ES2233378T3 - Mezcla a base de particulas de zinc y/o aleaciones de zinc y un medio liquido, asi como procedimiento para su preparacion. - Google Patents

Abstract

Mezcla a base de partículas de zinc y/o aleación de zinc y un medio electrolítico líquido, caracterizada porque el volumen del medio corresponde aproximadamente a los intersticios entre las partículas apiladas a granel en seco; la mezcla presenta contacto directo entre casi todas las partículas, el medio electrolítico no contiene agente gelificante, o contiene sólo muy poco y existen muchas partículas oblongas o plano-oblongas y, por eso, las partículas presentan una densidad a granel inferior a 2, 8 g/ml.

Description

Mezcla a base de partículas de zinc y/o aleaciones de zinc y un medio líquido, así como procedimiento para su preparación.

Es objeto de la presente invención una mezcla a base de partículas de metal y/o aleación y un medio electrolítico líquido, así como procedimientos para la preparación de la misma. Tales mezclas son conocidas y se emplean para diferentes fines, siendo especialmente importantes las mezclas en las que las partículas de metal y/o aleación se pueden disolver en el medio electrolítico líquido y al mismo tiempo pueden ceder corriente eléctrica. Se trata, por tanto, en especial de mezclas de partículas de metal o aleación en las que las partículas se pueden disolver en un ácido o una lejía. Estas reacciones químicas se emplean en grado considerable para la producción de corriente eléctrica, por ejemplo en baterías y acumuladores, es decir baterías recargables.

Una mezcla empleada muy frecuentemente consta de partículas de zinc o partículas de una aleación de zinc y soluciones de álcali como medio electrolítico líquido. Estas mezclas se emplean, por ejemplo, junto con mezclas de dióxido de manganeso con porciones de un medio electrolítico líquido, estando separadas entre sí ambas mezclas la mayor parte de las veces por un separador. Las partículas de zinc o aleaciones de zinc se preparan según diversos métodos conocidos a partir de zinc líquido o aleaciones líquidas de zinc, por ejemplo mediante pulverización por toberas o granulación sobre un plato giratorio de granulación. En función de las condiciones del procedimiento, se pueden ajustar los tamaños de grano, la granulometría y las formas externas de las partículas, separándose con frecuencia fracciones superiores e inferiores de grano por tamizado.

A partir del documento WO99/07030 se conoce añadir por mezcladura a partículas en sí conocidas de zinc o aleaciones de zinc, de modo deliberado, más o menos grano de la mayor finura, ya que con ello se debe reducir su sensibilidad frente a choques mecánicos. Se supone que estas propiedades han de atribuirse a que existe una relación más favorable entre volumen y superficie de las partículas y, con ello se mejoran las propiedades de las baterías y/o el grano más fino procura la mejora de los contactos entre las partículas.

Para la estabilización de las mezclas de zinc en forma de partículas y un electrólito eléctrico han llegado a conocerse diversos métodos. Así, por ejemplo el documento DE-PS-818 519 para electrodos de elementos secos describe la adición de fibras de papel y un agente gelificante. El documento DE-AS-25 10 934 describe como ligante poliacrilamida reticulada insoluble en agua y alude a que los ligantes antes utilizados, tales como carboximetilcelulosa sódica, no han conducido al éxito deseado.

A partir del documento JP 10162869 se conoce una celda de zinc-aire exenta de amalgama que emplea polvo de zinc con una densidad a granel de 2,6-3,1 g/ml en una relación de electrólito de 20-100%. Sin embargo, debe conservarse la fluidez de la mezcla y en virtud de la menor superficie por unidad de peso de las partículas esféricas, se emplean éstas.

La invención se ha propuesto la misión de poner a disposición mezclas a base de partículas de zinc y/o aleación de zinc y un medio electrolítico líquido que presenten, por ejemplo, propiedades óptimas al incorporarlas a baterías y acumuladores, en lo referente a potencia, duración, carga por fuertes descargas y choques mecánicos, evitando al propio tiempo la liberación de gases.

