ES2300108T3 - Celda electroquimica abierta de capa delgada flexible. - Google Patents

Celda electroquimica abierta de capa delgada flexible. Download PDF

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Abstract

CELULA ELECTROQUIMICA ABIERTA DE ESTADO LIQUIDO DE CAPA FINA FLEXIBLE (10) QUE SE PUEDE UTILIZAR COMO FUERTE DE ENERGIA PRINCIPAL O RECARGABLE PARA DIVERSOS INSTRUMENTOS ELECTRICOS MINIATURIZADOS Y PORTATILES DE DISEÑO COMPACTO. LA CELULA (10) INCLUYE UN ELECTROLITO, AUNQUE SIGA SIENDO FLEXIBLE, UNA CONFIGURACION FINA Y ABIERTA CON LO QUE NO SE ACUMULAN GASES TRAS SU ALMACENAMIENTO. LA CELULA TIENE UNA PRIMERA CAPA DE POLO NEGATIVO INSOLUBLE (14), UNA SEGUNDA DE POLO POSITIVO INSOLUBLE (16) Y UNA TERCERA DE ELECTROLITO ACUOSO (12). LA TERCERA CAPA (12) ESTA SITUADA ENTRE LA PRIMERA (14) Y LA SEGUNDA (16) E INCLUYE MATERIAL DELICUESCENTE PARA MANTENER SIEMPRE HUMEDA LA CELULA ABIERTA. INCLUYE UN MATERIAL SOLUBLE ELECTROACTIVO PARA OBTENER LA CONDUCTIVIDAD IONICA NECESARIA Y UN POLIMERO SOLUBLE EN AGUA PARA OBTENER LA VISCOSIDAD CON QUE ADHERIR LA PRIMERA (14) Y SEGUNDA CAPA (16) A LA PRIMERA CAPA (14). LA CELULA ELECTROQUIMICA (10) DEL PRESENTE INVENTO SE PRODUCE PREFERIBLEMENTE MEDIANTE UNAADECUADA TECNOLOGIA DE IMPRESION.

