ES2212826T3 - Aleaciones para rejillas de electrodo positivo de baterias de plomo-acido. - Google Patents

Abstract

SE DESCRIBE UNA COMPOSICION PARA PLACA DE REJILLA DE BATERIA QUE COMPRENDE, EN PORCENTAJES EN PESO: CALCIO: 0,035 - 0,085; ESTAÑO: 1,2 - 1,55; PLATA: 0,002 - 0,035; PLOMO: EL RESTO.

Description

Aleaciones para rejillas de electrodo positivo de baterías de plomo-ácido.

Antecedentes

El plomo se utiliza en baterías de plomo-ácido para fabricar el óxido que se utiliza en la obtención del material activo positivo y negativo. El plomo también se utiliza como estructura de soporte y conductora, es decir, para formar las placas de las rejillas positivas y negativas, del material activo. Sin embargo, en su forma pura el plomo es demasiado blando para el proceso de manufacturación implicado en la fabricación de placas y para su posterior montaje dentro de la batería final.

Para ayudar a reforzar las placas, se han propuesto y utilizado diferentes aleaciones de plomo. Por ejemplo, las baterías convencionales de plomo-ácido para los automóviles emplean rejillas hechas de una aleación de antimonio-plomo en la cual el contenido de antimonio oscila entre un 3% y un 42% del peso de la composición de la aleación. Estas aleaciones son capaces de tomar la forma de rejillas de batería a precios comercialmente aceptables mediante técnicas de fundición por gravedad. Sin embargo, cuando se utiliza una aleación de plomo-antimonio se favorece la formación de gases y la subsecuente pérdida de agua. Por otra parte, a medida que se incrementa el porcentaje de antimonio, se incrementa la tasa de formación de gases.

Una batería híbrida consta de una aleación de rejilla positiva de plomo con bajo contenido de antimonio (generalmente alrededor de entre un 1,3% y un 1,6% de antimonio) y de una aleación de rejilla negativa de calcio-plomo. Puesto que la cantidad de antimonio en la rejilla negativa afecta a la formación de gases, el cambio a una aleación de rejilla negativa de calcio-plomo hace descender la tasa de formación de gases. No obstante, es importante observar que durante la vida de la batería, el antimonio se transferirá desde la placa positiva a la placa negativa, de manera que, en alguna medida, se producirá la formación de gases aun cuando será mucho menor que si la rejilla negativa estuviera hecha de antimonio.

Para contribuir adicionalmente al descenso de la tasa de formación de gases, la aleación de la rejilla positiva se cambió a una composición de aleación de plomo-calcio. Estas aleaciones incluyen a menudo elementos adicionales tales como estaño y plata. Además, se utilizan otros aditivos diferentes para contribuir al refinado del grano, tales como arsénico, azufre y cobre. Mientras que las baterías con esta configuración de placa de rejilla experimentan aún la formación de gases, ésta se produce solamente a una tasa de aproximadamente entre un 30% y un 40% de la tasa de una batería de aleación de plomo-antimonio.

En las patentes de EE.UU. nº 4.125.690, 2.860.969, 3.287.165 y 5.298.350 se presentan diferentes aleaciones de plomo-calcio para placas de rejilla de baterías.

El documento JP 60 220561 se refiere a un procedimiento para obtener una aleación basada en plomo que incluye Ca y Sn. La aleación es tratada mediante un proceso de endurecimiento por reposo para obtener una resistencia mecánica suficiente.

El documento JP 56 036866 se refiere a una aleación de plomo-calcio mejorada. Para mejorar la aleación, se añaden cantidades de estaño, plata, aluminio y talio.

El documento JP 62-177869 se refiere a un procedimiento para obtener una batería de acumuladores de plomo de tipo sellado extremadamente fina. Se usa una aleación de Pb-Ca-Sn y se añade plata.

El artículo "Lead alloys: past, present and future", (Aleaciones de plomo: pasado, presente y futuro), del Journal of Power Sources 53(1995) 25-30 resume la evolución de la composición de las aleaciones de las rejillas de baterías de plomo-ácido. Para mejorar las aleaciones actuales, se propone incrementar el contenido de estaño en las aleaciones de plomo-calcio, añadir plata a las aleaciones de plomo-calcio, utilizar aleaciones de plomo-estroncio, plomo-litio o antimonio con una cantidad muy baja de antimonio.

