BRPI0708941A2 - cÉlula de zinco/ar - Google Patents
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Abstract
CÉLULA DE ZINCO/AR. A presente invenção refere-se a uma célula de zinco/ar de tipo botão despolarizada que possui um compartimento do anodo e um compar- timento do catodo sob a forma de latas, cada um, tendo uma extremidade aberta e uma extremidade fechada oposta, com paredes laterais integrais dispostas entre as mesmas. Um aprimorado anel de lacre isolante é inserido sobre as paredes laterais do compartimento do anodo. O aprimorado anel de lacre isolante tem protuberâncias que emanam da superfície das paredes laterais do anel isolante. As protuberâncias são, de preferência, integralmen- te formadas durante a moldagem do anel de vedação isolante, mas podem ser aplicadas separadamente. As protuberâncias são comprimidas durante a aplicação das forças radiais ao compartimento do catodo, durante a frisagem das paredes laterais do compartimento do catodo sobre as paredes laterais do compartimento do anodo, com o dito isolante anel entre os mesmos. Isso fornece um lacre hermético e mais durável, na interface entre compartimento do anodo e as paredes laterais do isolante e, também, entre compartimento do catodo e as paredes laterais do isolante. As reivindicações referem-se à célula despolarizada de zinco/ar, na qual o separador é ligado ao catodo utilizando-se uma cola que compreende um álcool polivinílico reticulado.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CÉLULA DEZINCO/AR".CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a uma célula de metal/ar, de pre-ferência sob a forma de uma célula do tipo botão, que possui um anodocompreendendo zinco, um catodo catalítico, e um aprimorado anel de lacreisolante com protuberâncias compressíveis que emanam de sua superfície.
ANTECEDENTES
As células despolarizadas de zinco/ar estão tipicamente sob aforma de células do tipo botão em miniatura, as quais são particularmenteúteis como baterias para aparelhos auditivos eletrônicos, inclusive aparelhosauditivos programáveis. Essas células em miniatura tipicamente têm umformato cilíndrico similar a um disco, com diâmetro entre cerca de 4 e 20mm, tipicamente entre cerca de 4 e 16 mm, e altura entre cerca de 2 e 9mm, de preferência entre cerca de 2 e 6 mm. As células de zinco e ar podemser produzidas também em tamanhos um tanto maiores, com um comparti-mento cilíndrico de tamanho comparável ao das células alcalinas deZn/Mn02 convencionais de tamanho AAAA, AAA, AA, C e D, e mesmo emtamanhos maiores.
A célula de tipo botão de zinco/ar em miniatura compreende tipi-camente um compartimento de anodo (envoltório do anodo) e um comparti-mento do catodo (envoltório do catodo). Os envoltórios do anodo e do cato-do têm, cada um, uma extremidade fechada com uma extremidade abertaoposta e paredes laterais integrais entre as mesmas se estendendo da ex- tremidade fechada à extremidade aberta. O compartimento do anodo é equi-pado com um anel de lacre isolante que, hermeticamente, circunda a super-fície externa da parede lateral do compartimento do anodo. O anel de lacreisolante serve para isolar eletricamente os compartimentos do anodo e docatodo. O anel isolante tem, também, a finalidade de fornecer um lacre entreo compartimento do anodo e o compartimento do catodo, para evitar que oeletrólito vaze entre os mesmos, e para o exterior da célula. O material deanodo é inserido no compartimento do anodo. O difusor de ar, o material debarreira para eletrólito e o conjunto de catodo são inseridos no compartimen-to do catodo adjacente aos orifícios para ar no compartimento do catodo. Oconjunto de catodo compreende um disco de material de catodo revestido ecompactado sobre uma tela de malha metálica. Depois de os materiais ne-cessários terem sido inseridos nos compartimentos do anodo e do catodo, aextremidade aberta do compartimento do catodo é tipicamente empurradasobre a extremidade aberta do compartimento do anodo durante a monta-gem, de modo que uma porção das paredes laterais do compartimento docatodo cubra uma porção da parede lateral do compartimento do anodo comum lacre isolante entre as mesmas. Os compartimentos do anodo e do cato-do são, então, engatados em uma segunda etapa, mediante a formação deum lacre pregueado na borda do compartimento do catodo, sobre o lacreisolante e o compartimento do anodo. Durante o procedimento de frisagem(ou em uma etapa separada) as forças radiais são aplicadas, também, àsparedes do compartimento do catodo, com a finalidade de aperfeiçoar o la-cre entre os compartimentos do anodo e do catodo.
O conjunto de catodo, que inclui um disco de material de catodocompactado, pode ter um formato plano ou em domo. Alguns fabricantespodem preferir o conjunto de catodo plano e outros o conjunto abaulado.Células de tipo botão de zinco/ar representativas com conjuntos de catodoplanos são mostradas nas patentes U.S. N9 5.279.905 e E.U.A. 6.602.629B1 e o conjunto de catodo em formato de domo representativo é mostradona E.U.A. 3.897.265.
O disco de catodo que tipicamente compreende a mistura dedióxido de manganês particulado (possibilitando, também, a inclusão deMn2O3 e Mn3O4), carbono e aglutinante hidrofóbico, pode ser revestido ecompactado sobre a tela de malha metálica. O conjunto de catodo é formadopela laminação de uma camada de material de barreira para eletrólito (pelí-cula hidrofóbica permeável ao ar), de preferência TEFLON (politetrafluoroeti-leno), de um lado do disco de catodo, e por um material separador permeá-vel ao eletrólito (permeável a íons) do lado oposto do disco de catodo. O se-parador que compreende tipicamente uma camada de polipropileno micropo-roso é fixado ou laminado ao lado do disco de catodo destinado a ficar volta-do para o material de anodo, de forma que o separador fique entre o anodoe o catodo. O conjunto de catodo com o separador fixado a ele pode entãoser inserido no compartimento do catodo sobre o difusor de ar. O conjuntode catodo é inserido no compartimento do catodo, de modo que o separadorfique voltado para a extremidade aberta do compartimento do catodo. O dis-co de catodo na célula completa entra em contato com a superfície internadas paredes do compartimento do catodo e o separador fica disposto entre ocatodo e o material de anodo.
O compartimento do anodo das células de tipo botão de zinco/arpode ser preenchido com uma mistura que compreende zinco particulado.Tipicamente, a mistura de zinco contém mercúrio e um agente gelificante, e
se torna gelificada quando o eletrólito é adicionado à mistura. O eletrólito é,convencionalmente, uma solução aquosa de hidróxido de potássio. No pas-sado, a razão entre zinco /eletrólito nas células do tipo botão de zinco/ar dis-poníveis comercialmente era tipicamente abaixo de 3,3. Carregar o compar-timento do anodo com maior quantidade de zinco em relação ao eletrólito, ouseja, a uma maior razão de peso entre zinco/eletrólito desperta interessa.
Uma maior quantidade de zinco no volume do anodo fixo para um dado ta-manho de célula pode, teoricamente, resultar em uma maior capacidade evida útil da célula. Células do tipo botão de zinco/ar com maior carga de zin-co, ou seja, com maior razão de peso entre zinco/eletrólito no anodo foramexperimentadas e são relatadas na literatura de patentes. Consulte a publi-cação japonesa Kokai N9 2000-21459 (Toshiba); a patente japonesa2.517.936 (Sony); e a patente japonesa 3.647.218 (Toshiba). As referênciastambém fazem alusão a alguns dos problemas associados a tais cargasmais elevadas de zinco no anodo. For exemplo, é mencionado o problemade maior expansão do anodo de zinco, bem como uma possível perda tem-porária de contato elétrico no interior da célula, quando o zinco se expande.
O requerente determinou, também, que a razão mais elevada depeso entre zinco e eletrólito no anodo, ou seja, mais elevada que cerca de3,3, por exemplo, na faixa entre cerca de 3,3 e 6,0, significa que o anodo emexpansão pode exercer forças mecânicas temporárias contra o catodo etambém contra as paredes laterais do compartimento do anodo. A taxa dealteração dessas forças mecânicas pode variar durante a expansão do ano-do. Essas elevadas forças mecânicas e, em particular, a flutuação de tais forças durante a expansão do material de anodo podem enfraquecer o rígidolacre entre as paredes laterais do compartimento do anodo e o anel isolantecircundante.
Embora a maioria das células de tipo botão de zinco/ar disponí-veis atualmente no mercado contenha mercúrio adicionado ao anodo, tor-nou-se recomendável desenvolver células de tipo botão de zinco/ar sem adi-ção de mercúrio, em virtude de preocupações ambientais. Entretanto, se acélula não contiver adição de mercúrio, há uma maior chance de vazamentode eletrólito, em virtude de uma maior tendência à emissão de gases pelacélula, resultante da reduzida quantidade de mercúrio na mesma. Ou seja,uma maior emissão de gases pela célula pode resultar em uma pressão in-terna da célula mais elevada, que, por sua vez, pode forçar o vazamento doeletrólito entre o compartimento do anodo e a interface de vedação isolante,caso essa interface não esteja hermeticamente lacrada.
A extremidade fechada do compartimento do catodo (quando ocompartimento é mantido na posição vertical, com a extremidade fechada notopo) pode ter uma porção plana elevada próxima a seu centro. Essa porçãoelevada é, geralmente, a área do terminal positivo e tipicamente contém umapluralidade de orifícios para ar através da mesma. Nesse desenho, a extre-midade fechada do compartimento do catodo também tem tipicamente umdegrau anular rebaixado que circunda o terminal positivo elevado. Alternati-vamente, a extremidade fechada do compartimento do catodo pode sercompletamente plana por todo seu diâmetro, ou seja, sem qualquer porçãoelevada em seu centro. Nesse desenho, a porção central dessa área planana extremidade fechada do compartimento do catodo forma tipicamente oterminal positivo da célula. Em qualquer caso, a extremidade fechada docompartimento do catodo das células de zinco/ar do tipo botão é perfuradapor um ou mais pequenos orifícios para ar, para permitir a entrada de ar nacélula. Esse ar atravessa, então, uma camada de difusão de ar (ou difusorde ar) para alcançar o conjunto de catodo. O material difusor de ar é aplica-do contra os orifícios para ar na extremidade fechada do compartimento docatodo. O difusor de ar é normalmente composto por uma ou mais folhas depapel permeável ao ar ou material celulósico poroso. Esse papel permeávelou material celulósico poroso permite que o ar que está entrando passe demaneira uniforme para o conjunto de catodo e pode, também, servir comoum mata-borrão para absorver pequenas quantidades de eletrólito que pos-sam vazar para dentro do espaço da entrada de ar.
