BRPI0610356A2

BRPI0610356A2 - célula alcalina em formato de tablete

Info

Publication number: BRPI0610356A2
Application number: BRPI0610356-1A
Authority: BR
Inventors: Jonathan M Boulton; Stuart M Davis; Charles E O'brien; Thomas C Richards
Original assignee: Gillette Co
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2010-06-15
Also published as: US20050214648A1; WO2006124218A3; JP2008541398A; EP1882276A2; CN101176222A; WO2006124218A2; US7820329B2; CN100517802C; CN101527369A

Abstract

A presente invenção refere-se a uma célula alcalina em formato de tablete com uma estrutura laminar. A célula tem um par de lados opostos compreendendo ao menos a maior parte da superfície de contorno da dita célula e definindo entre si uma dimensão curta da célula. A célula compreende um conjunto de anodo e um conjunto de catodo ligados um ao outro para formar uma estrutura laminada. A célula compreende, de preferência, duas armações de plástico separadas que armazenam o material de anodo e de catodo. O coletor de corrente do anodo pode ser pré-revestido por um metal vedante formando uma película de óxido metálico resistente a álcali para otimizar a ligação à armação. O conjunto de anodo tem um material de anodo em seu interior tipicamente compreendendo zinco, enquanto o conjunto de catodo tem um material de catodo em seu interior tipicamente compreendendo dióxido de manganês. A célula é durável e de preferência rígida, tem trajetórias para bloqueio de vazamento alongadas, e é resistente ao vazamento de eletrólito.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULAALCALINA EM FORMATO DE TABLETE".

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a uma bateria alcalina em formato de tablete,com uma construção substancialmente laminar e uma alta razão de aspectoentre área e espessura. A invenção refere-se a uma célula alcalina emformato de tablete, em que o coletor de corrente do ânodo ou do cátodo épré-revestido com um metal vedante formando uma película de oxido metálicoresistente a substâncias alcalinas para otimizar a ligação. A invençãorefere-se a uma célula alcalina em formato de tablete, na qual o ânodocompreende zinco e o cátodo compreende dióxido de manganês.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As células eletroquímicas alcalinas convencionais tem um ânodocompreendendo zinco, um cátodo compreendendo dióxido de manganês eum eletrólito alcalino. A célula é tipicamente formada por uma carcaça externacilíndrica. A célula sem uso prévio tem uma tensão de circuito aberto (EMF) decerca de 1,6 volt e média de tensão de funcionamento típica entre cerca de1,0 e 1,2 Volts em uso de drenagem mediana (de 100 a 300 miliamperes). Acarcaça cilíndrica é inicialmente formada por uma extremidade aberta au-mentada e uma extremidade fechada oposta. Depois de o conteúdo da célulater sido adicionado, um conjunto de tampa com anel isolante e tampa determinal negativo é inserido na extremidade aberta da carcaça. A extremidadeaberta é fechada ao se efetuar f risagem na borda da carcaça sobre uma bordado anel isolante e ao comprimir radialmente a carcaça em torno do anel iso-lante a fim de proporcionar um selo hermético. O anel isolante proporcionaisolamento elétrico entre a tampa de terminal negativo e a carcaça da célula.Uma porção da carcaça da célula na extremidade fechada oposta forma oterminal positivo.

As células alcalinas convencionais de formato cilíndrico estãodisponíveis em diversos tamanhos normalmente passíveis de reconheci-mento, especificamente células de tamanho AAAA, AAA, AA, C e D. No pe-dido de patente cedido à mesma requerente com número de série U.S.10/722879 depositado em 26 de novembro de 2003, descreve-se uma célulalaminar, na qual o conteúdo da célula é encerrado em um compartimento demetal sólido. O compartimento de metal tem uma superfície de corpo integral,com uma extremidade fechada e uma extremidade aberta oposta à mesma. Oconteúdo da célula é inserido através da extremidade aberta que é, então,lacrada com uma tampa. A tampa é projetada com uma saia de metal, um anelisolante de plástico, e um pino ou rebite de metal disposta no interior do ditoanel isolante. A saia de metal é comprimida em redor do anel isolante, o qual écomprimido em redor do pino de metal para formar uma vedação resistente aálcali em ambas as interfaces. A saia de metal do conjunto de tampa é, então,unido ao compartimento de metal mediante soldagem.

Vem se tornando cada vez mais difícil preencher essas célulascom material de ânodo e de cátodo, conforme a espessura desejada da célulase torna menor, por exemplo, muito abaixo de cerca de 6 mm. Portanto, existeuma necessidade por uma célula alcalina plana ou laminar, que possa serprontamente industrializada e preenchida com o conteúdo da célula mesmopara espessuras de célula inferiores a cerca de 6 mm, por exemplo entrecerca de 0,5 mm e 6 mm, desejavelmente entre cerca de 1,5 e 4 mm. Istodisponibilizará a célula alcalina prismática delgada para o uso como uma fontede energia primária (não-recarregável) ou como uma fonte de energia dereserva para dispositivos eletrônicos pequenos, que podem normalmente seralimentados por uma célula recarregável delgada, como uma célula de íon delítio delgada. Mediante o devido ajuste da química da célula e dos compo-nentes internos poderia também ser construída uma célula alcalina delgadarecarregável. Ao longo dos últimos anos, muitos dispositivos eletrônicos comorádios portáteis, tocadores de áudio e dispositivos de comunicação vêm setornando cada vez menores e mais delgados. Portanto, existe uma necessi-dade por células em formato de tablete delgadas e laminares, de pequenaespessura geral, para uso nesses dispositivos eletrônicos pequenos.

As célula eletroquímicas alcalinas primárias tipicamente incluemum material ativo do ânodo em zinco, um eletrólito alcalino, um material ativodo cátodo em dióxido de manganês, e uma película separadora permeável aeletrólitos, tipicamente em celulose ou em fibras celulósicas e de álcool poli-vinílico. O material ativo do ânodo pode incluir, por exemplo, partículas dezinco misturadas a agentes gelificantes convencionais, como carboximetilcelulose sódica ou o sal sódico de um copolímero de ácido acrílico, e umeletrólito. O agente gelificante serve para suspender as partículas de zinco epara mantê-las em contato uma com a outra. Tipicamente, um pino de metalcondutor inserido no material ativo do ânodo serve como o coletor de correntedo ânodo, o qual está eletricamente conectado à tampa do terminal negativo.

O eletrólito pode ser uma solução aquosa de um hidróxido de metal alcalino,por exemplo hidróxido de potássio, hidróxido de sódio ou hidróxido de lítio. Ocátodo tipicamente inclui dióxido de manganês particulado como o materialeletroquimicamente ativo misturado a um aditivo eletricamente condutor, ti-picamente um material de grafite, para acentuar a condutividade elétrica.

Opcionalmente, uma pequena quantidade de aglutinantes poliméricos, porexemplo um aglutinante de polietileno e outros aditivos, como compostoscontendo titânio, podem ser adicionados ao cátodo.

O dióxido de manganês usado no cátodo é, de preferência, dió-xido de manganês eletrolítico (DME), o qual é produzido mediante a eletrólisedireta de um banho de sulfato de manganês e ácido sulfúrico. O DME é de-sejável, já que tem alta densidade e alta pureza. A condutividade elétrica(1/resistividade) do DME é bastante baixa. Um material eletricamente con-dutor é adicionado à mistura de cátodo para melhorar a condutividade elétricaentre as partículas individuais de dióxido de manganês. Esse aditivo eletri-camente condutor também acentua a condutividade elétrica entre as partí-cuias de dióxido de manganês e a carcaça da célula, que também serve comocoletor de corrente do cátodo em células alcalinas cilíndricas convencionais.

Os aditivos eletricamente condutores adequados podem incluir, por exemplo,grafite, material grafítico, e pós de carvão condutores, como negros de fumo,inclusive negros de acetileno. De preferência, o material condutor compre-ende grafite natural cristalino em flocos, ou grafite sintético cristalino em flocos,ou grafite expandido ou esfoliado, ou nanofibras de carbono grafítico e mis-turas desses itens.Existem baterias recarregaveis pequenas e de formato retangularatualmente disponíveis, as quais são usadas para alimentar dispositivos ele-trônicos pequenos, como tocadores de áudio MP3 e tocadores de mini disco(MD). Essas baterias são, tipicamente, de formato retangular (cubóide) maisou menos do tamanho de um pacote de goma de mascar. O termo "cubóide",para uso na presente invenção, significa sua definição geométrica normal,especificamente um "paralelepípedo retangular". Essas baterias podem, porexemplo, estar sob a forma de cubóides de níquel-hidreto metálico (NiMH)recarregaveis, de tamanho F6 ou 7/5F6, de acordo com o tamanho padrãopara essas baterias, conforme estabelecido pela Comissão Internacional deEletrotécnica (IEC, ou International Electrotechnical Commission). O tamanhoF6 tem espessura de 6,0 mm, largura de 17,0 mm e comprimento de 35,7 mm(sem o rótulo). Existe uma versão do tamanho F6 em que o comprimento podeser tão longo quanto cerca de 48,0 mm. O tamanho 7/5-F6 tem espessura de6,0 mm, largura de 17,0 mm e comprimento de 67,3 mm. A média de tensãode funcionamento das baterias F6 ou 7/5F6 recarregaveis de NiMH, quandoutilizadas para alimentar tocadores de áudio digital miniaturizados, como umtocador de áudio MP3 ou um tocador de mini disco (MD), situa-se entre cercade 1,0 e 1,2 volt, tipicamente cerca de 1,12 volt.

Quando usadas para alimentar um tocador de mini disco (MD), abateria é drenada a uma taxa situada entre cerca de 200 e 250 miliamperes.Quando usadas para alimentar um tocador de áudio digital em MP3, a bateriaé tipicamente drenada a uma taxa de cerca de 100 miliamperes.

Seria desejável obter uma bateria alcalina pequena e plana, como mesmo tamanho e formato das baterias de níquel-hidreto metálico de ta-manho pequeno e formato cubóide (paralelepípedo retangular), de modo quea dita bateria alcalina de tamanho pequeno possa ser usada de maneira in-tercambiável com a bateria de níquel-hidreto metálico para alimentar disposi-tivos eletrônicos pequenos, como tocadores de mini disco ou de MP3.

Conforme mencionado acima seria desejável, também, ter umacélula alcalina em formato de tablete com espessura geral menor que 6 mm, porexemplo entre cerca de 0,5 e 6 mm, de preferência entre cerca de 1,5 e 4 mm.É desejável que a célula em forma de tablete seja projetada demodo a minimizar ou reduzir em muito o risco de vazamento de eletrólitos.Nas referências de M. Hull, H. James, "Why Alkaline Cells Leak" Journal of theElectrochemical Society, Volume 124, N° 3, março de 1977, páginas 332 a329) e S. Davis, M. Hull, "Aspects of Alkaline Cell Leakage", Journal of theElectrochemical Society, Volume 125, N° 12, dezembro de 1978) um aspectodo vazamento de células alcalinas é explicado em termos da redução ele-troquímica do oxigênio atmosférico na presença de umidade adsorvida noterminal negativo externo da célula, que forma íons OH. Esses íons OH" ele-troquimicamente gerados atraem, então, os íons positivos hidratados comoK(H20)x+ ou Na(H20)x+. Os íons de K(H20)x+ ou Na(H20)x+ têm origem nointerior da célula, migrando através da superfície negativa da vedação e até oexterior da célula, de modo a manter a neutralidade elétrica na película deumidade adsorvida. O resultado final é a atração do eletrólito de KOH ou deNaOH do interior da célula para a superfície do terminal, com efeito promo-vendo a migração ou escoamento do dito eletrólito do interior da célula para asuperfície do terminal.

É desejável, também, que essas células delgadas em formato detablete contenham material ativo suficiente para servir como uma fonte deenergia duradoura para um dispositivo consumidor de energia. Portanto,embora sejam delgadas, as células em formato de tablete precisam ter,também, uma área projetada e um volume interno suficientemente grandespara conter uma quantidade suficiente de materiais ativos para fornecer e-nergia elétrica a uma taxa substancial e durante um período de tempo subs-tancial.

Na discussão a seguir, uma célula em forma de tablete significauma célula de unidade laminar delgada. A célula pode ter uma ou mais desuas superfícies plana, curva ou aleatoriamente distorcida. A célula pode teruma espessura uniforme, ou sua espessura pode variar de um ponto a outro.

A célula pode ser simétrica ou assimétrica no que refere-se a qualquer ponto,eixo geométrico ou plano. A "área ocupada" pela célula é definida como amáxima área projetada ortogonal da célula sobre qualquer superfície plana,quando todas as possíveis orientações da dita célula foram consideradas.

As bordas da célula são as superfícies externas, uma ou mais dasquais constituirão a dimensão da espessura, dependendo do formato da cé-lula. No caso de uma célula com espessura variável, a espessura terá umvalor máximo em algum ponto determinado. A face da célula é uma superfícieexterna que define a área ocupada pela célula, e que tem um eixo de es-pessura nominalmente perpendicular. Caso a célula seja plana e com es-pessura uniforme, a área de cada face será igual àquela ocupada pela célula.

Caso a célula seja curva, de espessura não-uniforme, ou ambos, a área decada face pode igualar-se ou exceder aquela da área ocupada pela célula. Demaneira similar, as bordas da célula não precisam ter uma espessura uni-forme.

Seria desejável que essa célula em forma de tablete fosse pron-tamente fabricada de modo a conformar-se aos formatos e tamanhos, porexemplo, em que ao menos um dos lados é poligonal ou alternativamentecircular, oval ou ao menos parcialmente curvilíneo.

Portanto, seria desejável que essa célula em forma de tabletepudesse ser prontamente fabricada, para permitir a fácil inserção do conteúdoda célula mesmo em uma célula com espessura tão pequena, de menos que 6mm. A célula em forma de tablete precisa, ainda assim, ser resistente e du-rável o suficiente para suportar a pressão interna dos gases emanados, re-sistir a danos oriundos de abuso mecânico e do manuseio, e evitar qualquervazamento de eletrólito devido a falha de vedação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um aspecto principal da invenção refere-se a uma célula alcalinaprimária ou secundária em formato de tablete. A célula em forma de tablete éprojetada de modo a funcionar como uma fonte de energia elétrica, compre-endendo um terminal negativo e um terminal positivo, e um par de lados o-postos compreendendo ao menos a maior parte da superfície de contorno dadita célula. Os lados opostos definem, a um determinado ponto entre si, umamédia da dimensão curta da célula (a espessura). A célula compreende umconjunto de ânodo e um conjunto de cátodo ligados um ao outro para formaruma estrutura laminada.

Em um aspecto, a célula pode ter uma construção substancial-mente laminar que inclui diversas interfaces de vedação entre os elementoscondutores e não-condutores da mesma. Um selante resistente ao eletrólitoalcalino está disposto no interior dessas interfaces. As interfaces de vedaçãocontendo selante são protegidas contra forças de descolamento e cisalha-mento por meio de recursos de desenho mecânico, ou mediante o uso de umadesivo estrutural. É empregado um novo desenho da célula e do invólucro,para garantir que a potencial trajetória de vazamento do interior da célula a umdos dois terminais da mesma seja substancialmente mais longa que a di-mensão de espessura da bateria.

Em um aspecto principal, a célula alcalina em formato de tableteda invenção tem um ânodo compreendendo zinco, um cátodo compreen-dendo dióxido de manganês e um eletrólito alcalino, de preferência hidróxidode potássio aquoso. No entanto, a célula alcalina em formato de tablete podeter o ânodo e o cátodo em outros materiais ativos, e outros eletrolitos alcalinossão possíveis. Por exemplo, o ânodo pode compreender zinco, cádmio ou ligade hidreto metálico, enquanto o cátodo pode compreender dióxido de man-ganês, oxi-hidróxido de níquel, oxido de prata (Ag20 ou AgO, por si só ou emmistura), oxido de cobre (CuO), oxido de prata e cobre (AgCu02 or Ag2Cu203por si só ou em mistura um com o outro, ou ainda em mistura com Mn02).

Cada um dos materiais de ânodo acima relacionados pode ser combinadocom cada um dos materiais de cátodo acima relacionados. O eletrólito alcalinopode compreender hidróxido de sódio ou misturas de hidróxido de sódio ehidróxido de potássio, o que reduz a tendência do eletrólito a migrar do interiorda célula. A célula em forma de tablete pode, também, estar sob a forma deuma bateria recarregável.

Dentro do conjunto de ânodo ou do conjunto de cátodo, está in-cluída uma camada separadora que pode ser uma película, uma membranaou um material não-tecido permeável a íons. Alternativamente, a camadaseparadora pode estar situada entre os conjuntos de ânodo e de cátodo e, emalgumas modalidades, pode projetar-se para dentro de uma porção da áreade vedação formada pelas superfícies de acoplamento dos conjuntos deânodo e de cátodo.

Em uma modalidade específica, a célula tem um formato cubóide.

A célula pode ter uma espessura pequena, por exemplo entre cerca de 0,5 e 6mm, por exemplo entre cerca de 1,5 e 6 mm, tipicamente entre cerca de 1,5 e4 mm.

Em um aspecto principal da invenção, o conjunto de ânodocompreende um compartimento para o dito ânodo, e o conjunto de cátodocompreende um compartimento para o dito cátodo. Uma camada separadorapode estar disposta no interior do conjunto de ânodo ou de cátodo de modo aficar voltada para o conjunto oposto, ou pode estar disposta entre esses doisconjuntos. Os conjuntos de ânodo e de cátodo estão, de preferência, unidosuns aos outros por adesão, com o separador situado entre os materiais ativosdo ânodo e do cátodo para formar uma estrutura laminada compacta durável e,de preferência, rígida. Alternativamente, os conjuntos de ânodo e de cátodopodem ser ligados entre si por meio de soldagem a quente, por solvente ousônica.

Em um aspecto da invenção a carcaça do ânodo, formando umaparte do conjunto de ânodo, compreende uma armação do ânodo, de prefe-rência de material polimérico orgânico durável, por exemplo um plástico, comuma borda periférica interna definindo o contorno de uma cavidade do ânodo.

A estrutura tem um lado frontal (superfície interna) e lado posterior traseiro(superfície externa) ao longo da dita borda periférica. Uma lâmina coletora decorrente do ânodo está ligada à parte posterior da armação, de modo a ficarvoltada para um limite da superfície externa da célula. O material de ânodo éinserido na dita cavidade do ânodo, de modo a ficar em contato com a ditalâmina coletora de corrente do ânodo. A lâmina coletora de corrente do ânodoé eletricamente condutiva, de preferência um metal como cobre, latão (liga decobre e zinco), bronze (liga de cobre e estanho), estanho ou zinco, ou decobre ou latão folheado com zinco, estanho, prata, índio ou bismuto, oucombinações desses metais.