Sin embargo aún existen problemas tales como se describe más adelante.

A lo largo de los diez últimos años, se ha mejorado satisfactoriamente el diseño de los automóviles. La tendencia se dirige hacia chasis redondeados, aerodinámicamente más eficientes. Como resultado, la calandra frontal ha reducido significativamente su tamaño y probablemente podría desaparecer por completo. Esta zona de la calandra era el único lugar por el que podía entrar aire fresco de refrigeración al compartimento del motor, ayudando a mantener baja la temperatura de la batería.

Además de (o en algunos casos con el resultado de) los cambios en el diseño, el área del compartimento del motor en un automóvil típico también ha descendido de tamaño, obligando de esta forma a que todos los componentes estén más cerca del motor. En algunos vehículos, convertidores catalíticos de acoplamiento compacto, válvulas EGR u otros componentes que crean altas temperaturas se sitúan al lado del distribuidor de escape y el intenso calor de dichos convertidores da como resultado que el compartimento del motor se vuelva incluso más caliente.

Los diseños compactos, junto con los ciclos de conducción de las poblaciones en el sudeste desértico y en una banda a lo largo de los estados meridionales hasta Florida, ha incrementado la temperatura media que experimentará la batería hasta los 74,44ºC o más. De hecho, se han medido temperaturas del electrólito de la batería superiores a 93,33ºC.

El Battery Council International (BCI) realiza periódicamente un análisis de un gran número de baterías en garantía. Uno de dichos análisis ha mostrado que las áreas del país con temperaturas medias más altas también presentan la vida más baja de las baterías. Entre otras cosas, se ha demostrado que el acortamiento de la batería, debido a la formación de gases y que supone la pérdida de agua (que incrementa la corrosión de la rejilla positiva) es una de las principales averías. El cambio a una batería hecha de plomo-calcio por completo ha extendido la vida de la batería en estas áreas del país reduciendo las formación de gases y por lo tanto la pérdida de agua, pero constantemente se buscan mejoras adicionales.

Resumen de la invención

Actualmente existen dos formas para obtener rejillas positivas de aleación de plomo-calcio. La primera es mediante el uso de moldeo de lingotera partida. El otro es con un proceso de metal expandido, que utiliza la banda tanto forjada como fundida. Estas técnicas son completamente diferentes y necesitan aleaciones de plomo-calcio ligeramente diferentes.

Con el sistema de lingotera partida, la rejilla
producida es relativamente rígida con bordes completos a lo largo de cada lado, de la parte superior y de la parte inferior. Esto presta rigidez a la rejilla y ayuda a evitar la dilatación vertical de la rejilla. Puesto que la estructura es básicamente rígida, puede usarse un menor contenido de calcio (lo que refuerza la dureza) para obtener una resistencia suficiente durante las altas temperaturas que experimentará la batería. Se añade plata para suministrar rigidez. No obstante, la parte más importante para la aleación es el contenido de estaño. Con las cantidades utilizadas de acuerdo con esta invención, el estaño suministra un grado de resistencia adicional a las altas temperaturas suministrando aguante a la corrosión intergranular y a la dilatación de la rejilla a lo largo del tiempo. El estaño también sirve para mejorar la recarga de las baterías a partir de estados de carga extremadamente bajos, particularmente aquellos que se dan debido a un consumo de corriente bajo (típicamente de miliamperios).

El metal expandido suministra una rejilla con un borde superior pero sin cercos laterales y casi sin borde inferior. A causa de que la rejilla está expandida, la estructura misma tiene problemas inherentes de dilatación. Para superarlos, la aleación necesita verificarse con respecto a la aleación producida mediante el proceso de lingotera partida. Específicamente, un mayor contenido de calcio proporciona la dureza necesaria, mientras que el estaño permanece básicamente igual. Sin embargo, el contenido de plata disminuye ya que su uso en concentraciones mayores haría que el material de la rejilla fuera demasiado duro. Dentro del proceso de metal expandido, puede utilizarse banda metálica tanto forjada como fundida y la aleación de acuerdo con esta invención permanecería básicamente igual para ambos tipos de procesos de metal expandido.