Se a célula não for adequadamente lacrada, o eletrólito podemigrar em redor do conjunto de catodo catalítico e vazar do compartimentodo catodo através dos orifícios para ar. Além disso, o vazamento de eletrólitopode ocorrer entre a borda franzida do envoltório do catodo e do isolante, seessa área não estiver firmemente lacrada. A espessura da parede de célulasde tipo botão de zinco/ar disponíveis comercialmente é tipicamente maiorque cerca de 0,152 mm (6 mil), por exemplo entre cerca de 0,152 mm e0,381 mm (6 mil e 15 mil). O potencial de ocorrência de vazamento é maiorquando o compartimento do anodo e o compartimento do catodo apresen-tam uma espessura de parede muito fina, por exemplo, entre cerca de20 0,0508 e 0,152 mm (2 e 6 mil). Essa baixa espessura da parede é desejável,já que resulta em maior volume interno da célula.
Depois de a célula ser montada, uma aba removível é colocadasobre os orifícios para ar sobre a superfície do compartimento do catodo.Antes do uso, a aba é removida para expor os orifícios para ar, permitindoque o ar entre na célula, ativando-a.
É desejável produzir uma célula de zinco/ar sem adição de mer-cúrio. Nessas células sem adição de mercúrio, não há mercúrio adicionado eo único mercúrio presente se encontra em quantidades-traço de ocorrêncianatural com o zinco. Conseqüentemente, a célula da invenção pode ter umteor total de mercúrio menor que cerca de 100, de preferência menor que 50e, com mais preferência, menor que cerca de 20 partes por milhão (ppm) departes, em peso, de zinco.E desejável aumentar a carga de zinco, ou seja, aumentar a ra-zão de peso entre zinco e eletrólito no anodo das células de zinco/ar, parti-cularmente, das células de tipo botão de zinco/ar. É desejável aumentar arazão de peso entre zinco e eletrólito no anodo para uma faixa entre cercade 3,3 e 6,0.
É desejável aperfeiçoar a estanqueidade e durabilidade da inter-face de vedação entre a superfície externa das paredes laterais do compar-timento do anodo e a superfície externa do anel de vedação, ou seja, nocompartimento do anodo/interface isolante. Um lacre mais firme e durável nocompartimento do anodo/interface isolante reduz a possibilidade de vaza-mento de eletrólito ou escoamento ao longo da interface.
É, também, desejável aperfeiçoar a vedação e durabilidade dainterface de vedação entre a superfície externa do anel de vedação e a su-perfície interna das paredes laterais do compartimento do catodo, ou seja,no compartimento do catodo/interface isolante. Um lacre mais hermético edurável no compartimento do catodo/interface isolante reduz a possibilidadede vazamento de eletrólito ou escoamento ao longo de dita interface.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A invenção refere-se às células de zinco/ar, particularmente cé-lula de zinco/ar em miniatura sob a forma de células do tipo botão. Tais célu-las do tipo botão em miniatura tipicamente apresentam um compartimentodo catodo (envoltório do catodo) e um compartimento do anodo (envoltóriodo anodo). Há ao menos um orifício para ar, tipicamente uma pluralidade deorifícios para ar atravessando a extremidade fechada do envoltório do cato-do. O compartimento do anodo e o compartimento do catodo estão, cadaum, sob a forma de envoltórios, apresentando uma extremidade aberta euma extremidade fechada oposta, com paredes laterais integrais dispostasentre as mesmas.
A célula de tipo botão de zinco/ar em miniatura da invenção temtipicamente um formato cilíndrico similar a um disco de diâmetro entre cercade 4 e 20 mm, tipicamente entre cerca de 4 e 16 mm, e uma altura entrecerca de 2 e 9 mm, de preferência entre cerca de 2 e 6 mm. As células dezinco/ar podem ter as espessuras das paredes do envoltório do anodo e doenvoltório do catodo, tipicamente na faixa entre cerca de 0,0508 e 0,381 mm(2 mil e 15 mil). Desejavelmente, as células de zinco/ar podem ter as pare-des do envoltório do anodo e do envoltório do catodo finas, de espessuraentre cerca de 0,0508 e 0,152 mm (2 e 6 mil), por exemplo, entre cerca de0,0508 e 0,127 mm (2 e 5 mil).
Um lacre isolante é inserido sobre as paredes laterais do com-partimento do anodo, circundando, assim, a superfície externa da paredelateral do compartimento do anodo. O lacre isolante é tipicamente na formade um anel ou disco oco. O núcleo oco do anel é delimitado por uma paredelateral circular. Os componentes do anodo e do catodo são, então, inseridosno compartimento do anodo e no compartimento do catodo, respectivamen-te. O compartimento do catodo é, então, empurrado sobre a extremidadeaberta do compartimento do anodo, ou seja, de modo que as paredes Iate-rais do anel isolante fiquem entre a parede lateral do compartimento do ano-do e do compartimento do catodo. O compartimento do catodo é, então,franzido sobre as paredes laterais do compartimento do anodo com o anelde lacre isolante entre os mesmos. Durante o processo de frisagem, as for-ças radiais de compressão são também aplicadas internamente contra asparedes laterais do compartimento do catodo comprimindo, assim, as pare-des laterais do compartimento do catodo contra o anel isolante que, por suavez, comprime o anel isolante contra a parede lateral do compartimento doanodo. Este procedimento destina-se a fornecer um lacre isolante herméticoentre o compartimento do anodo e as paredes laterais do compartimento docatodo.
O lacre aprimorado da invenção refere-se, principalmente, àscélulas de metal/ar do tipo botão, particularmente células de tipo botão dezinco/ar. O lacre aprimorado da invenção apresenta uma vedação mais her-mética e de maior durabilidade entre as paredes laterais do anel isolante e asuperfície externa das paredes laterais do compartimento do anodo, ou seja,no compartimento do anodo/interface de vedação isolante. Por outro lado, ainvenção fornece, também, uma vedação aprimorada entre o lacre isolante ea parede lateral do compartimento do catodo, ou seja, no lacre isolan-te/interface do compartimento do catodo. O anel de lacre isolante é dotadode "protuberâncias" que são, de preferência, integralmente formadas na su-perfície interna ou em ambas as superfícies interna e externa das paredeslaterais do anel isolante. Durante a frisagem, à medida que as paredes late-rais do compartimento do catodo são radialmente comprimidas internamentecontra as paredes laterais do anel isolante, tais protuberâncias são "compri-midas" fornecendo um lacre mais hermético entre o compartimento do anodoe o compartimento do catodo (com o isolante entre os mesmos) do que seriapossível sem as protuberâncias. Em particular, as protuberâncias fornecemuma ou mais paredes de barreira sólida no interior do compartimento do a-nodo/interface de vedação isolante (e, opcionalmente, também, no interiordo compartimento do catodo/interface de vedação isolante), o que evita, oumesmo adia bastante, o movimento do eletrólito ao longo da trajetória de ditainterface.
Em um aspecto da invenção, o lacre aprimorado tem, no míni-mo, uma protuberância, e, de preferência, uma pluralidade de protuberân-cias que emanam da superfície interior das paredes laterais do anel isolante.As protuberâncias são, de preferência, "integralmente" formadas durante amoldagem do anel isolante e, portanto, serão do mesmo material do anelisolante. As protuberâncias podem, também, ser formadas por gravação,estampagem, remoção, sucata, enrugamento, ou por outro método de trata-mento da superfície do anel isolante, para a formação das protuberâncias,após a moldagem do anel isolante. Em tais casos, o material das protube-râncias ainda é o mesmo do anel isolante moldado. Dessa forma, o termo"integral" ou "protuberâncias integrais" deve ser entendido como incluindotais formações das protuberâncias por gravação, estampagem, etc. do anelisolante moldado e aplicando-se, também, às protuberâncias formadas du-rante a moldagem do anel isolante. O anel isolante e as protuberâncias queemanam da superfície interna (ou de ambas as superfícies interna e externa)das paredes laterais do anel isolante são, desejavelmente, de material denáilon, de preferência náilon 66. Esse material é durável, resistente às solu-ções alcalinas e ao escoamento a frio quando sob pressão, e pode ser pron-tamente moldado por injeção no formato do anel isolante desejado. Entretan-to, o anel isolante e as protuberâncias que emanam dele podem ser forma-dos por outras classificações de náilon ou outro material eletricamente iso-lante, que seja durável, resistente às soluções alcalinas e ao escoamento afrio. Tais materiais podem ser, por exemplo, polietileno de alta densidade,polietileno sulfonatado ou polipropileno, ou polipropileno reforçado com talco,e similares.
Alternativamente, ao invés de serem integralmente formadasdurante a moldagem por gravação, estampagem ou enrugamento da super-fície do anel isolante, as protuberâncias podem ser formadas a partir de"glóbulos" do material, que são aplicados separadamente à superfície inter-na das paredes laterais do anel isolante, após a moldagem do mesmo. Talmaterial pode ser diferente do material do qual é constituído o anel isolante.
Por exemplo, tais glóbulos do material podem ser formados por material a-desivo ou pegajoso, ou outro material compressível e durável (resistente àação de soluções alcalinas), que são aplicados, separadamente, à superfíciedo anel isolante. Esses glóbulos do material adesivo podem compreender,de preferência, a poliamida pegajosa. Mais especificamente, essa poliamidaaplicada à superfície interna do anel isolante em glóbulos pode compreendera resina de poliamida termoplástica de baixo peso molecular. Tal resina depoliamida é, desejavelmente, o produto de reação da diamina com o ácidograxo dimerizado. A resina adesiva é prontamente dissolvida em isopropilaou tolueno solvente e pode ser aplicada em glóbulos viscosos para formar asprotuberâncias compressíveis desejadas que emanam da superfície interna(ou ambas as superfícies interna e externa) das paredes laterais do anel isolante.
Em um aspecto, as protuberâncias podem estar sob a forma deglóbulos do material ou nervuras projetadas da "superfície interna" das pare-des laterais do anel isolante. Essas protuberâncias ficam voltadas para asuperfície externa do compartimento do anodo, quando o anel isolante é a-plicado sobre as paredes laterais do compartimento do anodo. Os glóbulosdo material são, de preferência, integralmente formados durante a molda-gem do anel isolante. Eles podem ser tipicamente de formato esférico, semi-esférico, oblongo ou poligonal. Preferentemente, tais glóbulos do materialsão espaçados entre si e alinhados em uma ou mais fileiras horizontais, cru-zando a circunferência da superfície interna das paredes laterais do anelisolante. Ao menos alguns dos glóbulos do material de uma fileira horizontalpodem ser deslocados, de forma que fiquem por baixo dos espaços entre osglóbulos individuais e uma fileira adjacente. Cada fileira de glóbulos do mate-rial forma protuberâncias na superfície interna das paredes laterais do anelisolante e, de preferência, circunda o eixo longitudinal central da célula. Ca-da fileira desses glóbulos do material fica, desejavelmente, em um plano, depreferência, perpendicular ao eixo longitudinal central da célula.