Description

Celda electroquímica abierta de capa delgada flexible.
La invención presente se refiere a las celdas de pila que sirven para convertir la energía química en energía eléctrica. Más particularmente, la presente invención trata de celdas primarias o recargables destinadas a pilas normales o recargables que efectúan la conversión de energía química a energía eléctrica mediante un electrolito húmedo (es decir, en estado líquido), pero manteniendo una capa delgada flexible y de configuración abierta.
El incesante aumento de aparatos eléctricos miniaturazados o portátiles de pequeño formato, tales como p. ej. teléfonos móviles, cámaras de foto fija o de vídeo, pantallas de cristal líquido, calculadoras electrónicas, tarjetas IC, sensores de temperatura, aparatos para sordos, avisadores sensibles a la presión, etc., precisan cada vez más de pilas reducidas de capa delgada para funcionar. Por tanto, existe la necesidad creciente de celdas electroquímicas de capa delgada que sean fiables para usarlas como pilas.
Las pilas se clasifican en general en dos categorías; las pilas de la primera categoría son las de electrolito húmedo (es decir, pilas de estado líquido) en tanto que las pilas de la segunda categoría son las de electrolito en estado sólido. Aunque las pilas de estado sólido tienen ventajas intrínsecas: no se secan ni tienen fugas, sufren de grandes inconvenientes en comparación con las pilas de estado húmedo, debido al índice reducido de difusión de iones a través de un sólido, su funcionamiento depende en gran medida de la temperatura y muchas sólo funcionan bien a temperaturas elevadas; además, los bajos índices de difusión antes citados, caracterizan a las pilas de estado sólido por la baja tasa de energía eléctrica generada, respecto a su potencial de energía eléctrica. Las pilas de estado líquido de capa delgada, contienen normalmente una capa de material insoluble, con actividad negativa y positiva, montada con un separador interpuesto entre ambos, estando el separador empapado en la solución electrolítica líquida. Un ejemplo de dichas pilas es el revelado p. ej. en la patente US 4,623,588 de Wald et al., y la JP 81-55866 de Fuminobu et al. deben ser estancas, envueltas en una película que impide que el líquido se evapore, y son por lo tanto pilas electroquímicas cerradas. Estas pilas, por ser cerradas, tienden a hincharse en el almacén debido a la evolución de los gases, que es fatal en las pilas de capa delgada que carecen de soporte mecánico, pues la presión impuesta por los gases acumulados conduce a la separación de las capas, lo que inutiliza las pilas. Los medios para superar este problema son (1) un agente polimérico de viscosidad aumentada, como la celulosa hidroxietílica, aplicado para adherir (o sea, pegar) entre sí las capas de la pila, a fin de resolver el problema inherente de tales pilas debido a la falta de soporte sólido; y (2) la adición de mercurio para evitar la formación de gases, especialmente de hidrógeno. Pero la eficacia del polímero es limitada y el mercurio es peligroso para el medio ambiente.
Un modo de resolver la limitación antes descrita se revela en la patente US 3,901,732 de Kis et al., en la que un electrolito de material polimérico impermeable permite ventilar los gases indeseables formados dentro de la pila, a la vez que impide la fuga del electrolito de la pila, y se aplica como un película envolvente que encierra la celda de la pila.
Sin embargo, un modo más directo y eficaz de evitar la acumulación indeseable de gas en las pilas de estado líquido con capa delgada sería hacer estas pilas en forma de celdas abiertas y al mismo tiempo dotarlas de un medio para evitar la evaporación del líquido y el secado de la pila.
La patente Europea EP 0 466 122 revela una celda galvánica tipo Laclanche. Dispone de un sistema terapéutico transdérmico, hecho de capas y pestañas sobre una capa aislante de respaldo que es impermeable a las sustancias activas, y dos elementos galvánicos dispuestos de manera que estén aislados entre sí. Los electrodos del lado exterior de los elementos galvánicos llevan capas y la capa de al menos uno de los electrodos del lado exterior contiene una sustancia farmacéutica activa. La humedad se puede difundir en la celda al activarse. La EP 0 466 122 no revela una celda galvánica que incluya un material delicuescente que mantenga la celda húmeda todo el tiempo.
Hay la necesidad, ampliamente reconocida, de una celda electroquímica de capa delgada flexible, y sería sumamente ventajoso tenerla, libre de las limitaciones de acumulación de gases y de evaporación del líquido.
Con arreglo a la presente invención, se presenta una celda electroquímica abierta que puede servir de fuente de energía primaria o recargable para varios aparatos eléctricos miniaturizados o portátiles de pequeño formato. Además se ofrece un método para fabricar dicha celda. La celda electroquímica abierta de capa delgada flexible de la presente invención, consta de un electrolito húmedo que mantiene la configuración abierta, delgada y flexible, evitando así la acumulación de gases cuando están en el almacén.
Según otras características de las versiones preferentes de la invención que se describe a continuación, la celda comprende una primera capa insoluble de polo negativo, una segunda capa insoluble de polo positivo y una tercera capa de electrolito acuoso: la tercera capa se dispone entra la primera y la segunda y comprende (a) un material delicuescente para mantener la celda húmeda en todo momento y (b) un polímero hidrosoluble que aporta la viscosidad precisa para adherir la primera y segunda capas a la tercera.
De acuerdo con aún otras características de las versiones preferentes descritas, la capa de electrolito está incorporada a una sustancia porosa.
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Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la sustancia porosa se elige entre el grupo formado por papel filtrante, una membrana plástica, una membrana de celulosa y un tejido.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo positivo contiene polvo de bióxido de manganeso y la segunda capa insoluble de polo negativo, polvo de cinc.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo negativo y/o la segunda capa insoluble de polo positivo contiene polvo de carbono y el material electroactivo soluble se escoge entre el grupo formado por cloruro de cinc, bromuro de cinc, fluoruro de cinc e hidróxido de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo negativo contiene óxido de plata en polvo y la segunda capa insoluble de polo positivo contiene polvo de cinc, y el material electroactivo soluble es hidróxido de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo negativo contiene polvo de cadmio y la segunda capa insoluble de polo positivo, óxido de níquel en polvo y el material electroactivo soluble es hidróxido de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo negativo contiene óxido de hierro en polvo y la segunda capa insoluble de polo positivo contiene óxido de níquel, y el material electroactivo es hidróxido de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la primera capa insoluble de polo negativo y la segunda capa insoluble de polo positivo contienen óxido de plomo en polvo, y la celda está cargada con tensión aplicada a los polos, y el material electroactivo soluble es ácido sulfúrico.