares e monopolares. As luvas ou insertos podem ser relativamente rígidos, e as buchas serão geralmente elastoméricas. Os insertos, saliências, luvas e/ou buchas podem ser adaptados para encaixar dentro das endentações nas placas bipolares e monopolares e/ou separadores ou ter extremidades que se inserem nas aberturas das placas que criam um ou mais canais. As placas polares duplas, bipolares e monopolares podem ser formadas ou usinadas para conter endentações correspondentes parta as saliências, insertos, luvas e/ou buchas. A montagem da pilha de placas com as saliências, insertos, luvas ou buchas pode criar encaixes por interferência para vedar efetivamente os canais. Alternativamente, as saliências, insertos, luvas e/ou buchas podem ser ligadas por fusão ou adesivamente ligadas às placas de modo a formar uma vedação na junção. Alternativamente, as saliências, insertos, luvas e/ou buchas podem ser revestidos no interior com um revestimento que funciona para vedar o canal. Conforme mencionado acima, as colunas podem funcionar para vedar os canais. Contempla-se que uma combinação destas soluções de vedação pode ser utilizada num único canal ou em diferentes canais. Os componentes da pilha de placas, incluindo placas polares duplas, placas
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33/74 monopolares e placas bipolares, de preferência, têm o mesmo formato e bordas comum. Isto facilita a vedação das bordas. Quando separadores estão presentes, os mesmos geralmente têm uma estrutura similar às placas de batería para acomodar a formação ou criação dos canais transversais. A vedação pode ser um polímero termofixo, tal como um epóxi, poliuretano ou polímero acrílico injetado entre a cavilha e o canal transversal. Um ou mais canais podem ser formados por insertos, saliências, luvas e/ou buchas ligadas a, em aberturas, e/ou integrais com aberturas numa ou mais placas de batería e/ou um ou mais separadores. Uma ou mais colunas num ou mais canais podem aplicar pressão suficiente para reter os insertos, furos, saliências, luvas e/ou buchas no lugar para formar uma passagem vedada. O um ou mais canais podem ser formados a partir de insertos e/ou saliências ligados e/ou integrados a uma ou mais placas de batería e um ou mais separadores. Uma ou mais colunas podem ser ligadas a um ou mais insertos, saliências e/ou substratos da batería por uma ligação adesiva ou pela fusão de polímeros termoplásticos ou ambos. Os insertos e/ou saliências podem ser inseridos numa ou mais placas de batería e/ou separadores por encaixe por interferência ou ligados no lugar por um adesivo. Insertos e/ou saliências num ou mais separadores podem conter um ou mais furos de ventilação que podem permitir a comunicação entre uma ou mais células eletroquímicas e um ou mais canais. Um ou mais furos de ventilação podem permitir a transmissão de gases de uma ou mais células eletroquímicas para um ou mais canais e impedir a transmissão de um ou mais líquidos (isto é, um eletrólito) de uma ou mais células eletroquímicas para um ou mais canais.
[060] O conjunto de batería pode incluir uma membrana. A membrana pode funcionar para vedar sobre as bordas de uma ou mais placas de extremidade, uma pluralidade de placas de batería, um ou mais separadores, uma ou mais folhas de transferência, um ou mais canais ou qualquer combinação dos mesmos. A membrana pode ser ligada às bordas da uma ou mais placas de extremidade, da pluralidade de placas de batería e/ou do um ou mais separadores por qualquer meio que vede as bordas das placas de extremidade, placas de batería e
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34/74 separadores e isole a uma ou mais células eletroquímicas. Os métodos de ligação exemplificativos compreendem ligação adesiva, ligação por fusão, soldagem por vibração, soldagem RF e soldagem por micro-ondas, dentre outros. A membrana pode ser uma folha de um material polimérico, tal material pode vedar as bordas das placas de extremidade, placas monopolares e placas bipolares e pode resistir à exposição ao eletrólito e às condições às quais a batería é exposta interna e externamente. Os mesmos materiais úteis para o substrato das placas de batería podem ser utilizados para a membrana. A membrana pode ser um polímero termoplástico que pode ser ligado por fusão, soldado por vibração ou moldado sobre os substratos das placas monopolares e bipolares. O mesmo polímero termoplástico pode ser utilizado para os substratos monopolares e bipolares e as membranas. Os materiais exemplificativos são polietileno, polipropileno, ABS e poliéster, com ABS sendo o mais preferencial. As membranas podem ser o tamanho do lado das pilhas às quais as mesmas são ligadas, e as membranas são ligadas a cada lado da pilha. As bordas das membranas adjacentes podem ser vedadas. As bordas podem ser vedadas com o uso de adesivos, ligação por fusão ou um processo de moldagem. As membranas podem compreender uma única folha unitária que é enrolada ao redor da periferia inteira da pilha. A membrana pode ter uma borda anterior e uma borda posterior. A borda anterior pode ser a primeira borda em contato com a pilha. A borda posterior pode ser a extremidade, ou a última porção, da membrana aplicada à pilha. A borda anterior e a borda posterior podem ser ligadas à pilha, uma à outra, ou ambos para completar a vedação da membrana sobre a pilha. Isto pode ser realizado pelo uso de um adesivo, por ligação por fusão ou um processo de moldagem. Na ligação por fusão, a superfície da membrana e/ou a borda da pilha são expostas a condições em que a superfície de uma ou ambas se torna fundida e, então, a membrana e a borda da pilha são colocadas em contato enquanto as superfícies são fundidas. A membrana e a borda da pilha se ligam na medida em que a superfície congela formando uma ligação com a capacidade de vedar os componentes um ao outro. A membrana pode ser retirada de uma folha contínua
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35/74 do material de membrana e cortada ao comprimento desejado. A largura da membrana pode corresponder à altura das pilhas das placas monopolares e bipolares. A membrana tem espessura suficiente para vedar as bordas da pilha de folhas monopolares e bipolares para isolar as células. A membrana pode também funcionar como um invólucro protetor que circunda as bordas da pilha. A membrana pode ter uma espessura de cerca de 1 mm ou mais cerca de 1,6 mm ou mais ou cerca de 2 mm ou mais. A membrana pode ter uma espessura de cerca de 5 mm ou menos, 4 mm ou menos ou cerca de 2,5 mm ou menos. Quando a membrana é ligada à borda da pilha, qualquer adesivo que possa resistir à exposição ao eletrólito e às condições de operação da célula pode ser usado. Os adesivos exemplificativos são cimentos plásticos, epóxis, colas de cianoacrilato ou resinas de acrilato. Alternativamente, a membrana pode ser formada moldando-se um material termoplástico ou termofixo sobre uma porção da ou toda a pilha de placas de batería. Qualquer método de moldagem conhecido pode ser usado incluindo termoformação, moldagem por injeção e reação, moldagem por injeção, rotomoldagem, moldagem por sopro, moldagem por compressão e similares. A membrana pode ser formada por moldagem por injeção da membrana sobre uma porção da ou toda a pilha de placas de batería. Quando a membrana é formada sobre uma porção da pilha das placas, a mesma pode ser formada sobre as bordas das placas de batería ou placas de batería e separador.
[061] Um conjunto de batería vedado pode ser colocado num invólucro para proteger a batería formada. Alternativamente, a membrana em conjunto com uma cobertura protetora sobre as placas monopolares na extremidade da pilha pode ser usada como um invólucro para a batería. As placas monopolares podem ter uma cobertura protetora apropriada fixada ou ligada à superfície oposta ao ânodo ou cátodo. A cobertura pode ser o mesmo material que a membrana ou um material que pode ser adesivamente ligado ou ligado por fusão à membrana e pode ter uma espessura dentro da faixa citada para as membranas. Se for afixada à extremidade das placas, a cobertura pode ser afixada com qualquer fixação
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36/74 mecânica incluindo as colunas que têm porções sobrepostas. O invólucro pode ser formado moldando-se uma membrana sobre as pilhas de placas de batería e/ou lados opostos das placas monopolares.
[062] O conjunto de batería pode incluir uma ou mais colunas. A uma ou mais colunas podem funcionar para reter a pilha de componentes em conjunto de modo que danos aos componentes ou a ruptura da vedação entre as bordas dos componentes da pilha seja impedida, garantir compressão uniforme através do material separador e garantir espessura uniforma do material separador. A uma ou mais colunas podem ter em cada extremidade uma porção sobreposta que se engata à superfície externa de placas de extremidade opostas, tais como uma superfície de vedação de cada placa de extremidade. A porção sobreposta pode funcionar para aplicar pressão nas superfícies externas das placas de extremidade opostas de modo a impedir danos aos componentes ou a ruptura da vedação entre as bordas dos componentes da pilha e impedir dilatação ou outros deslocamentos da pilha durante a operação da batería. A porção sobreposta pode estar em contato com uma superfície de vedação de uma placa de extremidade. A pilha pode ter uma peça de extremidade protetora ou estrutural sobre a placa de extremidade monopolar e a porção sobreposta estará em contato com a superfície externa da peça de extremidade protetora ou estrutural. A porção sobreposta pode ser qualquer estrutura que, em conjunto com a coluna, impeça danos aos componentes ou a ruptura da vedação entre as bordas dos componentes da pilha. As porções sobrepostas exemplificativas incluem cabeças de cavilha, porcas, cabeças moldadas, pregos sem cabeça, contrapinos, colares de eixo e similares. As colunas têm um comprimento para passar através da pilha inteira, mas tal comprimento varia com base na capacidade desejada da batería. As colunas podem exibir um formato e tamanho de seção transversal de modo a preencher um canal. As colunas podem ter um tamanho de seção transversal maior do que o tamanho de seção transversal de um ou mais canais de modo que as colunas formem um encaixe por interferência de um ou mais dos canais. O número de colunas é escolhido para sustentar a placa de extremidade e as
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37/74 bordas dos substratos para impedir vazamentos de eletrólitos e gases emanados durante a operação e impedir as forças compressivas que surgem durante a operação de danificarem os componentes e a vedação para as células eletroquímicas individuais e minimizar as forças de estresse de borda que excedem a resistência à fadiga das vedações. A pluralidade de colunas pode estar presente de modo a espalhar as forças compressivas geradas durante a operação. Pode haver menos colunas do que canais quando um ou mais dos canais são utilizados como canais de resfriamento ou canais de ventilação/preenchimento. Por exemplo, pode haver quatro canais com três canais que têm uma coluna localizada nos mesmos e um canal pode ser usado como um canal de resfriamento, ventilação e/ou preenchimento. As colunas podem compreender qualquer material que realize as funções necessárias. Se a coluna for utilizada para vedar os canais, então, o material usado que é selecionado para resistir às condições de operação das células não será corroído quando exposto ao eletrólito e pode resistir às temperaturas e pressões geradas durante a operação das células. Quando as colunas realizam a função de vedação, as colunas podem compreender um material polimérico ou cerâmico que possa resistir às condições citadas. Nessa modalidade, o material deve ser não condutor para impedir o curto-circuito das células. As colunas podem compreender um material polimérico, tal como um polímero termofixo ou um material termoplástico. As colunas podem compreender um material termoplástico. Os materiais termoplásticos exemplificativos incluem ABS (copolímeros de acrilonitrila-butadieno-estireno), polipropileno, poliéster, poliuretanos termoplásticos, poliolefinas, resinas termoplásticas compostas, policarbonatos e similares. ABS é mais preferencial. Quando os canais são separadamente vedados, as colunas podem compreender qualquer material que tenha a integridade estrutural para realizar as funções desejadas. Dentre os materiais poliméricos citados acima, cerâmicas e metais podem ser utilizados. Os metais adequados podem ser aço, alumínio de latão, cobre e similares. As colunas podem compreender colunas moldadas, colunas rosqueadas ou colunas
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38/74 com uma ou mais fixações de extremidade. As colunas podem ser ligadas a partes das pilhas, por exemplo, os substratos, insertos ou saliências nos canais, e similares. As ligações podem ser formadas a partir de adesivos ou fusão dos materiais poliméricos, tais como materiais termoplásticos. A uma ou mais aberturas podem ter superfícies rosqueadas. Se rosqueada, a uma ou mais colunas podem também ser rosqueadas para serem engatadas às aberturas rosqueadas. As colunas podem incluir uma cabeça ou porca numa extremidade oposta a uma porca, furo para um prego sem cabeça, contrapino, similares ou uma combinação dos mesmos. Isto é geralmente o caso para colunas não moldadas. As colunas podem ser construídas de modo que sejam um dispositivo de catraca de sentido único que permite encurtamento, mas não alongamento. Tal coluna seria colocada no lugar, então, na medida em que a pilha é comprimida, a coluna é encurtada de modo que mantenha a pressão na pilha. A coluna, nesta modalidade, pode ter cristas que facilitam a operação de catraca de modo a permitir que as colunas funcionem como uma parte de uma estrutura do tipo braçadeira plástica. Porcas e/ou arruelas correspondentes podem ser usadas com colunas de modo a comprimir as placas às quais são adjacentes quando no lugar. As porcas e /ou arruelas que se estendem num único sentido sobre as colunas, e cristas podem estar presentes para impedir as porcas e/ou arruelas de se moverem na outra direção ao longo das colunas. Em uso, os furos nas colunas terão os pregos sem cabeça, contrapinos e similares apropriados para realizar a função citada. Se a coluna for moldada, a mesma pode ser moldada separadamente ou no lugar. Se for moldada no lugar, in situ, uma vedação pode precisar estar presente no canal para reter o plástico fundido no lugar. A vedação pode ser formada pelos insertos de intertravamento, uma vedação separada nos mesmos ou ambos. Uma coluna não condutora que é rosqueada pode ser usada e pode fornecer a vedação necessária. Alternativamente, uma coluna polimérica não condutora pré-moldada pode ser projetada para formar um encaixe por interferência no canal de modo a vedar os canais. As colunas podem ser formadas no lugar por moldagem, tal como modelagem por injeção.