As protuberâncias que emanam da "superfície interna" das pa-redes laterais do anel de vedação isolante podem estar sob a forma de ner-vura. As nervuras são de preferência retas, mas também podem ser em for-mato curvilíneo ou arqueado. Cada nervura pode passar circularmente,substancial ou completamente, ao redor da superfície interna das paredeslaterais do anel isolante. Essas nervuras podem estar alinhadas em fileirasuma abaixo da outra. As fileiras de tais nervuras são, desejavelmente, para-leias umas às outras. Alternativamente, as nervuras podem ser segmenta-das e alinhadas com espaçamentos entre si, circundando a superfície inter-na do anel isolante. Pode haver uma pluralidade de fileiras formadas por taisnervuras segmentadas, projetando-se da superfície interna das paredes late-rais do anel isolante. Ao menos algumas das nervuras do material de umafileira horizontal podem ser deslocadas, de forma que fiquem por baixo dosespaços entre as nervuras segmentadas individuais e a fileira adjacente. Asfileiras de nervura segmentada são, de preferência, paralelas umas às ou-tras. Cada fileira de nervura segmentada fica, desejavelmente, em um planode preferência perpendicular ao eixo longitudinal central da célula.
Em adição às protuberâncias, seja sob a forma de glóbulos ounervuras que emanam da superfície interna do anel isolante, pode haver umadesivo pegajoso aplicado à superfície interna do anel isolante. O adesivopegajoso é aplicado de forma a cobrir os espaços de superfície expostos nasuperfície interna do isolante entre as protuberâncias. O adesivo pegajosopode, também, ser aplicado de forma a cobrir as protuberâncias. Um adesivopreferencial para tal aplicação é a poliamida pegajosa. Tal adesivo é, de pre-ferência, uma resina termoplástica de baixo peso molecular, que pode serprontamente dissolvida em solvente, como o álcool isopropílico ou tolueno,para formar uma solução adesiva pegajosa viscosa. Uma resina adesiva pre-ferencial para ser usada como adesivo pegajoso no revestimento de tais pro-tuberâncias pode ser o produto de reação da diamina com um ácido graxodimerizado.
Em outro aspecto da invenção, pode haver, também, protube-râncias que emanam da "superfície externa" do anel de vedação isolante.
Essas protuberâncias podem ser iguais ou similares às protuberâncias des-critas anteriormente. Dessa forma, as protuberâncias podem estar sob aforma de glóbulos do material ou nervuras projetadas da superfície externada parede lateral do anel isolante. Essas protuberâncias estão voltadas paraa superfície interna das paredes laterais do compartimento do catodo, quan-do o compartimento do anodo com o lacre isolante é inserido no comparti-mento do catodo. Os glóbulos do material são, de preferência, integralmenteformados durante a moldagem do anel isolante. Eles podem ser tipicamentede formato esférico, semi-esférico, oblongo ou poligonal. Preferentemente,tais glóbulos do material são espaçados entre si e alinhados em uma oumais fileiras horizontais, cruzando a circunferência da superfície interna doanel isolante. Ao menos alguns dos glóbulos do material de uma fileira hori-zontal podem ser deslocados, de forma que fiquem por baixo dos espaçosentre os glóbulos individuais e uma fileira adjacente. Cada fileira de glóbulosdo material forma protuberâncias na "superfície externa" das paredes late-rais do anel isolante e, de preferência, circundam o eixo longitudinal centralda célula. Cada fileira desses glóbulos do material fica, desejavelmente, emum plano, de preferência, perpendicular ao eixo longitudinal central da célula.
As protuberâncias que emanam da "superfície externa" das pa-redes laterais do anel de vedação isolante podem estar sob a forma de ner-vura. As nervuras são de preferência retas, mas também podem ser em for-mato curvilíneo ou arqueado. Cada nervura pode passar circularmente,substancial ou completamente, ao redor da superfície externa das paredeslaterais do anel isolante. Essas nervuras podem estar alinhadas em fileirasuma abaixo da outra. As fileiras de tais nervuras são, desejavelmente, para-lelas umas às outras. Alternativamente, as nervuras podem ser segmenta-das e alinhadas com espaçamento entre si, circundando a superfície externadas paredes internas do anel isolante. Pode haver uma pluralidade de fileirasformadas por tais nervuras segmentadas projetando-se da superfície externadas paredes laterais do anel isolante. Ao menos algumas das nervuras domaterial de uma fileira horizontal podem ser deslocadas, de forma que fi-quem por baixo dos espaços entre as nervuras segmentadas individuais e afileira adjacente. As fileiras de nervura segmentada são, de preferência, pa-ralelas umas às outras. Cada fileira de nervura segmentada fica, desejavel-mente, em um plano de preferência perpendicular ao eixo longitudinal centralda célula.
Independentemente do formato e da configuração das protube-râncias que emanam da superfície externa das paredes laterais do isolante,pode haver um adesivo pegajoso aplicado à superfície externa das paredeslaterais do lacre isolante. O adesivo pegajoso é aplicado de forma a cobrir osespaços de superfície expostos na superfície externa das paredes lateraisdo anel isolante. O adesivo pegajoso pode, também, ser aplicado de forma acobrir as protuberâncias. Um adesivo preferencial para tal aplicação é a poli-amida pegajosa. Tal adesivo é, de preferência, uma resina termoplástica debaixo peso molecular, que pode ser prontamente dissolvida em solvente,como o álcool isopropílico ou tolueno, para formar uma solução adesiva pe-gajosa viscosa. Uma resina adesiva preferencial para ser usada como ade-sivo pegajoso no revestimento de tais protuberâncias pode ser o produto dereação da diamina com um ácido graxo dimerizado. O adesivo pode estarsob a forma de uma poliamida macrofundida.
Em outro aspecto, pode haver protuberâncias que emanam ape-nas da superfície interna das paredes laterais do anel de lacre isolante e ne-nhuma protuberância na superfície externa das paredes laterais do anel devedação. Nesse caso, é desejável ter um revestimento adesivo pegajoso,desejavelmente um adesivo à base de revestimento de poliamida, na super-fície externa das paredes laterais do anel de lacre isolante. Isso fornece ummaior grau de proteção do lacre na interface entre as paredes laterais doanel de lacre e o compartimento do catodo.
O lacre aprimorado da invenção reduz a possibilidade de o ele-trólito vazar da célula, em virtude do aumento da emissão de gases, o quepode ocorrer se não houver adição de mercúrio ao anodo. Em uma célulasem adição de mercúrio, o teor de mercúrio é menor que cerca de 100, depreferência menor que 50 e, com mais preferência, menor que cerca de 20partes por milhão (ppm) de partes, em peso, de zinco. O lacre aprimoradoentre o compartimento do anodo e o anel isolante, ou seja, no compartimen-to do anodo/interface isolante, reduz a possibilidade de vazamento de eletró-Iito causado ou promovido pelo aumento de emissão de gases pela célula,em virtude de não haver adição de mercúrio ao anodo.
O lacre aprimorado da invenção também reduz a chance de va-zamento de eletrólito causado ou promovido pelo aumento da razão de pesoentre zinco e eletrólito no anodo. E desejável aumentar a carga de zinco namistura de anodo. Isso se traduz em uma maior razão de peso entre zinco eeletrólito no anodo. Determinou-se ser possível utilizar misturas de anodopara células de zinco/ar, de forma que a razão entre zinco e eletrólito sejaentre cerca de 3,0 e 6,0, desejavelmente entre cerca de 3,3 e 6,0, e de pre-ferência entre cerca de 4,0 e 5,5. No contexto de dita razão mais elevadaentre zinco e eletrólito na mistura de anodo, a concentração de hidróxido depotássio (KOH) é desejavelmente entre cerca de 32 e 40 %, em peso, porexemplo, cerca de 35 %, em peso. Tipicamente, o eletrólito alcalino aquoso,desejavelmente, contém entre 1 e 4 %, em peso, de oxido de zinco (ZnO),por exemplo, cerca de 2 %, em peso, (Se o zinco for amalgamado com mer-cúrio, o teor de zinco será compreendido como incluindo o mercúrio.)
As razões de peso entre zinco e eletrólito mais altas na misturade anodo são desejáveis devido ao seu potencial para aumentar a capaci-dade de descarga e a vida útil da célula sob condicionamento de descarganormal. Entretanto, a mistura de anodo de zinco expande-se durante arma-zenamento e descarga. A expansão é maior em razões maiores de pesoentre zinco e eletrólito. O anodo expandido exerce forças mecânicas tempo-rárias contra as paredes laterais do compartimento do anodo. Esse aumentodas forças mecânicas e, em particular, a flutuação de tais forças durante aexpansão do material do anodo, podem enfraquecer o lacre na interface en-tre as paredes laterais do compartimento do anodo e o anel isolante circun- dante. Possivelmente, tais forças temporárias podem, também, enfraquecero lacre na interface entre o lacre isolante e o compartimento do catodo.
O lacre aprimorado da invenção pode suportar forças mecânicasmaiores devido a uma maior expansão do anodo, esperada a razões de pe-so entre zinco e eletrólito mais altas. Isso reduz a chance do eletrólito vazar da célula sob esses condicionamentos.
Em resumo, o lacre aprimorado da invenção resulta em um lacremais firme, ainda que não haja adição de mercúrio à célula, ou que a razãode peso entre zinco e eletrólito seja elevada, por exemplo, entre cerca de 3,0e 6,0, de preferência entre cerca de 3,3 e 6,0, com mais preferência entre cerca de 4,0 e 5,5.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção será melhor compreendida com referência aos dese-nhos, em que:
A figura 1 é uma vista em seção transversal isométrica de uma modalidade da célula de zinco/ar da invenção.
A figura 1A é uma seção transversal ampliada da área do lacreentre o envoltório do anodo e o envoltório do catodo da figura 1.
A figura 1B é uma seção transversal ampliada, mostrando umaoutra modalidade da área do lacre entre o envoltório do anodo e o envoltório do catodo da figura 1.
A figura 2 é uma vista explodida de uma modalidade preferencialdo conjunto de catodo catalítico mostrado na figura 1.A figura 3A é uma vista em elevação em seção transversal dolacre isolante, mostrando protuberâncias alinhadas em fileiras que emanamda superfície interna de tal lacre.
A figura 3B é uma vista em elevação em seção transversal dolacre isolante, mostrando protuberâncias alinhadas em fileiras deslocadasque emanam da superfície interna de tal lacre.