A carcaça do cátodo, que forma uma parte do conjunto de cátodo,compreende uma armação do cátodo, de preferência em plástico durável,com uma borda periférica interna definindo o contorno de uma cavidade docátodo. A armação tem uma parte anterior e uma parte posterior oposta aolongo da dita borda periférica. Uma lâmina coletora de corrente do cátodo estáligada à parte posterior da armação, de modo a ficar voltada para um limite dasuperfície externa da célula. O material de cátodo é inserido na cavidade docátodo de modo a estar em contato com a dita lâmina coletora de corrente docátodo. A lâmina coletora de corrente do cátodo consiste, de preferência, emníquel, aço niquelado, ou uma lâmina de metal revestida de carvão, de pre-ferência uma lâmina de níquel revestida de carvão ou carbonizada. Alterna-tivamente, a lâmina coletora de corrente do cátodo pode consistir em açorolado a frio, o qual é folheado ou revestido com níquel. O níquel pode serrecoberto com carvão, ou com uma camada de cobalto e, então, uma camadade carvão sobre a de cobalto. Em outra modalidade, o coletor de corrente docátodo pode ser recoberto com carvão e, então, revestido com uma tintacontendo carvão. Pode-se utilizar uma única armação ao invés das armaçõesde ânodo e de cátodo. Nessa modalidade, a construção de armação única,preferencialmente em plástico, tem a vantagem de que os materiais de ânodoe de cátodo podem ser acondicionados em lados opostos da armação única,evitando a necessidade de unir uma à outra as duas armações. Entretanto, aunião de placas metálicas terminais a um conjunto de armação unitária é maisdifícil do que a construção com armação dupla. Isso se deve ao fato de sernecessário manter extremamente limpas as superfícies unidas, muito emborajá estejam presentes materiais ativos and eletrólito alcalino nas cavidadesimediatamente adjacente.

Uma vantagem da estrutura laminada da célula em forma de ta-blete da invenção é que pode ser prontamente fabricada uma célula comessencialmente qualquer tamanho de área ocupada, desde muito pequena,por exemplo com 1 cm2, até muito grande, por exemplo com 600 cm2, masainda assim com uma espessura geral pequena, por exemplo entre cerca de1,5 e 6 mm, tipicamente entre cerca de 1,5 e 4 mm. A espessura da célulapoderia ser ainda menor, por exemplo, tão pequena como cerca de 0,5 mm.Portanto, a célula pode ser facilmente acomodada dentro das cavidades dedispositivos eletrônicos que têm pequena espessura geral. Uma outra van-tagem da estrutura laminada da célula é que esta pode ser produzida emessencialmente qualquer formato geral desejado como, por exemplo, poli-gonal, oval, circular, curvilínea ou parcialmente poligonal e parcialmente cur-vilínea. A célula laminada da invenção é durável e firmemente ligada, de modoque pode ser exposta a climas quentes e frios, e a atmosferas com alta oubaixa umidade, a ainda resistir ao vazamento de eletrólito.

Na célula em forma de tablete da presente invenção, o risco devazamento de eletrólito é reduzido por três métodos:

1) Mediante a criação de uma vedação firmemente ligada e es-sencialmente impermeável a eletrólito entre o interior da célula e as lâminascoletoras de corrente do ânodo e do cátodo.

2) Mediante a criação de uma trajetória longa e tortuosa (trajetóriapara bloqueio de vazamento) que os eletrólitos no interior da célula teriam quepercorrer, para poderem escapar da célula. O total da trajetória para bloqueiode vazamento consiste na soma da largura da armação mais a distância daborda externa da armação até o terminal exposto da célula.

3) Mediante a redução a um mínimo da área superficial do contatonegativo exterior exposto, diminuindo assim a taxa geral de geração de OH"na superfície do contato negativo exterior.

No que refere-se ao método 1 de redução no vazamento de ele-trólito, é obtida uma vedação firmemente ligada e impermeável a eletrólito nacélula em forma de tablete da presente invenção, de preferência mediante oemprego de uma vedação adesiva em estágios entre a borda da armação e aborda de cada uma das lâminas coletoras de corrente do ânodo e do cátodo.

A vedação em estágios compreende ao menos dois revestimentos adesivosdiferentes e selantes adesivos na disposição justaposta (lado a lado) ao longodas bordas da armação de plástico, a fim de aglutinar as lâminas coletoras àcorrente a suas respectivas armações. O revestimento adesivo externo é, depreferência, um adesivo de tipo estrutural, como um epóxi. Esse adesivoconfere resistência estrutural à construção da célula laminar. De preferência,o revestimento interno consiste em um selante adesivo que, por exemplo,pode ser uma poliamida ou epóxi ou asfalto parcialmente polimerizado. Esserevestimento selante melhora a consolidação geral mas sua principal função évedar o eletrólito. Alternativamente, podem ser empregados rebites em adiçãoa, ou no lugar de, um adesivo estrutural e o revestimento vedante pode seraplicado à porção da armação entre os ditos rebites. Os rebites podem serconstituídos de material não-metálico, por exemplo, plástico ou formados demetal dotados de anel isolante adequado em uma ou ambas as extremidades.

Foi determinado que as propriedades vedantes na interface entrea lâmina coletora de corrente do ânodo e a armação de plástico do ânodopodem ser otimizadas mediante o pré-revestimento da superfície interna dadita lâmina coletora com uma fina camada de um metal vedante, antes que osadesivos sejam usados para ligar a lâmina coletora de corrente do ânodo àarmação do ânodo. Portanto, em vez de entrar em contato direto com a su-perfície do coletor de corrente do ânodo, os adesivos como os adesivos emestágios acima mencionados, entrarão em contato com o metal vedantepré-revestido sobre a lâmina coletora de corrente do ânodo. Determinou-seque isso otimiza as propriedades vedantes, particularmente a resistência alongo prazo e a uniformidade de ligação da vedação adesiva na interfaceentre a lâmina coletora de corrente do ânodo e a armação de plástico doânodo.

Em um outro aspecto, a armação anodica possui uma extremi-dade parcialmente fechada, outra oposta aberta e entre elas paredes laterais.A extremidade parcialmente fechada da armação anodica define-se por umpainel de base (saia) que possui ao menos uma abertura através do mesmo.Nesta modalidade o metal vedante é, de preferência, revestido, depositado oulaminado ao lado da lâmina coletora de corrente anodica do ânodo que ficavoltada para o lado oposto do material de ânodo e na direção de uma super-fície da saia. Ou seja, o metal vedante sobrepõe-se à lâmina coletora decorrente anodica de modo a não estabelecer contato com nenhuma porção domaterial de ânodo. Nesse sentido, um lado da lâmina coletora de correnteanodica entra diretamente em contato com o material de ânodo, sem quenenhum metal vedante se interponha entre eles. Um metal vedante prefe-rencial é o titânio, mas zircônio ou magnésio também é bastante conveniente.Háfnio (Hf) e ítrio (Y) também são metais vedantes convenientes. Desde queo metal vedante não entre em contato com nenhuma porção do material deânodo, o metal vedante não consegue ocasionar nenhum aumento na resis-tência ao contato elétrico entre o material de ânodo e a lâmina coletora decorrente anódica.

De preferência, há uma abertura no centro do painel base daarmação (saia), ou próxima a ele. Atravessando essa abertura há uma porçãodo coletor de corrente anódica que fica exposta para que se forme um terminalde contato negativo. Opcionalmente, pode-se remover uma porção da ca-mada de metal vedante que fica situada dentro da abertura, expondo umaporção da lâmina coletora de corrente anódica através da abertura. Dessemodo, a exposição do coletor de corrente do ânodo permite um contato doterminal negativo mais confiável.

Em outro aspecto, a armação do ânodo pode ter um painel baseintegral estendido (saia) que cubra uma porção substancial das camadassubjacentes de metal vedante e lâmina coletora de corrente. De preferência, opainel base (saia) da armação do ânodo é uma parte integral do mesmo, e seestende a paritr da borda periférica da armação até próximo à parte central domaterial de ânodo. A lâmina coletora de corrente do ânodo tem um lado emcontato direto com o material de ânodo. Aplica-se o revestimento de metalvedante à superfície superior da lâmina coletora de corrente do ânodo, ou seja,o lado do coletor de corrente do ânodo voltado para o lado oposto do materialde ânodo. Faixas adesivas, de preferência, uma faixa de selante adesivo,como mas não se limitando a asfalto ou poliamida, é aplicada ao longo daborda da superfície exposta do revestimento de metal vedante. Pode-se a-plicar outra faixa adesiva, como adesivo estrutural, por exemplo, adesivo àbase de epóxi, à área da superfície de metal vedante que está em contigui-dade ao selante adesivo de asfalto ou poliamida, de preferência, em um re-lacionamento lado a lado com o adesivo de asfalto ou poliamida. Tais faixasadesivas ligam a lâmina coletora de corrente do ânodo à superfície interna dasaia da armação extendida com revestimento de metal vedante entre asmesmas, ou seja, com o revestimento de metal vedante em contato diretocom o adesivo e selante adesivo. Devido ao painel base estentido da ditaarmação anódica, quando a célula sofrer qualquer pressão interna devido aogás ou à expansão de materiais ativos, os adesivos e selantes são postos sobcompactação resultando em uma ligação mais durável. Opcionalmente, podehaver uma área límpida sobre a superfície de metal vedante, onde uma por-ção de metal vedante é removida, expondo uma porção da superfície do co-letor de corrente do ânodo subjacente. Tal porção exposta do coletor decorrente do ânodo pode agir como o terminal negativo da célula, que podeestar diretamente em contato através da abertura no painel base da armação(saia). A armação com painel base estendido retém qualquer movimento parafora do coletor de corrente do ânodo e ajuda a resistir ao processo de dela-minação das camadas subjacentes à medida que a célula é armazenada oudescarregada.

Em outro aspecto, a armação anódica pode ter um painel baseestendido, porém, a lâmina coletora de corrente do ânodo pode ser empilhadacontra a superfície externa do dito painel base, ou seja, o lado do painel basevoltado para o lado oposto do interior da célula. Em tal modalidade, podehaver um revestimento de metal vedante sobre a superfície interna da lâminacoletora de corrente do ânodo. O coletor de corrente do ânodo é, então, a-plicado à armação anódica, de tal modo que o revestimento de metal vedanteentre em contato com a superfície externa do painel base estendido da ar-mação. Também pode haver uma abertura através da parte central do ditopainel base estendido. Pode haver uma área límpida no metal vedante, de talmodo que a mesma exponha uma porção da lâmina coletora de corrente doânodo sobrejacente. De preferência, há um adesivo estrutural (por exemplo,adesivo à base de epóxi) e um selante adesivo (por exemplo, asfalto) emrelacionamento lado a lado entre o revestimento de metal vedante e a super-fície externa da armação. Tal adesivo estrutural e selante adesivo ligam ocoletor de corrente do ânodo à armação anódica com metal vedante entre osmesmos, ou seja, o adesivo e o selante adesivo ficam em contato direto com orevestimento de metal vedante. O material de ânodo é inserido no espaçointerno da armação anódica. Uma porção do coletor de corrente do ânodo queforma o terminal negativo da célula pode estar em contato direto com o ma-terial de ânodo através da dita abertura na superfície estendida da armaçãoanódica.

Conforme descrito acima, a superfície da armação de plástico doânodo está ligada à lâmina coletora de corrente do ânodo, mediante o uso deum adesivo entre as mesmas. Embora possa se utilizar um adesivo homo-gêneo único, é preferencial, conforme indicado acima, empregar uma veda-ção em estágios, ou seja, dois adesivos diferentes ou selantes adesivosdispostos lado a lado na interface entre a armação anódica e a lâmina coletorade corrente do ânodo sendo ligada. Determinou-se que, se a porção da su-perfície do coletor de corrente do ânodo em contato com o adesivo estiverpré-revestida com um metal vedante específico ou, alternativamente, se aprópria lâmina coletora de corrente do ânodo for composta por esse metalvedante, a interface adesivo/metal pode suportar melhor a degradação du-rante longos períodos de tempo, por exemplo, vários anos. uma ligação re-sistente e uniforme entre a armação de plástico do ânodo e a lâmina coletorade corrente do ânodo é, desse modo, preservada durante longos períodos detempo, reduzindo os riscos de um vazamento de eletrólito através dessa interface.

A título de exemplo, se a lâmina coletora de corrente do ânodo forde cobre, latão, bronze, estanho ou zinco, conforme acima mencionado,magnésio, zircônio ou titânio são metais vedantes preferenciais a serempré-revestidos sobre aquela porção da superfície do coletor de corrente doânodo que está em contato com a ligação adesiva e selante adesiva entre aarmação de plástico do ânodo e o coletor de corrente do ânodo. (Determi-nou-se que magnésio ou titânio são metais vedantes particularmente prefe-renciais para lâminas coletoras de corrente em cobre ou bronze.) Portanto, oadesivo, seja homogêneo ou em estágios, é usado para ligar a armação deplástico do ânodo à lâmina coletora de corrente do ânodo, sendo que o ditoadesivo ficará em contato direto com o metal vedante à base de magnésio ouzircônio pré-revestido sobre a superfície voltada para o mesmo do coletor decorrente do ânodo. (A superfície voltada é a superfície voltada em direção àarmação de plástico, e ligada à mesma.) Essa ligação de interface entre ometal vedante e o adesivo parece suportar a degradação durante longosperíodos de tempo, preservando assim a ligação entre a armação de plásticodo ânodo e a lâmina coletora de corrente do ânodo da célula alcalina emformato de tablete de modo melhor do que se a lâmina coletora de corrente doânodo não fosse pré-revestida com o metal vedante.

Embora os metais vedantes preferenciais, como magnésio, titânioou zircônio estejam em sua forma pura elementar, a invenção não se destinaa restringir o metal vedante a metais puros elementares, já que ligas demagnésio, titânio ou zircônio podem, também, ser utilizadas. Nesses casos épreferencial ter o magnésio, o titânio, o zircônio, ou a combinação dessesitens como componente principal da liga. No entanto, também podem serobtidos benefícios se o magnésio, o titânio, o zircônio, ou a combinaçãodesses itens, for um componente secundário da liga.

Pode-se aplicar o metal vedante à superfície voltada para omesmo da lâmina coletora de corrente do ânodo (a superfície da lâmina co-letora de corrente do ânodo voltada em direção à armação do ânodo) em umrevestimento delgado através da utilização de técnicas convencionais, como,mas não necessariamente limitadas à, deposição a vácuo, bombardeamentoiônico, chapeamento por íons, deposição por plasma, deposição por plasmaauxiliada por jato, sinterização, aspersão de metal a frio, aspersão por pistolade detonação, aspersão por combustível e oxigênio em alta velocidade, gal-vanização (de eletrólito não-aquoso) ou por imersão a quente (imergindo alâmina coletora de corrente do ânodo em um banho de metal vedante fundido).Pode-se aplicar, também, o metal vedante à superfície voltada para o mesmoda lâmina coletora de corrente do ânodo através de revestimento por cilindro(laminação de revestimento por cilindro). Pode-se aplicar o metal vedante àsuperfície voltada para o mesmo da lâmina coletora de corrente do ânodo emuma espessura uniforme, de preferência, entre cerca de 0,05 e 50 mícrons, depreferência, entre cerca de 0,1 e 10 mícrons, por exemplo, cerca de 3 mí-crons.

Embora magnésio, titânio ou zircônio sejam metais vedantespreferenciais para o uso no contexto da célula alcalina em formato de tableteda presente invenção, outros metais também podem ser usados de maneirasimilar, com resultados benéficos similares, como pré-revestimento para asuperfície do coletor de corrente do ânodo, antes de o adesivo ou selanteadesivo ser aplicado à mesma para ligar a armação de plástico do ânodo aocoletor de corrente. A lista desses metais vedantes inclui magnésio (Mg),zircônio (Zr), titânio (Ti), háfnio (Hf), escândio (Sc) e ítrio (Y) e os elementosda série dos lantanídeos (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,Yb e Lu). Desses elementos, são preferenciais o magnésio (Mg), o titânio (Ti),o zircônio (Zr), o háfnio (Hf) e o ítrio (Y), considerando-se os fatores gerais dedisponibilidade, função e custo. O escândio não é um metal vedante prefe-rencial devido a seu custo excepcionalmente alto.

A presente invenção não se destina a ficar restrita a qualquermaterial plástico ou polimérico específico para a armação do ânodo. A ar-mação do ânodo pode ser composta por uma ampla variedade de materiaisplásticos, contanto que os mesmos sejam duráveis e geralmente resistentesao ataque por eletrólito alcalino. Materiais preferenciais para a armação doânodo, por exemplo, são plásticos como poliestireno de alto impacto (HIPS),acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), polissulfona, ou cloreto de polivinila(PVC).

Em geral, lâminas ou estruturas de metal recém-fabricadas ra-pidamente desenvolvem uma película nativa de oxido ou hidróxido metálicosobre suas superfícies, quando expostas ao ar ambiente. Tal película nativade oxido ou hidróxido metálico pode ser removida apenas temporariamente ecom dificuldade em um vácuo substancial, na ausência total de traços de águae oxigênio. Quando o material adesivo ou selante adesivo for aplicado a taissuperfícies de apoio de oxido ou hidróxido, forma-se uma ligação adesiva queenvolve quimicamente a película nativa de oxido ou hidróxido metálico. Apresença da película nativa de oxido ou hidróxido metálico sobre a lâmina ouestrutura de metal exerce um papel importante na ligação química, à ditaestrutura de metal, de uma superfície de plástico revestida com adesivo. Ouseja, ligações químicas entre o adesivo e o oxido ou hidróxido metálico sãoformadas no processo de ligação. Isso geralmente se aplica a essencialmentetodos os adesivos ou selantes adesivos, inclusive os selantes adesivos emestágios, mencionados acima e preferenciais para ligação da armação deplástico do ânodo à lâmina coletora de corrente do ânodo. No entanto, sequalquer porção dessas ligações entre plástico e metal forem expostas aeleíróliío alcalino no interior da célula alcalina em formato de tablete, ou emgeral em qualquer célula alcalina, o oxido ou hidróxido metálico nativo podeser atacado, enfraquecendo gradualmente a ligação. Determinou-se que al-guns óxidos ou hidróxidos metálicos são menos propensos que outros a se-rem atacados por eletrólito alcalino, principalmente por serem menos solúveisem eletrólito alcalino e outros óxidos metálicos.

Descobriu-se que os metais vedantes acima mencionados, par-ticularmente magnésio, titânio e zircônio, quando depositados como reves-timento sobre a superfície de uma lâmina coletora de corrente do ânodo,desenvolvem uma película de oxido ou hidróxido de magnésio, de oxido detitânio, ou de oxido de zircônio sobre a superfície da lâmina coletora de cor-rente. Tal película de oxido ou hidróxido de magnésio, de oxido de titânio, oude oxido de zircônio é menos solúvel na presença de eletrólito alcalino que aspelículas nativas de oxido metálico formadas nos coletores típicos de correntepara ânodos de célula alcalina. Por exemplo, se a lâmina coletora de correntedo ânodo for feita de cobre ou de uma liga de cobre (como latão ou bronze), apelícula de oxido ou hidróxido de magnésio, de oxido de titânio, ou de oxido dezircônio, que se desenvolve sobre a superfície da dita lâmina coletora decorrente é menos solúvel em eletrólito alcalino que a película nativa de oxido,por exemplo oxido de cobre, ou oxido de cobre + oxido de zinco, ou oxido decobre + oxido de estanho. A esse respeito, o pré-revestimento da lâmina co-letora de corrente do ânodo com um metal vedante, como magnésio, titânio,zircônio ou outro dos metais vedantes acima mencionados, protege a ligaçãoadesiva interfacial contra o coletor de corrente metálico em um ambiente al-calino melhor do que se a lâmina coletora de corrente do ânodo não fosseassim pré-revestida a menos, é claro, que a própria lâmina coletora de cor-rente fosse formada pelo dito metal vedante.