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[063] O conjunto de batería pode incluir uma ou mais válvulas. A uma ou mais válvulas podem funcionar para extrair um vácuo de uma parte interior do conjunto de batería, preencher o conjunto de batería com um eletrólito e/ou ventilar o conjunto de batería durante a operação. A uma ou mais válvulas podem incluir uma válvula de liberação de pressão, válvula de retenção, válvula de preenchimento, válvula de ação direta e similares ou qualquer combinação dos mesmos. A uma ou mais válvulas podem ser conectadas a e/ou estar em comunicação com um ou mais canais formados por uma ou mais aberturas de uma placa de extremidade, placa de batería, separador ou qualquer combinação das mesmas. A uma ou mais válvulas podem estar em comunicação com um canal, tal como um canal que tem uma coluna através do mesmo ou é isento de uma coluna. O artigo pode incluir uma ou mais válvulas, conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente ns US 2014/0349147, incorporada ao presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos. O conjunto pode conter válvulas de liberação de pressão para uma ou mais das células liberarem pressão se a célula atingir uma pressão interna perigosa. As válvulas de liberação de pressão são projetadas para impedir falha catastrófica de modo que danifique o sistema com o qual a batería é usada. Uma vez que uma válvula de liberação de pressão é liberada, a batería não é mais funcional. Os conjuntos divulgados podem conter uma única válvula de retenção que libera a pressão do conjunto inteiro quando ou antes de uma pressão perigosa ser atingida. Algumas válvulas adequadas exemplificativas são divulgadas nas Patentes ns US 8.357.469; 9.553.329; 9.685.677; 9.825.336; e Publicação de Pedido de Patente ns US: 2018/0053926; incorporadas ao presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos.
[064] O artigo pode incluir um ou mais terminais. O conjunto pode conter um ou mais pares de terminais condutores, cada par conectado a um terminal positivo e negativo. O um ou mais terminais podem funcionar para transmitir os elétrons gerados nas células eletroquímicas para um sistema que utiliza os elétrons gerados na forma de eletricidade. Os terminais são adaptados para conectar cada
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40/74 pilha de baterias a uma carga, em essência, um sistema que utiliza a eletricidade gerada na célula. O um ou mais terminais podem passar através de uma ou mais placas de extremidade, uma ou mais placas de batería, uma membrana e/ou um invólucro. O um ou mais terminais podem passar através de uma placa de batería de uma placa de extremidade para a parte externa ou passar através do lado do invólucro ou membrana sobre o conjunto essencialmente paralelo ao plano das placas de extremidade. O terminal corresponde à polaridade do ânodo ou cátodo da placa monopolar, placa polar dupla, placa bipolar ou uma combinação das mesmas. Os terminais estão em contato com os condutos condutores nos conjuntos. O cátodo da placa monopolar e os cátodos de uma ou mais das placas bipolares com um coletor de corrente de cátodo podem ser conectados a terminais positivos independentes. O ânodo da placa monopolar e os ânodos de uma ou mais das placas bipolares com um coletor de corrente de ânodo podem ser conectados a terminais negativos independentes. Os coletores de corrente de cátodo podem ser conectados, e os coletores de corrente de ânodo podem ser conectados em paralelo. Os terminais individuais podem ser cobertos numa membrana deixando apenas um único terminal positivo conectado e um único negativo conectado expostos. Alguns conjuntos terminais adequados exemplificativos são divulgados nas Patentes ns US 8.357.469; 9.553.329; 9.685.677; 9.825.336; e Publicação de Pedido de Patente ns US: 2018/0053926; incorporadas ao presente documento a título de referência em sua totalidade para todos os propósitos.
[065] O conjunto de batería pode incluir um ou mais condutos condutores. Os condutos condutores podem funcionar para transmitir elétrons dos coletores de corrente em contato com os cátodos para um ou mais terminais positivos. Uma batería bipolar típica flui elétrons de célula para célula através do substrato. O substrato compreende pelo menos parcialmente um material condutor ou compreende trajetórias condutoras através do substrato. Quando o circuito é fechado e contém as células, os elétrons fluem de célula para célula através do substrato para o terminal positivo. Contempla-se que os conjuntos podem fluir
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41/74 elétrons através dos substratos e célula, através de um coletor de corrente para um condutor de corrente ou ambos. Nas baterias divulgadas no presente documento que têm duas ou mais pilhas, cada pilha tem um condutor de corrente e/ou um conduto condutor que faz contato com os coletores de corrente em contato com os ânodos com um terminal negativo e um condutor de corrente e/ou um conduto condutor que faz contato com os coletores de corrente em contato com os cátodos com um terminal positivo. Os condutos condutores das duas ou mais pilhas podem ser dispostos em paralelo ou em série. Os circuitos paralelos compreendem dois ou mais circuitos que não estão conectados um ao outro. Os circuitos em série compreendem dois ou mais circuitos que são dispostos de modo que os elétrons fluam através dos circuitos sequencialmente. Quando os condutos condutores são dispostos numa configuração em série, a batería pode ter apenas um terminal negativo e um terminal positivo. Quando os condutos condutores são dispostos de uma maneira paralela, a batería pode ter terminais positivo e negativo únicos em que cada circuito se conectada a cada um dos terminais negativo ou positivo. Alternativamente, cada circuito pode ter terminais negativo e positivo separados. Os terminais podem ser conectados à carga que utiliza tipicamente a eletricidade armazenada na batería. Cada um dos condutores de corrente e/ou condutos de corrente em contato com coletores de corrente em contato com cátodos numa disposição paralela pode ser colocado em contato com terminais positivos separados. Cada um dos condutores de corrente e/ou condutos de corrente em contato com coletores de corrente em contato com ânodos numa disposição paralela pode ser colocado em contato com terminais negativos separados.
[066] A pilha vedada pode ser colocada num invólucro para proteger a batería formada. Alternativamente, a membrana em conjunto com uma cobertura protetora sobre as placas monopolares na extremidade da pilha pode ser usada como um invólucro para a batería. As placas monopolares podem ter uma cobertura protetora apropriada fixada ou ligada à superfície oposta ao ânodo ou cátodo. A cobertura pode ser o mesmo material que a membrana ou um material
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42/74 que pode ser adesivamente ligado ou ligado por fusão à membrana e pode ter uma espessura dentro da faixa citada para as membranas. Se for afixada à extremidade das placas, a cobertura pode ser afixada com qualquer fixação mecânica incluindo as colunas que têm porções sobrepostas. O invólucro pode ser formado moldando-se uma membrana sobre as pilhas de placas de batería e/ou lados opostos das placas monopolares.
Uso do conjunto de batería
[067] Os conjuntos de batería divulgados no presente documento são particularmente úteis para fixação a uma carga e ter um circuito formado, que inclui as células eletroquímicas. Os elétrons podem fluir de um terminal para a carga e da carga de volta para um terminal. A carga pode ser um sistema que usa eletricidade. Este fluxo é mantido contanto que as células possam gerar eletricidade. Se a pilha de células se tornar completamente descarregada, a batería pode precisar passar por uma etapa de carregamento antes do uso adicional. Se o substrato para as placas bipolares contiver uma mistura por adição de material eletricamente condutor a uma temperatura de operação do conjunto de batería que está abaixo de sua temperatura de transformação de fase, o substrato tem uma trajetória eletricamente condutora por meio da mistura por adição do material, entre uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta do substrato, e, a uma temperatura que está acima da temperatura de transformação de fase da mistura por adição de material condutor, a mistura por adição de material eletricamente condutor passa por uma transformação de fase que desabilita a condutividade elétrica por meio da trajetória eletricamente condutora. Isto permite a desabilitação da batería antes que consequências desfavoráveis ocorram. Uma vez que uma batería é descarregada, a mesma pode ser recarregada formando-se um circuito com uma fonte de elétrons. Durante o carregamento, os eletrodos mudam de função, e os ânodos, durante a descarga, se tornam cátodos, e os cátodos, durante a descarga, se tornam ânodos. Em essência, as células eletroquímicas fluem elétrons e íons em direções opostas em comparação à descarga.