A figura 4A é uma vista em elevação em seção transversal mos-trando protuberâncias sob a forma de alongadas nervuras contínuas, alinha-das em fileiras que emanam da superfície interna de tal lacre.
A figura 4B é uma vista em elevação em seção transversal mos-trando protuberâncias sob a forma de nervuras segmentadas, alinhadas emfileiras que emanam da superfície interna de dito lacre.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A invenção refere-se, principalmente, a células eletroquímicasdespolarizadas a ar. Essas células têm um anodo de metal, tipicamentecompreendendo zinco, no interior de um compartimento do anodo, havendouma entrada de ar para o material de catodo no interior do compartimento docatodo. A célula é comumente denominada uma célula despolarizada demetal/ar ou de ar e, mais tipicamente, uma célula de zinco/ar.
A célula de zinco/ar da invenção está, desejavelmente, sob aforma de uma célula de tipo botão em miniatura. Esta tem aplicação especí-fica como fonte de energia para dispositivos eletrônicos pequenos, comoaparelhos auditivos. No entanto, essas células também podem ser usadaspara alimentar outros dispositivos eletrônicos. A célula de tipo botão de zin-co/ar em miniatura da invenção tem tipicamente um formato cilíndrico similara disco, com diâmetro entre cerca de 4 e 20 mm, por exemplo entre cerca de4 e 16 mm, de preferência entre cerca de 4 e 12 mm. A célula de tipo botãode zinco/ar em miniatura tem uma altura entre cerca de 2 e 9 mm, de prefe-rência entre cerca de 2 e 6 mm. A célula de zinco/ar em miniatura tem, tipi-camente uma tensão de carga em operação entre cerca de 1,3 Volts e 0,2Volts. A célula tem tipicamente um perfil de tensão de descarga substanci-almente plano, entre cerca de 1,1 e cerca de 0,9 Volt, sendo que a tensãopode, então, cair a zero de maneira razoavelmente abrupta. A célula de zin-co/ar em miniatura pode ser descarregada a uma taxa geralmente entre cer-ca de 0,2 e 25 miliampères. O termo "células em miniatura" ou "células dotipo botão em miniatura", para uso na presente invenção, destina-se a incluircélulas do tipo botão de pequeno tamanho, mas não se destina a ficar restri-ta às mesmas, já que são possíveis outros formatos e tamanhos para célulasde zinco/ar pequenas. Por exemplo, as células de zinco e ar podem ser pro-duzidas em também tamanhos um tanto maiores, com um compartimentocilíndrico de tamanho comparável ao das células alcalinas de Zn/Mn02 con-vencionais de tamanho AAAA, AAA, AA, C e D, e mesmo maiores.
A célula da invenção pode conter mercúrio adicionado, por e-xemplo cerca de 3%, em peso, do zinco presente no anodo, ou pode ser es-sencialmente isenta de mercúrio (célula sem adição de mercúrio). Nessascélulas sem adição de mercúrio, não há mercúrio adicionado e o único mer-cúrio presente se encontra em quantidades-traço de ocorrência natural como zinco. Conseqüentemente, a célula da invenção pode ter um teor total demercúrio menor que cerca de 100, de preferência menor que 50 e, com maispreferência, menor que cerca de 20 partes por milhão (ppm) de partes, empeso, de zinco. (O termo "essencialmente isento de mercúrio", para uso napresente invenção, significa que a célula tem um teor de mercúrio menor quecerca de 100 partes por milhão de partes, em peso, do zinco.) A célula dapresente invenção pode ter uma quantidade muito pequena de aditivo dechumbo no anodo. Caso seja adicionado chumbo ao anodo, o teor de chum-bo na célula pode tipicamente situar-se na faixa entre cerca de 100 e 800ppm do zinco no anodo. No entanto, a célula desejavelmente não contémquantidades adicionadas de chumbo e, portanto, pode ser essencialmenteisenta de chumbo, ou seja, o teor total de chumbo é menor que 30 ppm, de-sejavelmente menor que 15 ppm do zinco presente no anodo.
A célula de zinco/ar 210 da invenção (figura 1) tem um compar-timento do anodo 260, um compartimento do catodo 240 e um material iso-lante elétrico 270 entre os mesmos. O compartimento do anodo 260 e ocompartimento do catodo 240 estão, de preferência, cada um sob a forma deuma lata ou copo tendo uma extremidade fechada e uma extremidade abertaoposta. O compartimento do anodo 260 tem um corpo 263 que forma as pa-redes laterais, uma extremidade fechada integral 269, e uma extremidadeaberta 267. O compartimento do catodo 240 tem um corpo 242 (paredes Ia- terais), uma extremidade fechada integral 249 e uma extremidade aberta247. A extremidade fechada 249 do compartimento do catodo (quando ocompartimento é mantido em posição vertical com a extremidade fechada notopo) tem, tipicamente uma porção elevada 244 próximo ao seu centro, con-forme mostrado na figura 1. Essa porção elevada 244 pode formar a área decontato do terminal positivo e contém tipicamente uma pluralidade de orifí-cios para ar 243 através do mesmo. A extremidade fechada do comparti-mento do catodo 249 também possui tipicamente um degrau anular rebaixa-do 245 que se estende da borda periférica 246 da porção terminal elevada àborda periférica externa 248. Alternativamente, a extremidade fechada 249do compartimento do catodo 240 pode ser plana.
Uma modalidade preferencial de uma célula de zinco/ar comple-ta da invenção é mostrada na figura 1. A modalidade mostrada na figura 1está sob a forma de uma célula de tipo botão em miniatura. A célula 210compreende um compartimento do catodo 240 (envoltório do catodo), umcompartimento do anodo 260 (envoltório do anodo), com um material isolan-te elétrico 270 entre os mesmos. O lacre isolante 270 é tipicamente sob aforma de um disco oco ou anel com um núcleo oco delimitado por paredeslaterais circulares 273. O anel de vedação isolante 270 é inserido sobre ocompartimento do anodo 260 e, dessa forma, circunda firmemente a superfí-cie externa da parede lateral do compartimento do anodo 263 (figura. 1). Oadesivo de vedação resistente à água 360b, como selante à base de asfaltoou betume, ou de preferência um selante polimérico, tal como a poliamidapode ser aplicado entre a parede lateral 273 do lacre isolante 270 e a super-fície externa da parede do compartimento do anodo 263a. O adesivo de ve-dação 360b pode ser aplicado à superfície lateral da parede lateral isolante273 antes do anel de lacre isolante 270 ser inserido sobre a parede do en-voltório do anodo 263. A cabeça do anel isolante 270, desejavelmente, temuma porção ampliada 273a que se estende além da borda periférica docompartimento do anodo 263d, e termina em uma extremidade curva 273c(figura 1), formando uma configuração em forma de "J". 0 isolante 270 comporção ampliada 273a evita que o material ativo do anodo entre em contatocom o compartimento do catodo 240, após a célula ter sido montada.
Há uma porção de recorte ou cavidade 274 no interior da porçãoampliada em forma de "J" 273a do isolante 270. A extremidade de ponta 63dda parede lateral do compartimento do anodo 263 penetra na cavidade 274.
Um adesivo 360a, de preferência à base de poliamida, é inserido na cavida-de 274 para fornecer uma vedação adesiva entre a extremidade de ponta docompartimento do anodo 263d e o lacre isolante 270. O lacre isolante 270 édesejavelmente de náilon, de preferência náilon 66. O isolante 270 pode serde outro material durável eletricamente isolante, como polietileno de altadensidade, ou polietileno de alta densidade, polietileno sulfonatado, ou poli-propileno preenchido com talco, e similares, que resiste à ação química doeletrólito alcalino e, também, ao escoamento a frio quando sob pressão.
O lacre aprimorado da invenção refere-se, principalmente, àscélulas de metal/ar do tipo botão, particularmente células de tipo botão dezinco/ar. Na modalidade principal, o lacre aprimorado da invenção apresentauma vedação mais hermética e de maior durabilidade, entre as paredes late-rais do anel isolante 273 e a superfície externa das paredes laterais do com-partimento do anodo 263, ou seja, no compartimento do anodo/interface devedação isolante. Em outras modalidades, a invenção apresenta um lacreaprimorado, também, entre a parede lateral do lacre isolante 273 e a super-fície interna da parede lateral do compartimento do catodo 242, ou seja, nolacre isolante/interface do compartimento do catodo.
O anel de lacre isolante 270 é dotado de protuberâncias 275 quesão, de preferência, integralmente formadas na superfície interna ou em am-bas as superfícies interna e externa das paredes laterais do anel isolante273. Durante a frisagem, a medida que a parede lateral do compartimento docatodo é radialmente comprimida para dentro contra as paredes laterais doanel isolante 273, tais protuberâncias 275 são, também, "comprimidas", for-necendo uma vedação mais hermética entre o compartimento do anodo 260e o compartimento do catodo 240 (com um lacre isolante 270 entre os mes-mos) do que seria possível sem tais protuberâncias 275. Em particular, asprotuberâncias 275 fornecem uma ou mais paredes de barreira sólida nointerior da interface entre a parede lateral do compartimento do anodo 263 ea superfície interna da parede lateral do lacre isolante 273 (figura 1A). Op-cionalmente, existem, também, protuberância similares 276 (figura 1B) entrea parede lateral do compartimento do catodo 242 e a superfície externa daparede lateral do lacre isolante 273. Essas protuberâncias 275 e 276 evitamou mesmo adiam bastante o vazamento de eletrólito ao longo da trajetóriade tal interface. A altura das protuberâncias 275 que emanam da superfícieinterna da parede lateral isolante 273 (figura 1A) pode ser, desejavelmente,entre cerca de 0,0127 e 0,0762 mm (0,5 e 3 mil), de preferência entre cercade 0,0254 mm e 0,0762 mm (1 e 3 mil). A altura das protuberâncias opcio-nais 276 que emanam da superfície externa da parede lateral isolante 273(figura 1B) pode, desejavelmente, ser entre cerca de 0,0127 e 0,0762 mm(0,5 e 3 mil), de preferência entre cerca de 0,0254 mm e 0,0762 mm (1 e 3mil). Tais protuberâncias possuem a propriedade de serem, ao menos parci-almente, compressíveis, na medida em que a parede lateral 242 do compar-timento do catodo 240 é radialmente comprimida contra a parede lateral doisolante 273, durante a montagem da célula.