Uma outra maneira pela qual uma ligação interfacial entre adesivoe metal pode ser degradada ao longo do tempo, é se a película nativa de oxidoou hidróxido metálico sobre a superfície do metal sendo ligado for submetida àoxidação ou à redução, devido ao ambiente em que reside. Em termos deligação da armação de plástico do ânodo à lâmina coletora de corrente doânodo no contexto da célula alcalina em formato de tablete da invenção, umapelícula nativa de oxido ou hidróxido pode ter uma tendência a ser reduzidapelo zinco no ânodo se o metal nativo no oxido ou no hidróxido tiver umpo-tencial eletroquímico mais positivo que o zinco. A redução a um oxido inferiorou ao próprio metal causa encolhimento do volume e degradação ou perda daligação adesiva na interface entre o metal e plástico. Os metais vedantesacima mencionados, inclusive os metais preferenciais magnésio, titânio ezircônio, têm um potencial mais negativo que do zinco e, portanto, não podemser reduzidos pelo mesmo. Esse pré-revestimento do coletor de corrente emmetal, tipicamente de cobre ou liga de cobre (latão ou bronze), ou estanhocom um metal vedante como magnésio, titânio ou zircônio, protege contra adeterioração a ligação interfacial entre adesivo e metal. Isso se deve ao fatode que os óxidos ou hidróxidos dos metais vedantes acima mencionados,como magnésio, titânio e zircônio, não são reduzidos pelo contato direto como material de ânodo em zinco, ou quando mantidos no potencial de ânodo dezinco em uma massa comum de eletrólito.

Os metais vedantes acima definidos se aplicam a células alcali-nas em geral, independentemente da configuração da célula. A célula alcalina,conforme aqui definida, é uma "célula eletroquímica, que consiste em umacélula primária ou recarregável, uma célula produtora ou consumidora deenergia, ou um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, umcapacitor ou super-capacitor) que usa um eletrólito alcalino na mesma". Oeletrólito compreende, tipicamente, hidróxido de potássio aquoso, porém,pode compreender outros componentes alcalinos, por exemplo, hidróxido desódio ou hidróxido de lítio, e misturas dos mesmos. Uma célula de metal/ar,por exemplo, a célula de zinco/ar, comumente sob a forma de uma célula detipo botão usada para aparelhos auditivos, também é uma célula alcalina pelofato de empregar eletrólitos alcalinos em mistura com o material ativo doânodo em zinco. A célula de zinco/ar pode, também, estar sob a forma deconfigurações cilíndricas alongadas ou outras configurações, todas estaspodem ser consideradas como células alcalinas devido ao uso de eletrólitoalcalino nas mesmas. As células alcalinas comercialmente disponíveis tipi-camente têm um ânodo compreendendo zinco, geralmente sob a forma de umparticulado misturado a um agente gelificante e um eletrólito alcalino. O cá-todo pode compreender, tipicamente, dióxido de manganês, oxi-hidróxido deníquel e similares, como material ativo do cátodo. Tais células são conside-radas células alcalinas devido ao uso de eletrólito alcalino nas mesmas.

A célula alcalina tem um coletor de corrente do ânodo, tipica-mente sob a forma de um elemento metálico alongado como, por exemplo, umpino metálico, um elemento metálico em formato de copo, ou uma lâminametálica. O termo "coletor de corrente do ânodo" para uso na presente in-venção é um elemento eletricamente condutivo, normalmente de metal, tendouma porção em contato com ao menos uma porção do ânodo e outra porçãoem contato com o terminal negativo da célula. O coletor de corrente do ânodoproporciona uma rota eletronicamente condutiva do ânodo até o terminalnegativo da célula. Em algumas células alcalinas, por exemplo, células alca-linas do tipo botão, como a célula de tipo botão de zinco/ar, o próprio com-partimento do ânodo serve como o coletor de corrente do ânodo. Em célulasalcalinas, uma porção do coletor de corrente do ânodo passa através de, ouestá em contiguidade a, um elemento eletricamente isolante, tipicamente dematerial orgânico polimérico ou plástico, que isola eletricamente o coletor decorrente do ânodo do lado positivo da célula. Freqüentemente, a técnica de-signa isto como a "porção de passagem negativa". Uma porção do coletor decorrente do ânodo (passagem negativa) é, tipicamente, ligada por materialadesivo ou selante adesivo (por exemplo, asfalto ou selante à base de poli-amida) ao elemento isolante para proporcionar uma boa vedação entre osmesmos. Mediante o pré-revestimento da dita porção do coletor de correntedo ânodo (porção de passagem negativa) com o metal vedante definido acimada invenção, particularmente magnésio, titânio ou zircônio, a ligação adesivaentre o coletor de corrente do ânodo e o elemento isolante se torna maisresistente a álcali e, em geral, resiste melhor à degradação ao longo do tempodo que se a porção do coletor de corrente do ânodo não fosse pré-revestidacom metal vedante. Alternativamente, o próprio coletor de corrente do ânodocomo um todo, ou a porção sendo ligada ao elemento isolante, pode serformado a partir di metal vedante. Desta forma, aprimora-se a vedação ade-siva entre o coletor de corrente do ânodo e o elemento isolante, e a chance deocorrer vazamento de eletrólito através da mesma é reduzida.

No que refere-se ao método 2 de redução no vazamento de ele-trólito, este envolve a obtenção de uma trajetória de bloqueio com um com-primento aumentado ou relativamente longo, de modo a reduzir o risco devazamento de eletrólito do interior da célula para o ambiente externo. Nessecaso, foi determinado como desejável a definição do comprimento de qual-quer trajetória potencial de vazamento, medido desde a borda de qualquerdos eletrodo ativos até seu contato de terminal correspondente no exterior dabateria, como sendo substancialmente maior que a espessura geral da célula.Em uma modalidade preferencial na presente invenção, a razão entre traje-tória potencial de vazamento (trajetória para bloqueio de vazamento) e aespessura da bateria é maior que 1,5 e, com mais preferência, maior que 2. Asuperfície externa da célula é, desejavelmente, envolvida em uma pluralidadede faixas de película plástica encolhível, de preferência, com selante entre asmesmas. Desejavelmente, aplica-se uma primeira e segunda faixa encolhívelde película plástica sobre a superfície externa da célula. Em uma modalidadepreferencial, aplica-se uma segunda faixa encolhível de tubos plásticos emângulos retos até uma primeira faixa encolhível de tubos plásticos com se-lante entre os mesmos para aumentar a trajetória para bloqueio de vazamentoe a resistência ao vazamento de eletrólito.

No que refere-se ao método .3 para redução de vazamentos, isto éobtido mediante a minimização da área do contato negativo exterior, emproporção à área total ocupada pela célula. Portanto, revestindo-se a maiorparte da superfície externa do contato negativo possível, e empregando-seselante e película plástica ou material de saia, a razão entre a área de contatoexposto e a área ocupada pela célula é minimizada. De preferência, essarazão é menor que 5% (para uma célula com área ocupada entre 1 cm2 e14.5 cm2), com mais preferência menor que 1% (para uma célula com áreaocupada de 14,5 cm2 a 603 cm2) e, com a máxima preferência, menor que0,1 % (para uma célula com área ocupada de 603 cm2 ou maior).

A disposição assim descrita é aplicável às células em formato detablete da invenção com diversos formatos, como quadrada, retangular, po-ligonal, circular ou elíptica, e superfícies que podem ser planas ou curvas.

O total da trajetória de vazamento vazamento consiste na somada largura da armação mais a distância da borda externa da armação até oterminal da célula. Na modalidade preferencial da invenção, o total da traje-tória de vazamento é ao menos duas vezes a dimensão de espessura dacélula. Com mais preferência, a trajetória de vazamento é de ao menos 3vezes a dimensão de espessura da célula e, com a máxima preferência, ototal da trajetória de vazamento é de ao menos 4 vezes a dimensão de es-pessura da célula. Mediante a cobertura do exterior da célula com um selantee película plástica, a trajetória potencial de vazamento é estendida ainda mais,desde a borda periférica externa da armação até os terminais da célula. Uti-lizando os princípios de projeto aqui descritos, podem ser construídas célulasalcalinas delgadas com área muito grande, por exemplo, aproximadamente,

21.6 cm x 27,9 cm ou 603 cm2 (8,5 pol x 11 pol ou 93,5 pol2) ou maiores.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade dacélula em forma de tablete da presente invenção.

A figura 1A é uma vista em seção transversal de uma modalidadeda célula em forma de tablete da figura 1, com uma construção de armaçãodupla.

A figura 2 é uma vista em elevação em seção transversal da cé-lula da figura 1, tomada ao longo da linha 2-2.

A figura 3 é uma vista em elevação em seção transversal da cé-lula da figura 1, tomada ao longo da linha 3-3.

A figura 4A é uma vista explodida de uma modalidade mostrandocomponentes que compreendem um conjunto de ânodo.

A figura 4B é uma vista explodida de uma modalidade mostrandocomponentes que compreendem um conjunto de cátodo.

A figura 5A é uma vista em perspectiva mostrando uma faixa depelícula periférica encolhível, antes de ser inserida em redor das bordas dacélula.

A figura 5B é uma vista em perspectiva mostrando uma faixaperiférica de película encolhível, sendo inserida em redor das bordas da cé-lula.

A figura 5C é uma vista em perspectiva mostrando a célula com afaixa periférica de película encolhida em redor das bordas da célula.

A figura 5D é uma vista em perspectiva mostrando uma faixalateral de película encolhível sendo inserida em redor da célula e sobre a faixaperiférica de película.

A figura 5E é uma vista em perspectiva mostrando a célula com afaixa lateral de película encolhida em redor da mesma.

A figura 6A é uma vista em perspectiva mostrando uma modali-dade de célula em forma de tablete com uma superfície duplamente curva.

A figura 6B é uma vista em perspectiva mostrando uma modali-dade de célula em forma de tablete com uma só superfície curva.

A figura 6C é uma vista em perspectiva mostrando uma modali-dade de célula em forma de tablete com uma superfície curva e espessuranão-uniforme.

A figura 7A é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em uma modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção como revestimento sobre o coletorde corrente do ânodo.

A figura 7B é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção como o coletor de corrente do â-nodo.

A figura 7C é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção como revestimento sobre o coletorde corrente do ânodo.

A figura 7D é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção como revestimento sobre o coletorde corrente do ânodo.

A figura 7E é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção como o coletor de corrente do ânodo.

A figura 7B é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza um metal vedante da invenção aplicado como revestimento sobreuma película plástica.

A figura 7G é uma vista em elevação em seção transversal dacélula da figura 1, tomada ao longo das linhas locais 3-3, mostrando oscomponentes que compreendem o conjunto de ânodo em outra modalidadeque utiliza os metais vedantes da invenção aplicados como revestimentosobre uma película plástica.

A figura 8 pe uma vista em perspectiva em recorte de outra mo-dalidade da célula em forma de tablete da presente invenção, utilizando ummetal vedante da invenção como um revestimento sobre o coletor de correntedo ânodo.A figura 8A é uma vista explodida da modalidade da figura 8,mostrando os componentes que compreendes um conjunto de ânodo.

A figura 8B é uma vista explodida da modalidade da figura 8,mostrando os componentes que compreendem um conjunto de cátodo.

A figura 8C é uma vista explodida da modalidade da figura 8,mostrando os componentes que compreendem os conjuntos de ânodo e decátodo.

A figura 9A é uma vista em elevação em seção transversal daporção do conjunto de ânodo de outra modalidade da célula em forma detablete da presente invenção, que utiliza um metal vedante da invenção comoum revestimento sobre o coletor de corrente do ânodo tomado ao longo daslinhas 2-2 da figura 1.

A figura 9B é uma vista em elevação em seção transversal daporção do conjunto de cátodo a ser unida ao conjunto de ânodo da figura 9A.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Uma célula alcalina em formato de tablete 10 representativa dainvenção é mostrada na figura 1. Na modalidade da figura 1, a célula tem umformato geral retangular, com cantos arredondados. A célula 10 tem duassuperfícies laminares retangulares opostas 20' e 80' formando o corpo dacélula, e dois pares de superfícies de extremidade retangulares opostas entreas mesmas, sendo que um dos pares corresponde às superfícies de extre-midade 110a e 110b, enquanto o segundo par corresponde às superfícies deextremidade 110c e 110d. As superfícies laminares opostas 20' e 80' são, depreferência, paralelas uma à outra. As superfícies de extremidade opostas110a e 110b são, de preferência, paralelas uma à outra, e as superfícies deextremidade opostas 110c e 110d são, de preferência, paralelas uma à outraconforme mostrado na figura 1. A célula 10 tem, portanto, o formato de umcubóide (paralelepípedo retangular) com cantos arredondados.

Deve-se considerar que as superfícies laminares opostas 20' e80' podem ter outros formatos como, por exemplo, poligonais, e podem,também, ser circulares ou ovais, ou ter um perímetro curvilíneo ou parcial-mente curvilíneo com área superficial variável. Portanto, a invenção não tem aintenção de limitar-se a uma célula retangular. As superfícies laminares o-postas 20' e 80' podem não ser paralelas. Portanto, a célula pode ter umaespessura variável, caso se deseje. As superfícies laminares opostas 20' e 80'podem não ser planas. Portanto, a célula pode ter uma curvatura simples oudupla, com espessura constante ou variável, caso se deseje. Uma célula comuma curvatura simples é mostrada, por exemplo, nas figuras 6B e 6C. Nafigura 6B, a célula é curvada para dentro (côncava) quando observada a partirde sua superfície superior 20'. Na figura 6C, a célula é curvada para fora(convexa) quando observada a partir de sua superfície superior 20'. Na figura6C a célula é, também, mais delgada em uma extremidade 110a que na ex-tremidade oposta 110b. De maneira similar a largura da célula na extremidade110a pode, também, ser diferente da largura na extremidade oposta 110b. Nafigura 6C a largura da célula é menor na extremidade 110a que na extremi-dade oposta 110b. A superfície da célula pode, também, ter múltiplas curva-turas. Na figura 6A, é mostrada uma célula com curvatura dupla (em sela).

Após a estrutura laminar da célula ter sido formada, por exemploconforme mostrado na figura 1A, uma ou mais faixas de película plásticapodem ser aplicadas à superfície da célula. As faixas são, de preferência,feitas de um material plástico termoencolhível, desejavelmente película decloreto de polivinila. Conforme mostrado na figura 5A, a parte externa dacélula, com exceção das áreas de contato dos terminais 25 e 26 (por exemplo,figura 2), é, primeiramente revestida por uma primeira camada exterior deselante 120 (selante adesivo B conforme descrito abaixo). Alternativamente,as porções selecionadas da exterior da célula são revestidas por uma camadaexterna de selante adesivo, por exemplo, as bordas da célula, ou as bordas dacélula mais uma área de borda estreita em torno da periferia das placas ter-minais.

Um primeiro invólucro de película termoencolhível, especifica-mente, a faixa periférica de película plástica termoencolhível 210 é, então,aplicado em redor da borda periférica da célula (figura 5B). A faixa 210 é, depreferência, formada por uma superfície de corpo fechada 211 definindo uminterior oco 212. Enquanto a faixa de película 210 é encolhida a quente sobrea superfície da célula, o corpo 211 da faixa de película 210 se dobra sobre asuperfície da célula e se adere à primeira camada externa de selante 120(figura 5C). Uma porção do selante 120 é deixada exposta no centro (figura5C), exceto na área de contato do terminal 25. Uma segunda camada deselante externo 121 (selante adesivo B conforme descrito mais adiante nestedocumento) é aplicada à superfície externa da faixa periférica de plásticotermoencolhível 210, exceto pelo fato de que o selante 121 pode ser opcio-nalmente omitido das bordas periféricas da célula. Um segundo invólucro depelícula termoencolhível, ou seja, a faixa lateral de película plástica termo-encolhível 220 (figura 5D), é, então, aplicado perpendicularmente à faixaperiférica de plástico termoencolhível 210, revestindo as superfícies laminaresexpostas restantes não revestidas pela faixa periférica de plástico termoen-colhível 210. Enquanto a faixa lateral de película 220 é encolhida a quentesobre a superfície da célula, a mesma entra em contato com a segunda ca-mada selante 121. A faixa lateral 220 se torna, assim, aderente à segundacamada selante 121, que foi aplicada sobre a faixa periférica 210. A faixalateral 220 também se torna aderente à porção exposta do primeiro selante120 (figura 5C), o qual foi aplicado às superfícies laminares 20' e 80', mas foideixado descoberto pela faixa periférica de plástico termoencolhível 210. Afaixa lateral 220 é dotada de um orifício 222 que expõe uma área de contatodo terminal 25 e, de um orifício similar (não mostrado) sobre a face oposta dafaixa 220 que expõe a área de contato do terminal 26 sobre as superfícieslaminares 20' e 80'. Na modalidade específica mostrada, por exemplo, nafigura 2, a área de contato do terminal 25 proporciona o terminal negativo dacélula e a área de contato oposta 26 proporciona o terminal positivo. Umapequena porção da faixa lateral 220 proporciona uma pequena abertura oujanela 224 nas extremidades abertas da faixa 220, depois que a faixa 220 tiversido encolhida sobre a faixa periférica 210. Uma pequena porção da faixaperiférica subjacente 210 é mostrada exposta através da janela 224 (figura5E).

De preferência, a espessura geral da célula 10 é pequena, porexemplo entre cerca de 0,5 e 6 mm, por exemplo entre cerca de 1,5 e 6 mm,mais tipicamente entre cerca de 1,5 e 4 mm.

Uma construção específica da célula 10 (figura 1) é mostrada nodesenho em recorte da figura 1A juntamente com as seções transversaislateral e de extremidade nas figuras 2 e 3, respectivamente. A célula 10 écaracterizada por formar primeiro um conjunto de ânodo como o conjunto 30A(figura 4A) e, então, um conjunto de cátodo como o conjunto 70A (figura 4B).O conjunto de ânodo 30A e o conjunto de cátodo 70A são, então, ligados umao outro, de preferência por meio de adesivos, para formar a célula completa.A célula completa é, de preferência, revestida com selante e envolvida, depreferência duas vezes, em uma película plástica 200, de preferência decloreto de polivinila termoencolhível. É aplicado calor à película plástica 200para formar o rótulo da célula. Podem ser usados outros tipos de invólucros depelícula externos 200 como, por exemplo, películas plásticas adesivamenterevestidas e películas termoencolhíveis de poliolefina ou tereftalato de polie-tileno (PET). Conforme descrito acima, o invólucro de película externo 200compreende, de preferência, um duplo invólucro, especificamente uma pri-meira faixa de película 210 aplicado em redor da borda periférica da célula e umsegundo invólucro 220 aplicado lateralmente sobre a primeira película 210.

No entanto, em alguns casos pode ser desejável aplicar primeiroa faixa lateral de película, e depois a faixa periférica. A faixa lateral podecompreender uma laçada fechada de material de película cobrindo ao menosuma porção de ambas as superfícies externas da placa do coletor de corrente.Alternativamente, a faixa lateral pode compreender um pedaço dobrado dematerial de película, cobrindo ao menos uma porção de ambas as superfíciesexternas da placa do coletor de corrente, e sendo dobrado sobre uma porçãoda borda compreendendo a dimensão de espessura da célula. Alternativa-mente, a faixa lateral pode compreender duas peças separadas de película,cada qual cobrindo ao menos uma porção de cada superfície externa da placa do coletor de corrente.

Os adesivos ou selantes são revestidos sobre ou aplicados adiversos componentes em locais preferenciais. São descritos os tipos geraisde adesivos e selantes, sendo especificados aqueles que são preferenciais.No entanto, deve-se compreender que o uso de substitutos para os adesivose selantes específicos é possível e, conseqüentemente, a invenção não sedestina a ficar limitada àqueles aqui mencionados. Haverão três tipos deadesivos/selantes usados na formação das modalidades da célula em formade tablete 10 aqui descritas.