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[068] As bordas das placas de batería e das placas de separador podem ser vedadas para impedir o vazamento do eletrólito e gases emanados das células e isolar as células individuais para impedir o curto-circuito das células. As bordas podem ser vedadas com o uso de qualquer método de vedação de batería conhecido. As bordas do conjunto podem ser vedadas com o uso dos sistemas de vedação de endo ou exoesqueleto divulgados no pedido de patente de propriedade conjunta, Shaffer, II et al. Bipolar Battery Assembly, US 2010/0183920 A1 incorporado em sua totalidade ao presente documento a título de referência. O sistema de vedação divulgado em Shaffer, II et al. contempla estruturas exclusivas para uma estrutura laminada de batería bipolar, tais como as estruturas descritas abaixo. As estruturas, dos métodos acima ou não, compreendem geralmente um primeiro quadro de separador; um membro de quadro de empastamento negativo que tem uma ou mais bordas e uma estrutura de grade de suporte que se estende entre a uma ou mais bordas de quadro de empastamento negativo; uma folha metálica de coletor de corrente negativa; um substrato que tem uma pluralidade de aberturas formadas no mesmo; uma folha metálica de coletor de corrente positiva; um membro de quadro de empastamento positivo que tem uma ou mais bordas; e uma estrutura de grade de suporte que se estende entre a uma ou mais bordas de quadro de empastamento positivo e um segundo quadro de separador. O primeiro quadro de separador pode incluir uma ou mais bordas. O membro de quadro de empastamento negativo pode ter uma ou mais bordas de modo que pelo menos uma borda do membro de quadro de empastamento negativo esteja em contato plano com pelo menos uma borda do quadro de separador. O substrato pode também ter uma ou mais bordas de modo que pelo menos uma borda do substrato está em contato plano com pelo menos uma borda no membro de quadro de empastamento negativo. O membro de quadro de empastamento positivo pode ter uma ou mais bordas de modo que pelo menos uma borda do membro de quadro de empastamento positivo esteja em contato plano com pelo menos uma borda do substrato. O segundo quadro de separador pode ter uma ou mais bordas de modo que pelo menos uma borda do
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44/74 quadro de separador esteja em contato plano com pelo menos uma borda do membro de quadro de empastamento positivo. O contato plano das bordas dos quadros de separador, os membros de quadro de empastamento negativo e positivo e o substrato formam uma vedação externa na batería de modo que um eletrólito introduzido na mesma não vaze de dentro da batería. As bordas dos membros de quadro de empastamento podem incluir adicionalmente aberturas para receber pinos de alinhamento ou membros de suporte localizados nas bordas do separador quadros. A localização dos pinos de alinhamento nas aberturas nos membros de quadro de empastamento pode facilitar adicionalmente a formação da vedação externa. Contempla-se também que uma estrutura de quadro pode ser usada pela qual um ou mais quadros de separador e um ou mais quadros de empastamento, em combinação com o substrato, se encontrarão, cada um, em contato plano com quadros e/ou substratos adjacentes de modo que a estrutura interna da célula de batería crie uma vedação externa que impede qualquer líquido ou gás (ar) de escapar da batería. As bordas dos membros de quadro de empastamento podem incluir adicionalmente aberturas para receber pinos de alinhamento ou membros de suporte localizados nas bordas do separador quadros. A localização dos pinos de alinhamento nas aberturas nos membros de quadro de empastamento pode facilitar adicionalmente a formação da vedação externa. Assim, qualquer eletrólito introduzido na batería será mantido de modo preso sem o risco de vaza de batería e subsequente falha de batería. Além disso, nenhuma placa de extremidade pesada ou estrutura de suporte externo pode ser necessária para vedar eficazmente a batería. Conforme mencionado, os membros de quadro de empastamento podem incluir adicionalmente membros de suporte (por exemplo, pinos) localizados nas bordas dos membros de quadro de empastamento. O uso de membros de suporte é apenas uma abordagem para solucionar o problema de tensão de compressão e tensão de borda/descolamento dentro da batería. Além disso, se for desejado, pode-se adicionar pinos no perímetro ou borda dos membros de quadro para alinhar o membro de quadro de separação, permitindo, assim, que deslize para
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45/74 cima e para baixo ou para trás e para frente durante a compressão. Se for desejado, a batería bipolar pode ser construída com o uso de uma combinação de uma abordagem de construção de endoesqueleto ou exoesqueleto. Por exemplo, a batería bipolar pode ser construída com o uso de pinos de suporte interno, conforme descrito acima. Adicionalmente ao mesmo, uma estrutura de quadro pode também ser posicionada no lado terminal do monopolo. Esta construção de batería externa pode ser reforçada com uma cobertura de extremidade como parte de uma caixa estética. Os substratos para as placas de batería podem ter uma borda elevada (por exemplo, quadro) sobre uma periferia dos substratos que funciona como quadros de empastamento para vedação uns com os outros. As bordas elevadas podem ser também vedadas a uma membrana externa, se utilizada.
[069] O conjunto de batería pode ser capaz de suportar pressões internas de 68,95 kPa (10 psi) ou mais sem vazamento ou deformação devido às pressões internas, cerca de 137,9 kPa (20 psi) ou mais, cerca de 344,74 kPa (50 psi) ou mais e cerca de 689,48 kPa (100 psi) ou menos. O conjunto de batería pode suportar pressões internas de cerca de 41,37 kPa (6 psi) a cerca de 68,95 kPa (10 psi). O conjunto de batería pode fornecer uma densidade energética de cerca de 34 watts-hora por quilograma, cerca de 40 watts-hora por quilograma ou cerca de 50 watts-hora por quilograma. O conjunto de batería dos presentes ensinamentos pode gerar apenas a tensão desejada, tal como as 6, 12, 24, 48 ou 96 volts. A tensão pode ser mais alta, embora cerca de 200 volts seja um limite superior prático.
Método (ou métodos) para preparar placa (ou placas) de batería
[070] Uma cu mais placas de batería, ccnjuntcs de batería cu ambcs, ccnfcrme divulgadc nc presente dccumentc, pedem ser preparades pelas etapas a seguir.
[071] Os substrates úteis para uma placa bipolar, placa pelar dupla, placa mcncpclar cu uma ccmbinaçãc das mesmas pedem ser fermades cu ccrtadcs nc fcrmatc. Se c substrate ccmpreender um ccndutcr nãc material, c substrate pode ser convertido num substrato composite. Um substrato composite pode ser
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46/74 particularmente útil num conjunto de bateria bipolar tradicional. Para converter o substrato num substrato compósito, um ou mais furos (por exemplo, aberturas) podem ser formados dentro do substrato. Os furos podem ser formados por moldagem dos mesmos no substrato ou usinagem do substrato para formar os furos, qualquer outro processo adequado ou combinação dos mesmos. As aberturas podem ser preenchidas com um material condutor. O material condutor pode ser um que se funda a uma temperatura definida, tal como descrito anteriormente. Se utilizados, um ou mais condutores podem ser aderidos a uma ou ambas as faces (por exemplo, superfícies) do substrato. Um ou mais condutores podem incluir uma ou mais folhas metálicas, telas, fios metálicos, lâminas metálicas, similares ou qualquer combinação. A Patente ns US 9.553.329, incorporada ao presente documento em sua totalidade para todos os propósitos, divulga o uso de tais condutores para dispersar elétrons seguindo dentro da célula eletroquímica. Folhas metálicas, lâminas metálicas ou ambas podem ser ligadas ao substrato com o uso de um adesivo. Por exemplo, o adesivo pode ser um cimento de borracha à base de nitrila.
[072] Um ou mais materiais ativos podem ser fixados a um substrato. O material ativo no substrato funciona para permitir que a placa de bateria, substrato ou ambos funcionem como uma placa de eletrodo. O material ativo pode ser posicionado numa ou ambas as faces (por exemplo, superfícies) do substrato. O material ativo pode ser fixado diretamente ao substrato ou pode ser fixado num condutor (por exemplo, folha metálica, tela, fio metálico e/ou lâmina metálica) localizado no substrato. O material ativo pode incluir material ativo positivo (por exemplo, cátodo), material ativo negativo (por exemplo, ânodo) ou ambos. Apenas uma polaridade (por exemplo, positiva ou negativa) de material ativo pode estar localizada em apenas uma superfície de uma placa monopolar. Polaridades diferentes de material ativo podem estar localizadas em superfícies opostas de uma placa bipolar. A mesma polaridade de material ativo pode estar localizada em superfícies opostas de uma placa polar dupla. Um ou mais materiais ativos podem ser aplicados como uma pasta ao substrato, placa de bateria ou ambos.
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Para localizar o material ativo num substrato, as formas de pasta do material ativo (por exemplo, ânodos, cátodos) podem ser aplicadas a uma folha de transferência. A folha de transferência pode estar localizada dentro de um molde quando a pasta é aplicada à mesma. Após aplicação do material ativo ao molde, a folha de transferência com a pasta sobre a mesma pode ser movida do molde para entrar em contato com um substrato, condutor no mesmo ou ambos. Mediante contato do substrato, condutor ou ambos, o material ativo pode se ligar ao substrato, condutor ou ambos. O molde pode aplicar pressão adicional à folha de transferência, material ativo ou ambos para auxiliar na ligação do material ativo ao substrato, condutor ou ambos. Após aplicação do material ativo como parte da placa de batería, a folha de transferência pode permanecer ligada ao material ativo ou pode ser removida. A folha de transferência pode estar localizada no material ativo (por exemplo, pasta) numa superfície oposta à superfície do material ativo, que está ligada à placa de batería (por exemplo, substrato, condutor ou ambos). Por exemplo, para uma ou mais placas bipolares, pasta de cátodo com uma folha de transferência ligada à mesma é aplicada a uma superfície do substrato e a pasta de ânodo com uma folha de transferência ligada à mesma é aplicada à outra superfície oposta do substrato. Como outro exemplo, para uma ou mais placas monopolares, pasta de cátodo ou pasta de ânodo com uma folha de transferência ligada à mesma é aplicada a uma superfície do substrato, enquanto a superfície oposta do substrato permanece sem material ativo. Para outro exemplo, para uma ou mais placas polares duplas, uma pasta de cátodo com uma folha de transferência ligada à mesma ou uma pasta de ânodo com uma folha de transferência ligada à mesma são ligadas a uma a superfície do substrato e a mesma polaridade (por exemplo, positiva ou negativa) da pasta com uma folha de transferência ligada à mesma é aplicada à superfície oposta do substrato. Durante a fixação de material ativo a um substrato, uma ou mais estruturas não planas dentro do material ativo podem receber, ser alinhadas com, aninhadas com ou qualquer combinação dos mesmos com uma ou mais estruturas não planas de um substrato. Uma ou mais aberturas formadas dentro
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48/74 do material ativo podem ser alinhadas com (por exemplo, concêntricas) uma ou mais aberturas, insertos ou ambos de um substrato. Uma ou mais aberturas formadas dentro do material ativo podem receber um ou mais insertos através das mesmas. Uma ou mais endentações, cavidades ou ambas formadas dentro do material ativo podem receber uma ou mais protuberâncias ou projeções de um substrato. Uma ou mais protuberâncias ou projeções de um substrato podem auxiliar na retenção do material ativo ligado ao mesmo durante a cura. Durante a fixação de material ativo a um substrato, o material ativo pode se conformar a uma ou mais estruturas não planas do substrato. Por exemplo, uma ou mais projeções que se projetam a partir do substrato podem comprimir, deslocar ou ambos uma porção do material ativo. Algumas das projeções e/ou endentações podem não passar através do material ativo e podem funcionar para aumentar a ligação do material ativo ao substrato, placa de batería ou ambos. O material ativo pode permanecer sem contato com uma ou mais porções de um substrato, placa de batería ou ambos durante e/ou após a aplicação do material ativo. O material ativo pode permanecer sem contato com uma ou mais estruturas não planas do material ativo. Permanecendo sem contato com uma ou mais estruturas não planas, o material ativo pode não interferir na vedação ou ligação de um ou mais componentes do conjunto de batería. O material ativo pode permanecer sem contato com um ou mais quadros, bordas elevadas, projeções, insertos, aberturas ou qualquer combinação dos mesmos do substrato. O uso de uma folha de transferência pode permitir controlar o posicionamento do material ativo no substrato para permitir que o material ativo permaneça sem contato com uma ou mais porções de um substrato, placa de batería ou ambos.