Em uma modalidade específica, o anel de lacre isolante aprimo-rado 270 tem, ao menos, uma protuberância 275, e, de preferência, umapluralidade de protuberâncias 275 que emanam da superfície interna dasparedes laterais do anel isolante 273. As protuberâncias 275 são, de prefe-rência, "integralmente" formadas durante a moldagem do anel isolante 270 epodem ser, portanto, do mesmo material do anel isolante 270. As protube-râncias podem ser, também, formadas por gravação, estampagem, remo-ção, sucata, enrugamento, ou por outra forma de tratamento da superfície doanel isolante para formar as protuberâncias após a moldagem do anel iso-lante. Em tais casos, o material das protuberâncias é igual ao anel isolantemoldado e, dessa forma, o termo "integral" deve ser entendido como incluin-do tais formações das protuberâncias com o mesmo material do anel isolan-te moldado. O anel isolante 270 e as protuberâncias 275 que emanam dasuperfície interna do mesmo são desejavelmente de náilon, de preferêncianáilon 66. Esse material é durável, resistente às soluções alcalinas. O mate-rial é, também, resistente ao escoamento a frio quando sob pressão (o es-coamento a frio pode alongar a parede lateral do isolante 273), e pode serprontamente moldado, de preferência por modelagem por injeção no formatodo anel isolante desejado. Entretanto, o anel de lacre isolante 270 e as pro-tuberâncias (275 e 276, figura 1B) que emanam dele podem ser formadospor outras classificações de náilon ou outro material eletricamente isolante,que seja durável, resistente às soluções alcalinas e ao escoamento a frioquando sob pressão. Tais materiais podem ser, por exemplo, polietileno dealta densidade, polietileno sulfonatado ou polipropileno, ou polipropileno re-forçado com talco, e similares.
Alternativamente, ao invés de serem integralmente formadasdurante a moldagem do anel isolante 270, as protuberâncias podem ser for-madas a partir de glóbulos do material, que podem ser aplicados separada-mente à superfície interna das paredes laterais do anel isolante 273, após amoldagem do mesmo. Por exemplo, tais glóbulos do material podem serformados por adesivo ou material pegajoso. Tais glóbulos do material adesi-vo podem compreender, de preferência, a poliamida pegajosa compressível.Mais especificamente, tal poliamida aplicada à superfície interna do anel iso-lante em glóbulos pode compreender a resina de poliamida de baixo a médiopeso molecular. Tal resina de poliamida é, desejavelmente, o produto dereação da diamina com o ácido graxo dimerizado. Tal resina adesiva é pron-tamente dissolvida em isopropila ou tolueno solvente e pode ser aplicada emglóbulos viscosos para formar as protuberâncias desejadas que emanam dasuperfície interna do anel isolante. Tais glóbulos do material viscoso podemser obtidos utilizando-se a resina de poliamida como a resina VERSAMID ouREAMID disponível junto à Henkel Corp.
Em uma modalidade preferencial, as protuberâncias 275 podemestar sob a forma de glóbulos do material 275a (figuras 3A e 3B) projetando-se da superfície interna das paredes laterais do anel isolante 273. Essas pro-tuberâncias 275 ficam voltadas para a superfície externa 263a da paredelateral do compartimento do anodo 263, quando o anel isolante 270 é aplica-do sobre as paredes laterais do compartimento do anodo 263, conformemostrado na figura 1A. Os glóbulos do material 275a são, de preferência,integralmente formados durante a moldagem do anel isolante 270. Eles po-dem tipicamente ser de formato esférico, semi-esférico, oblongo ou poligo-nal. Preferentemente, tais glóbulos do material 275a são espaçados entre sie alinhados em uma ou mais fileiras horizontais, cruzando a circunferênciada superfície interna das paredes laterais do anel isolante, conforme mostra-do nas figuras 3A ou 3B. Cada fileira horizontal de glóbulos do material 275aforma protuberâncias 275 na superfície interna das paredes laterais do anelisolante 273 e, de preferência, circundam o eixo longitudinal central da célula290. As fileiras horizontais de glóbulos do material podem ser alinhadas, deforma que os glóbulos individuais de material 275a de uma fileira a seguinteestejam, também, em alinhamento vertical linear, conforme mostrado na fi-gura 3A ou deslocados, conforme mostrado na figura 3B. Cada fileira hori-zontal de tais glóbulos do material 275a está situada, desejavelmente, emum plano, de preferência perpendicular ao eixo longitudinal central da célula290.
As protuberâncias 275 que emanam da superfície interna dasparedes laterais do anel de vedação isolante 273 podem, também estar soba forma de nervura 275b, conforme mostrado nas figuras 4A ou 4B. As ner-vuras 275b são de preferência lineares mas, podem ser, também, em forma-to curvilíneo ou arqueado. Cada nervura 275b pode estar localizadas, circu-larmente, de forma substancial ou completamente, ao redor da superfícieinterna das paredes laterais do anel isolante 273. Essas nervuras circulares275b podem ser alinhadas em fileiras horizontais, uma abaixo da outra, con-forme mostrado na figura 4A. As fileiras individuais de tais nervuras 275asão, desejavelmente, paralelas umas as outras. Alternativamente, as nervu-ras podem estar segmentadas e alinhadas com espaçamento entre si, cir-cundando a superfície interna da parede lateral do anel isolante 273, comomostrado na figura 4B. Pode haver uma pluralidade de fileiras formadas detais nervuras segmentadas 275b projetando-se da superfície interna das pa-redes laterais do anel isolante 273 conforme mostrado na figura 4B. As filei-ras de nervuras segmentadas 275b podem ser deslocadas de uma fileira aoutra, conforme mostrado na figura 4B. As fileiras horizontais da nervurasegmentada 275b são, de preferência, paralelas umas as outras. Cada fileirade nervura segmentada fica, desejavelmente, em um plano de preferênciaperpendicular ao eixo longitudinal central da célula 290.
Além das protuberâncias 275, sob a forma de glóbulos (275a) ounervuras (275b) que emanam da superfície interna da parede do anel isolan-te 273, pode haver um adesivo pegajoso 360b aplicado a tal superfície inter-na da parede lateral do anel isolante 273. O adesivo pegajoso 360b é apli-cado de forma a cobrir os espaços de superfície expostos na superfície in-terna do isolante, entre as protuberâncias. O adesivo pegajoso pode, tam-bém, ser aplicado de forma a cobrir as protuberâncias. Um adesivo prefe-rencial para tal aplicação é a poliamida pegajosa. Tal adesivo é, de prefe-rência, uma resina termoplástica de baixo peso molecular, que pode serprontamente dissolvida em solvente, como o álcool isopropílico ou tolueno,para formar uma solução adesiva pegajosa viscosa. Uma resina adesiva pre-ferencial para ser usada como adesivo pegajoso no revestimento de tais pro-tuberâncias pode ser o produto de reação da diamina com um ácido graxodimerizado. Tal resina adesiva está disponível sob a designação comercialde resina VERSAMID ou REAMID, disponível junto à Henkel Corp. O adesi-vo 360b pode ser de composição igual ou similar ao adesivo à base de poli-amida 143 (subjacente à extremidade fechada 249 do compartimento do ca-tado 240) como apresentado e descrito na patente U.S. N6 6.436.156 B1(WandeIoski) aqui incorporadas, a título de referência.
Em uma outra modalidade preferencial, pode haver, também,protuberâncias 276 que emanam da "superfície externa" das paredes Iate-rais do anel de lacre isolante 273 (figura 1B). Essas protuberâncias podemser iguais ou similares às protuberâncias 275 descritas anteriormente. Dessaforma, as protuberâncias 276 podem estar sob a forma de glóbulos do mate-rial similares aos glóbulos 275a (figuras 3A ou 3B) ou nervuras 275b (figura4A ou 4B), mas projetando-se, também, da superfície externa da parede la-teral do anel isolante 273. Essas protuberâncias 276 estão voltadas para asuperfície interna das paredes laterais do compartimento do catodo 242,conforme mostrado na figura 1B quando as paredes laterais do comparti-mento do anodo 263 com o lacre isolante 270 é inserido no compartimentodo catodo 240. Os glóbulos do material 276 são, de preferência, integral-mente formados durante a moldagem do anel isolante 270. Eles podem sertipicamente de formato esférico, semi-esférico, oblongo ou poligonal. Prefe-rentemente, tais glóbulos do material 276 são espaçados separadamente ealinhados em uma ou mais fileiras horizontais, cruzando a circunferência dasuperfície externa do anel isolante, similar ao alinhamento mostrado na figu-ra 3B, referente aos glóbulos 275a. Cada fileira de glóbulos do material 276(figura 1B) forma protuberâncias na superfície externa das paredes lateraisdo anel isolante e, de preferência, circunda o eixo longitudinal central da cé-lula 290. Cada fileira de tais glóbulos do material 276, desejavelmente, ficaem um plano, de preferência, perpendicular ao eixo longitudinal central dacélula 290.
As protuberâncias 276 (figura 1B) que emanam da superfícieinterna das paredes laterais do anel de lacre isolante 273 podem ser sob aforma de nervura. As nervuras são de preferência retas, mas também podemser em formato curvilíneo ou arqueado. Cada nervura pode passar, de formasubstancial ou completamente, ao redor dâ "superfície externa" das paredeslaterais do anel isolante 273. Essas nervuras podem ser alinhadas em filei-ras uma abaixo da outra, em configuração similar às exibidas e descritascom relação às nervuras 275b mostradas na figura 4A. As fileiras de taisnervuras são, desejavelmente, paralelas umas às outras. Alternativamente,as protuberâncias 276 (figura 1B) podem estar sob a forma de nervurassegmentadas, que são alinhadas em disposição espaçadas entre si, circun-dando a superfície externa das paredes laterais do anel isolante 273. Podehaver uma pluralidade de fileiras formadas a partir de tais nervuras segmen-tadas 276 projetando-se da superfície externa das paredes laterais do anelisolante. Essas nervuras podem ser alinhadas em fileiras horizontais deslo-cadas uma abaixo da outra, em configuração similar às exibidas e descritascom relação às nervuras 275b mostradas na figura 4B. As fileiras de nervurasegmentada são, de preferência, paralelas umas às outras. Cada fileira denervura segmentada fica, desejavelmente, em um plano de preferência per-pendicular ao eixo longitudinal central da célula 290.
Independentemente do formato e configuração das protuberân-cias 276 (figura IB) que emanam da "superfície externa" das paredes lateraisdo isolante, pode haver um adesivo pegajoso (não mostrado) aplicado à su-perfície externa das paredes laterais do lacre isolante 273. O adesivo pega-joso é aplicado de forma a cobrir a superfície exposta das paredes lateraisdo anel isolante 273. O adesivo pegajoso pode, também, se aplicado deforma a cobrir, também, as protuberâncias 276. Um adesivo preferencial pa-ra tal aplicação é a poliamida pegajosa, conforme descrito acima com rela-ção ao adesivo 360b. O adesivo pode ser sob a forma de a poliamida, decomposição igual ou similar ao adesivo à base de poliamida 143 (subjacenteà extremidade fechada 249 do compartimento do catodo 240), como apre-sentado e descrito na patente U.S. Ng 6.436.156 B1 (Wandeloski), aqui in-corporadas, a título de referência.