Adesivo A: Este é um adesivo estrutural, principalmente paraconferir resistência de fixação aos componentes sendo ligados. É preferencialempregar um adesivo à base de epóxi para o adesivo A. Um adesivo à basede epóxi preferencial poderá, por exemplo, consistir em um epóxi bicompo-nente disponível sob a designação comercial 2216, junto à 3M Company.Também pode ser usado um epóxi de componente único ativado por calor,disponível sob a designação comercial de epóxi com carga não-metálica 2214,junto à 3M, ou um adesivo à base de acrilato iniciado por UV, disponível sob adesignação comercial LC-1211, junto à 3M, ou uma película adesiva dispo-nível sob a designação comercial AF-111 Scotch-Weld, junto à 3M.

Selante adesivo B: Este é um adesivo pegajoso que ajuda amanter os componentes juntos e também funciona como um selante, bemcomo, especificamente, para vedar e bloquear a penetração de eletrólito al-calino. O selante adesivo B é, de preferência, aplicado com uma soluçãobaseada em solvente que compreende asfalto, também conhecido comobetume, alcatrão ou piche. O asfalto derivado de petróleo é preferencial, po-rém, asfalto natural ou piche de alcatrão de hulha também pode ser empre-gado. Um selante preferencial é uma solução a 50% de asfalto de petróleodissolvida em tolueno fornecido sob o nome comercial de "Korite". Alternati-vamente, o adesivo B pode, também, compreender poliamida pegajosa. Essecomponente adesivo é, desejavelmente, uma resina de poliamida termoplás-tica de baixo peso molecular. Um selante B preferencial, sob a forma de umasolução baseada em solvente compreendendo uma resina de poliamida, estádisponível sob o nome comercial Specseal, junto à Specialty Chemicals Co.Uma outra solução baseada em solvente preferencial, compreendendo umaresina de poliamida pegajosa, está disponível sob os nomes comerciaisREAMID-100 e VERSAMID-100 (junto à Henkel Corp. ou junto à CognisCorp.)- Essas resinas são géis à temperatura ambiente, que são ácidosgraxos dimerizados com pesos moleculares em torno de 390, e são os pro-dutos da reação entre ácidos graxos dimerizados e diaminas. Embora possamser usados componentes adesivos à base de poliamida com peso molecularmais alto, são preferenciais os componentes com peso mais baixo, já queestes se dissolvem mais prontamente no solvente preferencial selecionado. Ocomponente adesivo é dissolvido em um solvente até a viscosidade desejada.Podem ser usados diversos solventes, como isopropanol ou tolueno, bemcomo misturas de solventes. De preferência, o isopropanol é usado comosolvente, devido a sua natureza relativamente inócua quando manuseado. Aspoliamidas têm a vantagem adicional de resistirem ao ataque químico poreletrólito de hidróxido de potássio. O adesivo pode ser aplicado a compo-nentes da célula empregando-se técnicas convencionais de revestimento poraspersão, inclusive por método de aspersão por jato. O adesivo pode seraplicado de modo a proporcionar uma vedação adesiva entre as superfíciesdesejadas de componentes poliméricos, entre superfícies de componentesmetálicos, ou entre superfícies de componentes poliméricos e metálicos paraa célula.

Adesivo C: Este adesivo é usado basicamente para ligar doiscomponentes plásticos com mesmo material plástico ou similar. Então, oadesivo preferencial também tem a mesma base polimérica que o materialplástico sendo ligado. Por exemplo, se o material plástico sendo ligado époliestireno de alto impacto (HIPS) então o adesivo preferencial tambémcontém uma resina de poliestireno. Esse tipo de adesivo pode ser conveni-entemente aplicado sob a forma de uma solução baseada em solvente com-preendendo a resina adesiva dissolvida em um solvente adequado.

Durante a descrição das modalidades específicas da invenção, osadesivos serão mencionados por referência aos adesivos A, B ou C desig-nados conforme acima, exceto onde indicado em contrário.

Um conjunto de ânodo preferencial 30A (figura 4A) compreendeuma armação anódica 30, de preferência, de um material polimérico orgânico,por exemplo, um plástico, dotado de uma borda periférica externa 33a queforma as paredes externas da dita armação 30 e de uma borda periféricainterna 37. A borda periférica interna 37 circunda um espaço interior oco 33b.A armação do ânodo 30 é compreendida, de preferência, de um materialplástico que é durável, porém flexível e passível de união por adesivo. Mate-riais preferenciais para a armação 30 são plásticos como poliestireno de altoimpacto (HIPS), acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), polissulfona, ou cloretode polivinila (PVC). O conjunto de ânodo 30A também compreende um ma-terial de ânodo 40, uma lâmina coletora de corrente do ânodo 20 e uma lâminaseparadora 50. Portanto, a armação do ânodo 30 forma uma porção da car-caça para o ânodo 40 e, também, funciona como um elemento isolante devedação que evita o contato entre a lâmina coletora de corrente do ânodo 20 eo lado positivo da célula. Opcionalmente, a lâmina separadora pode estarincluída como parte do conjunto de cátodo 70A ou como uma entidade se-parada entre os conjuntos de ânodo e de cátodo. Durante a montagem, alâmina coletora de corrente 20 pode ser unida por adesão à parte posterior daarmação 30 (figura 4A). Nessa modalidade (figura 4A), a armação 30 e alâmina coletora de corrente do ânodo 20 unida à mesma formam, com efeito,um compartimento para o material de ânodo 40. Uma lâmina coletora decorrente preferencial 20 é de bronze fosforoso. A lâmina 20 tem, desejavel-mente, entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil) de espessura. Alâmina coletora de corrente 20 é, de preferência, presa e selada à borda daparte posterior da armação 30, mediante o uso de uma vedação em estágiosconsistindo em uma faixa de adesivo estrutural 20a (adesivo A, descrito acima)adjacente à borda externa da armação e uma faixa de material selante 20b(Adesivo - Selante B, descrito acima) adjacente à borda interna da armação.Pode-se aplicar um adesivo único de composição homogênea ao invés davedação em estágios, no entanto, a vedação em estágios é preferencial, pelofato dela proporcionar uma construção mecanicamente mais robusta, que émais resistente ao processo de delaminação ou descolamento e é melhorpara vedar o eletrolito. Cápsulas espaçadoras podem ser incorporadas aoadesivo estrutural, para controlar a espessura da camada adesiva. Em se-guida, o material de ânodo 40 pode ser inserido no espaço interno 33b, dentroda armação 30, de modo que este fique pressionado contra a lâmina coletorade corrente 20. A armação 30 pode ser dotada de uma aba rebaixada 36formação a borda interna da armação. A aba rebaixada 36 é, de preferência,revestida com o adesivo 37. O adesivo 37 pode ser um adesivo por contato àbase de solvente, por exemplo um adesivo por contato disponível sob a de-signação comercial 1357-L junto à 3M Company, ou um adesivo por contato àbase de água, disponível sob a designação comercial 30-NF junto à 3M. Umadesivo à base de solvente preferencial para a aplicação à aba 36 compre-ende uma solução a 10%, em peso, de poliestireno de alto impacto e 90%, empeso, de tolueno. Uma lâmina separadora 50 pode ser inserida sobre o ma-terial de ânodo 40, de modo que sua borda fique de encontro à aba 36 e sejaligada à mesma pelo revestimento adesivo 37. Alternativamente, a borda dalâmina separadora 50 pode ser soldada à aba 36 mediante uma técnica desoldagem por ultra-som ou por calor e pressão. O conjunto de ânodo 30completo está, assim, sob a forma de uma estrutura laminada contendo omaterial de ânodo 40 pressionado contra a lâmina coletora de corrente 20, ecom a lâmina coletora de corrente 20 e o separador 50 ligados a lados o-postos da armação 30.

Um conjunto de cátodo preferencial 70A (figura 4B) compreendeuma armação do cátodo 70, de preferência, de um material polimérico orgâ-nico, por exemplo, um plástico, dotado de uma borda periférica externa 73a ede uma borda periférica interna 77. A borda periférica interna 77 circunda umespaço interior oco 73b. A armação do cátodo 70 é compreendida, de prefe-rência, de um material plástico que é durável, porém flexível e passível deunião por adesivo. Materiais preferenciais para a armação 70 são plásticoscomo poliestireno de alto impacto, acrilonitrila-butadieno-estireno, polissul-fona, ou cloreto de polivinila. O conjunto de cátodo 70A também compreendematerial de cátodo 60, e uma lâmina coletora de corrente do cátodo 80. Alâmina coletora de corrente do cátodo 80 é, desejavelmente, uma lâmina deaço niquelado, de preferência aço niquelado com uma camada de carvãosobre o níquel. A lâmina de aço pode, tipicamente, ser de aço rolado a frio.Uma outra lâmina coletora de corrente do cátodo 80 adequada pode ser umalâmina de aço niquelado com uma camada de cobalto sobre a camada deníquel, e uma camada de tinta contendo carvão sobre o cobalto, conformeapresentado na patente U.S. N° 6.555.266 B1. Um outro coletor de correntedo cátodo adequado é uma lâmina de níquel puro, gravada, carbonizada erevestida com uma tinta contendo carvão. Desejavelmente, a lâmina de níquelpode ter uma espessura entre cerca de 0,076 mm (3 mil) a 0,254 mm (10 mil).

O revestimento de carvão na lâmina de níquel pode ser aplicado por meio detécnicas de revestimento à base de solvente, por exemplo conforme descritona patente U.S. N° 6.555.266. A lâmina de níquel pode ser carbonizada pelapassagem da dita lâmina através de uma fornalha operando a altas tempe-raturas, na qual o carvão se deposita sobre a superfície de níquel a partir deum precursor de carvão volatilizado. Esta última técnica para deposição decarvão sobre a superfície de níquel para formar uma superfície de níquelcarbonizada é descrita na patente U.S. N° 2.051.828 (William F. Dester, 25 deagosto de 1936). O uso de coletores de corrente de níquel carbonizado emcélulas alcalinas é descrito na patente U.S. N° 3.713.896 (Ralph H. Feldhake,19 de agosto de 1970).

Durante a montagem, a lâmina coletora de corrente 80 pode serunida por adesão à parte posterior da armação 70 (figura 4B). Nessa moda-lidade (figura 4B) a armação 70 e a lâmina coletora de corrente do cátodo 80unida à mesma formam, com efeito, um compartimento para um material decátodo 60. A lâmina coletora de corrente 80 pode estar ligada à borda daborda lateral posterior 73a da armação 70, de preferência mediante o em-prego de uma vedação em estágios, consistindo em uma faixa de adesivoestrutural 70a (adesivo A, conforme descrito acima) adjacente à borda externada armação, e uma faixa de material selante 70b (selante adesivo B, conformedescrito acima) adjacente à borda interna da armação. Pode-se aplicar umadesivo único de composição homogênea ao invés da vedação em estágios,no entanto, a vedação em estágios é preferencial, pelo fato dela proporcionaruma construção mecanicamente mais robusta, que é mais resistente aoprocesso de delaminação ou descolamento e é melhor para vedar o eletrólito.

Em seguida, o material de cátodo 60 pode ser inserido no espaço interno 73b,dentro da armação 70, de modo que este fique pressionado contra a lâminacoletora de corrente 80. O conjunto de cátodo 70a completo está, assim, sob aforma de uma estrutura laminada contendo o material de cátodo 60 pressio-nado contra a lâmina coletora de corrente 20, mas com uma porção do ma-terial de cátodo 60 exposto.

O conjunto de ânodo 30A pode, então, ser fixado por adesão aoconjunto de cátodo 70A para formar uma única estrutura laminada da célula10 com os materiais de ânodo 40 e de cátodo 60 voltados um para o outro ecom o separador 50 entre os mesmos (figura 1 A). O conjunto de ânodo 30A eo conjunto de cátodo 70A são convenientemente ligados um ao outro pelaaplicação de um adesivo à parte anterior exposta da armação do ânodo 30(figura 4A). A armação anódica 30 (entre a borda externa 33a e a borda in-terna 37) pode, tipicamente, ter entre cerca de 3,18 mm (1/8 pol) a 6,35 mm(1/4 pol) de largura, o que permite um espaço suficiente para que o adesivoseja aplicado. O adesivo 32 contém, desejavelmente, uma resina adesiva queé da mesma classe que o material plástico da armação 30. Portanto, se aarmação 30 for de poliestireno de alto impacto, o adesivo preferencial 32 éuma solução de poliestireno de alto impacto em tolueno. Alternativamente, sea armação for feita de ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno) ou PVC (cloretode polivinila), pode ser utilizada uma solução desses polímeros plásticos emtolueno ou em outro solvente. Após o adesivo 32 ter sido aplicado à partefrontal da armação do ânodo 30A, esta é pressionada sobre a armação docátodo 70, ligando adesivamente o conjunto de ânodo 30A ao conjunto decátodo 70a para formar uma estrutura laminada ligada formando a célulacompleta 10 mostrada nas figuras de 1 a 3.

Alternativamente, as armações do ânodo e do cátodo podem serunidas por outras técnicas, como soldagem sônica, soldagem por solvente ousoldagem por calor e pressão. Estas podem ser empregadas individualmenteou em combinação umas com as outras. Um método particularmente dese-jável envolve aplicar uma faixa contínua de selante adesivo e, então, unir dasduas armações por soldagem sônica. Este método tem a vantagem de pro-duzir um fechamento excepcionalmente hermético contra vazamento de ele-trólito (devido à faixa contínua de selante adesivo), bem como uma ligaçãomecanicamente forte (devido às soldas sônicas) que pode ser rapidamenteformada, sem a necessidade de se utilizar tempo extra para curar um adesivoestrutural. Nessa modalidade, as soldas sônicas são criadas em regiões quenão são ocupadas pela faixa de selante adesivo.

A célula completa 10, melhor mostrada nas figuras 1A, 2 e 3, érígida, resistente e compacta. A construção da célula laminada ligada resultaem uma célula firmemente selada, que retém o conteúdo da célula em seuinterior. Conforme mostrado nas figuras 2 e 3, a célula pode ser revestida comuma ou duas camadas de selante, e envolvida em uma ou duas camadas depelícula plástica que é, de preferência, uma película termoencolhível de clo-reto de polivinila. Quando o calor é aplicado à película, esta se encolhe emredor da superfície de contorno da célula para formar um rótulo.

Um aspecto da presente invenção trata-se de projetar a célula demodo que seja oferecida uma longa trajetória de vazamento para ser percor-rida por qualquer eletrólito oriundo do interior da célula, antes que este al-cance um ponto externo de escape. (Isto é em adição à aplicação dos adesivos eselantes adesivos acima descritos aos diversos componentes da célula.)

Portanto, a célula em forma de tablete 10 da invenção é projetadade modo que as armações 30 e 70 tenham uma largura da borda da armação(por exemplo, entre as bordas 33a e 37 mostradas na figura 4A ou entre asbordas 73a e 77 mostradas na figura 4B, ou por analogia nas outras moda-lidades mostrando a armação 30 ou 70), que é, de preferência, ao menos tãogrande quanto a espessura total da célula. Isto proporciona uma primeiratrajetória para bloqueio de vazamento relativamente longa, denominada"trajetória A", a ser percorrida pelo eletrólito desde o interior da célula até aextremidade externa da armação, conforme mostrado, por exemplo, na figura2. Então, o invólucro externo de película termoencolhível 200 (que podecompreender invólucros de película duplos 210 e 220, conforme mostrado nasfiguras de 5A a 5E) proporciona uma segunda trajetória para bloqueio devazamento, denominada "trajetória B". A trajetória de bloqueio B é definidacomo a distância entre um contato de terminal exposto (por exemplo o contatode terminal 25) situado em uma placa terminal condutora (por exemplo a placaterminal 20) a uma distância "B" (figura 2) da borda periférica externa da ar-mação (por exemplo a armação 30), que é ao menos uma distância tão longaquanto a largura da armação, especificamente uma distância aproximada-mente igual a ou maior que a espessura da célula. Neste contexto, o total datrajetória para bloqueio de vazamento de eletrólito A+B (figura 2) é de prefe-rência ao menos duas vezes a espessura da célula.

As taxas de descarga preferenciais para a célula 10 da invenção,por exemplo, podem ser tão altas quanto cerca de 15 a 45 miliwatts por cm2(de 13,5 a 40,5 miliamperes por cm2). (A área em centímetros quadrados tempor base a área na interface ânodo/cátodo.) Uma célula em forma de tablete10 típica de dimensões gerais de 4 cm de largura x 8 cm de comprimento x 3mm de espessura pode acomodar uma taxa de drenagem de corrente entrecerca de 1 miliampere e 1.000 miliamperes, de preferência entre cerca de 10miliamperes e 100 miliamperes.

A célula 10 foi feita de acordo com a modalidade mostrada nasfiguras 4A e 4B. Em uma construção específica empregando os conjuntos deânodo e de cátodo mostrados nas figuras 4A e 4B, a célula tinha uma es-pessura geral de 2,8 mm, uma largura de 38,1 mm (1,5 polegadas) e umcomprimento de 38,1 mm (1,5 polegadas). A célula foi descarregada a di-versas taxas constantes entre 77,5 e 0,775 miliwatts/cm2, até uma tensão decorte de cerca de 0,6 Volts (área calculada com base na área de interfaceentre ânodo e cátodo). A tensão de carga média foi de cerca de 1,1 Volt du-rante o ciclo de descarga até a tensão de corte de cerca de 0,6 Vo|t. Portanto,a faixa de densidade em Watts acima se traduz em uma densidade de dre-nagem de corrente entre cerca de 70,5 a 0,705 miliampere/cm2. Nessa faixade descarga, a célula se expandiu a uma espessura de até cerca de 10 porcento de sua espessura original. A célula não se rompeu, nem houve a o-corrência de qualquer vazamento de eletrólito. De modo a garantir que a cé-lula não se expanda a ponto de ficar apertada no interior da cavidade parabateria de um dispositivo eletrônico, recomenda-se que essa cavidade sejaprojetada com um tamanho suficientemente maior que aquele da célula, ouque a célula seja projetada com um tamanho suficientemente menor, emtermos de espessura, que a dita cavidade, de modo a permitir uma expansãonominal da célula de 10 por cento.

A título de exemplo não-limitador, para uma célula delgada emformato de tablete 10 (4 mm de espessura) com uma tamanho de área ocu-pada de 38,1 mm x 76,2 mm (1,5 polegadas por 3,0 polegadas) uma drena-gem de corrente de funcionamento típica pode ficar entre cerca de 1 mA ecerca de 2.000 mA, tipicamente entre cerca de 10 e 250 mA, mais tipicamenteentre cerca de 10 e 100 mA. Deve-se considerar que, em geral, células 10 dainvenção com maior tamanho (em termos de sua área de interface âno-do/cátodo, não de sua espessura) exibirão melhor desempenho sob de-mandas mais altas de drenagem de corrente.