[073] A pasta de material ativo é aplicada a uma folha de transferência. A pasta pode ser aplicada a uma folha de transferência localizada dentro de um molde. Isto pode permitir que a folha de transferência com a pasta na mesma seja mais tarde facilmente ligada a um substrato que tem um ou mais recursos não planos formados no mesmo, ou ambos. O molde pode compreender uma ou mais placas móveis. A placa móvel pode funcionar para mover a folha de transferência, o
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49/74 material ativo ou ambos. A placa móvel pode mover uma folha de transferência sob uma lâmina de aplicação de pasta (por exemplo, bocal, extrusora) para ter a pasta aplicada à mesma. A placa móvel pode mover uma folha de transferência, material ativo ou ambos em direção a um substrato, na direção oposta a uma cavidade (por exemplo, alojamento) de um molde, ou ambos. Uma placa móvel pode ser móvel dentro de um molde por um ou mais elementos de transporte. O um ou mais elementos de transporte podem estar localizados abaixo, adjacente a ou acima de uma placa móvel. O um ou mais elementos de transporte podem estar localizados em qualquer parte adequada de modo que uma folha de transferência, material ativo ou ambos sejam capazes de ser dispostos na placa móvel; a placa móvel seja capaz de ser movida em direção ao substrato; a placa móvel seja capaz de aplicar pressão a uma folha de transferência, material ativo ou ambos para ligação a um substrato, placa de batería, condutor; ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais elementos de transporte podem incluir um ou mais elementos de laminação, tal como uma ou mais unidades de transferência de esfera individual (isto é, encaixe, instalação de flange, rebaixado, instalação de prisioneiro e/ou similares), uma tabela de transferência de esfera, trilho de transferência de esfera, um ou mais roletes de gravidade, um ou mais roletes automatizados, um transportador de rolete, um transportador de topo plano, similares, ou qualquer combinação dos mesmos. Uma placa móvel pode estar localizada num sistema de transporte do molde. O sistema de transporte pode permitir que a placa móvel seja movida em direção a, na direção contrária a ou ambas em relação a uma porção de extrusão do molde (por exemplo, bocal). Uma placa móvel pode ser móvel dentro de um molde por um ou mais elementos de extensão. O um ou mais elementos de extensão podem funcionar para erguer uma placa móvel de dentro de uma cavidade; retrair uma placa móvel na cavidade; erguer uma placa móvel fora de uma cavidade; erguer uma placa móvel em direção a um substrato, placa de batería ou ambos; aplicar uma pressão a uma placa móvel para, assim, aplicar pressão a uma folha de transferência e/ou material ativo; ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais elementos de
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50/74 extensão podem estar localizados em qualquer parte for adequado para erguer uma placa móvel fora de uma cavidade e permitir que a placa móvel mova uma folha de transferência e material ativo numa placa de batería. Um ou mais elementos de extensão podem estar localizado entre uma placa móvel; oposta a uma cavidade, folha de transferência, material ativo ou combinação dos mesmos; ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais elementos de extensão podem incluir mecanismos de levantamento hidráulicos, mecânicos e/ou pneumáticos. Uma placa móvel pode estar localizada dentro da base do molde. A placa móvel pode se mover distante o suficiente para mover a pasta de eletrodo formada completamente para fora do molde e em contato com o substrato. O substrato pode estar localizado de modo oposto a uma abertura no molde. A abertura pode ser a abertura de um alojamento do molde.
[074] A placa móvel pode ter um formato que corresponde ao formato do substrato ao qual o material ativo deve ser aplicado. Correspondência pode significar ter um formato substancialmente recíproco àquele do substrato. A placa móvel pode ter uma ou mais estruturas não planas formadas na mesma que correspondam substancialmente àquelas do substrato. A placa móvel pode incluir uma ou mais projeções, endentações, insertos, quadros, bordas elevadas, aberturas, similares, ou qualquer combinação dos mesmos, que correspondam a um ou mais recursos similares de um substrato. A placa móvel pode ter uma seção transversal e/ou área superficial menor ou igual a uma área de seção transversal de um substrato. Uma seção transversal e/ou área superficial pode ser a área da superfície que está voltada para o substrato, folha de transferência, ou ambos. A placa móvel pode ter uma área de seção transversal menor que uma área de seção transversal definida por um interior de um ou mais quadros, bordas elevadas, ou ambos de um substrato, placa de batería, ou ambos. A placa móvel pode ser capaz de se encaixar dentro de uma área definida por um ou mais quadros, bordas elevadas ou ambos ao localizar o material ativo no substrato, condutor, placa de batería ou combinação dos mesmos. Tendo uma seção transversal ou área superficial menor que aquela definida pelos quadros, bordas
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51/74 elevadas ou ambos; a placa móvel é capaz de impedir o contato entre o material ativo e os quadros, bordas elevadas ou ambos. Uma porção da placa móvel pode ser substancialmente plana. A placa móvel pode ser adaptada para receber um ou mais insertos diferentes. O um ou mais insertos podem se estender numa cavidade do molde.
[075] O molde inclui adicionalmente uma cavidade em que a placa móvel se encontra. A cavidade funciona para reter a placa móvel, insertos, folha de transferência, material ativo ou qualquer combinação dos mesmos. A cavidade é definida por uma ou mais paredes. A uma ou mais paredes podem envolver o perímetro da placa móvel para definir a cavidade. A uma ou mais paredes podem ser substancialmente perpendiculares ou descoladas em relação à placa móvel. O ângulo das paredes pode ser medido em relação à superfície da placa móvel voltada para uma folha de transferência, substrato, placa de batería, na cavidade, ou qualquer combinação dos mesmos. As paredes do molde podem formar qualquer formato de eletrodo desejado de modo a corresponder ao formato das placas de batería, conforme descrito no presente documento. Quando o molde está se movendo durante a etapa de preenchimento, as paredes do molde podem ser espessas o suficiente para impedir a dispensação de pasta de eletrodo quando as paredes estão sob um bocal de dispensação e, quando o bocal não está em contato com a parede, a pasta é dispensada no molde. A cavidade pode ser definida como um alojamento. O alojamento pode ser particularmente útil para manter a placa móvel, a folha de transferência, o material ativo ou combinação dos mesmos. O alojamento pode ser a área em que o material ativo está disposto, de modo que esteja localizado na folha de transferência.
[076] O molde pode ter uma ou mais coberturas. Uma cobertura pode funcionar para fechar parcialmente o molde, uma cavidade ou ambos; proteger uma cavidade, placa móvel, folha de transferência, material ativo ou combinação dos mesmos de detritos e contaminantes; cooperar com uma porção de extrusão do molde; receber material ativo através do mesmo; guiar a dispersão do material ativo; ou qualquer combinação dos mesmos. Cada cavidade pode ter uma
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52/74 respectiva cobertura ou compartilhar uma cobertura. Uma cobertura pode estar localizada de modo oposto a uma placa móvel. A cobertura pode, pelo menos parcialmente, fechar a cavidade. A cobertura pode conferir um formato ao material ativo dentro da cavidade. O material ativo pode preencher a cavidade de modo que o material de atividade entre em contato com a cobertura. A cobertura pode ter um formato que corresponde substancialmente ao formato do substrato, placa de batería, ou ambos ao quais o material ativo deve ser aplicado. Correspondência pode significar ter um formato substancialmente recíproco àquele do substrato, placa de batería ou ambos. A cobertura pode ter uma ou mais estruturas não planas formadas na mesma que correspondam substancialmente àquelas do substrato. Um ou mais insertos do molde podem entrar em contato com ou proximidade à cobertura. A cobertura pode cooperar com um ou mais insertos para formar uma ou mais estruturas não planas dentro do material ativo. A cobertura pode incluir um ou mais orifícios. O um ou mais orifícios podem ser adaptados para receber o material ativo, cooperar com uma porção de extrusão do molde, permitir a injeção de material ativo numa cavidade ou qualquer combinação dos mesmos. O formato e o tamanho do um ou mais orifícios podem ser ajustados ao processo para aplicar a pasta ao molde. Se o molde estiver estacionário durante o preenchimento, então, o número de orifícios e o tamanho dos orifícios podem ser ajustados para este processo. A cobertura pode incluir um único orifício ou uma pluralidade de orifícios. Uma pluralidade de orifícios pode ser distribuída uniformemente através da cobertura para permitir uma distribuição uniforme do material ativo na cavidade. Se o molde estiver em movimento durante o preenchimento, o um ou mais orifícios podem ser alongados. Os orifícios alongados podem se estender através do comprimento do molde na direção de percurso. O molde pode ser projetado para formar um material ativo de espessura uniforme ou espessura variável de acordo com os critérios de projeto para o eletrodo.
[077] O processo para aplicar o material ativo (por exemplo, produto ativo) a uma superfície de uma placa de batería, de modo geral, compreende: a) posicionar
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53/74 uma folha de transferência na placa móvel no molde; b) fechar a cobertura sobre o molde; injetar um material capaz de formar um eletrodo através do um ou mais orifícios da cobertura na folha de transferência na placa móvel de modo que o material eletroativo forme uma camada no formato formado pelas paredes do molde, da placa móvel e da cobertura; remover a cobertura de sobre o molde; posicionar um substrato de eletrodo sobre a abertura do molde de modo que a área de uma das superfícies do substrato sobre a qual se deseja que o material de eletrodo esteja localizado esteja alinhada com o material ativo no molde; mover a placa móvel através da abertura do molde até o material ativo estar em contato com o substrato e formar uma ligação com os substrato; e mover a placa móvel na direção oposta ao substrato até o fundo do molde de modo que o material ativo permaneça ligado a uma das superfícies da placa de substrato e a folha de transferência esteja ligada à superfície do material ativo oposta à superfície do material ativo ligado a uma das superfícies do substrato. Na preparação de uma placa bipolar, o processo compreende adicionalmente posicionar uma segundo folha de transferência numa segundo placa móvel de um segundo molde; posicionar uma cobertura para o segundo molde sobre o segundo molde; injetar um segundo material ativo capaz de formar um eletrodo através do um ou mais orifícios da cobertura do segundo molde na segundo folha de transferência no segundo placa móvel de modo que o segundo material ativo forme uma camada no formato formado pelas paredes do segundo molde, da segunda placa móvel e da cobertura do segundo molde; remover a cobertura sobre o segundo molde; posicionar o substrato de eletrodo sobre a abertura do segundo molde de modo que a área de uma segunda superfície do substrato, oposta à superfície sobre a qual o primeiro material ativo está ligado, sobre a qual se deseja que o segundo material ativo esteja localizado seja alinhada com o segundo material ativo no segundo molde; mover a segunda placa móvel através da abertura do segundo molde até o segundo material de eletrodo estar em contato com a superfície oposta do substrato e forme uma ligação com a superfície oposta do substrato; e mover a placa móvel na direção oposta ao
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54/74 substrato até o fundo do molde de modo que o segundo material de eletrodo permaneça ligado a uma dentre a superfície oposta da placa de substrato e a segundo folha de transferência esteja ligada ao segundo material de eletrodo oposto à superfície do material de eletrodo ligada à superfície oposta do substrato. O tempo de ciclo para aplicar a pasta a uma superfície pode ser cerca de 2 segundos ou mais, cerca de 15 segundos ou menos, cerca de 10 segundos ou menos ou até mesmo cerca de 6 segundos ou menos.
[078] A folha de transferência pode cobrir a placa móvel inteira de modo a impedir o contato da pasta com a superfície da placa móvel e permitir a transferência completa da pasta para o substrato. A cobertura pode ser fechada sobre o molde após inserção da folha de transferência. A pasta pode, então, ser injetada no molde através do um ou mais orifícios na cobertura com o uso de um ou mais bocais de injeção para injetar a pasta. O um ou mais bocais são vedados em torno do um ou mais orifícios de modo a controlar o fluxo de pasta no molde. Se o molde estiver em movimento, tal como numa correia transportadora, o molde pode mover-se sob o bocal de injeção e o orifício pode ser alongado na direção de movimento. O molde pode conformar a pasta injetada no formato desejado do material ativo para uso com as placas de batería. A extrusão no molde pode ser iniciada bombeando-se o material ativo através de um ou mais orifícios. A extrusão no molde pode ser interrompida interrompendo-se a ação de bombeamento. O material ativo pode ser injetado no molde (por exemplo, cavidade) em pressões relativamente baixas. O material ativo pode ser injetado no molde (por exemplo, tal como por meio da linha de molde) a uma pressão de cerca de 344,74 kPa (50 psi) ou menos, cerca de 275,79 kPa (40 psi) ou menos ou mesmo cerca de 206,84 kPa (30 psi) ou menos. O material ativo pode ser injetado na placa de transferência de molde a uma pressão de cerca de 68,95 kPa (10 psi) ou mais, cerca de 103,42 kPa (15 psi) ou mais ou mesmo cerca de 137,9 kPa (20 psi) ou mais. Após o material ativo ser injetado e o material ativo ser formado no formato desejado, a cobertura pode ser removida do molde. Um substrato é posicionado de modo oposto ao molde e a placa móvel é movida na
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55/74 direção do substrato até a pasta estar em contato com o substrato e/ou um disposto de eletrodo no substrato. O substrato e/ou eletrodo no substrato podem ser tratados para tornar mais áspera a superfície do substrato e/ou eletrodo no substrato para aumentar a ligação da pasta ao mesmo. Qualquer método conhecido para tornar mais ásperas estas superfícies pode ser utilizado. O substrato pode ser alinhado com a placa móvel de modo que o material ativo seja posicionado na posição desejada no substrato. A placa móvel pode ser mantida em contato com o substrato e/ou placa de batería por um tempo suficiente para formar uma ligação entre o material ativo e o substrato e/ou a placa de batería. Depois disso, a placa móvel pode ser retraída de volta dentro do molde (por exemplo, cavidade), deixando o material ativo ligado ao substrato e/ou placa de batería no substrato. Após a retração da placa móvel na direção oposta à placa de batería, a folha de transferência pode permanecer ligada ao material ativo. A aplicação de material ativo a uma superfície de uma placa de batería, substrato ou ambos pode resultar numa placa monopolar.