Em outra modalidade, pode haver protuberâncias 275 que ema-nam apenas da superfície interna das paredes laterais do lacre isolante 273e nenhuma protuberância 276 na superfície externa das paredes laterais doanel de lacre. Nesse caso, é desejável, ainda, ter um revestimento adesivopegajoso, desejavelmente um revestimento adesivo à base de poliamida,como indicado acima na superfície externa das paredes laterais do lacre iso-lante 273. Isso fornece um maior grau de proteção do lacre na interface en-tre as paredes laterais do anel de lacre 273 e a parede do compartimento docatodo 242.
As protuberâncias compressíveis 275 (e, opcionalmente, tam- bém as protuberâncias 276) fornecem uma barreira para evitar ou retardar oescoamento e/ou vazamento do eletrólito na interface entre a parede lateraldo lacre isolante 273 e a parede do compartimento do anodo 263 (e tambémentre a parede lateral do lacre isolante 273 e a parede do compartimento docatodo 242). Dessa forma, o lacre aprimorado da invenção reduz a possibili-dade de o eletrólito vazar da célula, em virtude do aumento da emissão degases, o que pode ocorrer se não houver adição de mercúrio ao anodo. Emuma célula sem adição de mercúrio, o teor de mercúrio é menor que cercade 100 partes por milhão de partes, em peso de zinco, de preferência menorque 50 partes por milhão de partes (ppm), em peso, de zinco, com mais pre-ferência menor que cerca de 20 partes por milhão de partes, em peso dezinco. (Se a célula não apresentar adição de mercúrio, há uma maior chancede vazamento de eletrólito, devido à maior tendência à emissão de gasespela célula, em razão da reduzida quantidade de mercúrio na célula.)
O lacre aprimorado da invenção também reduz a chance de va-zamento de eletrólito promovido pelo aumento da razão de peso entre zincoe eletrólito no anodo. E desejável aumentar a carga de zinco na mistura deanodo. Isso se traduz em uma maior razão de peso entre zinco e eletrólitono anodo. Determinou-se ser possível utilizar misturas de anodo para célulasde zinco/ar, de forma que a razão entre zinco e eletrólito seja entre cerca de3,3 e 6,0, de preferência entre cerca de 4,0 e 5,5. A razão de peso entre zin-co e eletrólito no anodo seja entre cerca de 3,0 e 6,0 (%, em peso, de zincono anodo entre cerca de 75,0.%, e 85,7 %), desejavelmente a razão de pesoentre zinco e eletrólito no anodo situa-se entre cerca de 3,3 e 5,5 (%, empeso, de zinco no anodo entre cerca de 76,7 % e 84,6 %). Preferencialmen-te, a razão de peso entre zinco e eletrólito no anodo situa-se entre cerca de4,0 e 5,5 (%, em peso, de zinco no anodo entre cerca de 80,0 e 84,6 %). Oeletrólito é uma mistura de eletrólito alcalino aquoso, de preferência umamistura aquosa que compreende hidróxido de potássio, o qual contém tipi-camente cerca de 2 %, em peso, de óxido de zinco (ZnO). No contexto de talrazão mais alta entre zinco e eletrólito na mistura de anodo, a concentraçãode hidróxido de potássio (KOH) é, desejavelmente, entre cerca de 30 e 40,em % de peso, de preferência entre cerca de 32 e 40, em % de peso, porexemplo, cerca de 35 %. (se o zinco for amalgamado com mercúrio, o teorde zinco será compreendido como incluindo o mercúrio.)As razões de peso entre zinco e eletrólito mais altas na misturade anodo são desejáveis devido ao seu potencial para aumentar a capaci-dade de descarga e a vida útil da célula sob condicionamento de descarganormal. Entretanto, a mistura de anodo de zinco expande-se durante arma-zenamento e descarga. A expansão é maior em razões maiores de pesoentre zinco e eletrólito. O anodo expandido exerce forças mecânicas tempo-rárias contra as paredes laterais do compartimento do anodo. A taxa de alte-ração dessas forças mecânicas pode variar durante a expansão do anodo.Essas elevadas forças mecânicas e, em particular, a flutuação de tais forçasdurante a expansão do material de anodo podem enfraquecer o rígido lacreentre as paredes laterais do compartimento do anodo e o anel isolante cir-cundante. O lacre aprimorado da invenção entre as paredes laterais docompartimento do anodo 263 e a parede do anel isolante 273, ou seja, nocompartimento do anodo/interface isolante, é durável e fornece ligação ade-siva e mecânica rígida entre a parede lateral do compartimento do anodo e oanel isolante. O lacre aprimorado da invenção entre as paredes laterais docompartimento do anodo 263 e a parede lateral do anel isolante 273 (e tam-bém entre a parede lateral do anel isolante 273 e as paredes laterais docompartimento do catodo 242) pode suportar forças mecânicas maiores de-vido a uma maior expansão do anodo esperada a razões de peso entre zin-co e eletrólito mais altas. Isso reduz a chance do eletrólito vazar da célulasob esses condicionamentos.
Em resumo, o lacre aprimorado da invenção resulta em um lacremais firme, ainda que não haja adição de mercúrio à célula, ou que a razãode peso entre zinco e eletrólito seja elevada, por exemplo, entre cerca de 3,0e 6,0, de preferência entre cerca de 3,3 e 6,0, com mais preferência entrecerca de 4,0 e 5,5.
Em uma modalidade específica, o compartimento do anodo 260(envoltório do anodo) contém uma mistura de anodo 250 compreendendozinco particulado e eletrólito alcalino. O zinco particulado está, desejavel-mente, em uma liga tendo entre cerca de 100 e 1.000 ppm de índio. As par-tículas de zinco podem, também, ser folheadas com índio adicional, de pre-ferência entre cerca de 100 e 1.500 ppm de índio. O compartimento do cato-do 240 tem uma pluralidade de orifícios para ar 243 na porção elevada 244de sua superfície, na extremidade fechada do mesmo. Um conjunto de cato-do catalítico 230 contendo um material de composto catalítico 234 (figura 2)é colocado no interior do compartimento, próximo aos orifícios para ar. Ocompósito catalítico 234 compreende uma mistura de catodo catalítico 233sob a forma de um disco aplicado como revestimento sobre uma tela 237.
Durante a descarga da célula, o material catalítico 233 facilita a reação ele-troquímica com o oxigênio do ambiente, a medida que ele penetra atravésdos orifícios para ar 243. Um adesivo selante 143 é aplicado em uma porçãoda superfície interna do compartimento do catodo 240, na extremidade fe-chada 249 do mesmo. Em uma modalidade preferencial, o adesivo pode seraplicado como um anel contínuo na superfície interna 245a do degrau anularrebaixado 245 na extremidade fechada 249 do compartimento, conformemostrado na figura 1 e também como descrito na patente U.S. Ne 6.436.156B1. Se a extremidade fechada do compartimento do catodo for plana, ouseja, não possua um degrau rebaixado 245, o selante adesivo 143 pode seraplicado à superfície interna da extremidade fechada 249, adjacente à bordaperiférica externa 248 de dita extremidade fechada. Nesse caso, o selanteadesivo 143 é desejavelmente aplicado como um anel contínuo à superfícieinterna da extremidade fechada 249, de modo que o dito anel contínuo deadesivo 143 tenha um diâmetro externo entre cerca de 75% e 100%, de pre-ferência entre cerca de 90% e 100% e, com mais preferência, entre cerca de95% e 100% do diâmetro interno da extremidade fechada 249.
Um compartimento do catodo representativo 240 (envoltório docatodo) é mostrado na figura 1. O compartimento do catodo 240 está sobforma de uma lata, que possui a extremidade fechada 249 e extremidadeaberta oposta 247 com o corpo 242 (paredes laterais) entre os mesmos. Aporção central 244 na extremidade fechada 249 pode ser elevada (comomostrado) e formar a região de contato do terminal positivo. No entanto, atotalidade da extremidade fechada 249 pode ser plana, ou seja, sem qual-quer porção central elevada. Há um ou mais orifícios para ar 243 através daextremidade fechada do compartimento do catodo 249. Há um espaço paraentrada de ar 288 (região de espaço cheio) entre a extremidade fechada docompartimento do catodo 249 e o conjunto de catodo 230. Geralmente, oespaço da entrada de ar 288 (região de espaço cheio) pode ser vista como oespaço disponível entre a superfície interna da extremidade fechada docompartimento do catodo 249 e o conjunto de catodo 230, antes de qualquermaterial difusor de ar 231 ser inserido ali. Convencionalmente, o materialdifusor de ar é composto por papel permeável a ar ou material celulósicoporoso, o qual é, normalmente, inserido para preencher completamente oespaço disponível na entrada de ar 288.
Na modalidade mostrada na figura 1, há uma porção central ele-vada 244 na extremidade fechada do compartimento do catodo 249. Nessamodalidade (figura 1), o espaço da entrada de ar 288 (região de espaçocheio) é o espaço disponível entre a superfície interna da porção elevada244 da extremidade fechada do compartimento do catodo 249 e o conjuntode catodo 230, antes do material difusor de ar (ou comparável) ser inseridoali. (Para os propósitos dessa descrição, qualquer camada de barreira paraeletrólitos, tal como a camada de barreira para eletrólitos 232 do conjunto decatodo 230, pode ser considerada como parte do conjunto de catodo 230).
Há um ou mais orifícios para ar 243 através de dita porção elevada 244. Emum compartimento do catodo representativo 240, por exemplo, para umacélula de tamanho 312, ou seja, célula de tipo botão, com diâmetro geral de7,72 mm (0,304 polegada) e altura de 3,43 mm (0,135 polegada), pode ha-ver tipicamente cinco orifícios para ar eqüidistantes 243, cada um com diâ-metro variando entre cerca de 0,114 e 0,305 mm (0,0045 e 0,012 polegadas)através da porção elevada 244 da extremidade fechada do compartimentodo catodo 249. Entretanto, será considerada a possibilidade de existiremmais orifícios para ar ou apenas um, dependendo do tamanho da célula e dotamanho do orifício para ar, que pode ser um pouco maior ou menor que otamanho do orifício acima especificado.