No caso de determinados tipos de ligas de pó de zinco, tamanhosde partícula de zinco, e determinados tipos de coletores de corrente do ânodo,o ânodo pode produzir gás hidrogênio mais rápido do que pode difundi-lo parao cátodo, e ser oxidado pelo material de cátodo para formar água. Portanto,pode ser necessária alguma forma de sistema de gerenciamento de gás. Emparticular, pode ser necessário um sistema para purgar o gás hidrogênioacumulado. Isso pode, por exemplo, assumir a forma de um tubo de polímeropermeável a gases com um elemento de inserção poroso disposto através deseu comprimento, sendo que o dito tubo atravessa a cavidade do ânodo etermina para além da borda externa da armação de plástico, de modo similaràquele apresentado pela Polaroid Corporation na patente U.S. N° 4.105.831.Modalidades de Célula em Forma de Tablete compreendedo Metal Vedante A

As propriedades vedantes na interface entre a lâmina coletora decorrente do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo 30 podem ser oti-mizadas mediante o pré-revestimento da superfície voltada para o mesmo deuma lâmina coletora de corrente do ânodo com uma camada fina de um metalvedante antes que os adesivos sejam aplicados para ligar a lâmina coletorade corrente do ânodo 20 à armação de plástico 30. Portanto, em vez de entrarem contato direto com a superfície do coletor de corrente do ânodo, os ade-sivos como os adesivos em estágios 20a e 20b acima mencionados, entrarãoem contato com o metal vedanté 300 (figura 7A) pré-revestido sobre a lâminacoletora de corrente do ânodo 20. Determinou-se que isso otimiza as pro-priedades vedantes, particularmente a resistência a longo prazo e a unifor-midade da vedação adesiva na interface entre a lâmina coletora de correntedo ânodo e a armação de plástico do ânodo. Alternativamente, a própria lâ-mina coletora de corrente do ânodo 20 pode ser formada a partir de um metalvedante 300 de modo que o adesivo fique entre o metal vedante 300 e aarmação de plástico 20, para unir esses dois itens.

Embora as modalidades acima descritas de célula em formato detablete proporcionem lacre adequado à célula tanto durante o armazena-mento da célula como seu uso normal, melhorias adicionais ao lacre sãoapresentadas na presente invenção. As melhorias serão descritas princi-palmente em relação a componentes vedantes compreendendo o conjunto deânodo, por exemplo o conjunto de ânodo 30A (figura 4A). No entanto, seráavaliado que tais melhorias também podem ser aplicadas aos componentesvedantes que compreendem o conjunto de cátodo, por exemplo, conjunto decátodo 70A (figura 4B).

Conforme descrito acima, um ou mais adesivos, por exemplo asvedações adesivas em estágios 20a e 20b (figura 4A), podem ser usados paraunir a lâmina coletora de corrente do ânodo 20 à borda da armação 30. Porexemplo, uma faixa de adesivo estrutural 20a (Adesivo A, descrito acima),adjacente à borda externa 33a da armação do ânodo 30, e uma faixa dematerial selante 20b (Adesivo Selante B, descrito acima), adjacente à bordainterna 37 da armação, podem ser aplicadas conforme mostrado na figura 4A.Pode-se aplicar um adesivo único de composição homogênea ao invés davedação adesiva em estágios, no entanto, a vedação em estágios é prefe-rencial, pelo fato dela proporcionar uma construção mecanicamente maisrobusta, que é mais resistente ao processo de delaminação ou descolamento.Isto evita qualquer tendência por processo de delaminação na interface entrea lâmina coletora de corrente do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo 30.

Foi determinado que as propriedades vedantes na interface entrea lâmina coletora de corrente do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo30 podem ser otimizadas mediante o pré-revestimento da superfície internado coletor de corrente do ânodo 20 com uma fina camada de um metal ve-dante 300 (figura 7A) antes que os adesivos, como os adesivos 20a e 20b,sejam aplicados às mesmas. Portanto, em vez de entrar em contato diretocom a superfície do coletor de corrente do ânodo 20, os adesivos, como osadesivos 20a e 20b, entrarão em contato com o metal vedante 300pré-revestido sobre o coletor de corrente do ânodo 20. Determinou-se queisso otimiza as propriedades vedantes, particularmente a resistência a longoprazo e a uniformidade de ligação da vedação adesiva na interface entre ocoletor de corrente do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo 30.

A título de exemplo, se a lâmina coletora de corrente do ânodo 20for de cobre, latão, bronze, níquel ou estanho, conforme acima mencionado,então magnésio, titânio ou zircônio serão metais vedantes preferenciais aserem pré-revestidos sobre aquela porção da superfície do coletor de correntedo ânodo em contato com os adesivos, por exemplo, os adesivos em estágios20a e 20b, unindo a armação de plástico do ânodo 30 à lâmina coletora decorrente do ânodo 20. (Determinou-se que magnésio ou titânio são metaisvedantes particularmente preferenciais para lâminas coletoras de corrente emníquel ou bronze.) Portanto, o adesivo, seja homogêneo ou em estágios, éusado para ligar a armação de plástico do ânodo à lâmina coletora de correntedo ânodo, sendo que o dito adesivo ficará em contato direto com o metalvedante à base de magnésio, titânio ou zircônio pré-revestido sobre a super-fície voltada para o mesmo (normalmente a superfície interna) da lâmina co-letora de corrente. Essa interface entre o revestimento de metal vedante e oadesivo parece suportar a degradação durante longos períodos de tempo (porexemplo, múltiplos anos), preservando assim a ligação entre a armação deplástico do ânodo e a lâmina coletora de corrente do ânodo da célula alcalinaem formato de tablete de modo melhor do que se a lâmina coletora de cor-rente do ânodo não fosse pré-revestida com o metal vedante.

Embora magnésio, titânio ou zircônio sejam metais vedantespreferenciais 300 para o uso no contexto da célula alcalina em formato detablete 10 da presente invenção, outros metais também podem ser usados demaneira similar como pré-revestimento para a superfície do coletor de cor-rente do ânodo, antes de o adesivo ser aplicado à mesma para unir a armaçãode plástico do ânodo ao coletor de corrente. Tal lista desses metais vedantesinclui magnésio (Mg), zircônio (Zr), titânio (Ti), háfnio (Hf), escândio (Sc), ítrio(Y) e lantânio (La), e os elementos da série dos lantanídeos (Ce, Pr, Nd, Pm,Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb e Lu). Desses elementos, são preferen-ciais o magnésio (Mg), o titânio (Ti), o zircônio (Zr), o háfnio (Hf) e o ítrio (Y),considerando-se os fatores gerais de disponibilidade, função e custo.

O metal vedante pode ser aplicado à superfície interna da lâminacoletora de corrente do ânodo 20 em uma espessura uniforme entre cerca de0,10 mícron a 50,0 mícrons, tipicamente entre cerca de 1 e 5 mícrons, porexemplo, cerca de 3 mícrons. Alternativamente, a própria lâmina coletora decorrente do ânodo 20 pode ser formada a partir do metal vedante. Nesse caso,a lâmina coletora de corrente do ânodo pode, tipicamente, ter uma espessuraentre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil).

Embora os metais vedantes preferenciais 300 estejam em suaforma pura elementar, a invenção não se destina a restringir o metal vedante ametais puros, já que ligas do dito metal vedante, por exemplo ligas de mag-nésio (Mg), zircônio (Zr), titânio (Ti), háfnio (Hf), escândio (Sc) e ítrio (Y) po-dem, também, ser utilizadas. Nesse caso é preferencial ter o metal vedantepuro, por exemplo magnésio ou zircônio, ou uma combinação desses itens,como componente principal da liga. No entanto, também podem ser obtidosbenefícios se o metal vedante puro for um componente secundário da liga.

Técnicas convencionais podem ser usadas para revestir a su-perfície da lâmina coletora de corrente do ânodo 20 ou da lâmina coletora decorrente do cátodo 80 com o metal vedante. Tais técnicas convencionaisincluem, por exemplo, revestimento por cilindro (laminação de revestimentopor cilindro), deposição a vácuo, bombardeamento iônico, chapeamento poríons, deposição por plasma, deposição por plasma auxiliada por jato, sinte-tização, aspersão de metal a frio, aspersão por pistola de detonação, as-persão por combustível e oxigênio em alta velocidade, galvanização (a partirde eletrólito não-aquoso) ou imersão a quente (imersão da lâmina coletora decorrente do ânodo em um banho de metal vedante fundido).

Determinou-se que o revestimento com um metal vedante 300sobre a lâmina coletora de corrente do ânodo 20, preserva a ligação adesivaentre a lâmina coletora 20 e a armação de plástico 30, em um ambiente al-calino, melhor do que se as lâminas coletoras de corrente 20 não fossemrevestidas. Acredita-se que esso se deva, ao menos em parte, ao fato de apelícula nativa de oxido metálico formada por esse revestimento de metalvedante ser essencialmente insolúvel em eletrólito alcalino. Portanto, a liga-ção adesiva que envolve quimicamente esse oxido nativo resiste à degra-dação mesmo quando exposto a um ambiente alcalino. Alternativamente, aprópria lâmina coletora de corrente do ânodo 20 pode ser formada a partir dometal vedante ou de ligas do mesmo. Adicionalmente, os metais vedantesacima mencionados têm a propriedade de que seus óxidos e hidróxidos nãosofrem redução na presença de material ativo do ânodo, como zinco. Essapropriedade serve, também, para preservar a resistência e a uniformidade daligação interfacial entre a lâmina coletora de corrente do ânodo 20 e a ar-mação de plástico 30 (figuras 4A e 7B).

Diversas modalidades do conjunto de ânodo 30A (figura 4A) u-sando um revestimento de metal vedante 300 sobre a superfície interna dalâmina coletora de corrente do ânodo 20 são mostradas nas figuras 7A a 7G.Pode-se utilizar uma série de diferentes revestimentos de metal vedante,porém, determinou-se sendo os mais desejáveis os revestimentos à base demagnésio, titânio ou zirconio. O revestimento de metal vedante 300 é, dese-javelmente, aplicado em sua forma pura elementar, por exemplo, um reves-timento delgado à base de magnésio, titânio ou zirconio sobre a superfícieinterna do coletor de corrente do ânodo 20, porém, o metal vedante pode,também, estar na forma de liga, desejavelmente, uma liga de magnésio, umaliga de titânio ou liga de zirconio. Não é necessário revestir toda a superfícieinterna do coletor de corrente do ânodo 20 com o metal vedante. No entanto,quando um metal vedante 300 for usado, o mesmo deve ser pré-revestidosobre ao menos a porção da superfície voltada para o mesmo do coletor decorrente do ânodo 20, para qual um ou mais selantes adesivos, por exemplo,selantes em estágio 20a e 20b, devem ser aplicados conforme mostrado nafigura 7A. Portanto, o revestimento de metal vedante é, tipicamente, aplicadocircunferencialmente para revestir a porção da superfície voltada para omesmo do coletor de corrente do ânodo 20 que é diretamente oposta à ar-mação de plástico 30. As áreas do coletor do ânodo 20 voltadas para a ar-mação 30, que não são opostas por nenhuma porção da armação de plástico30, não precisam ser revestidas por um metal vedante 300. No caso de umaconfiguração de armação preferencial (por exemplo, figura 8A), em que asuperfície do coletor de corrente do ânodo 20 é orientada na direção da parteinterna da célula, a porção da superfície que não é oposta a nenhuma parte daarmação, porém, oposta ao material ativo do ânodo 40, não precisa ser re-vestida por um metal vedante 300.

No caso de outra configuração desejada, (por exemplo, figura 9A),em que o coletor de corrente do ânodo 20 está voltado para a armação 30 defora da mesma, a porção da superfície voltada do coletor de corrente 20 quenão se opõe a nenhuma parte da armação 30, porém, que fica exposta aointerior da célula, não precisa ser revestida por um metal vedante 300. Talconfiguração de armação tem a lâmina coletora de corrente 20 em contigui-dade a uma saia da armação 33c (por exemplo, conforme mostrado na figura9A), e nesta configuração a placa terminal do ânodo será normalmente re-vestida por um metal vedante sobre a porção de sua superfície voltada para omesmo que se opõe a esta saia.

A armação anódica 30 (borda da armação), sem contar nenhumaárea contornada, pode, tipicamente, ter entre cerca de 3,18 mm (1/8 pol) e6,35 mm (1/4 pol) de largura, o que permite um espaço suficiente para que oadesivo seja aplicado. O uso do metal vedante 300 sobre a superfície voltadapara o mesmo do coletor de corrente do ânodo 20 demonstra ser particu-larmente útil para otimizar as propriedades vedantes do conjunto de ânodo30A, já que a largura da armação 30 é tornada menor, ou seja, mais perto de3,18 mm (1/8 pol) ou mesmo menos.

As figuras 7A a 7G são exemplos de diversas modalidades doconjunto de ânodo 30A que incorporam o uso do metal vedante 300 da pre-sente invenção.

A figura 7 A mostra uma modalidade do conjunto de ânodo 30Asimilar àquela mostrada na figura 4A, exceto pelo fato de que a porção docoletor de corrente do ânodo 20 voltada para os selantes adesivos em está-gios 20a e 20b foi pré-revestida com um metal vedante 300. O metal vedante300 preferencial para esta modalidade compreende magnésio, titânio ouzircônio elementares. É preferencial aplicar o revestimento de metal vedante300 circunferencialmente à superfície voltada para o mesmo do coletor decorrente do ânodo 20, apenas ao longo da porção da dita superfície interna docoletor de corrente que se opõe diretamente à largura total dos selantes a-desivos em estágios 20a e 20b. Desse modo, a exposição direta da superfíciede metal vedante ao material de ânodo 40 pode ser evitada, caso se deseje.

Embora um revestimento de magnésio possa ser diretamente exposto a umânodo 40 compreendendo zinco, a exposição direta de um revestimento dezircônio a esse ânodo de zinco 40 pode contribuir para a emissão de gasespela célula sob determinadas circunstâncias e precisa, portanto, ser evitada.

O revestimento de metal vedante 300 (figura 7A), como à base demagnésio, titânio ou zircônio elementares pode ser aplicado à superfícievoltada para o mesmo do coletor de corrente do ânodo 20 por técnicas con-vencionais, como através de revestimento por cilindro ou metalização a vácuo.

No entanto, podem ser usados outros métodos convencionais para aplicaçãodo metal vedante 300 ao coletor de corrente do ânodo 20. Por exemplo, ometal vedante pode ser aplicado mediante o uso de técnicas como bombar-deamento iônico, chapeamento por íons, deposição por plasma, deposiçãopor plasma auxiliada por jato, sinterização, aspersão de metal a frio, aspersãopor pistola de detonação, aspersão por combustível e oxigênio em alta velo-cidade, galvanoplastia (a partir de eletrólito não-aquoso), ou imersão a quente(imersão do coletor de corrente do ânodo em um banho de metal vedantefundido). O metal vedante 300, de preferência, à base de magnésio, titânio ouzircônio elementares, pode ser aplicado à superfície interna do coletor decorrente do ânodo 20 em uma espessura uniforme, de preferência, entrecerca de 0,10 e 50 mícrons, por exemplo, cerca de 3 mícrons. Embora o metalvedante 300 à base de magnésio, titânio ou zircônio elementares seja pre-ferencial, o mesmo pode ser uma liga de magnésio, titânio ou zircônio, depreferência, onde o magnésio, titânio ou zircônio (ou dois ou três juntos)compreendem o componente principal da liga.

Uma lâmina coletora de corrente 20 preferencial, mostrada nafigura 7 A é de cobre. No entanto, o coletor de corrente do ânodo 20 pode,desejavelmente, ser de latão ou bronze. A lâmina coletora de corrente 20 tem,desejavelmente, entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil) deespessura. Embora possa ser empregado um só adesivo, é preferencial aaplicação de um adesivo em estágios 20a e 20b até o lado superior da ar-mação do ânodo 30. O adesivo em estágios compreende uma faixa de ade-sivo estrutural 20a (Adesivo A, descrito acima) adjacente à borda externa daarmação, e uma faixa de material selante 20b (Adesivo Selante B, descritoacima) adjacente à borda interna da armação. Pode-se aplicar um adesivoúnico de composição homogênea ao invés da vedação em estágios, no en-tanto, a vedação em estágios é preferencial, pelo fato dela proporcionar umaconstrução mecanicamente mais robusta, que é mais resistente ao processode delaminação ou descolamento e, é, portanto, melhor para vedar o eletrólito.A armação revestida com adesivo é, então, aplicada à borda do coletor decorrente do ânodo, de modo a entrar em contato com o metal vedante 300, oqual forma uma interface entre o coletor de corrente do ânodo 300 e o adesivoem estágios 20 e 20b. Materiais preferenciais para a armação 30 são plásticoscomo poliestireno de alto impacto (HIPS), acrilonitrila-butadieno-estireno(ABS), polissulfona, ou cloreto de polivinila (PVC). O separador 50 mostradona figura 7A pode ser feito de um material convencionalmente empregado emseparadores para células alcalinas. O separador 50, por exemplo, pode serformado por uma lâmina de não-tecido em fibras de álcool polivinílico lami-nadas sobre uma película de celofane.

A figura 7B mostra uma modalidade do conjunto de ânodo 30A,em que o coletor de corrente em cobre 20 é completamente substituído porum coletor de corrente de laminado em magnésio, titânio ou zircônio comespessura igual ou similar. Ou seja, a espessura do coletor de corrente 20 éde, desejavelmente, entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil). Ouso de uma lâmina coletora de corrente 20 em magnésio, titânio ou zircônioevita a necessidade de revestir separadamente qualquer porção da superfícieinterna de um coletor em cobre com metal vedante, como magnésiotitânio ouzircônio. Nesta modalidade (figura 7B) o uso de um coletor de corrente doânodo 20 em magnésio é preferencial, visto que o contato de zircônio metálico,e a uma extensão menor de titânio metálico, com o ânodo de .zinco 40 podeaumentar a emissão de gases pela célula durante o armazenamento da célulaou durante seu funcionamento normal. No entanto, a interface do magnésio,titânio ou zircônio com os selantes adesivos 20a e 20b assegura uma exce-lente união entre o coletor de corrente 20 e a armação de plástico 30 durantelongos períodos de tempo, estendendo-se a múltiplos anos de armazena-mento e uso da célula. Os componentes restantes, incluindo os adesivos emestágios 20a e 20b, são iguais àqueles descritos em relação à modalidade nafigura 7A.

A figura 7C mostra uma modalidade do conjunto de ânodo 30Acom um coletor de corrente 20 em cobre dotado de um revestimento de metalvedante 300 de magnésio subjacente à toda superfície interna do laminado decobre 20. O revestimento de magnésio 300 pode, tipicamente, ter uma es-pessura de cerca de 0,10 a 50 mícrons, por exemplo cerca de 3 mícrons,subjacente à lâmina de cobre 20. A espessura combinada dos laminados 20 e300 situa-se entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil). Os com-ponentes restantes, incluindo os adesivos em estágios 20a e 20b aplicados àarmação do ânodo 30, são iguais àqueles descritos em relação à modalidadena figura 7A.

A figura 7D mostra uma modalidade do conjunto de ânodo 30Acom coletor de corrente 20 em cobre que foi revestido por uma camada fina dezircônio metálico circunferencialmentesobre a superfície voltada para omesmo da lâmina de cobre 20 adjacente a sua borda periférica. A camada dezircônio é aplicada em uma espessura de cerca de 3 mícrons à superfícievoltada para a mesmado coletor de corrente em cobre do ânodo 20, em umalargura que corresponde à largura combinada dos adesivos 20a e 20b, es-pecificamente cerca da largura da armação do ânodo 30. A largura da ar-mação anódica (borda da armação) 30 e, conseqüentemente, a largura dometal vedante em zircônio 300 pode, tipicamente, situar-se entre cerca de3,18 mm (1/8 pol) a 6,35 mm (1/4 pol). Essa modalidade tem a vantagem deproporcionar uma superfície de contato em zircônio para os adesivos emestágios 20a e 20b, sem no entanto expor o zircônio diretamente ao materialde ânodo em zinco 40. Conforme mencionado acima, é preferencial evitar ocontato direto entre o metal vedante em zircônio e o material de ânodo emzinco 40, já que esse contato direto pode contribuir para a emissão de gasespela célula. Os componentes restantes, incluindo os adesivos em estágios20a e 20b aplicados à armação do ânodo 30, são iguais àqueles descritos emrelação à modalidade na figura 7A.