[079] Para preparar uma placa bipolar, placa polar dupla ou ambas; o material ativo pode ser moldado num molde subsequente (por exemplo, cavidade). O material ativo preparado no molde subsequente pode ser o material ativo disposto na superfície oposta do substrato, placa de batería ou ambos. Uma polaridade diferente ou uma polaridade igual de material ativo pode ser injetada num segundo molde ou molde subsequente (por exemplo, cavidade). Para formar uma placa bipolar, o material ativo pode ser uma polaridade oposta diferente em relação àquela do material ativo já aplicado à mesma. Para formar uma placa polar dupla, o material ativo pode ser a mesma polaridade em relação àquela do material ativo já aplicado à mesma. Qualquer polaridade de material ativo útil na formação de um cátodo ou um ânodo é usada para preparar um primeiro eletrodo dentre o primeiro molde e o segundo molde é usada para formar o eletrodo oposto de um ânodo ou um cátodo. Qualquer eletrodo pode ser aplicado primeiro, embora tradicionalmente o cátodo possa ser aplicado primeiro. O segundo eletrodo é formado da mesma maneira que o primeiro eletrodo. Os eletrodos
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56/74 podem ter a mesma espessura ou formato em ambos os lados. Os eletrodos podem ter formatos e espessuras diferentes nos lados opostos. Após a formação do segundo eletrodo, o substrato é movido para uma posição em que a superfície do substrato e/ou eletrodo que não tem material ativo disposto sobre a mesma é oposta ao segundo molde. Depois disso, o segundo eletrodo é colocado em contato com o segundo superfície e/ou eletrodo da placa de batería. A placa de batería pode ser girada 180 graus entre a aplicação do primeiro e o segundo eletrodos ao substrato.
[080] As protuberâncias de endentações em ou aberturas através da superfície das placas de batería ou do quadro podem ser moldadas nas estruturas ao formar as mesmas por um processo de moldagem ou adicionadas por um processo de moldagem comum posteriormente. Um ou mais insertos do molde podem ser usados para conformar uma superfície da folha de transferência, do material ativo ou ambos para ser substancialmente recíproca àquela do substrato, receber uma ou mais porções do substrato através da mesma ou ambos. Os um ou mais insertos podem corresponder a uma ou mais protuberâncias, projeções, endentações, aberturas, nervuras, estruturas corrugadas ou qualquer combinação dos mesmos de um substrato. Um ou mais insertos podem ser parte da placa móvel, uma ou mais paredes do molde, parte da cobertura, qualquer outra projeção ou endentação na direção oposta à cavidade do molde ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais insertos de uma placa móvel podem se projetar na direção oposta à placa móvel numa cavidade ou alojamento do molde, ser endentados para dentro na placa móvel na direção oposta à cavidade ou alojamento do molde, ou ambos. Um ou mais insertos podem funcionar para formar uma ou mais estruturas não planas dentro do material ativo (por exemplo, pasta). Um ou mais insertos podem funcionar para criar um ou mais espaços vazios, endentações, projeções, nervuras, estruturas corrugadas ou qualquer combinação dos mesmos dentro do material ativo. Um ou mais insertos do molde podem criar uma ou mais endentações ou poços dentro do material ativo. A uma ou mais endentações ou poços no material ativo podem receber um ou mais
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57/74 projeções de um substrato, placa de batería ou ambos. Um ou mais insertos do molde podem se estender através de um ou mais espaços vazios (por exemplo, aberturas) de uma folha de transferência, criar um ou mais espaços vazios numa folha de transferência ou ambos. O um ou mais insertos impedem ou guiam o posicionamento de material ativo (por exemplo, pasta) em relação à folha de transferência. Por exemplo, o um ou mais insertos do molde que se estendem através da uma ou mais aberturas (por exemplo, espaços vazios) da folha de transferência impedem que a pasta entre na uma ou mais aberturas e, assim, formando as aberturas (por exemplo, espaços vazios) dentro do material ativo. As aberturas da área de material ativo são, então, alinhadas com a folha de transferência. O um ou mais espaços vazios podem funcionar para formar um espaço para e/ou receber um ou mais insertos de um substrato, placa de batería ou ambos através dos mesmos; impedir o contato entre um ou mais insertos de um substrato, placa de batería ou ambos com o material ativo; ter um ou mais canais que se estende através dos mesmos; ou qualquer combinação dos mesmos. Em outras palavras, o primeiro e o segundo moldes contêm insertos que funcionam para formar espaços vazios no primeiro e/ ou no segundo materiais ativos injetados no molde. Um ou mais insertos podem ser dimensionados com um diâmetro menor que, cerca de igual a ou maior que uma ou mais aberturas, insertos ou ambos dentre um ou mais substratos, placas de batería ou ambos. Um ou mais insertos do molde podem ter um diâmetro maior que um diâmetro de um inserto de um substrato. Um diâmetro maior pode resultar num espaço vazio criado na camada eletroativa que pode ter um inserto e/ou canal passando através do mesmo com contato mínimo ou nenhum contato. Os insertos podem ter uma altura cerca de menor que, igual a ou maior que uma espessura de uma folha de transferência, camada de material ativo (por exemplo, camada de pasta de cátodo, camada de pasta de ânodo) ou qualquer combinação dos mesmos. Algumas das protuberâncias podem passar através da pasta. A formação dos espaços vazios no material ativo para corresponder às protuberâncias permite a montagem das placas de batería em baterias sem colocar as protuberâncias em
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58/74 contato com o material ativo e evita contaminar as protuberâncias com o material ativo. Evitando-se o contato, operação de limpeza dispendiosas são prevenidas. Adicionalmente, evitando-se o contato, o risco de impactar negativamente a operação do conjunto de batería devido à presença de material ativo em tais protuberâncias é prevenido. Os impactos negativos à operação podem incluir vedação insuficiente e encurtamento do conjunto de batería. Tais protuberâncias podem ser substancialmente isentas de material ativo. Substancialmente isento pode significar que cerca de 5 por cento ou menos, cerca de 1 por cento ou menos ou mesmo cerca de 0,1 por cento ou menos de uma área de superfície das protuberâncias que se estendem além do material ativo podem incluir material ativo ou poeira do material ativo na mesma. Substancialmente isento pode significar que cerca de 0 por cento ou mais, cerca de 0,01 por cento ou mais ou mesmo cerca de 0,05 por cento ou mais de uma área de superfície das protuberâncias que se estendem além do material ativo podem incluir material ativo ou poeira do material ativo disposto na mesma.
Método (ou métodos) para preparar montagem de batería
[081] A presente revelação pode se referir adicionalmente a um método para preparar um conjunto de batería com o uso de uma pluralidade de placas de batería conforme divulgado no presente documento. O método pode compreender formar uma pilha de uma pluralidade de substratos que têm material ativo numa das superfícies material ativo na superfície oposta. O método pode incluir posicionar (por exemplo, empilhar) um ou mais separadores entre os pares de substratos. Um ou mais insertos, aberturas ou outras estruturas não planas de um ou mais separadores podem se alinhar com um ou mais insertos, aberturas ou outras estruturas não planas de uma ou mais placas de batería, substratos, separadores, material ativo, folha de transferências ou qualquer combinação dos mesmos. O método pode ser isento de posicionamento de um ou mais separadores entre pares de substratos. Os separadores podem não ser posicionados entre substratos e/ou placas de batería se as folhas de transferência permanecerem ligadas ao material ativo, de modo que uma ou mais folhas de
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59/74 transferência estejam localizadas entre pares adjacentes de material ativo e sejam capazes de impedir o contato entre o material ativo de uma placa de bateria com o material ativo de uma placa de bateria adjacente. O método pode incluir expor o conjunto de bateria ou pilha de placas de bateria a condições em que o um ou mais materiais ativos curam. O material ativo pode ser curado expondo-se o material ativo a temperaturas de cerca de 15 °C ou mais, cerca de 20 °C ou mais, cerca de 30 °C ou mais ou mesmo cerca de 40 °C ou mais. O material ativo pode ser curado expondo-se o material ativo a temperaturas de cerca de 95 °C ou menos, cerca de 90 °C ou menos, cerca de 80 °C ou menos ou mesmo cerca de 70 °C. Por exemplo, um material ativo na forma de pasta pode ser curado sendo exposto a uma primeira temperatura de cerca de 40 °C a cerca de 70 °C por cerca de 12 a cerca de 48 horas. O material ativo pode ser curado expondo-se o material ativo a uma segunda temperatura e secagem. O material ativo pode ser seco expondo-se o material ativo a temperaturas de cerca de 25 °C ou mais, cerca de 30 °C ou mais, cerca de 40 °C ou mais ou mesmo cerca de 50 °C ou mais. O material ativo pode ser seco expondo-se o material ativo a temperaturas de cerca de 105 °C ou menos, cerca de 100 °C ou menos, cerca de 90 °C ou menos ou mesmo cerca de 80 °C. Por exemplo, um material ativo na forma de pasta pode ser seco sendo exposto a uma segunda temperatura mais alta de cerca de 50 °C a cerca de 80 °C por cerca de 24 a cerca de 72 horas.
[082] Os furos para os canais transversais podem ser pré-formados ou usinados no substrato, folhas metálicas ou lâminas metálicas, separador, ânodo, cátodo, folha de transferência e qualquer outro componente presente. Os furos podem ser formados no material ativo formando-se espaços vazios no material ativo enquanto é aplicado numa folha de transferência. Os espaços vazios do material ativo podem se alinhar com uma ou mais aberturas da folha de transferência. Quando os canais são formados com o uso de mangas, insertos, saliências e similares, os mesmos podem ser inseridos nas placas de bateria e/ou nos separadores. Quando os insertos são moldados em posição, os insertos são moldados às placas de bateria e/ou separadores com o uso de processos de
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60/74 moldagem conhecidos.
[083] Os quadros e/ou insertos podem ser moldados em ou sobre os separadores ou os substratos de placa de batería com o uso das etapas a seguir. As folhas de separador podem ser cortadas em tamanho (perfuração de molde, fenda, estampado etc.). Uma ou mais folhas podem ser empilhadas para atender à espessura exigida do separador. As folhas podem ser posicionadas num molde que posiciona as folhas numa posição fixa. O molde pode formar um quadro de periferia em torno do separador, quaisquer recursos internos em torno dos canais transversais (por exemplo, buchas, insertos, saliências) conforme necessário, ou ambos. Ademais, o molde é projetado para não comprimir excessivamente o material separador e impedir que o plástico danifique o material separador. O plástico é injetado no e, uma vez que o plástico seja resfriado, a peça é ejetada.