Um conjunto de catodo catalítico 230 (figuras 1 e 2) pode serformado por material de catodo de primeiro revestimento sobre tela de malha237 para formar o compósito de catodo 234. Um lado do compósito de cato-do 234 pode ser laminado com uma camada de material de película de bar-reira hidrofóbica para eletrólito 235, de preferência Teflon (politetrafluoro eti-leno) e uma camada opcional de Teflon 232 adicionada. A película de barrei-ra para eletrólito 235, de preferência em Teflon, tem a propriedade de serpermeável a ar e, ainda assim, evitar que a água e o eletrólito passem atra-vés da mesma. A camada de película de barreira 235 pode ser aplicada aocompósito de catodo 234 por aplicação de calor e pressão. O material sepa-rador 238 é colado ou laminado ao lado oposto do compósito de catodo 234,de preferência diretamente ao lado exposto do material de catodo 233, paraformar o conjunto de catodo completo 230 (figura 2).
Em uma modalidade preferencial da célula de zinco/ar, a bordado conjunto de catodo catalítico 230 pode se aplicada ao anel adesivo 143em etapas 245, fornecendo, dessa forma, uma vedação adesiva permanente entre o conjunto de catodo 230 e o degrau do compartimento 245. O conjun-to de catodo catalítico 230 pode se aplicado ao adesivo 143, em etapas 245,com a barreira para eletrólito 235 em contato direto com o adesivo 143. (Op-cionalmente uma camada adicional de barreira para eletrólitos 232 (figuras 1e 2) pode ser sobreposto à barreira para eletrólito 235 e ligado ao adesivo143, conforme descrito no próximo parágrafo). O uso de selante adesivo 143também reduz a quantidade de força de frisagem necessária durante a frisa-gem da borda periférica externa 242b sobre o corpo do compartimento doanodo. Isso é particularmente vantajoso para uso com compartimentos doanodo e do catodo 240 e 260 de paredes delgadas, cuja espessura situa-sena faixa entre cerca de 0,0254 mm (0,001 polegadas) e 0,38 mm(0,015 polegadas), particularmente com os compartimentos do anodo e ca-todo cuja espessura de parede situa-se entre cerca de 0,0508 e 0,127 mm(0,002 e 0,005 polegadas). O uso de selante adesivo 143 é, também, vanta-joso quando são empregados conjuntos de catodo catalítico delgados 230, jáque forças de frisagem mais altas poderiam, possivelmente, distorcer outrincar esses compartimentos finos e conjuntos de catodo.
O compartimento do anodo 260 e o compartimento do catodo240 são inicialmente peças separadas. O compartimento do anodo 260 e ocompartimento do catodo 240 são preenchidos, separadamente com materi-ais ativos, e, em seguida, a extremidade aberta 267 do compartimento doanodo 260 pode ser inserida na extremidade aberta 247 do compartimentodo catodo 240. O compartimento do anodo 260 pode ter uma parede lateralreta (desdobrada) 263, conforme mostrado nas figuras 1. Alternativamente, aparede lateral pode ser dobrada uma vez, formando uma parede lateral du-pla (não mostrada). Essa parede lateral dobrada pode ser empregada deforma vantajosa quando utilizada em compartimentos do anodo com paredesmuito finas, por exemplo, entre cerca de 0,0254 e 0,127 mm (1 e 5 mil), ousem adição de mercúrio ao anodo 250, independentemente da espessura daparede do compartimento do anodo. A parede lateral do compartimento doanodo 263 é verticalmente reta e termina em uma porção inclinada para den-tro 263b, que, por sua vez, termina em uma segunda porção vertical, esten-dendo-se para baixo 263c, conforme mostrado na figura 1. A porção 263ctermina com uma flexão de 90° formando a extremidade fechada 269, quepossui, de preferência, uma superfície de terminal negativo plana 265.
O corpo 242 do compartimento do catodo 240 tem uma porçãoreta 242a de diâmetro máximo que se estende verticalmente para baixo daextremidade fechada 249. O corpo 242 termina em uma borda periférica242b. A borda periférica 242b do compartimento do catodo 240 e a bordaperiférica subjacente 273b do anel isolante 270 são, inicialmente, vertical-mente retas, conforme mostrado nas figuras 3 e 4, e podem ser mecanica-mente franzidas sobre a porção central 263b inclinada do compartimento doanodo 260, conforme mostrado na figura 5. A dita frisagem trava o compar-timento do catodo 240 disposto sobre o compartimento do anodo 260 e for-ma uma célula firmemente selada.
O compartimento do anodo 260 pode ser separadamente preen-chido com material ativo do anodo, preparando-se primeiro uma mistura dezinco particulado e em material gelificante em pó. O tamanho médio de par-tícula do zinco situa-se desejavelmente entre cerca de 30 e 350 mícrons. Ozinco pode consistir de zinco puro, mas está, de preferência, sob a forma de31zinco particulado em liga com índio (100 para 1500 ppm). O zinco pode,também, estar sob a forma de um zinco particulado em liga com índio (de100 a 1.000 ppm) e chumbo (de 100 a 1.000 ppm). Outras ligas de zinco, porexemplo, zinco particulado em liga com índio (100 a 1500 ppm) e bismuto(100 a 1000 ppm) também podem ser usadas. As ditas ligas de zinco sãoparticularmente úteis no contexto de uma mistura de anodo 250, sem adiçãode mercúrio. Essas ligas de zinco particulado consistem, essencialmente,em zinco puro e têm essencialmente a capacidade eletroquímica do zincopuro. Portanto, O termo "zinco" destina-se a ser entendido como incluindoesses materiais.
O material gelificante pode ser selecionado dentre diversos geli-ficantes conhecidos, os quais são substancialmente insolúveis em eletrólitoalcalino. Esses gelificantes podem ser, por exemplo, carbóxi metil celulosereticulada (CMC), copolímeros com enxerto de amido, por exemplo, sob aforma de poliacrilonitrilo hidrolisado enxertado em uma cadeia principal deamido, disponível sob a designação Waterlock A221 (Grain ProcessingCorp.), polímero de ácido poliacrílico reticulado disponível sob a designaçãocomercial Carbopol C940 (B.F. Goodrich), poliacrilonitrilo saponificado comálcali disponível sob a designação Waterlock A 400 (Grain ProcessingCorp.), e sais sódicos de ácidos poliacrílicos denominados polímero supe-rabsorvente à base de poliacrilato de sódio, disponível sob a designaçãoWaterlock J-500 ou J-550. Uma mistura seca de zinco particulado e pó gelifi-cante pode ser formada, com o gelificante formando tipicamente entre cercade 0,1 e 1 porcentagem, em peso, de mistura seca. Uma solução aquosa deeletrólito à base de KOH, compreendendo entre cerca de 30 e 40 %, em pe-so, de KOH e cerca de 2 %, em peso, de ZnO é adicionada à mistura seca ea mistura de anodo úmida formada 250 pode ser inserida no compartimentodo anodo 260. Alternativamente, a mistura de pós secos de zinco particuladoe gelificante pode ser, primeiramente, colocada no compartimento do anodo260 e a solução eletrolítica ser adicionada para formar a mistura de anodoúmida 250.
Um conjunto de catodo catalítico 230 (figuras 1 e 2) e difusor dear 231 pode ser inserido no compartimento 240 da seguinte forma: Um mate-rial difusor de ar 231 (figura 1), que pode estar sob a forma de um papel filtroporoso ao ar ou material polimérico poroso, pode ser inserido na região deentrada de ar 288 do compartimento do catodo 240, de forma que fique vol-tado para a superfície interna da porção elevada 244 do compartimento vol-tado para os orifícios para ar 243. (A região de entrada de ar 288 é a regiãosubjacente aos orifícios para ar 243 e, dessa forma, fica entre a superfícieinterna da porção do compartimento do catodo 244 e o conjunto de catodo230, incluindo qualquer camada de barreira do eletrólito 232 existente.) Umanel selante adesivo 143 é, desejavelmente, aplicado à superfície interna245a do degrau rebaixado 245 na extremidade fechada do compartimentodo catodo. Uma camada de barreira do eletrólito 232 separada (figuras 1 e2), por exemplo, de politetrafluroetileno (TefIon) que se torna parte do con-junto de catodo 230 pode, opcionalmente, ser inserida no lado inferior domaterial difusor de ar 231, de modo que a borda da camada de barreira 232entre em contato com o anel adesivo 143. A camada de barreira 232 é per-meável ao ar, mas não é permeável ao eletrólito alcalino ou à água. O aneladesivo 143, dessa forma, liga, permanentemente, a borda da camada debarreira 232 à superfície interna do degrau rebaixado 245. O anel adesivo143 com a camada de barreira 232 ligado a ele evita que o eletrólito migredo anodo para e ao redor do conjunto de catodo catalítico 230 e, então, vazeda célula através dos orifícios para ar 243.
Um conjunto de catodo catalítico 230, conforme mostrado nafigura 2 pode ser preparado como um laminado, compreendendo uma ca-mada do material de barreira para eletrólito 235, um disco de compósito decatodo 234 sob a camada de barreira 235 e uma camada do material sepa-rador permeável a íons 238 sob o compósito catalisador 234, conforme mos-trado na figura 2. De preferência, o compósito catalisador 234 é orientado,de forma que o material de barreira para eletrólito 235 seja aplicado ao com-pósito catalisador 234, de modo a ficar em contigüidade ou próximo ao ladoda tela de malha 237 do compósito catalisador 234. Por outro lado, o sepa-rador 238 é, de preferência, aplicado ao lado do compósito catalisador 234 oqual está muito distante da tela de malha 237, ou seja, de forma que o sepa-rador 238 entre em contato diretamente com a mistura de catodo catalítico233 (figura 2). O separador 238 pode ser laminado ou aderido ao catodo233, aplicando-se um adesivo permeável ao eletrólito, tal como o álcool poli-vinílico. O separador 238 pode ser selecionado a partir de materiais separa-dores convencionais, permeáveis a íons, inclusive álcool polivinílico, celofa-ne, álcool polivinílico, cloreto de polivinila, acetato de polivinila/celulose, acri-lonitrila, fibroso ou polipropileno microporoso, ou fibra não tecida de poliami-da. As camadas de barreira para eletrólito 232 e 235 podem, desejavelmen-te, ser de politetrafluroetileno (Teflon).