A figura 7E mostra uma modalidade do conjunto de ânodo 30Acom um coletor de corrente 20 em zircônio metálico. O coletor em zircôniometálico 20 entra diretamente em contato com os adesivos em estágios 20a e20b, já que a armação de plástico 30 e a lâmina coletora de corrente 20 estãoligadas uma à outra. Ou seja, a própria lâmina coletora de corrente 20 emzircônio funciona como o metal vedante junto aos adesivos 20a e 20b. Noentanto, a porção central da superfície interna do coletor de corrente 20 emzircônio é revestida ou folheada com uma fina camada de cobre 28, de modoque o ânodo de zinco 40 fique diretamente exposto à dita camada de cobre 28em vez do zircônio, para reduzir os riscos de emissão de gases pela célula.Nesta modalidade, o coletor de corrente 20 em zircônio pode ter uma es-pessura desejavelmente entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm (10 mil),enquanto a camada de cobre 28 subjacente pode ter uma espessura tipica-mente entre cerca de 0,5 e 5 mícrons, por exemplo, cerca de 3 mícrons.Conforme descrito anteriormente.ta largura da borda da armação do ânodo 30e, conseqüentemente, a área combinada de contato com os adesivos 20a e20b pode, tipicamente, situar-se entre cerca de 3,18 mm (1/8 pol) a 6,35 mm(1/4 pol). Os componentes restantes, incluindo os adesivos em estágios 20a e20b aplicados à armação do ânodo 30, são iguais àqueles descritos em re-lação à modalidade na figura 7A.As figuras 7F e 7G mostram modalidades em que o coletor decorrente do ânodo 20 é formado a partir de uma fina camada de metal vedante300 de magnésio. A camada de magnésio pode ser revestida sobre umapelícula polimérica 250, de preferência, uma película de poliimida ou polis-sulfona por uma técnica convencional de metalização a vácuo para formar umlaminado de magnésio/película polimérica. Os adesivos em estágios 20a e20b unem a armação de plástico 30 à camada de magnésio 20, conformemostrado nas figuras 7F e 7G. A película polimérica 250 proporciona um re-vestimento protetor para a camada de magnésio subjacente. A camada demagnésio 20 pode ter uma espessura, tipicamente, entre cerca de 0,005 mm(0,2 mil) e 0,05 mm (2,0 mil), enquanto a película polimérica 250 pode ter umaespessura, desejavelmente, entre cerca de 0,013 mm (0,50 mil) e 0,13 (5,0mil). De modo a obter um contato de terminal do ânodo (terminal negativo)uma porção de aba 310 do laminado de magnésio/película polimérica pode seestender desde a borda da célula e ser enrolada sobre si mesma, expondoassim uma porção da camada de magnésio 300, conforme mostrado na figura7F. A porção exposta da camada de magnésio 300 na aba 310 (figura 7F)pode funcionar como o terminal negativo da célula.

Alternativamente, a porção da camada de polímero 250 e camadade magnésio 300 pode se projetar a partir da borda da célula para formar umaaba de contato do terminal negativo 310 conforme mostrado na figura 7G. Asmodalidades mostradas nas figuras 7F e 7G apresentam a vantagem deproporcionar um contato direto entre o coletor de corrente do ânodo 20 e osadesivos em estágios 20a e 20b, sem a necessidade de revestir adicional-mente o coletor de corrente do ânodo 20 com metal vedante. Ou seja, oprórpio coletor de corrente 20 é formado a partir de um metal vedante 300,especificamente magnésio. A modalidade mostrada na figura 7F proporciona,também, uma camada de película protetora, destinada a proteger o metalvedante de magnésio 300 contra o contato direto com elementos externosprejudiciais, como materiais abrasivos ou fluidos ácidos, e posteriormenteproteger a fina camada de magnésio contra abusos mecânicos como perfu-ração com instrumentos pontiagudos. Os componentes restantes, incluindoos adesivos em estágios 20a e 20b aplicados à armação do ânodo 30, sãoiguais àqueles descritos em relação à modalidade na figura 7A.

Outras modalidades são possíveis em que o coletor de correntedo ânodo 20 é formado por um laminado de película compreendendo aomenos uma camada de película polimérica e ao menos uma lâmina metálicaem múltiplas camadas sobre a mesma. A lâmina metálica em múltiplas ca-madas pode compreender uma película metálica de base consistindo essen-cialmente em um metal não-vedante, e um revestimento sobre a mesmaconsistindo essencialmente em um metal vedante cobrindo ao menos umaporção da dita película metálica de base.

As modalidades anteriores foram descritas em relação ao uso demetais vedantes na estrutura de vedação de células alcalinas planas comconstrução laminada, especificamente lacres não-franzidos e coletores decorrente negativos planos. No entanto, deve-se compreender que as cons-truções de célula alcalina convencionais que empregam coletores de correntedo ânodo (negativo) em forma de haste, cilindro ou copo, também podemempregar vantajosamente os metais vedantes para otimizar a integridade doslacres. Nessas construções, os metais vedantes estão situados sobre a su-perfície do coletor de corrente negativa, em oposição ao elemento isolante devedação (por exemplo, anel isolante de plástico ou arruela de vedação), comdiversos selantes ou adesivos dispostos entre as mesmas. Opcionalmente,nessas construções de célula alcalina convencionais, por exemplo em célulascilíndricas ou do tipo botão em que é aplicada uma força de franzimento entreo coletor de corrente negativa e o anel isolante no interior do conjunto do lacre,os adesivos ou selantes podem ser completamente omitidos. Nesse caso, ocoletor de corrente negativo pode, desejavelmente, ser pré-revestido pelometal vedante ou pode, ele próprio, ser composto a partir do metal vedante. Ainsolubilidade e não-redutibilidade das películas nativas de oxido ou hidróxidode metal vedante sobre a superfície do coletor de corrente otimizarão a inte-gridade de lacre, mesmo na ausência de uma aplicação selante adesiva su-plementar.

Portanto a otimização na união do coletor de corrente do ânodo(negativo) a uma porção do elemento de lacre isolante (porção de passagemnegativa) derivada mediante o emprego de um metal vedante entre osmesmos e destinada à aplicação em células alcalinas em geral, independentede sua configuração. (Na modalidade descrita na figura 4A, em adição aoânodo 40 da carcaça, a armação 30 também funciona com um elemento i-solante de vedação, impedindo o contato entre a lâmina coletora de correntedo ânodo 20 e o cátodo 60 da célula, ou seu lado positivo.)

Por exemplo, a porção do pino alongado do coletor de corrente doânodo 15 que passa através do elemento isolante de vedação 12 (topo plás-tico) na célula alcalina cilíndrica mostrada na patente U.S. N° 4.740.435 re-presentativa, pode ser pré-revestida ou folheada com o metal vedante dapresente invenção antes que o dito pino do coletor de corrente 15 seja unidoao elemento isolante de vedação 12 com selante à base de asfalto 17 (ouequivalente). Na célula de tipo botão de zinco/ar mostrada, por exemplo, napublicação de patente U.S. N° 2002-0192545-A1, a porção da superfície in-terna e externa das paredes laterais 163 do compartimento do ânodo (coletorde corrente do ânodo), que está em contiguidade com o elemento isolante devedação 172, pode ser pré-revestida com o metal vedante da presente in-venção, antes que o compartimento do ânodo 163 seja unido ao dito elementoisolante de vedação. Os metais vedantes preferenciais para esse propósito,conforme aqui descrito, são magnésio, zircônio e titânio, mas o metal vedantepode também ser selecionado dentre a lista acima definida.

Mediante o pré-revestimento da dita porção do coletor de correntedo ânodo (porção de passagem negativa) com o metal vedante definido acimada invenção, particularmente magnésio, titânio ou zircônio, a ligação adesivaentre o coletor de corrente do ânodo e o elemento isolante se torna maisresistente a álcali e, em geral, resiste melhor à degradação ao longo do tempodo que se a porção do coletor de corrente do ânodo não fosse pré-revestidacom metal vedante. Alternativamente, o próprio coletor de corrente do ânodocomo um todo, ou a porção sendo ligada ao elemento isolante, pode serformado a partir di metal vedante. Desta forma, aprimora-se a vedação ade-siva entre o coletor de corrente do ânodo e o elemento isolante, e a chance deocorrer vazamento de eletrólito através da mesma é reduzida.

Para otimizar as qualidades de contato elétrico do terminal nega-tivo exterior da bateria, a porção da superfície do metal vedante que cobre ouque constitui o terminal de contato negativo, ou uma fração do mesmo, podeser folheada ou revestido com outro metal tendo propriedades de contatosuperiores, como cobre ou níquel.

Para reduzir a taxa de emissão de gases a partir de qualquerporção da superfície de metal vedante que entre em contato direto com omaterial ativo negativo, ou que possa ser diretamente exposta ao eletrólito nointerior da célula como, por exemplo, zinco e eletrólito à base de KOH, aporção da superfície do metal vedante, ou qualquer fração da mesma, podeser revestida com um outro metal que pode, sob determinadas circunstâncias,ter características de menor emissão de gases que o próprio metal vedante.Por exemplo, esses outros metais podem ser cobre, estanho, índio, zinco ouligas desses itens.

Outras modalidades da invenção são possíveis em que o metalvedante, por exemplo, magnésio, titânio ou zirconio, ou quaisquer metaisvedantes mencionados acima pode, também, ser revestido por compostoscontendo o mesmo metal vedante, além de oxido ou hidróxido, que são in-solúvel em eletrólitos alcalinos e não são reduzidos pelo material ativo doânodo em zinco. Por exemplo, um metal vedante, como magnésio seja usadosob a forma de uma lâmina coletora de corrente do ânodo 20 ou usado comoum revestimento sobre uma lâmina coletora de corrente do ânodo, comocobre ou latão, pode ele próprio ser revestido por uma camada protetora.

Essa camada protetora pode ser uma película de fluoreto de magnésio (MgF2)aplicado mediante técnicas de evaporação a vácuo, como aquelas usadaspara revestimento externo de componentes ópticos. Alternativamente, umapelícula de MgF2 pode ser aperfeiçoada como um revestimento de conversãosobre a superfície metálica de Mg através do treatmento com um fluoretocontendo reagente, como HF ou NH4F. Outros sais insolúveis de metais ve-dantes específicos podem, também, compreender a película superficial, como,por exemplo, carbonatos.As figuras 8 a 8C mostram uma armação anódica 30 dotada deuma extremidade parcialmente fechada definida pelo painel base 33c, de umaextremidade aberta oposta definida pela borda inferior da armação 36, e deparedes laterais entre as mesmas definidas pela borda periférica da armação33a. Na modalidade mostrada nas figuras 8 a 8C, a célula 10 emprega ummetal vedante 300 no conjunto de ânodo 30A, porém, o metal vedante 300fica situado sobre o lado da lâmina coletora de corrente do ânodo 20 voltadopara o lado oposto do material de ânodo 40. Ou seja, nessa modalidade, ometal vedante 300 conforme mostrado nas figuras 8 e 8A reveste a lâminacoletora de corrente do ânodo 20, de tal modo que ela não fique em contatocom nenhuma porção do material de ânodo 40. Portanto, conforme mostradonas figuras 8 e 8A, a lâmina coletora de corrente do ânodo 20 fica diretamenteem contato com o material de ânodo 40. Isto ocorre em contraste às moda-lidades mostradas nas figuras 7A a 7G, em que ao menos uma porção dometal vedante 300 fica em contato com o material de ânodo 40. Um metalvedante 300 preferencial é o titânio, porém, zircônio ou magnésio também sãobastante convenientes. No entanto, não se pretente limitar o metal vedante300 a estes metais preferenciais, já que outros metais, como háfnio (Hf), ítrio(Y) e qualquer um dos metais vedantes restantes especificamente mencio-nados no Sumário da Invenção anteriormente mencionado também podemser usados como metal vedante 300.

Técnicas convencionais também podem ser usadas para revestirou laminar a superfície da lâmina coletora de corrente do ânodo 20 com ometal vedante 300. Tais técnicas convencionais incluem, por exemplo, re-vestimento por cilindro (laminação de revestimento por cilindro), deposição avácuo, bombardeamento iônico, chapeamento por íons, deposição porplasma, deposição por plasma auxiliada por jato, sinterização, aspersão demetal a frio, aspersão por pistola de detonação, aspersão por combustível eoxigênio em alta velocidade, galvanização (a partir de eletrólito não-aquoso)ou imersão a quente (imersão da lâmina coletora de corrente do ânodo em umbanho de metal vedante fundido).

Além disso, na mesma modalidade conforme melhor mostradonas figuras 8 e 8A, a armação do ânodo 30 tem um painel base estendido(saia) 33c que reveste uma porção substancial das camadas subjacentes demetal vedante 300 e lâmina coletora de corrente 20. De preferência, o painelbase (saia) 33c da armação do ânodo 30 é uma parte integral da armação 30e se estende a partir da borda periférica da armação 33a até uma região maiscentral do ânodo 40 onde o terminal negativo fica situado. Tipicamente, parauma célula de dimensão de cerca de 2,5 x 2,5 cm (1 x 1 polegadas), o painelbase 33c da armação do ânodo 30 forma ao menos cerca de 50%, de pre-ferência, entre cerca de 75% e 95% da superfície laminar superior da célula20' (figura 1). De forma recíproca, as aberturas 33b no painel base 33c parauma célula com dimensões de 2,5 x 2,5 cm (1 x 1 polegada), de preferência,ocupam entre cerca de 5% e 25% da área superficial disponível sobre o painelbase 33c, antes que as ditas aberturas sejam formadas através do mesmo.Para uma célula com dimensões de cerca de 10,2 x 10,2 cm (4 x 4 polegadas),o painel base 33c da armação do ânodo 30 forma ao menos cerca de 20%, depreferência, entre cerca de 50% e 99,5% da superfície laminar superior dacélula 20'. De forma recíproca, as aberturas 33b no painel base 33c para umacélula com dimensões de 10,2 x 10,2 cm (4 x 4 polegadas), de preferência,ocupam entre cerca de 0,5% e 50% da área superficial disponível sobre opainel base 33c, antes que as ditas aberturas sejam formadas através domesmo. Para uma célula com dimensões de cerca de 20,3 x 20,3 cm (8 x8polegadas), o painel base 33c da armação do ânodo 30 forma ao menos cercade 10%, de preferência, entre cerca de 15% e 99,9% da superfície laminarsuperior da célula 20'. De forma reciprocadas aberturas 33b no painel base33c para uma célula com dimensões de 20,3 x 20,3 cm (8 x 8 polegadas), depreferência, ocupam entre cerca de 0,1% e 85% da área superficial disponívelsobre o painel base 33c, antes que as ditas aberturas sejam formadas atravésdo mesmo.

Conforme pode-se observar a partir das figuras 8 e 8A, há de-sejavelmente uma abertura 33b através do painel base 33c da armação 30. Aabertura 33b é definida pelo contorno 30a. A abertura 33b se introduz com-pletamente através do painel base da armação 33c. Também pode haver umaárea límpida 305 dotada de um contorno 305a no revestimento de metal ve-dante 300. A área límpida 305 se estende por baixo da abertura 33b no painelbase da armação 33c. Na área límpida 305, uma porção do metal vedante écompletamente removida, desse modo, expondo a lâmina coletora de cor-rente do ânodo 20 subjacente. Tipicamente, a abertura 33b no painel base daarmação do ânodo 33c é maior que a área límpida 305 no revestimento demetal vedante 300 subjacente. Visto que a área límpida do metal vedante 305expõe uma porção da lâmina coletora de corrente 20 subjacente, tal porçãoexposta do coletor de corrente 20 pode agir diretamente como o terminalnegativo da célula. Desse modo, pode-se reduzir a resistência de contato como terminal negativo. A abertura 33b no painel base da armação do ânodo 33ctem, desejavelmente, um formato circular ou oblongo, mas também pode serpoligonal ou retangular. A abertura 305 através do metal vedante 300 é, de-sejavelmente, circular, mas também pode ser poligonal ou retangular.

Conforme melhor mostrado nas figuras 8 e 8A, a borda 33a daarmação do ânodo 30 pode ser mais espessa em uma porção maior adjacenteao painel base da armação 33c, e mais delgada na direção da parte inferior daarmação. Isto forma uma superfície interna maior 30b que se transforma emuma superfície interna ligeiramente mais larga 30c na parte inferior da ar-mação. Portanto, uma aba intermediária 39 é formada entre as superfíciesinternas 30b e 30c, e uma aba de extremidade 36 (figura 8A) é formada naparte inferior da armação 30 abaixo da aba intermediária 39. Na modalidademostrada nas figuras 8, 8A e 8C, emprega-se, de preferência, um adesivo emestágios para fixar o metal vedante 300 à armação do ânodo 30. De prefe-rência, o metal vedante 300 é ligado à superfície interna do painel base 33c daarmação do ânodo 30 mediante a aplicação de um adesivo A (por exemplo,adesivo à base de epóxi estrutural) em uma faixa 20a ao longo da superfícieinterna do painel base 33c próxima à borda da abertura 33b. Um selanteadesivo B (por exemplo, asfalto ou poliamida pegajosa) é então aplicadocircunferencialmente a uma faixa 20b próxima ao adesivo A, e em torno domesmo, e estendendo-se até a borda externa do painel base 33c. As faixasjustapostas de adesivos 20a e 20b são aplicadas à superfície interna do painelbase 33c, de tal modo que elas fiquem voltadas à superfície superior da lâ-mina do metal vedante 300 conforme mostrado nas figuras 8, 8A e 8C.

Observar-se-á que a localização dos adesivos A e B nessa mo-dalidade é oposta a suas localizações mostradas em uma modalidade anterior(figura 7A) com uma porção do metal vedante mostrada em contato com oânodo 40. Ou seja, na modalidade anterior mostrada na figura 7A, o adesivo A(faixa adesiva 20a) ocupa um espaço ao longo da borda externa do metalvedante, e o selante adesivo B (faixa adesiva 20b) ocupa um espaço dentrodo adesivo A. Um adesivo único de composição homogênea, por exemplo,pode-se aplicar o selante adesivo B ao invés da vedação em estágios, noentanto, a vedação em estágios é preferencial, pelo fato dela fornecer umaconstrução mecanicamente mais robusta que é mais resistente ao processode delaminação ou descolamento e, é, portanto, um sistema melhor paravedar o eletrólito. A aplicação de adesivos e selantes, como adesivos A ou Bem contato direto com o metal vedante 300 produz uma ligação com armaçãodo ânodo 30, que aparenta suportar a degradação com o passar de longos pe-ríodos de tempo do que se o metal vedante 300 não fosse empregado e o coletorde corrente do ânodo 20 fosse ligado diretamente à armação do ânodo 30.

Uma lâmina coletora de corrente do ânodo 20 preferencial mos-trada nas figuras 8 e 8A é feita de cobre. No entanto, o coletor de corrente doânodo 20 pode, desejavelmente, ser de latão ou bronze. A lâmina coletora decorrente 20 tem, desejavelmente, entre cerca de 0,076 mm (3 mil) e 0,254 mm(10 mil) de espessura. Os adesivos 20a e 20b são, de preferência, revestidossobre a superfície interna do painel base (saia) 33c, porém, eles podem pri-meiro ser aplicados diretamente ao metal vedante 300. O metal vedante 300foi previamente laminado, revestido ou depositado sobre a lâmina coletora decorrente 20. A superfície exposta do revestimento de metal vedante 300 sobrea lâmina coletora de corrente 20 é então aplicada à superfície interna reves-tida do adesivo do painel base da armação (saia) 33c, imediatamente após seformar uma ligação bem firme que mantém o metal vedante 300 permanen-temente ligado à armação do ânodo 30.