En realizaciones ejemplares, aleaciones específicas de plomo-calcio que incluyen cantidades específicas de estaño y de plata como las aquí descritas adicionalmente se han mostrado efectivas para reducir la producción de gases y para prolongar de esta forma la vida de la batería.

En consecuencia, en un aspecto, la invención se refiere a la composición de una placa de rejilla para una batería que comprende en porcentajes de peso:

Calcio	0,035-0,085
Estaño	1,2-1,55
Plata	0,002-0,0049
Plomo	Resto

En otro aspecto, la invención se refiere a una placa de rejilla para batería formada mediante un proceso de metal expandido que consta esencialmente de, en porcentajes de peso:

Calcio	0,045-0,085
Estaño	1,20-1,55
Plata	0,002-0,0049
Plomo	Resto

Otros objetivos y ventajas se harán evidentes a partir de la descripción detallada que se presenta a continuación.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista lateral de una placa de rejilla clásica formada mediante un proceso de lingotera partida; y

La Figura 2 es una vista lateral de una placa de rejilla clásica formada mediante un proceso de expansión de metal.

Descripción detallada de los dibujos

Con respecto a la Figura 1, se muestra una rejilla positiva 10, del tipo generalmente obtenido mediante un sistema clásico de lingotera partida. La rejilla 10 posee bordes superior, inferior y laterales completos 12, 14, 16 y 18, respectivamente, junto con una rejilla interior 20 formada por tramas o miembros de rejilla mutuamente perpendiculares 22, 24.

En lo que se refiere a la Figura 2, se muestra una rejilla positiva 26 que es del tipo formado mediante un proceso clásico de metal expandido. En este caso, la rejilla 26 posee un borde superior 28 y un borde inferior 30, pero no existen verdes laterales discretos. Por otra parte, el borde inferior 30 tiene un grosor o una anchura inferiores a los del borde superior 28. La rejilla interior 32 está formada por una serie de tramas o miembros de rejilla diagonales 34 y 36 orientados de forma opuesta. Por su naturaleza, la rejilla formada mediante el proceso clásico de metal expandido (utilizando banda metálica tanto fundida como forjada) presenta problemas inherentes de dilatación de la rejilla y es menos rígida que la rejilla 10 descrita anteriormente.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, una placa de rejilla positiva para una batería tiene la siguiente composición en porcentajes de peso:

% Calcio	0,035-0,085
% Estaño	1,20-1,55
% Plata	0,002-0,0049
% Plomo	resto

Dependiendo del proceso específico de formación de la placa de rejilla positiva, el siguiente ejemplo es ilustrativo de las composiciones preferidas de acuerdo con esta invención.

Ejemplo

De acuerdo con otra realización ejemplar de la invención, la rejilla positiva formada mediante un proceso de metal expandido tiene la siguiente composición, en porcentajes de peso:

% Calcio	0,045-0,085
% Estaño	1,20-1,55
% Plata	0,002-0,0049
% Aluminio	Nada
% Plomo	Resto

Mientras que la invención se ha descrito de acuerdo con lo que actualmente se considera la realización más práctica y adecuada, debe entenderse que la invención no se limita a la realización presentada, sino que por el contrario, se tiene la intención de cubrir las diferentes modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

1. Una rejilla de batería que tiene una composición que comprende, en porcentajes de peso:

Calcio 0,035-0,085 Estaño 1,2-1,55 Plata 0,002-0,0049 Plomo resto

2. La rejilla de batería de la reivindicación 1, en la que dicha rejilla de batería (26) se forma mediante un proceso de metal expandido y está constituida básicamente, en porcentajes de peso, por:

Calcio 0,045-0,085 Estaño 1,20-1,55 Plata 0,002-0,0049 Plomo Resto

3. La rejilla de batería de la reivindicación 2 formada con banda fundida.

4. La rejilla de batería de la reivindicación 2 formada con banda forjada.