O compósito de catodo catalítico 234 compreende, desejavel-mente, uma mistura de catodo catalítico 233 de dióxido de manganês parti-culado, carbono, e aglutinante hidrofóbico a qual é aplicada através de mé-todos convencionais de revestimento a uma superfície de uma tela eletrica-mente condutiva 237. A tela 237 pode ser de fibras metálicas tecidas, porexemplo, fibras de níquel ou de aço niquelado. A mistura de catodo 233 épreparada no formato de um disco plano ou, ao menos, substancialmenteplano, que pode ser denominado, na presente invenção, como disco de ca-todo. Outros materiais catalíticos podem estar incluídos, ou ser empregados,por exemplo metais como prata, platina, paládio e rutênio, ou outros óxidosde metais ou manganês (MnOx) e outros componentes conhecidos por cata-lisar a reação de redução do oxigênio. Durante a aplicação, a mistura catalí-tica 233 é revestida e compactada sobre uma malha porosa de tela 237, deforma que boa parte dela seja absorvida pela tela de malha. O dióxido demanganês usado na mistura catalítica 233 pode ser dióxido de manganêsconvencional de grau para bateria, por exemplo dióxido de manganês eletro-lítico (DME). O carvão usado na preparação da mistura 233 pode estar sobdiversas formas, inclusive grafite, negro-de-fumo e negro de acetileno. Umcarvão preferencial é o negro-de-fumo, devido a sua alta área superficial.Um aglutinante hidrofóbico adequado pode ser o politetrafluroetileno (Te-flon). A mistura catalítica 233 pode tipicamente compreender entre cerca de3 e 12 porcentagem, em peso, de óxidos de manganês, por exemplo MnO2;30 e 55 de porcentagem, em peso, de carbono, e qsp 100% aglutinante. Du-rante a descarga da célula, a mistura catalítica 233 age principalmente comoum catalisador para facilitar a reação eletroquímica envolvendo o ar entran-te. Entretanto, quantidades adicionais de dióxido de manganês podem seradicionadas ao catalisador junto com eletrólito, e a célula pode ser converti-da em uma célula de zinco/ar auxiliada por ar ou em uma célula alcalina au-xiliada por ar. Nessa célula, que pode estar sob a forma de uma célula detipo botão, ao menos uma porção de dióxido de manganês se torna descar-regado, ou seja, parte do manganês é reduzido durante a descarga eletro-química, juntamente com o oxigênio que está entrando.
Na modalidade preferencial (figura 1) o compartimento do anodo260 possui uma camada de cobre 266 folheado ou revestido em sua superfí-cie interna, de modo que, na célula montada, a mistura do anodo de zinco250 entre em contato com a camada de cobre. A placa de cobre é desejadaporque proporciona uma rota altamente condutiva para elétrons passando doanodo 250 para o terminal negativo 265, conforme o zinco é descarregado.O compartimento do anodo 260 é desejavelmente formado de aço inoxidá-vel, o qual é folheado em sua superfície interna com uma camada de cobre.
Preferentemente, o compartimento do anodo 260 é formado de um materialtrirrvestido, composto de aço inoxidável 264, com uma camada de cobre 266sobre sua superfície interna e uma camada de níquel 262 sobre sua superfí-cie externa, conforme mostrado na figura 1. Dessa forma, na célula montadafinal 210 (figura 1), a camada de cobre 266 forma a superfície interna docompartimento do anodo em contato com a mistura do anodo de zinco 250,e a camada de níquel 262 forma a superfície externa do compartimento doanodo.
Em outro exemplo não-limitador específico, o tamanho da célulapode ser um tamanho padrão 312 de célula de zinco/ar tendo um diâmetroexterno entre cerca de 7,68 e 7,73 mm (0,3025 e 0,3045 polegadas) e umaaltura entre cerca de 3,30 e 3,52 mm (0,1300 e 0,1384 polegadas).0 envol-tório do anodo 250 não apresenta adição de mercúrio (o teor de mercúriopode ser menor que 50 partes de mercúrio por milhão de partes, em peso,de zinco). Uma mistura de anodo representativa desejável (sem adição demercúrio) e elevada razão de peso entre zinco e eletrólito pode, assim, ter aseguinte composição (por exemplo, a razão de peso entre zinco e eletrólitoser de 4,2): zinco, 80,6 %, em peso (o zinco pode ser em liga com 200 para800 ppm, cada, de índio e chumbo), eletrólito, 19,1 %, em peso (35 %, empeso, de KOH e 2 %, em peso, de ZnO), agente gelificante 0,3 %, em peso.
É fornecida uma quantidade de material de anodo 250 suficiente para preen-cher, por exemplo, entre cerca de 70 e 80 por cento tipicamente entre cercade 70 e 75 por cento, da cavidade do anodo (volume interno do comparti-mento do anodo 260 delimitado no topo pelo separador 238). O compósitocatalisador de catodo 234 pode ter a seguinte composição: óxidos de man-ganês (Mn02, Mn2Os e Mn3O4) (6%, em peso), partículas de negro-de-fumo(51,5%, em peso) e aglutinante à base de Teflon (42,5%, em peso).
O compartimento do anodo 260 pode ser representado no for-mato mostrado na figura 1, por exemplo, possuindo paredes laterais retas263. O material de anodo 250 é inserido no compartimento do anodo 260 e oanel de lacre isolante 270 é inserido sobre as paredes laterais do comparti-mento do anodo 263. O difusor de ar 231 e o conjunto de catodo 230 sãoinseridos no compartimento do catodo 240 voltados para os orifícios para ar243. As paredes laterais do compartimento do catodo 242 são, então, em-purradas sobre a superfície externa isolante 270. As forças de frisagem sãoaplicadas para frisar a borda 242b do compartimento do catodo 240 sobre asuperfície inclinada 263b do compartimento do anodo 260, com a borda iso-lante 273b entre os mesmos. Forças radiais podem ser aplicadas às paredeslaterais do compartimento do catodo 242, durante a frisagem. A aplicação detais forças radiais contra o compartimento do catodo comprime as protube-râncias 275 contra a parede lateral do compartimento do anodo 263. A com-pactação de tais protuberâncias fornece um lacre mais hermético e mais du-rável na interface entre a parede lateral do compartimento do anodo 263 e aparede lateral isolante 273. Da mesma forma, se as protuberâncias 276 es-tão localizadas na superfície externa da parede lateral isolante 273, a aplica-ção das forças compressivas radiais contra o compartimento do catodo, du-rante a frisagem, também comprime tais protuberâncias 276 contra as pare-des laterais do compartimento do catodo 242. Isso fornece um lacre maishermético na interface entre a parede lateral do lacre isolante 273 e a paredelateral do compartimento do catodo 232.
Embora a invenção tenha sido descrita em relação a diversasmodalidades específicas, deve-se considerar que outras modalidades sãopossíveis sem se afastar do conceito da invenção. Portanto, a presente in-venção não tem a intenção de limitar-se às modalidades específicas mas,em vez disso, seu escopo é refletido pelas reivindicações e equivalentes.
Claims (12)
1. Célula de zinco/ar despolarizada, compreendendo um com-partimento do anodo e um compartimento do catodo; uma mistura de anodoque compreende partículas de zinco e eletrólito alcalino aquoso no interiordo dito compartimento do anodo; um catodo no interior do dito compartimen-to do catodo; um separador permeável ao eletrólito entre o dito catodo e a-nodo; e uma cola que compreende um álcool polivinílico reticulado, a ditacola localizada entre o separador e um lado do dito catodo para adesivamen-te colar o separador ao catodo.
2. Célula, de acordo com a reivindicação 1, em que a dita colacompreende álcool polivinílico reticulado com um agente de reticulação quecompreende um composto contendo boro.
3. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que a dita cola compreende álcool polivinílico reticulado com umagente de reticulação que compreende poliamida-epicloridrina.
4. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que a dita cola compreende álcool polivinílico reticulado com umagente de reticulação que compreende zircônio de amônio carbonato.
5. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que a dita cola é feita através da aplicação de uma solução aquo-sa que compreende álcool polivinílico, água e um composto contendo borocomo um revestimento entre o dito separador e o dito catodo; sendo que odito revestimento é subseqüentemente seco para reticular pelo menos umaporção do dito composto contendo boro que compreende boro com gruposdiol no interior da estrutura do álcool polivinílico, por meio disso adesivamen-te colando o separador ao catodo.
6. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, caracterizada pelo fato de que a dita cola é feita através da aplicaçãode uma solução aquosa que compreende álcool polivinílico, água e ácidobórico como um revestimento entre o dito separador e o dito catodo; subse-qüentemente secando o revestimento para reticular pelo menos uma porçãodo dito ácido bórico que compreende boro com grupos diol no interior da es-trutura do álcool polivinílico, por meio disso adesivamente colando o separa-dor ao catodo.
7. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que o dito composto contendo boro é selecionado do grupo queconsiste em borato de potássio, borato de sódio, borato de zinco e ácido bó-rico e misturas dos mesmos.
8. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que a dita cola forma uma camada uniforme entre o dito separa-dor e o dito catodo colando o dito separador ao dito catodo, sendo que a ditacamada de cola (seca) tem uma espessura entre 0,00127 e 0,0152 mm(0,05 e 0,6 mil).
9. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante-riores, em que a razão entre o peso do ácido bórico e o peso do álcool poli-vinílico (base seca) na dita cola é entre 1/100 e 12/100.
10. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que a dita mistura de anodo compreende entre 76,7 e 85,7, empeso, de zinco e entre 14,3 e 23,3, em peso, do dito eletrólito alcalino.
11. Célula, de acordo com qualquer uma das reivindicações an-teriores, em que a razão de peso entre zinco e eletrólito na dita mistura deanodo é entre 3,3 e 6,0.
12. Célula de tipo botão de zinco/ar, compreendendo um envol-tório do anodo e um envoltório do catodo; uma mistura de anodo que com-preende partículas de zinco e eletrólito alcalino aquoso no interior do ditoenvoltório do anodo; um catodo no interior do dito envoltório do catodo; umseparador permeável ao eletrólito entre o dito catodo e a mistura de anodo; euma cola que compreende álcool polivinílico reticulado que compreende bo-ro entre o separador e um lado do dito catodo para adesivamente colar oseparador ao catodo; sendo que a razão de peso zinco/eletrólito na dita mis-tura de anodo é entre 3,3 e 6,0; sendo que o envoltório do catodo compre-ende uma extremidade aberta e uma extremidade fechada oposta e umaparede lateral integral entre os mesmos; a dita extremidade fechada do en-voltório do catodo tendo pelo menos um orifício para ar através da mesma eo dito catodo está próximo ao dito orifício para ar; sendo que o dito envoltóriodo anodo compreende uma extremidade aberta e uma extremidade fechadaoposta e uma parede lateral integral entre as mesmas; sendo que a extremi-dade aberta do envoltório do anodo reside no interior da extremidade abertado envoltório do catodo com pelo menos uma porção do envoltório da pare-de lateral do catodo sobrepondo pelo menos uma porção do envoltório daparede lateral do anodo com material eletricamente insulado entre as ditasporções de parede sobrepostas.
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