Materiais preferenciais para a armação 30 são plásticos comopoliestireno de alto impacto (HIPS), acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS),polissulfona, ou cloreto de polivinila (PVC). O separador 50 mostrado nasfiguras 8 e 8A pode ser feito de um material convencionalmente empregadoem separadores para células alcalinas. O separador 50, por exemplo, podeser formado por uma lâmina de não-tecido em fibras de álcool polivinílicolaminadas sobre uma película de celofane. O material de ânodo 40 é carre-gado na cavidade da armação, de tal modo que ele fique em contato diretocom o coletor de corrente do ânodo 20 (figura 8A). A lâmina separadora 50 éentão inserida revestindo o material de ânodo 40. A lâmina separadora 50 seadapta, de tal modo que ela se assente sobre a aba intermediária da armaçãodo ânodo 39.

Vantagens

Na modalidade do conjunto de ânodo descrita anteriormentemostrada nas figuras 8, 8A e 8C, a lâmina do metal vedante 300 se encontrano lado oposto da lâmina coletora de corrente do ânodo 20. Nessa modali-dade, o metal vedante 300 não fica em contato direto com nenhuma porção doânodo 40. Isto evita qualquer possibilidade de que o metal vedante causequalquer aumento na resistência ao contato elétrico entre o ânodo 40 e alâmina coletora de corrente do ânodo 20. Certos metais vedantes, como zir-cônio, e a uma extensão menor de titânio metálico podem causar aumento naemissão de gases quando entram em contato com o material ativo do ânodo,isto é, zinco, ou quando conduzidos até um potencial de zinco em contato comum eletrólito alcalino. Na modalidade descrita mostrada nas figuras 8, 8A e 8C,evita-se o contato direto entre zinco, e o contato com o eletrólito alcalino épossível apenas através de uma trajetória tortuosa de alta resistência. Por-tanto, nenhum aumento considerável na emissão de gases irá ocorrer,mesmo quando emprega-se um metal vedante de "alta emissão de gases",como zircônio.

Na modalidade do conjunto de ânodo descrita anteriormentemostrada nas figuras 8, 8A e 8C, será observado que a porção central dalâmina do metal vedante 300 tem uma abertura 305 através da mesma. Istosatisfaz diversos propósitos. Primeiramente, se expõe uma porção da lâminacoletora de corrente 20, de tal modo que a mesma seja usada diretamentecomo o terminal negativo da célula. Em segundo lugar, remove-se o metalvedante das áreas centrais da lâmina do metal vedante 300 onde os adesivosem estágios 20a e 20b não precisam ser aplicados.

A modalidade do conjunto de ânodo mostrada nas figuras 8, 8A e8C tem uma armação de plástico 30 com um painel base estendido (saia) 33c.O painel base 33c se estende a partir da borda periférica da armação 33a atéum contorno 30a, que é estendida ainda mais a partir da borda periféricaexterna do conjunto de ânodo do que nas modalidades anteriores, por e-xemplo, figuras 2 ou 4A. Tal projeto proporciona uma superfície mais vedantea qual pode-se aplicar as faixas adesivas 20a e 20b. A superfície superior dearmação maior definida pelo painel base 33c retém qualquer movimento parafora do terminal negativo (lâmina coletora de corrente 20), desse modo, co-locando as faixas adesivas e selante adesivas 20a e 20b sob compactação. Oadesivo e selante adesivo sob compactação fornecem uma ligação mais du-rável. Isto também reduz a necessidade por um adesivo estrutural A (faixaadesiva 20a). O projeto mostrado nas figuras 8, 8A e 8C dotado de uma ar-mação 30 com um painel base estendido (saia) 33c ajuda a resistir ao pro-cesso de delaminação das camadas subjacentes à medida que a célula édescarregada, e otimiza a integridade estrutural total do conjunto de ânodo.

Uma vista explodida da lateral do cátodo da célula da figura 8 émostrada na figura 8B. Na modalidade mostrada na figura 8B, o coletor decorrente do cátodo 80, de preferência, não é revestido por nenhum metalvedante 300. Porém, avaliar-se-á que o dito coletor de corrente 80 pode,opcionalmente, ser revestido por tal metal vedante, nesse caso o metal ve-dante seria, desejavelmente, aplicado ao lado do coletor de corrente 80 vol-tado para a armação do cátodo 70. A armação do cátodo 70 é, de preferência,constituída a partir do mesmo material da armação do ânodo 30, por exemplo,poliestireno de alto impacto. A armação do cátodo 70 tem uma superfícieestendida 79b similar ao painel base estendido (saia) 33c da armação doânodo 30.

Deve-se notar que os critérios para um metal vedante do cátodonão são idênticos àqueles para um metal vedante do ânodo. Em um sentido, omesmo critério se aplica, a película nativa de oxido ou hidróxido sobre o metalvedante do cátodo deve ser uma que seja insolúvel em eletrólito alcalino. Emoutro sentido, um critério de "imagem do espelho" se aplica, a película nativade oxido ou hidróxido sobre o metal vedante do cátodo deve ser uma que sejaimune à oxidação em um estado de oxidação mais alto no potencial positivodo cátodo.

Reportando-se ao conjunto de cátodo na figura 8B, pode haveruma abertura 78 dotada de um contorno 78a através da superfície estendidado cátodo 79b. A parte interna da superfície 79b é, desejavelmente, revestidapor um adesivo estrutural 70a (adesivo A, por exemplo, adesivo à base deepóxi) em uma faixa em formato de anel imediatamente adjacente ao con-torno da abertura 78a. A área interna restante da superfície 79b é, deseja-velmente, revestida por um selante adesivo 79b (adesivo B), como selanteadesivo de asfalto, conforme mostrado na figura 8B. Conforme mostrado nafigura 8B, os adesivos 70a e 70b são, de preferência, aplicados em uma re-lação em estágios (lado a lado).

No conjunto, depois que o adesivo 70a e selante adesivo 70b sãoaplicados à parte interna da superfície estendida 79b da armação do cátodo70, a lâmina coletora de corrente do cátodo 80, de preferência, de níquel ouaço niquelado, é inserida na armação 70. O coletor de corrente do cátodo setorna permanentemente ligado à superfície estendida interna 79b da armação70. Uma chapa do material de cátodo 60 é então aplicada sobre a lâminacoletora de corrente do cátodo 80. Um adesivo da armação 32 (adesivo Cconforme descrito anteriormente) pode então ser aplicado à borda superior daarmação do ânodo 30 e da armação do cátodo 70 (figuras 8A e 8B). O con-junto de ânodo (figura 8A) e o conjunto de cátodo (figura 8B) completos sãoentão pressionados entre si, de tal modo que a armação do ânodo 30 se torneligada à armação do cátodo 70 através do adesivo 32. A célula completa 10 émostrada na figura 8.

Outra modalidade alternativa do conjunto de ânodo e do conjuntode cátodo da presente invenção é mostrada nas figuras 9A e 9B, respecti-vãmente. No conjunto de ânodo mostrado na figura 9A há um painel baseestendido 33c da armação do ânodo 30 conforme mostrado na modalidade dafigura 8A. No entanto, na modalidade da figura 9A, a lâmina coletora de cor-rente do ânodo 20 fica empilhada contra a superfície externa do painel baseestendido 33c da armação do ânodo 30. Conforme mostrado na figura 9A, hápreferencialmente também um revestimento de metal vedante 300 sobre asuperfície interna da lâmina coletora de corrente 20, ou seja, de tal modo queo revestimento de metal vedante 300 fique em contato com a superfície ex-terna do painel base 33c da armação 30. De preferência, há uma abertura 33batravés da parte central do dito painel base 33c. Pode haver uma área límpida305 no metal vedante 300 alinhada, de tal modo que cubra a abertura 33b nopainel base da armação 33c. De preferência, há um adesivo estrutural 20a eselante adesivo 20b em relação lado a lado em estágios entre o revestimentode metal vedante 300 e a superfície externa do painel base da armação 33cconforme mostrado na figura 9A. O material de ânodo 40 é inserido no espaçointerno da armação do ânodo 30 conforme mostrado na figura 9A. Aplica-seum material separador 50 contra o material de ânodo 40, de tal modo que elese assente sobre a aba intermediária 39 da armação 30. O separador pode,opcionalmente, ser ligado à armação de plástico do ânodo por meio de umadesivo, selante adesivo, termocolagem, soldagem por solvente ou soldagemsônica. Na modalidade do conjunto de ânodo mostrada na figura 9A, umaporção do coletor de corrente do ânodo 20 se encontra em contato direto como material de ânodo 40, e há apenas uma quantidade bem modesta de ma-terial de ânodo em contato direto com o metal vedante 300.

De forma semelhante, o conjunto de cátodo tem uma armação docátodo 70 com superfície estendida 79b. Pode haver uma abertura 78 atravésda parte central da superfície estendida 79b. Aplica-se uma lâmina coletora decorrente do cátodo 80 à parte externa da superfície estendida 79b. O coletorde corrente do cátodo 80 é ligado à superfície estendida 79b com adesivoestrutural 70a e selante adesivo 70b entre os mesmos conforme mostrado nafigura 9B. Depois que os conjuntos de ânodo (figura 9A) e de cátodo (figura 9B)são construídos, o adesivo da armação 32 é aplicado à borda de extremidadede cada armação, e a borda da armação do ânodo 30 é pressionada sobre aborda da armação do cátodo 70, desse modo, ligando as armações entre si.

Os conjuntos de ânodo e de cátodo mostrados nas figuras 9A e9B, respectivamente, são ligeiramente mais fáceis de se fabricar do que amodalidade mostrada nas figuras 8A e 8B. No entanto, a modalidade mos-trada nas figuras 8A e 8B tem uma integridade estrutural total maior e, por-tanto, é preferencial.

Composição química de uma célula representativa

A descrição apresentada a seguir, da composição da célula noque refere-se à composição química do ânodo 40, do cátodo 60 e do sepa-rador 50 é aplicável à célula em forma de tablete 10 representativa, apre-sentada na modalidade acima descrita.

Na célula 10 acima descrita, o cátodo 60 compreende dióxido demanganês e eletrólito, e o ânodo 40 compreende zinco, agente gelificante eeletrólito. O eletrólito aquoso compreende uma mistura convencional de KOHe oxido de zinco. O material de ânodo 40 pode estar sob a forma de umamistura gelifiçada contendo um pó de liga de zinco isento de mercúrio (ne-nhum mercúrio adicionado). Ou seja, a célula tem um teor total de mercúriomenor que cerca de 100 partes por milhão (ppm) de partes de zinco, em peso,de preferência menos que 50 partes de mercúrio por milhão de partes dezinco, em peso. A célula também não contém, de preferência, nenhumaquantidade adicionada de chumbo e, assim, é essencialmente isenta dechumbo, ou seja, o teor total de chumbo é menor que 30 ppm, desejavelmentemenor que 15 ppm do total de zinco no ânodo. Essas misturas podem, tipi-camente, conter uma solução aquosa de eletrólito de KOH, um agente geli-ficante (por exemplo, um copolímero de ácido acrílico disponível sob o nomecomercial CARBOPOL C940 junto à Noveon (anteriormente junto à B. F.Goodrich)), e tensoativos (por exemplo, tensoativos à base de éster de fosfatoorgânico, disponíveis sob o nome comercial GAFAC RA600 junto à RhônePoulenc). Essa mistura é apresentada apenas como um exemplo ilustrativo enão se destina a restringir a presente invenção. Outros agentes gelificantesrepresentativo para ânodos de zinco são apresentados na patente U.S. N°4.563.404.

O cátodo 60 para aplicação à célula 10 da invenção é, deseja-velmente, um cátodo mole ou semi-sólido do tipo descrito na patente U.S. N°6.207.322 B1, aqui incorporada a título de referência. No entanto, deve serconsiderado que também podem ser usados cátodos mais convencionais àbase de dióxido de manganês sólido, por exemplo com um teor de dióxido demanganês entre cerca de 87% e 93%, em peso do cátodo. Todavia, foi de-terminado que o cátodo mole ou semi-sólido é desejável para a aplicação àcélula em forma de tablete da presente invenção, devido ao fato de que podeser prontamente moldado dentro da cavidade 73b no interior da armação docátodo 70. Além disso, esse cátodo mole ou semi-sólido é preferencial nocontexto da célula fixada por adesão da presente invenção, já que se des-cobriu como manter um contato próximo e uniforme com a superfície expostado coletor de corrente do cátodo 80 durante a vida útil da célula. Na célulalaminada por adesão 10 da presente invenção, não há forças de compressãofortes para manter um cátodo sólido em contato próximo e uniforme com ocoletor de corrente do cátodo, e esse contato pode relaxar-se um pouco, como passar do tempo. Portanto, o cátodo mole ou semi-sólido é preferencial.

O termo "semi-sólido", para uso na presente invenção, destina-sea cobrir amplamente todos os estados físicos que são intermediários, emtermos de propriedades, entre um verdadeiro sólido e um verdadeiro líquido.Assim, o termo semi-sólido destina-se a incluir (por exemplo, mas não comoum modo de limitação) estados físicos tendo a textura mole e as propriedadesreológicas comumente associadas a massas e pastas. O material semi-sólido,para uso na presente invenção, inclui (por exemplo, mas não como um modode limitação) materiais que não são de fluxo livre como o seria um líquido, masque geralmente precisam de uma força externa para fazer com que o ditomaterial se mova através de um conduto. O termo semi-sólido destina-se,ainda (por exemplo, mas não como um modo de limitação), a ser aplicado amateriais que são passíveis de extrusão e que podem ser deformados semsofrerem fraturas sob uma pressão externa exercida.

O cátodo semi-sólido 60 desejado para uso na célula em forma detablete da presente invenção pode ter as propriedades e os teores de com-posição conforme descrito na patente U.S. N° 6.207.322 B1, aqui incorporadaconforme exposto a seguir:

Portanto, o cátodo semi-sólido 60 para a célula 10 da presenteinvenção desejavelmente compreende dióxido de manganês em quantidadesque são menores que 80%, em peso, do cátodo e, de preferência, entre cercade 40% e 80%, em peso, tipicamente entre cerca de 45% e 78% e, mais ti-picamente, entre cerca de 45% e 70%, em peso do cátodo. O cátodo se-mi-sólido compreendendo dióxido de manganês pode estar sob a forma deuma massa ou pasta, ou de um material altamente viscoso com uma visco-sidade mensurável.

O cátodo mole 60 compreende, tipicamente, Mn02 (DME) entrecerca de 45 e 78 por cento, em peso, do cátodo, mais tipicamente, entre cercade 45 e 70 por cento, em peso, do cátodo, negro de fumo (negro de acetilenoShawingan ou, com mais preferência, um negro de fumo grafitizado, comoMM 131 ou MM 179 junto à Timcal, Bélgica, conforme descrito noWO9703133 ou, PC 449 ou RE-118 junto à Timcal, Bélgica ou SuperiorGraphite SCD 285-110) e solução aquosa de eletrólito à base de KOH (7a 9Normal). Opcionalmente, adiciona-se também um pouco de pó de grafite.

Vantajosamente, o negro de carvão compreende, de preferência, entre cercade 0,5 e 15%, em peso do cátodo semi-sólido. O negro de fumo e o grafiteaumentam a condutividade do cátodo semi-sólido e fornece uma rede internapara manter o cátodo em um estado semi-sólido. O negro de carvão tambémage como um absorvente de eletrólitos e imobiliza a solução alcalina de ele-trólito, de modo que o eletrólito livre e fluido não fique evidente. O grafite podecompreender entre cerca de 1% e 10 por cento, em peso, do cátodo e apri-mora a condutividade do cátodo. Desejavelmente, o cátodo semi-sólido dainvenção também compreende uma solução de eletrólito compreendendohidróxido de potássio. O cátodo semi-sólido pode, também, compreender umaglutinante como politetrafluroetileno, desejavelmente compreendendo entrecerca de 0 e 2%, em peso do cátodo. Opcionalmente, menos que 2%, empeso, de uma argila, como Laponita RDS, disponível junto à Southern ClayProducts Company, pode ser adicionada para ajustar a consistência.

O cátodo semi-sólido 60 pode ter uma porosidade entre cerca de30 e 70%, de preferência entre cerca de 35 e 70% e, com mais preferência,entre cerca de 40 e 70%. A porosidade, aqui, é interpretada como a fração devolume do cátodo que compreende materiais não-sólidos, isto é, eletrolito + ar.O cátodo semi-sólido 60 pode, desejavelmente, ter também um teor mais altode eletrolito, como uma porcentagem em peso do total do cátodo, do queconvencionalmente empregado em cátodos sólidos contendo MnC^, para célu-las alcalinas. O material de cátodo semi-sólido 60 pode ter um teor de KOH (puro)entre cerca de 6 e 18%, em peso do total de material de cátodo, e um teor deágua total entre cerca de 9 e 27%, em peso. O termo "KOH (puro)" para uso napresente invenção e nos exemplos que refere-sem a KOH, é o teor de KOH emsua forma pura e anidra (isto é, sem água) para propósitos de cálculo.

A porosidade do cátodo pode ser calculada determinando-se ovolume ocupado pelo eletrolito, por outros líquidos e pelo ar aprisionado (in-clusive volume de líquido e ar aprisionados no interior dos poros dos sólidos),dividindo-se esse volume pelo volume evidente do cátodo e mutiplicando-sepor 100. (O volume evidente é o volume geral de uma amostra, conformecontida dentro do contorno externo da dita amostra.) A porosidade do cátodopode ser convenientemente calculada obtendo-se, primeiro, a densidade realde cada um dos sólidos, por meio de um método convencional de desloca-mento de hélio, antes que os sólidos sejam misturados ao cátodo. (A densi-dade real de cada sólido é o peso da amostra sólida dividido por seu volumereal, ou seja, o volume evidente da amostra de sólidos reduzido pelo volumeocupado pelo ar aprisionado.) Os respectivos pesos dos sólidos a seremmisturados no cátodo são, então, divididos por suas respectivas densidadesreais, para se obter o volume real dos sólidos no cátodo. O volume real dossólidos é subtraído do volume evidente do cátodo como um todo, e essa di-ferença é dividida pelo volume evidente do cátodo x 100, para resultar naporosidade, em porcentagem.

O dióxido de manganês eletrolítico tem, tipicamente um tamanhomédio de partícula entre cerca de 1 e 100 mícrons, desejavelmente entrecerca de 20 e 60 mícrons. O grafite está, tipicamente, sob a forma de grafitenatural, sintético ou expandido, ou misturas desses itens. Podem-se aplicargrafites resistentes à oxidação especiais produzidos por tratamentos a calorextremo ou por dopagem com elementos, como boro. O grafite pode, também,compreender nanofibras de carbono grafítico, por si só ou em mistura com grafitenatural, sintético ou expandido. Essas misturas de cátodo têm finalidade me-ramente ilustrativa, e não se destinam a restringir a presente invenção.