[084] Os componentes são, então, empilhados de modo que, para cada placa, um ânodo esteja voltado para um cátodo de outra placa. De preferência, as folhas são empilhadas de modo que as bordas dos substratos estejam alinhadas ao longo das bordas de quaisquer outros componentes de quadro. Uma placa com dois ou mais pinos ou cavilhas de guia pode ser usada para sustentar a pilha. Um ou mais auxiliares de montagem de uma placa de batería podem se alinhar com um ou mais outros auxiliares de montagem de uma placa de batería adjacente para sustentar a pilha durante a montagem. Por exemplo, uma ou mais colunas que se projetam a partir do quadro podem se encaixar com ou se alojar dentro de um ou mais poços de um quadro adjacente. Os componentes são empilhados na placa com pinos de guia numa ordem adequada consistente com a divulgação no presente documento. Dois ou mais dos canais transversais podem ser usados para os pinos e cavilhas de alinhamento. Uma vez que a pilha está completa, membranas ou mangas elastoméricas podem ser inseridas nos canais transversais. Se o canal for vedado com buchas, insertos ou mangas plásticas localizadas entre os furos nas placas, um revestimento pode ser aplicado ao interior do canal, ao interior dos furos, mangas, insertos e/ ou buchas. Se o interior dos furos das placas precisar ser rosqueado, os mesmos são rosqueados
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61/74 antes da montagem ou após a montagem com o uso de técnicas conhecidas. Ο canal pode ser isento de ter uma vedação adicional localizada no mesmo, visto que os insertos de placas de batería e/ou substratos adjacentes se intertravam para vedar e formar o canal.
[085] Uma ou mais colunas podem ser inseridas na pilha. As uma ou mais colunas podem ser presas pela porção sobreposta à superfície de vedação do lado oposto das placas monopolares. Quando a porção sobreposta é uma estrutura de fixação mecânica, tal estrutura de fixação é presa à coluna. Quando a coluna é moldada por injeção em posição, material termoplástico fundido é inserido nos canais e uma porção sobreposta do material fundido é formada nas superfícies de vedação em ambas as extremidades. A superfície dos canais pode ser aquecida para fundir a superfície do interior dos canais, nessa modalidade, o material termoplástico se liga bem ao interior do canal. O material termoplástico é deixado resfriar. O canal pode ter uma forma inserida nos canais e uma forma para a porção sobreposta formada em cada extremidade. Um material termofixo de duas peças é, então, adicionado aos canais e deixado curar para formar a coluna. Quando a coluna é projetada para encaixar-se no canal por encaixe por interferência, a coluna é inserida com força adequada. Uma vez que as colunas estejam presas e estáveis, a pilha é removida dos pinos de guia e as colunas podem ser inseridas nos canais usados para os pinos de guia.
[086] O método para montar um conjunto de batería pode compreender adicionalmente aplicar uma membrana. Quando uma membrana é aplicada à superfície de borda da pilha, um adesivo é aplicado a qualquer um ou ambas dentre a membrana ou a borda da pilha, e a membrana e a borda da pilha são colocadas em contato de modo a ligar as mesmas juntas. A membrana pode ser mantida em posição enquanto o adesivo se fixa ou cura com o uso de meios mecânicos conhecidos. As bordas da membrana podem ser vedadas às bordas não vedadas de outras folhas de membrana ou membranas ou placas de extremidade na superfície oposta das placas monopolares. A vedação pode ser realizada por um adesivo ou por ligação por fusão. Alternativamente, a membrana
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62/74 pode ser fixada por ligação por fusão. Na ligação por fusão, tanto a borda da pilha quanto a superfície da membrana a ser ligada à borda são expostas a condições de modo que a superfície se funda sem impactar negativamente a integridade estrutural da membrana ou da pilha. Isto pode ser atingido colocando-se cada um em contato com uma superfície quente, rolo de impressão, fluido quente, ar, radiação, vibração e similares, então, colocando-se em contato a membrana e a borda da pilha ao longo da superfície fundida e permitindo-se que as superfícies fundidas resfriem e se liguem juntas. A membrana pode ser cortada para se encaixar a uma borda particular ou pode ser uma folha contínua que é envolvida em trono da borda da pilha. A borda anterior e a borda posterior da membrana são ligadas juntas onde se encontram, de preferência, por ligação por fusão. A membrana pode ser vedada à membrana ou placa de extremidade na superfície externa das placas monopolares, quando presente. Quando um invólucro é usado, a montagem pode ser inserida no invólucro. De preferência, a membrana funciona como um invólucro. Na modalidade de ligação por fusão, a membrana e a borda da pilha são expostas a uma temperatura ou condição em que a superfície de cada uma é fundida, torna-se fundida, por um tempo superfície para fundir a superfície de cada uma. A temperatura escolhida está, de preferência, acima da temperatura de fusão do material usado na membrana e/ou do substrato e quaisquer outros componentes estruturais. De preferência, a temperatura usada é cerca de 200 °C ou mais, mais preferencialmente, cerca de 220 °C ou mais e, com máxima preferência, cerca de 230 °C ou mais. De preferência, a temperatura usada é cerca de 300 °C ou menos, mais preferencialmente, cerca de 270 °C ou menos e, mais preferencialmente, cerca de 240 °C ou menos.
[087] A montagem pode compreender adicionalmente um ou mais furos de ventilação que levam a uma ou mais das células eletroquímicas. Os furos de ventilação podem permitir que gases expelidos das células eletroquímicas e líquidos eletrólito sejam introduzidos nas células eletroquímicas. Pressão pode ser aplicada para mover o líquido para as células ou um vácuo impelido nas células eletroquímicas para impelir o eletrólito através dos furos de ventilação nas células.
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Se o eletrólito for introduzido com o uso de um vácuo, cada célula eletroquímica pode ter dois furos de ventilação. Um vácuo pode ser aplicado a um furo de ventilação de modo a impelir eletrólito nas células a partir do outro furo de ventilação. Ou a célula eletroquímica pode ter um único furo de ventilação e se alojar dentro de uma câmara de vácuo. Um vácuo pode ser extraído e, então, o eletrólito pode ser impelido através do mesmo furo de ventilação. Os furos de ventilação podem estar em contato com qualquer combinação de tubulações e canais. Um furo de ventilação pode estar em contato com cada célula eletroquímica. Os furos de ventilação podem estar em contato com os separadores de batería para cada célula. A montagem pode compreender uma tubulação. O um ou mais furos de ventilação podem estar em contato com a tubulação e a tubulação pode formar um espaço vazio comum para todos os furos de ventilação. A tubulação tem uma ou mais portas formadas na mesma em que uma ou mais válvulas, tal como uma válvula de retenção, podem ser posicionadas nas portas de tubulação. A batería pode compreender adicionalmente uma válvula de preenchimento. A válvula de preenchimento pode estar localizada na tubulação ou conectada a um canal transversal. O artigo pode compreender adicionalmente um ou mais canais de preenchimento e/ou ventilação integrados. Tal canal é formado próximo ao centro de uma pilha de baterias e está em comunicação com a área entre o cátodo e ânodo em que o separador está localizado; há uma área que forma a célula eletroquímica quando o eletrólito é adicionado à área. Os canais podem ser formados formando-se furos ou fendas nos separadores e placas de batería antes da montagem e, então, alinhando os furos ou fendas. Insertos, mangas ou saliências podem ser usados conforme discutido no presente documento em relação aos canais transversais contanto que os canais se comuniquem com a área adaptada para uso como células eletroquímicas. De preferência, os canais se comunicam com o exterior da pilha de baterias em dois lugares. Isto facilita o preenchimento da batería com eletrólito. Após preenchimento das células eletroquímicas com eletrólito, uma das aberturas pode ser preenchida ou fechada. A outra abertura é usada para ventilar a batería
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64/74 e as células eletroquimicas. Durante o preenchimento, um vácuo é impelido num furo externo e o eletrólito é inserido através do outro furo. Alternativamente, um único furo é usado, e as células eletroquimicas são preenchidas conforme descrito no presente documento posteriormente. Nessa modalidade, uma vez que a batería vedada seja formada, um vácuo é impelido no único furo ou porta para criar um ambiente de baixa pressão nas células. A pressão nas células eletroquimicas pode ser 6,67 kPa (50 Torr) ou menos ou pode ser 1,33 kPa (10 Torr) ou menos. O vácuo é, então, desconectado, e uma fonte de eletrólito é conectada ao furo ou porta, e o eletrólito rapidamente preenche a batería devido à baixa pressão nas células. O aparelho de vácuo e a fonte de eletrólito podem ser conectados através de uma válvula comutável de modo que a comutação de vácuo para a fonte de eletrólito possa ser realizada de uma maneira eficaz. Este sistema pode ser utilizado quando um canal transversal é formado a partir de mangas, insertos e/ou saliências que têm furos de ventilação, tais como entalhes nas saliências, insertos ou mangas, em contato com as células eletroquimicas. O sistema permite o preenchimento uniforme das células eletroquimicas com eletrólito fresco. O preenchimento sob estas condições pode ocorrer em cerca de 600 segundos ou menos ou cerca de 300 segundos ou menos. Uma válvula, tal como uma válvula de retenção, válvula de ação direta, válvula de alívio de pressão e similares, pode ser inserida no furo restante após o preenchimento. O canal pode ser pré-rosqueado ou roscado após montagem da pilha.
[088] Após montagem, furos de ventilação podem ser perfurados, se necessário, através da membrana vedada em cada célula centralmente localizada na espessura do separador de manta de vidro absorvente. Uma tubulação pode, então, ser fixada ao topo do conjunto de batería que forma um espaço vazio comum acima dos furos de ventilação. Na tubulação, uma única porta pode ser fabricada. A única porta de tubulação pode ser usada como uma porta de purga de vácuo e uma porta de preenchimento de eletrólito. O vácuo é aplicado à porta de tubulação por meio de uma bomba de vácuo a pressões baixas, tal como cerca de 73,66 centímetros (29 polegadas) de Hg, então, a válvula de fonte de vácuo é
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65/74 desligada, e válvula de preenchimento é conectada a uma fonte de e aberta permitindo que o eletrólito preencha todas as células da batería simultaneamente. Os furos de ventilação podem ser formados nos quadros sobre o separador quando os quadros são fabricados ou moldados. Um canal de ventilação integrado pode ser formado por pré-perfuração ou formação de furos nos quadros dos separadores e nos substratos usados para as placas de batería. Estes furos podem ser alinhados para formar um canal. Este canal pode se comunicar com os furos de ventilação que se comunicam com as células eletroquímicas. O canal de ventilação integrado pode ser um dos canais transversais em que os canais transversais têm um furo de ventilação que se comunica com cada uma das células eletroquímicas. Pode haver dois canais integrados com furos de ventilação que se comunicam com cada célula eletroquímica. A formação de um canal integrado pode ser atingida fornecendo-se uma membrana ou inserto no canal transversal com furos de ventilação para cada célula química elétrica. O canal pode ser formado a partir de insertos, mangas ou saliências que têm furos de ventilação ou formar furos de ventilação que se comunicam com as células eletroquímicas. Os canais integrados podem ser pressurizados para impedir o fluxo reverso de eletrólito. O canal integrado pode ser terminado com uma válvula para controlar a pressão interna da montagem. Antes do uso, o canal pode ser usado para preencher as células eletroquímicas com eletrólito. A válvula pode estar localizada numa das placas de extremidade. O canal pode ser rosqueado após a montagem ou pode ser pré-rosqueado antes da montagem para inserção de uma válvula. A válvula pode ser inserida e retida com o uso de quaisquer meios conhecidos para inserção e retenção. Alguns dos componentes usados nos artigos divulgados no presente documento são adaptados para estarem dispostos adjacentes a outros componentes divulgados. Os componentes que são projetados para estarem localizados em outros componentes podem ter ou utilizar componentes ou técnicas conhecidas no campo para reter as peças na relação adequada umas em relação a outras. Os componentes ou técnicas particulares usados para manter os componentes em relação uns aos outros são selecionados
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66/74 com base nos componentes, preferências de relação e projeto do versado na técnica que projeta e monta as montagens da divulgação.