Este problema se resuelve ahora porque el volumen del medio electrolítico líquido corresponde aproximadamente a los intersticios entre las partículas existentes en el apilado a granel en seco (por ejemplo según la norma ASTM-B 212), la mezcla presenta contacto directo entre casi todas las partes, el medio electrolítico no contiene agente gelificante o contiene sólo poco y existen muchas partículas oblongas o plano-oblongas y, por ello, las partículas presentan una densidad a granel inferior a 2,8 g/ml. Esto es equivalente a la exigencia de que el volumen de la mezcla sea aproximadamente igual o sólo un poco mayor que el volumen apilado a granel en seco de las partículas de zinc y/o aleación de zinc. En estas mezclas está garantizado prácticamente que existe un contacto directo entre casi todas las partículas, pero existe todavía medio electrolítico líquido bastante para disolver las partículas de metal y/o aleación y producir con ello corriente. Según el estado conocido de la técnica la mezcla contiene, por el contrario, aproximadamente 50 a 100% más electrólito líquido que el que correspondería a los intersticios de las partículas apiladas a granel en seco. Según esto, el volumen de las mezclas de esta clase es también significativamente más elevado que el volumen de las partículas que corresponde al apilado a granel en seco.

Una posible desventaja de las mezclas de acuerdo con la invención es que no son dosificables tan fácilmente de la manera habitual, puesto que no son ni fluidas ni pulverizables, sino que presentan una consistencia relativamente sólida. Para poder preparar estas mezclas y rellenar dosificadamente, por ejemplo, baterías, es posible, por eso, preparar en principio una mezcla con cantidades en exceso del medio electrolítico y cuidar de que este exceso posteriormente después de la dosificación pueda evacuarse o filtrarse con succión de la mezcla. En la fabricación de baterías a base de partículas de zinc o aleaciones de zinc así como dióxido de manganeso, esto es relativamente fácil de realizar, renunciando total o parcialmente, después de la incorporación del dióxido de manganeso y de la introducción del separador, por ejemplo de papel o de fibras sin tejer, a la humidificación del separador y empleando la cantidad de medio líquido utilizada para ello, en principio, en hacer más fácilmente dosificable la mezcla de partículas de metal y/o aleación y de medio electrolítico líquido.

Después de la introducción de esta mezcla dosificable se aspira la cantidad en exceso del medio electrolítico por el separador y se aporta también al dióxido de manganeso. La batería terminada contiene, por tanto, cantidades de medio electrolítico comparables absolutamente con las baterías fabricadas según los métodos hasta ahora conocidos. La mezcla de partículas de zinc y/o aleación de zinc ya no contiene, por el contrario, el habitual exceso en volumen de medio electrolítico líquido que hasta ahora se había elegido, de manera que la mezcla fuera bien dosificable. Sin embargo, el volumen del medio líquido no se adaptaba al volumen libre de los poros de las partículas apiladas a granel en seco.

Para evitar una posterior sedimentación de las partículas de zinc y/o aleación en los medios electrolíticos, se añadió a estas mezclas hasta ahora, en general, un agente gelificante. Sin embargo, tanto el agente gelificante como también la cantidad en exceso de medio electrolítico pueden modificar las propiedades de la batería terminada, e incluso empeorar determinadas propiedades. Por ejemplo, no todas las partículas están en contacto directo con otras partículas, de modo que no existe conductividad electrónica entre ellas. Crece por tanto la resistencia interna de la batería. Por la adición de agente gelificante puede reducirse la conductividad eléctrica del medio electrolítico. Además, todas las baterías fabricadas hasta ahora son más o menos sensibles frente a fuertes golpes mecánicos y sacudidas.

Mediante el empleo de las mezclas de acuerdo con la invención, en las que el volumen del medio corresponde aproximadamente a los intersticios entre las partículas apiladas a granel en seco, existe contacto metálico prácticamente directo entre casi todas las partículas. Esto reduce la resistencia interna de la batería y reduce también, ante todo, la sensibilidad al choque.

Puesto que la estructura de estas partículas es relativamente estable, puede renunciarse en mayor o menor medida incluso al empleo de agente gelificante. En todo caso puede reducirse considerablemente la adición de agente gelificante. Sin embargo, también pueden añadirse, si se desea, las cantidades hasta ahora habituales.