O material de ânodo 40 compreende: 62 a 72%, em peso, de póde liga de zinco, (99,9%, em peso, de zinco contendo 200 a 500 ppm de índiocomo liga e material laminado, e 150 a 500 ppm de bismuto, como liga), umasolução aquosa de KOH que compreende 38%, em peso, de KOH e cerca de2%, em peso, de ZnO, um agente gelificante à base de polímero reticulado deácido acrílico disponível comercialmente sob o nome comercial de "CAR-BOPOL C940" junto à Noveon (por exemplo, 0,5 a 2%, em peso) e, opcio-nalmente, um poliacrilonitrilo hidrolisado enxertado sobre a cadeia principal deamido disponível comercialmente sob o nome comercial de "Waterlock A-221"junto à Grain Processing Co. (entre 0,01 e 0,5%, em peso), tensoativo à basede éster de fosfato orgânico RA-600 ou tensoativo à base de éster de fosfatode fenol dionila disponível sob o nome comercial de RM-510 disponível junto àRhone Poulenc (entre 10 e 100 ppm). O termo "zinco" para uso na presenteinvenção, destina-se a ser compreendido como incluindo pó de liga de zinco,o qual compreende concentrações muito altas de zinco, por exemplo aomenos 99,0%, em peso, de zinco. Esse material de liga de zinco tem umfuncionamento eletroquímico essencialmente igual ao do zinco puro.

No que refere-se ao ânodo 40 da célula alcalina laminar 10 dapresente invenção, o tamanho médio de partícula do pó de zinco situa-se,desejavelmente, entre cerca de 1 e 350 mícrons, desejavelmente entre cercade 1 e 250 mícrons e, de preferência, entre cerca de 20 e 250 mícrons. Ti-picamente, o pó de zinco pode ter um tamanho médio de partícula de cerca de150 mícrons. As partículas de zinco no ânodo 40 podem ter um formato aci-cular ou esférico. A densidade aparente do zinco no ânodo situa-se na faixaentre cerca de 1,75 e 2,2 gramas de zinco por centímetro cúbico de ânodo. Aporcentagem por volume da solução aquosa de eletrólito no ânodo situa-se,de preferência, entre cerca de 69,2 e 75,5%, em volume do ânodo.

A célula 10 pode ser equilibrada de maneira convencional, demodo que a capacidade do DME, em mAmp-h (com base em 410 mAmp-h porgrama de DME) dividida pela capacidade em mAmp-h do zinco (com base em820 mAmp-h por grama de zinco) seja de cerca de 1. No entanto, a dilataçãocausada por descarga profunda pode ser reduzida mediante o equilíbrio dacélula de modo que o cátodo esteja em excesso. Assim, a célula 10 pode serequilibrada de modo que a capacidade teórica total do DME, dividida pelacapacidade teórica total do zinco esteja entre cerca de 1,03 e 1,10, deseja-velmente entre cerca de 1,05 e 1,08 e, de preferência, em 1,07, de modo areduzir a dilatação da célula.

Exemplo de célula de teste 1

Foi preparada uma célula de teste 10 de configuração quadradaconforme mostrado nas figuras de 1 a 3. A célula de teste 10 tinha um com-primento de 38,1 mm (1,5 polegadas), uma largura de 38,1 mm(1,5 polegadas) e uma espessura geral de 2,8 mm. O coletor de corrente doânodo 20 era de cobre e o coletor de corrente do cátodo 80 era de níquel. Acélula 10 foi testada sem qualquer rótulo 200 aplicado à superfície externa dadita célula. O ânodo 40 e o cátodo 60 tinham a composição descrita a seguir.

Composição do ânodo: % em peso

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Notas:

1. As partículas de zinco tinham um tamanho médio de partículade cerca de 150 microns e foram ligadas e folheadas com índio de modo aproduzir um teor total de índio de cerca de 200 ppm.

2. Solução de tensoativo à base de éster de fosfato orgânico RM510, disponível junto à Rhône Poulenc, 3% em peso em H20.

3. A solução de eletrólito continha os agentes gelificantes Wa-terlock A221 e Carbopol C940, compreendendo um total de cerca de 1,5%,em peso, da solução de eletrólito, e cerca de 2%, em peso, de ZnO.

Composição n° 1 de cátodo mole (semi-sólido)

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Notas:

1. Grafmax MP12 de grafite natural, disponível junto à Nacional deGrafite.

A armação de plástico do ânodo era composta de material plás-tico do tipo HIPS (poliestireno de alto impacto) e tinha uma espessura decerca de 0,76 mm. A armação de plástico do cátodo era composta de materialplástico do tipo HIPS e tinha uma espessura de cerca de 1,52 mm. O sepa-rador 50 compreendia uma folha em não-tecido de fibras de álcool polivinílicolaminadas sobre uma película de celofane. O cátodo tinha 1,61 gramas deMnG-2. O ânodo, o cátodo, o eletrólito e o separador compreendiam cerca de37 por cento do volume externo da célula.

A célula foi descarregada do modo descrito a seguir, o qual ofe-rece uma indicação do desempenho da dita célula em relação a uma gama dedemandas energéticas.

A célula sem uso prévio 10 foi primeiro descarregada a umadrenagem de energia de 500 miliwatts (454 miliamperes) até uma tensão decorte de cerca de 0,6 Volt. A capacidade medida foi de 37,1 miliwatt hora. Acélula foi deixada repousar durante 1 hora e, então, foi descarregada a umataxa de 250 miliwatts (227 miliamperes) até uma tensão de corte de 0,6 volt. Acapacidade incrementai medida para essa drenagem foi de 100,4 miliwatthora. A célula foi deixada repousar durante 1 hora e, então, foi descarregada auma taxa de 100 miliwatts (90,9 miliamperes) até uma tensão de corte de 0,6volt. A capacidade incrementai medida para essa drenagem foi de 90,19 mi-liwatt hora. A mesma célula foi, então, descarregada de maneira incrementai a15 miliwatts, 10 miliwatts e 5 miliwatts até uma tensão de corte de 0,6 volt,com 1 hora de repouso entre cada descarga. As capacidades incrementaisnas três últimas descargas foram de 30,99, 106,28 e 8,87 miliwatt hora, res-pectivamente.

Uma vez completo o teste de descarga, a célula foi examinadaquanto à presença de dilatação e vazamento. Foi constatado que a célula seexpandiu em cerca de 10 por cento quanto à espessura geral, ou seja, de umaespessura de cerca de 2,8 mm para 3,1 mm. Não houve vazamento de ele-trólito discernível.

Exemplo de célula de teste 2

Com lâmina coletora de corrente do ânodo em magnésio

Foi preparada uma célula de teste 10 de configuração quadradaconforme mostrado nas figuras de 1 a 3. A célula de teste 10 tinha um com-primento de 38,1 mm (1,5 polegadas) e uma largura de 38,1 mm (1,5 pole-gadas). A célula foi construída utilizando folha metálica de magnésio como alâmina coletora de corrente do ânodo 20, usando a configuração de conjuntode ânodo 30A mostrada na figura 4A. O conjunto de ânodo 30A completo,usando o coletor de corrente de folha metálica de magnésio 20, é mostrado nafigura 10B. A folha metálica de magnésio 20 tinha 0,25 mm (0.,01 pol) deespessura, e uma pureza de 99,9% (com base nos metais). A lâmina coletorade corrente do cátodo 80 era de níquel.

A lâmina coletora de corrente do ânodo em magnésio 20 foi fixadae lacrada à parte posterior de uma armação de plástico 30 em poliestireno dealto impacto (HIPS) (figuras 4A e 7B), com 0,76 mm (0,030 pol) de espessurae 6,35 mm (0,25 pol) de largura. A lâmina coletora de corrente do ânodo emmagnésio 20 foi fixada mediante o emprego de uma vedação em estágios,composta por uma faixa de adesivo estrutural 20a (adesivo à base de epóxiScotch-Weld 2216, disponível junto à 3M) adjacente à borda externa da ar-mação, e uma faixa de material selante 20b (selante J-43, disponível junto àHarbin Jinxin Company, China) adjacente à armação, conforme mostrado nasfiguras 4A e 7B. Antes da montagem, a parte posterior da armação de plástico30 em poliestireno de alto impacto (HIPS) foi submetida a uma ligeira abrasãocom abrasivo à base de carbureto de silício, e a um tratamento por efeitocorona. 1,67 g de material de ânodo 40, com a composição descrita no E-xemplo 1, foram então colocados no espaço interno 33b, no interior da ar-mação 30 (figura 4A). Um separador 50, composto de celofane unido poradesão a uma camada em não-tecido compreendendo fibras de álcool poli-vinílico, foi colocado na aba rebaixada 36 da borda interna da armação 30,ficando o lado de não-tecido voltado para a dita aba rebaixada. Calor epressão foram, então, aplicados ao separador 50 que estava em contato coma aba rebaixada 36, de modo a obter uma ligação entre o separador e a ar-mação de plástico 30. O conjunto de ânodo completo é melhor mostrado nafigura 7B.

De maneira similar, um conjunto de cátodo 70A (figura 4B) foipreparado com uma armação do cátodo 70 em poliestireno de alto impacto(HIPS), com 1,52 mm (0,060 pol) de espessura e 3,175 mm (0,125 pol) delargura, e uma lâmina coletora de corrente do cátodo 80 composta de umafolha metálica de níquel gravada a ácido, com 0,15 mm (0,006 pol) de es-pessura. A lâmina coletora de corrente 80 em níquel gravado a ácido foi unidopor adesão à parte posterior da armação 70, mediante o emprego de umavedação em estágios, composta de uma faixa de adesivo estrutural 70a (a-desivo à base de epóxi Scotch-Weld 2216, disponível junto à 3M), adjacente àborda externa 73a da armação, e uma faixa de material selante 20b (selanteJ-43, disponível junto à Harbin Jinxin Company, China), adjacente à bordainterna 77 da armação. Antes da montagem, a parte posterior da armação deplástico 70 foi submetida a uma ligeira abrasão com abrasivo à base decarbureto de silício, e a um tratamento por efeito corona. A superfície internada lâmina coletora de corrente em níquel gravado 80 foi, então, coberta porum revestimento condutivo à base de carbono (Electrodag 109B, disponíveljunto à Acheson).

Foi preparado um cátodo mole (semi-sólido) com a seguintecomposição:

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3,640 g desse cátodo mole foram colocados no espaço interno73b, no interior da armação 70.

O conjunto de ânodo 30A da figura 4A (mostrado completo nafigura 7B) foi, então, adesivamente fixado ao conjunto de cátodo 70A (figura4B) aplicando-se um cimento à base de solvente (Weld-On 4807 junto à IPSCorp.) a ambas superfícies livres das armações de poliestireno de alto im-pacto (HIPS) 30 e 70, desse modo, formando a célula laminada única.

Após a montagem, se calculou a OCV da célula como sendo1,558 V. A célula foi, então, armazenada a 60 °C.

O exame após 40 dias de armazenamento nessa temperaturaindicou a ausência de qualquer vazamento ou delaminação nos pontos emque a lâmina coletora de corrente em magnésio 20 foi fixada e lacrada à parteposterior da armação de plástico 30. (O armazenamento da célula a 60 °Cdurante cerca de 40 dias é estimado como sendo equivalente ao armaze-namento à temperatura ambiente (22 °C) durante cerca de 1 a 2 anos.)

A célula deste Exemplo 2, compreendendo uma lâmina de metalvedante em magnésio para o coletor de corrente do ânodo, teve um prazo dearmazenamento ao menos duas semanas mais longo, a 60 °C (antes quefosse detectado qualquer vazamento de eletrólito da junta formada entre ocoletor do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo 30), em comparação acélulas sem uso prévio do Exemplo 1, as quais não continham um metal ve-dante no coletor de corrente do ânodo.

Exemplo de célula de teste 3 -Com lâmina coletora de corrente do ânodo em zircônio

Uma célula foi preparada conforme descrito no Exemplo de célulade teste 2, porém utilizando uma folha metálica de zircônio (99,5%, com basenos metais) com 0,25 mm (0,01 polegada) de espessura como lâmina-coletorade corrente do ânodo 20, em vez da folha metálica de magnésio do Exemplo 2.A célula foi montada com 1,68 g de material de ânodo 40, e 3,131 g de cátodomole 60. Todos os demais componentes da célula foram iguais ao descrito noExemplo 2.

Após a montagem, se calculou a OCV da célula como sendo1,556 V. A célula foi, então, armazenada a 60 °C.

O exame após 40 dias de armazenamento nessa temperaturaindicou a ausência de qualquer vazamento ou delaminação nos pontos emque a lâmina coletora de corrente em zircônio 20 foi fixada e lacrada à parteposterior da armação de plástico 30 em poliestireno de alto impacto (HIPS).(O armazenamento da célula a 60 °C durante cerca de 40 dias é estimadocomo sendo equivalente ao armazenamento à temperatura ambiente (22 °C)durante cerca de 1 a 2 anos.)

A célula deste Exemplo 3, compreendendo uma lâmina de metalvedante em zircônio para o coletor de corrente do ânodo, teve um prazo dearmazenamento ao menos duas semanas mais longo, a 60 °C (antes quefosse detectado qualquer vazamento de eletrólito da junta formada entre ocoletor do ânodo 20 e a armação de plástico do ânodo 30), em comparação acélulas sem uso prévio do Exemplo 1, as quais não continham um metal ve-dante no coletor de corrente do ânodo.

Utilizando os princípios de projeto aqui apresentados, pode-seconstruir células alcalinas com uma área muito grande, por exemplo, apro-ximadamente 21,6 cm x 27,9 cm ou 603 cm2 (8,5 pol x 11 pol ou 93,5 pol2) oumaiores. Outras modalidades da invenção envolvendo projetos de armaçãomais complexos estão dentro do conceito da invenção. Por exemplo, célulasem formato de tablete também podem ser construídas com partições interi-ores ou nervuras dentro das armações, subdividindo assim o interior da ar-mação do ânodo ou da armação do cátodo em múltiplos volumes. Mediante afixação dessas nervuras interiores às placas de extremidade por meio deadesivos, vedação em estágios (revestimento vedante e revestimento adesivoem disposição lado a lado) ou vedação mais rebites, a estrutura geral dacélula pode ser mecanicamente reforçada para resultar em maior rigidez eresistência à flexão. Essa característica será especialmente útil para célulascom uma área grande, oferecendo proteção extra às vedações periféricasmais externas contra falhas devidas a cisalhamento ou descolamento, cau-sadas pela flexão ou torção do invólucro da célula.

Embora as modalidades preferenciais da invenção tenham sidodescritas no que refere-se a modalidades específicas, deve-se considerar queoutras modalidades são possíveis e estão no escopo das reivindicações.

Claims

1. Célula alcalina em formato de tablete, caracterizada pelo fatode compreender um terminal negativo e um terminal positivo, e um par delados compreendendo ao menos a maior parte da superfície de contorno dadita célula, sendo que os ditos lados definem entre si uma dimensão curta dacélula, sendo que a dita dimensão curta tem entre cerca de 0,5 e 6 mm, sendoque a dita célula compreende um conjunto de ânodo e um conjunto de cátodopresos um ao outro para formar uma estrutura laminada, e sendo que o ditoconjunto de ânodo compreende um material de ânodo, enquanto o dito con-junto de cátodo compreende um material de cátodo.

2. Célula em forma de tablete, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de o material de ânodo ser selecionado do grupoconsistindo em zinco, cádmio, liga de hidreto metálico, e misturas dessesitens, enquanto o material de cátodo é selecionado do grupo consistindo emMn02, NiOOH, AgO, Ag20, CuO, AgCu02, Ag2Cu203, e misturas desses i-tens.

3. Célula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelofato de ser uma célula alcalina primária, sendo que o material de ânodocompreende zinco e o material de cátodo compreende sólidos, compreen-dendo dióxido de manganês e uma solução aquosa de eletrólito que com-preende hidróxido de potássio misturado aos ditos sólidos, e sendo que ocátodo é um semi-sólido com porosidade entre cerca de 45% e 70%.

4. Célula, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,caracterizada pelo fato de o dito conjunto de ânodo compreender uma car-caça para o dito ânodo, e o conjunto de cátodo compreender uma carcaçapara o dito cátodo, sendo que os ditos conjuntos de ânodo e de cátodo estãounidos um aos outro por adesão, com um separador entre os mesmos, paraformar uma estrutura laminada.

5. Célula, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelofato de a dita carcaça do ânodo compreender uma armação do ânodo que temuma borda periférica interna definindo o contorno de uma cavidade do ânodoe uma borda periférica externa definindo o contorno externo da armação doânodo, a qual tem uma parte anterior e uma parte posterior oposta compre-endendo as ditas bordas periféricas, sendo que a dita carcaça do ânodocompreende, ainda, uma lâmina coletora de corrente do ânodo ligada à parteposterior da dita armação do ânodo de modo a ficar voltada para um contornoda superfície externa da célula, e sendo que o material de ânodo é inserido nadita cavidade de ânodo de modo a estar em contato com a dita lâmina coletorade corrente do ânodo.

6. Célula, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelofato de a carcaça do cátodo compreender uma armação do cátodo que temuma borda periférica interna definindo o contorno de uma cavidade do cátodoe uma borda periférica externa definindo o contorno externo da armação docátodo, a qual tem uma parte anterior e uma parte posterior oposta compre-endendo as ditas bordas periféricas, sendo que a dita carcaça do cátodocompreende, ainda, uma lâmina coletora de corrente do cátodo ligada à parteposterior da dita armação do cátodo de modo a ficar voltada para um contornoda superfície externa da célula, e sendo que o material de cátodo é inserido nadita cavidade de ânodo de modo a estar em contato com a dita lâmina coletorade corrente do cátodo.

7. Célula, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,caracterizada pelo fato que os ditos lados definindo entre si a dimensão curtada célula compreenderem um par de lados opostos paralelos um ao outro.

8. Célula, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelofato de sua espessura geral situar-se na faixa entre cerca de 0,5 e 6 mm,sendo que a dita espessura geral é definida como a distância entre as su-perfícies externas dos ditos lados opostos da dita célula.

9. Célula, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,caracterizada pelo fato de ao menos uma porção da superfície externa da ditacélula ter uma curvatura.

10. Célula, de acordo com qualquer das reivindicações anteriores,caracterizada pelo fato de compreender um terminal negativo e um terminalpositivo, e um par de lados opostos compreendendo ao menos a maior parteda superfície de contorno da dita célula, sendo que os ditos lados opostosdefinem entre si uma dimensão curta da célula, sendo que a dita célulacompreende um conjunto de ânodo e um conjunto de cátodo presos um aooutro para formar uma estrutura laminada, sendo que o dito conjunto de â-nodo compreende um ânodo compreendendo zinco e um eletrólito alcalinoaquoso, e sendo que o dito conjunto de cátodo compreende um cátodocompreendo dióxido de manganês e um eletrólito alcalino aquoso;sendo que o dito conjunto de ânodo compreende uma carcaça doânodo compreendendo uma armação do ânodo que tem uma borda periféricainterna definindo o contorno de uma cavidade do ânodo para conter o ditoânodo, uma borda periférica externa definindo o contorno externo da armaçãodo ânodo, a qual tem uma parte anterior e uma parte posterior oposta com-preendendo as ditas bordas periféricas, e uma lâmina coletora de corrente doânodo que está unida por material de ligação à parte posterior da dita arma-ção, de modo a ficar voltada para um limite da superfície externa da célula, esendo que o dito ânodo é inserido na dita cavidade de modo a estar emcontato com uma porção da dita lâmina coletora de corrente do ânodo;sendo que a largura da armação do ânodo é ao menos igual àespessura da célula, para proporcionar à mesma uma primeira trajetória parabloqueio de vazamento alongada, sendo que a dita primeira trajetória parabloqueio de vazamento de eletrólito é definida pelo dito material de ligaçãoentre a dita armação do ânodo e a dita lâmina coletora de corrente do ânodo,de modo a reduzir o risco de vazamento de eletrólito do interior da célula parao ambiente externo.