Modalidades ilustrativas
[089] As descrições a seguir das Figuras são fornecidas para ilustrar os ensinamentos no presente documento, mas não se destinam a limitar o escopo do mesmo. Um ou mais recursos ilustrados numa figura podem ser combinados com um ou mais recursos de outra figura.
[090] As Figuras 1 e 2 mostram, ambas, uma placa de batería 10. A placa de batería 10 inclui um substrato 11.0 substrato 11 inclui um quadro 20 sobre sua periferia. O quadro 20 se projeta a partir do substrato 11.0 substrato 11 inclui insertos 41 que se projetam a partir do mesmo. Os insertos 41 incluem aberturas 40. Os insertos 41 se projetam através de espaços vazios 128a, b. Os espaços vazios 128a, b são formados, ambos, na pasta 105 e folha de transferência 103. Os insertos 41 se projetam além da pasta 105 e da folha de transferência 103. Na Figura 1, a folha de transferência 103 é mostrada como substancialmente plana. Na Figura 2, a folha de transferência 103 inclui uma superfície corrugada.
[091] As Figuras 3 e 4 mostram, ambas, uma placa de batería 10 configurada como uma placa bipolar. A placa de batería 10 inclui um substrato 11.0 substrato 11 inclui um quadro 20 localizado em suas bordas. Por exemplo, o quadro 20 pode se estender sobre a periferia do substrato 11.0 quadro 20 inclui recursos não planos, tais como bordas elevadas. As bordas elevadas 20a,b se estendem na direção oposta do substrato 11 e do material ativo 12, 13. As bordas elevadas 20a,b podem ser úteis em permitir que a placa de batería 10 se empilhe com uma placa de batería adjacente (não mostrada). O material ativo inclui um cátodo 13 e um ânodo 12. O cátodo 13 e o ânodo 12 incluem, cada um, uma pasta 105. Na Figura 4, as projeções 114 se estendem a partir do substrato 11. As projeções 114 são localizadas abaixo de uma superfície da pasta 105.
[092] A Figura 5 mostra um molde 101 para a aplicação de uma pasta 105 (não mostrada) a uma folha de transferência 103 (não mostrada). Uma folha de transferência 103 tem a capacidade de ser localizada num alojamento 130 de
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67/74 uma placa móvel 102 do molde 101 de modo a ter a pasta 105 aplicada no mesmo. O alojamento 130 é formado como uma depressão ou cavidade dentro da placa móvel 102. O molde 101 inclui insertos 124. Os insertos 124 são localizados no alojamento 130 de modo que os insertos 124 se projetem na direção oposta da placa móvel 102. Os insertos 124 pode se assemelhar a colunas que se projetam dentro do alojamento 130. O molde 101 inclui um bocal de extrusão 106. O bocal de extrusão 106 inclui um êmbolo 120. O êmbolo 120 aplica uma pressão baixa constante à pasta 105 (não mostrada) que reside dentro de uma caixa de pasta 122. A pasta 105 é empurrada através do bocal de extrusão 106 para uma área de molde 104 de modo que a pasta 105 seja aplicada a uma superfície da folha de transferência 103. Na medida em que a pasta 105 é aplicada, a placa móvel 102 move a folha de transferência 103 que tem a pasta 105 na mesma numa direção do movimento 107 na direção oposta ao bocal de extrusão 106. Uma pluralidade de elementos de transporte 132 fornece o movimento da placa móvel 102 na direção do movimento 107.
[093] A Figura 6 mostra uma placa móvel 102 de um molde 101 (conforme mostrado na Figura 5). A placa móvel 102 inclui um alojamento 130. Dentro do alojamento 130 está uma folha de transferência 103. Localizada na folha de transferência 103 está uma pasta 105. Por exemplo, após a pasta 105 ter sido aplicada à folha de transferência 103 por meio de um bocal de extrusão 106 (conforme mostrado na Figura 5). O molde 101 inclui insertos 124. Os insertos 124 se projetam para o alojamento 130 e na direção oposta à placa móvel 102. Os insertos 124 se projetam através das aberturas 128a da folha de transferência 103. As aberturas 128a são formadas na folha de transferência 103 antes de a folha de transferência 103 ser colocada no alojamento 130. Os insertos 124 se projetam além de uma superfície superior 134 da folha de transferência 103. Quando a pasta 105 é aplicada à superfície superior 134 da folha de transferência 103, os insertos 124 impedem a pasta 105 de preencher as aberturas 128a e resultam em aberturas 128b formadas dentro da pasta 105. As aberturas 128b da pasta 105 são, assim, alinhadas com as aberturas 128a da folha de transferência
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103. Quando a folha de transferência 103 e a pasta 105 são montadas numa placa de batería 10 (conforme mostrado nas Figuras 1 ou 2), as aberturas 128a, b podem ser alinhadas com outras aberturas para formar um ou mais canais.
[094] A Figura 7 ilustra um processo 200 para preparar uma placa de batería 10 com um molde 101 e, então, montar dentro de uma pilha de placas de batería 10 para formar um conjunto de batería. A placa de batería 10 pode ser uma placa bipolar, embora o processo seja similar para uma placa monopolar. A primeira etapa 202 inclui colocar a folha de transferência 103 dentro do molde 101. A folha de transferência 103 pode ser uma folha de transferência positiva. A segunda etapa 204 inclui aplicar uma pasta 105 à folha de transferência 103. A pasta 105 é um material ativo positivo (PAM). A folha de transferência 103 em combinação com a pasta 105 que é um material ativo positivo (PAM) formam um cátodo 13. A terceira etapa 206 inclui remover a folha de transferência 103 e a pasta 105, ou cátodo 13, do molde 101 e transferir para um substrato 11. A quarta etapa 208 inclui colocar a folha de transferência 103 dentro do molde 101. A folha de transferência 103 pode ser uma folha de transferência negativa. A quinta etapa 210 inclui aplicar uma pasta 105 à folha de transferência 103. A pasta 105 é um material ativo negativo (NAM). A folha de transferência 103 em combinação com a pasta 105 que é um material ativo negativo (PAM) formam um ânodo 12. A sexta etapa 212 inclui remover a folha de transferência 103 e a pasta 105, ou ânodo 13, do molde 101 e transferir para o substrato 11.0 ânodo 12 é localizado na superfície oposta do substrato 11 como o cátodo 13. A primeira etapa 202 à terceira etapa 206 podem ser realizadas antes, após ou em paralelo com a quarta etapa 208 à sexta etapa 212. A placa de batería 10 é montada como uma placa bipolar uma vez que o ânodo 12 e o cátodo 13 são localizados na mesma. A sétima etapa 214 inclui transferir e adicionar a placa de batería montada 10 para uma pilha de placas de batería. A primeira etapa 202 à sétima etapa 214 podem ser repetidas quantas vezes for desejado até um tamanho de pilha desejado ser alcançado. A última etapa 218 envolve curar a pilha de placas de batería montadas. A pilha pode precisar ser movida, tal como de uma linha ou estação de
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69/74 montagem para uma área de cura.
[095] As Figuras 8A a 8C mostram uma série de etapas que usam moldes 101 com placas móveis 102 para formar cátodos 13 e ânodos 12 para preparar placas de batería 10, tais como placas bipolares. A Figura 8A mostra o molde 101 com uma folha de transferência 103 disposta numa placa móvel 102. A folha de transferência 103 é localizada dentro de uma área de molde 104 do molde 101. A Figura 8B ilustra uma pasta 105 que é injetada na área de molde 104. A pasta 105 é injetada por meio de um bocal de extrusão 106. A pasta 105 é empurrada através de um orifício sob baixa pressão para preencher a área de molde 104 na medida em que a folha de transferência 103 passa. A direção do movimento do molde 101 em relação ao bocal de extrusão é mostrada pela seta 107. A Figura 8C ilustra a placa móvel 102 que é estendida em direção a um substrato 11 de modo que a pasta 105 entre em contato com o substrato 11. A pasta 105 e a folha de transferência 103 podem, assim, se tornar montadas com o substrato 11 para formar parte da placa de batería 10. A pasta 105 e a folha de transferência 103 podem ser localizadas dentro de um quadro 20 do substrato 11.
[096] As Figuras 9 e 10 ilustram uma pilha de placas de batería 10 e separadores 14 que formam um conjunto de batería 1. A Figura 9 ilustra uma vista parcialmente explodida da pilha ao mesmo tempo que a Figura 10 ilustra uma vista em perspectiva da pilha. É mostrada uma placa de extremidade 25 que tem um furo terminal 42 e furos 39 para colunas 17 na forma de cavilhas e porcas 19. Adjacente à placa de extremidade 25 está uma placa de batería 10 que é uma placa monopolar 43 que tem um quadro 20 com uma borda elevada. A placa monopolar 43 tem insertos elevados 41 que circundam os furos 40 usados para formar um canal transversal 16 e coluna 17 nos furos. Adjacente à placa monopolar 43 está um separador 14. O separador 14 tem um quadro 34 sobre a periferia. O separador 14 inclui uma manta de vidro adsorvente 36 que compreende a porção central dentro do quadro 34. Insertos moldados 35 que circundam os furos de inserto moldados 37 para formar os canais transversais 16 são mostrados. Adjacente ao separador 14 está uma placa bipolar 44. A placa
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70/74 bipolar 44 inclui um quadro 20 sobre a periferia. O quadro 20 é uma superfície elevada. Os insertos elevados 41 são elevados para formar o canal transversal 16. Os insertos elevados 41 formam furos de inserto elevado 40 para o canal transversal. A Figura 10 mostra a pilha de placas de batería 10 e separadores 14. São mostradas placas de extremidade 25, quadros de substrato de placa de batería 20, quadros de separador 34, colunas 17 e porcas 19 sobre as colunas 17. Um furo terminal 42 na placa de extremidade 25 tem um terminal de batería 33 localizado no mesmo.
[097] A Figura 11 mostra uma vista lateral de uma pilha de placas de batería 10 que formam um conjunto de batería 1. As placas de batería 10 incluem placas monopolares 43 nas extremidades opostas da pilha de placas de batería 10. Entre as placas monopolares opostas 43 está uma pluralidade de placas bipolares 44. Cada uma das placas de batería 10 inclui um substrato 11. Adjacentes a cada substrato 11 das placas bipolares 44 estão ânodos 12 e cátodos 13. Disposto entre cada par de ânodos 12 e cátodos 13 está um separador 14. O separador 14 é mostrado como uma manta de vidro absorvente que tem um eletrólito líquido absorvido na mesma. Cada par de ânodos 12 e cátodos com o eletrólito entre os mesmos formam uma célula eletroquímica. Também é mostrado um canal transversal 16. Uma vedação de canal 15 é disposta dentro do canal transversal 16. A vedação de canal 15 é formada como um tubo de borracha. Localizada dentro da vedação de canal 15 está uma coluna 17. A coluna 17 está na forma de uma cavilha rosqueada. No final da coluna 17 estão porções sobrepostas na forma de uma cabeça de cavilha 18 e porca 19. Sobre a borda dos substratos 11 de ambas as placas monopolares 43 e placas bipolares 44 estão os quadros 20.
[098] A Figura 12 mostra uma placa de extremidade 25. A placa de extremidade 25 é disposta sobre o substrato 11 da placa monopolar 43. A placa de extremidade 25 é localizada oposta a um ânodo 12 ou cátodo 13 disposto no substrato 11 da placa monopolar 43. A placa de extremidade 25 é localizada sobre a porção sobreposta exposta da coluna 17, tal como a porca 19. Uma vedação 22 é colocada entre a porca 19 na coluna 17 e a placa monopolar 43. A
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71/74 vedação 22 inclui uma superfície de vedação 23. A superfície de vedação 23 está em contato com uma superfície oposta 24 da placa monopolar 43.