El apilado a granel en seco representa una estructura todavía relativamente suelta. Mediante vibraciones y sacudidas intensas siguen pudiendo compactarse tales apilados a granel en seco. Sin embargo, puesto que en las baterías también es necesaria una cantidad suficiente de medio electrolítico líquido, se evita la máxima compactación posible de las partículas de zinc y/o aleación de zinc. Sin embargo, también se evita el exceso en volumen, no insignificante, empleado hasta ahora, de medio electrolítico líquido. De acuerdo con la invención, en principio se hacen dosificables las mezclas con cantidades en exceso del medio electrolítico, luego se dosifican y después se liberan de las cantidades en exceso de medio electrolítico. Esto se realiza prácticamente mediante filtración con succión, absorbiéndose p. ej. esta cantidad en exceso del separador y del cátodo.

La densidad a granel en estado seco, por ejemplo según la norma ASTM-B 212 es función, en grado considerable, del tamaño de grano, de la granulometría y de la forma exterior de las partículas. Para lograr por una parte la ventaja de la estructura relativamente estable con contactos metálicos de las partículas entre sí y por otra parte poder depositar cantidades suficientes de medio electrolítico líquido en la mezcla, se recomienda utilizar, si se emplea zinc o aleaciones de zinc, un material que presente una densidad a granel en seco inferior a 2,8 g/ml. Esto es posible, por ejemplo, con el empleo de material que, condicionado por su procedimiento de fabricación, presente muchas partículas oblongas o plano-oblongas, puesto que esto conduce a una densidad a granel más baja. Esto significa que entre las partículas existe un volumen de poros relativamente grande. Con el empleo de materiales de esta clase es absolutamente posible, pues, ajustar en la batería terminada una distribución ponderal entre partículas metálicas y medio electrolítico líquido equiparable a la de las baterías fabricadas hasta ahora. Esta distribución ponderal de las cantidades se ha acreditado en principio y por ello sólo a disgusto se variaría esencialmente por los fabricantes de baterías. De acuerdo con la invención tampoco debe variarse la manera de aportar dosificadamente las mezclas de partículas de zinc y/o aleación de zinc y medio electrolítico líquido. Sin embargo, puede variarse la humidificación del separador con electrólito de impregnación. Esta etapa puede suprimirse por completo o puede realizarse con una cantidad significativamente menor de electrólito de impregnación, ya que la mezcla empleada a base de partículas de zinc y/o aleación de zinc y medio electrolítico líquido, de acuerdo con la invención, está en condiciones de ceder medio electrolítico en exceso al separador y al cátodo. Además, puede seguir utilizándose, sin modificarla, la fabricación de las baterías en los diferentes tamaños normalizados. Por ejemplo, pueden pasar a emplearse las aleaciones de zinc exentas de mercurio, hoy día habituales, que desprenden pocos gases pero no son contaminantes. Sin embargo, las mezclas de acuerdo con la invención, a base de partículas de zinc y/o aleación de zinc y un medio electrolítico líquido pueden pasar a emplearse también en otros tipos de baterías y acumuladores y también en este caso proporcionan nuevas y ventajosas propiedades a las baterías y acumuladores.

Claims (3)

1. Mezcla a base de partículas de zinc y/o aleación de zinc y un medio electrolítico líquido, caracterizada porque el volumen del medio corresponde aproximadamente a los intersticios entre las partículas apiladas a granel en seco; la mezcla presenta contacto directo entre casi todas las partículas, el medio electrolítico no contiene agente gelificante, o contiene sólo muy poco y existen muchas partículas oblongas o plano-oblongas y, por eso, las partículas presentan una densidad a granel inferior a 2,8 g/ml.

2. Mezcla según la reivindicación 1, caracterizada porque el volumen de la mezcla es aproximadamente igual o sólo un poco mayor que el volumen del apilado a granel en seco de las partículas de zinc y/o aleación de zinc.

3. Procedimiento para la preparación de la mezcla según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque en principio se prepara una mezcla dosificable con cantidades en exceso del medio electrolítico y este exceso posteriormente, después de la dosificación, se separa de la mezcla por filtración con succión.