[099] A Figura 13 mostra a aplicação de uma membrana 27 como parte de um conjunto de batería 1. A membrana 27 é aplicada sobre as bordas da pilha de placas de batería 10. Uma placa de extremidade 25 é mostrada com quatro porcas 19 separadas na extremidade das colunas 17. As placas de extremidade 25 são mostradas em cada extremidade da pilha de placas de batería 10. São dispostos sobre os substratos 11 os quadros 20. Entre os quadros 20 dos substratos 11 estão os quadros 34 para os separadores 14. Uma membrana 27 é aplicada aos quadros de substrato 20 e aos quadros de separador 34 com o uso de uma fonte de calor 26 e pressão 28 para vedar a membrana 27 às bordas da parte de quadros de substrato 20 e quadros de separador 34 da pilha de placas de batería 10.
[0100] A Figura 14 mostra um conjunto de batería 1. O conjunto de batería 1 inclui uma pilha de placas de batería 10. A pilha de placas de batería 10 inclui quadros 20 de substratos 11 intercalados com os quadros 34 de separadores 14. São mostradas as placas de extremidade 25. Uma placa de extremidade 25 mostra quatro porcas 19 separadas. São também mostrados furos de ventilação 30. Os furos de ventilação 30 são perfurados nas células eletroquímicas. Uma tubulação 31 é adaptada para cobrir os furos de ventilação 30. A tubulação 31 é adaptada para formar um espaço vazio comum para os furos de ventilação 30. É também mostrada uma válvula de retenção 32. A válvula de retenção 32 é disposta na tubulação 31 em contato com o espaço vazio comum, não mostrado. São também mostradas duas colunas terminais 33. As colunas terminais 33 são os terminais negativo e positivo para o conjunto de batería 1.
[0101] A Figura 15 mostra um separador 14. O separador 14 inclui um quadro 34. O quadro 34 é integralmente moldado como parte do separador 14. O separador 14 também inclui quatro insertos 35. Os insertos 35 são também integralmente moldados como parte do separador 14. Os insertos 35 incluem furos 37 através dos mesmos. Os furos 27 são adaptados para formar parte de uma pluralidade de
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72/74 canais transversais 16 (não mostrados). O quadro 34 é disposto sobre a manta de vidro absorvente 36.
[0102] A Figura 16 mostra um conjunto de batería 1. O conjunto de batería 1 incluía colunas 38 que são moldadas no mesmo tendo cabeças moldadas 47. As cabeças moldadas 47 são localizadas na placa de extremidade 25.
[0103] A Figura 17 mostra um conjunto de batería 1. São mostradas colunas 17 e porcas 19 na placa de extremidade 25. A placa de extremidade 25 inclui um furo terminal 42 com um terminal 33 localizado no mesmo. O conjunto de batería inclui uma tubulação 31 e um válvula de retenção 32. O disposto sobre a periferia da pilha de placas de batería 10 (não mostrado) é uma membrana 27 como parte do conjunto de batería 1.
[0104] A Figura 18 mostra um corte ao longo do plano mostrado pela linha A-A na Figura 17 através dos canais transversais 16. É mostrada uma placa monopolar 43 que tem um substrato 11 e um cátodo 13 e que tem um quadro 20 nas extremidades do substrato 11. Adjacente ao cátodo 13 da placa monopolar 43 está um separador 14 que tem um quadro 34 em cada extremidade. Adjacente ao separador 14 está uma placa bipolar 44 que tem um ânodo 12. O ânodo 12 está disposto num substrato 11, na superfície oposta do substrato 11 está um cátodo 13, e disposto na extremidade nesta vista está o quadro 20. Nesta vista, há diversas placas bipolares 44 dispostas conforme descrito. Entre as placas bipolares 44 estão os separadores 14. Na extremidade oposta da pilha está uma placa monopolar 43 que tem um substrato 11, com um quadro 20 mostrado nas extremidades nesta vista, e um ânodo 12 voltado para o separador adjacente 14. Os pares de placas de batería formam células eletroquímicas com os separadores 14 localizados nas células. São também mostrados os canais transversais 16 que têm vedações de canal 15 e colunas 17 dispostas nos mesmos e porcas 19 na extremidade das colunas 17. A Figura 19 mostra uma vista em recorte parcial da extremidade de um conjunto de batería 1 ao longo da linha B-B da Figura 17. São mostrados os furos de ventilação 30. A Figura 20 mostra uma vista em recorte da montagem da Figura 17 ao longo da seção C-C. A seção C-C é tomada através
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73/74 dos furos de ventilação 30 até as células eletroquímicas. São mostrados furos de ventilação 30 para cada célula eletroquímica do conjunto de batería 1.
[0105] A Figura 21 mostra um conjunto de batería 1. O conjunto de batería 1 inclui uma válvula 50 numa placa de extremidade 25. A válvula 50 está em comunicação com um canal integrado 46 (não mostrado). O canal integrado 46 (não mostrado) está em comunicação com uma pluralidade de furos de ventilação 30 (não mostrados). A Figura 22 mostra uma vista em recorte da montagem da Figura 21 ao longo da seção E-E. O conjunto de batería 1 inclui um canal integrado 46. O canal integrado 46 está em comunicação com os furos de ventilação 30. Cada furo de ventilação 30 está em comunicação com uma célula eletroquímica. O canal integrado 46 se comunica com uma válvula 50 na extremidade da pilha de placas de batería do conjunto de batería 1. A Figura 23 mostra uma vista em recorte da montagem da Figura 21 ao longo da seção F-F. A seção F-F passa através de um canal integrado 46. O canal integrado 46 está em comunicação com os furos de ventilação 30.
[0106] A Figura 24A ilustra um separador 14 e a Figura 24B ilustra uma vista em primeiro plano de uma ventilação 51 do separador 14. O separador 14 tem uma manta de vidro absorvente 36. O separador 14 inclui uma pluralidade de insertos 35 moldados no mesmo. Cada inserto 35 inclui um furo 37 através do mesmo. Um dos insertos 35 inclui uma ventilação (furo de ventilação). A ventilação 51 se comunica entre o furo 37 e a manta de vidro absorvente 36 do separador. É também mostrado o quadro 34 sobre o separador 14. A Figura 24B é uma vista em primeiro plano do inserto 35 que tem um duro 37 e a ventilação 51. A ventilação 51 se comunica entre o furo 37 e a manta de vidro absorvente 36 do separador 14.
Quaisquer valores numéricos mencionados no pedido incluem todos os valores do valor mais baixo ao mais alto em incrementos de uma unidade, contanto que haja uma separação de pelo menos 2 unidades entre qualquer valor mais baixo e qualquer valor mais alto. Estes são apenas exemplos do que se pretende especificamente, e todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o
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74/74 menor valor e o maior valor enumerados devem ser consideradas como sendo expressamente declaradas neste pedido de uma maneira similar. A não ser que determinado de outro modo, todas as faixas incluem ambos os pontos de extremidade e todos os números entre os pontos de extremidade. O termo “que consiste essencialmente em” para descrever uma combinação deve incluir os elementos, ingredientes, componentes ou etapas identificados e tais outros elementos, ingredientes, componentes ou etapas que não afetam materialmente as características básicas e inovadoras da combinação. O uso dos termos “que compreende” ou “que inclui” para descrever combinações de elementos, ingredientes, componentes ou etapas no presente documento também contempla modalidades que consistem essencialmente nos elementos, ingredientes, componentes ou etapas. Elementos, ingredientes, componentes ou etapas plurais podem ser fornecidos por um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada. Alternativamente, um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada pode ser dividido em elementos, ingredientes, componentes ou etapas plurais separadas. A divulgação de “um (artigo)” ou “um (numeral)” para descrever um elemento, ingrediente, componente ou etapa não se destina a excluir elementos, ingredientes, componentes ou etapas adicionais.
Claims (10)
1. Placa de batería, caracterizada pelo fato de compreender:
a) um substrato que tem uma primeira superfície oposta a uma segunda superfície e uma ou mais estruturas não planas;
b) um ou mais materiais ativos dispostos na primeira superfície, na segunda superfície ou tanto na primeira superfície quanto na segunda superfície;
c) uma ou mais projeções que se estendem da primeira superfície, da segunda superfície ou de ambos os substratos que estão dispostos dentro do material ativo e não se estendem além do mesmo;
em que a placa de batería é adaptada para formar parte de uma ou mais células eletroquímicas num conjunto de batería; e em que a placa de batería é uma das seguintes:
i) uma placa monopolar na qual um ou mais materiais ativos são aplicados à primeira superfície do substrato enquanto a segunda superfície permanece isenta de qualquer material ativo;
ii ) uma placa bipolar na qual o um ou mais materiais ativos estão dispostos tanto na primeira superfície do substrato quanto na segunda superfície do substrato, em que o material ativo na primeira superfície funciona como um ânodo e o material ativo na segunda superfície funciona como um cátodo; ou ii i) uma placa polar dupla na qual o um ou mais materiais ativos estão dispostos tanto na primeira superfície do substrato quanto na segunda superfície do substrato, em que o material ativo na primeira superfície e na segunda superfície funciona como um ânodo ou o material ativo na primeira superfície e na segunda superfície funciona como um cátodo.
2. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma ou mais folhas de transferência serem ligadas ao um ou mais materiais ativos opostos ao substrato..
3. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de cada uma de uma ou mais folhas de transferência compreender um material poroso adaptado para evitar que o material ativo penetre nos poros da folha de
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2/3 transferência enquanto permite que um eletrólito líquido passe pela folha de transferência ; e em que a pluralidade de poros do material poroso ter um tamanho de cerca de 35 microns ou mais a cerca de 2000 microns ou menos.
4. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de a uma ou mais folhas de transferência compreenderem uma folha produzida a partir de vidro, polímero ou ambos, que é tecida, não tecida, extrudada ou qualquer combinação das mesmas.
5. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de o substrato ter um quadro sobre uma periferia do substrato; e sendo que o um ou mais materiais ativos e a uma ou mais folhas de transferência têm uma área em corte transversal menor que a área em corte transversal de um interior do quadro de modo que o um ou mais materiais ativos e a uma ou mais folhas de transferência estejam localizados no interior do quadro.
6. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a primeira superfície, a segunda superfície, ou ambas sob as quais o um ou mais materiais ativos estão dispostos terem uma superfície com uma ou mais regiões curvadas, regiões convexas, regiões côncavas, uma ou mais aberturas que passam pela mesma, ou qualquer combinação das mesmas.
7. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma ou mais projeções do substrato que estão dispostas no um ou mais materiais ativos tendo um formato para intensificar a adesão de um ou mais materiais ativo na primeira superfície, na segunda superfície ou em ambas do substrato.
8. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a placa de batería incluir uma ou mais projeções estendidas prolongando a partir do substrato que se projetam além do um ou mais materiais ativos, e em que a superfície de uma ou mais projeções estendidas mais distante de um ou mais materiais ativos é substancialmente livre de um ou mais materiais ativos ou uma poeira formada a partir de um ou mais materiais ativos.
9. Placa de batería, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de
Petição 870190132161, de 12/12/2019, pág. 81/94
3/3 uma ou mais folhas de transferência serem ligadas ao um ou mais materiais ativos opostos ao substrato, sendo que a uma ou mais projeções estendidas a partir do substrato são um ou mais insertos que se estendem por um ou mais espaços vazios formados no um ou mais materiais ativos e na uma ou mais folhas de transferência e os espaços vazios têm uma área em corte transversal maior que uma área em corte transversal exterior do um ou mais insertos; e em que o um ou mais insertos se projetam além do um ou mais materiais ativos.
10. Placa de bateria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a placa de bateria incluir um quadro sobre a periferia do substrato, sendo que o quadro ou uma porção do mesmo, na direção transversal à uma ou mais superfícies sob as quais o material ativo é depositado, se projeta além de um ou mais materiais ativos e é substancialmente isento de um ou mais materiais ativos ou uma poeira formada a partir de um ou mais materiais ativos.
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