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el material delicuescente y el material electroactivo soluble son el mismo material, que se elige entre el grupo formado por cloruro de cinc, bromaro de cinc, fluoruro de cinc e hidróxido de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el material delicuescente se elige entre el grupo formado por cloruro de calcio, bromuro de calcio, bifosfato de potasio y acetato de potasio.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el polímero hidrosoluble se escoge entre el grupo formado por alcohol de polivinilo, poliacrilamida, ácido poliacrílico, pirolidona de polivinilo, óxido de polietileno, agar, agarosa, almidón, hidroxietil celulósico y combinaciones y copolímeros de los mismos.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el polímero hidrosoluble y el material delicuescente son el mismo material y se eligen entre el grupo formado por dextrano, sulfato de dextrano y combinaciones y copolímeros de los mismos.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la celda también contiene terminales, estando cada terminal en contacto eléctrico con una de la primera y segunda capas polares.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, los terminales están hechos de grafito o de un metal.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el metal se elige entre el grupo formado por hierro, níquel, titanio, cobre, acero inoxidable o mezclas de los mismos, y los terminales se aplican a la celda por una técnica de imprenta adecuada, tal como serigrafía, offset, chorro de tina, láminas plastificadas, evaporación de materiales o dispersión de polvos.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la celda también contiene al menos una capa conductiva que mejora la conductividad electrónica de la primera y segunda capas polares.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la capa conductiva se elige entre el grupo formado por papel de grafito y tejido de carbono.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la celda contiene también una capa externa elegida entre el grupo formado por una capa adhesiva de respaldo, una capa laminar protectora y una combinación de capa adhesiva de respaldo y una capa laminar protectora.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, se dota de una alimentación de energía eléctrica consistente en al menos dos celdas constituidas como se explica antes, estando las celdas conectadas cabeza con cola en una conexión bipolar.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la conexión se realiza con un adhesivo elegido entre el grupo formado por una cinta conductiva adhesiva por ambas caras y una capa de pegamento conductivo.
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Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la cinta conductiva adhesiva por ambas caras y la capa de pegamento conductivo se aplican con técnica de imprenta.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, la celda comprende una primera capa de polo negativo insoluble, una segunda capa de polo positivo insoluble y una tercera capa de electrolito acuoso, estando dispuesta la tercera capa entre la primera y la segunda capa y conteniendo: (a) un polímero hidrosoluble que aporta la viscosidad necesaria para adherir la primera y la segunda capas a la tercera capa y para obtener la higroscopicidad necesaria para mantener la celda húmeda en todo momento; y (b) un material electroactivo soluble para obtener la conductividad iónica requerida.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el método para hacer la celda electroquímica abierta comprende los pasos de (a) humedecer una sustancia porosa que tiene una primera cara y una segunda cara, con una solución acuosa que contiene el material delicuescente, un material electroactivo soluble y un polímero insoluble; (b) aplicar sobre la primera cara una capa de polo negativo; y (c) aplicar sobre la segunda cara una capa de polo positivo.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, el humedecimiento se hace con técnicas de inmersión o de imprenta.
Con arreglo a otras características más de las versiones preferentes descritas, las capas de polo negativo y positivo contienen materiales pulverulentos insolubles mezclados con el material delicuescente, el material electro activo soluble y el polímero hidrosoluble, aplicándose las capas de polo negativo y positivo con técnicas de imprenta.
La presente invención resuelve con éxito los inconvenientes de las configuraciones conocidas, ofreciendo una celda electroquímica abierta de capa delgada flexible que no acumula gases estando almacenada, pero aún se mantiene intacta por la presencia del material delicuescente que la conserva húmeda en todo momento y el polímero hidrosoluble que aporta la viscosidad precisa para adherir las capas polares a la capa de electrolito acuoso. Otras cualidades de las capas son la ausencia de funda exterior rígida, por lo que es delgada, ligera y flexible y puede fabricarse de cualquier tamaño, forma, color y con dibujos aplicados siendo por tanto adecuada para diversas aplicaciones, con economía, hecha con materiales no perjudiciales para el hombre y autoadhesiva por el respaldo adhesivo.
La invención se describe aquí, sólo a modo de ejemplo, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de la configuración básica de una celda electroquímica abierta, de capa delgada y flexible, con arreglo a la invención presente;
La Fig. 2 es una vista en perspectiva de otra posible configuración de una celda electroquímica abierta, de capa delgada y flexible;
Las Figs. 3a y 3b son vistas en perspectiva de dos configuraciones posibles de alimentación de energía formadas por una conexión bipolar de dos celdas de la figura 1 y la figura 2, para aumentar por adición la energía eléctrica obtenida por el suministro eléctrico así formado; y
La Fig. 4 es un gráfico que presenta la tensión de una celda electroquímica abierta, de capa delgada y flexible con arreglo a la invención presente, medida con un tensiómetro en función del tiempo y en condiciones de ambiente interior.
La presente invención trata de una celda electroquímica abierta, de capa delgada flexible, destinada a suministrar energía primaria o recargable a distintos aparatos eléctricos miniaturizados y portátiles de pequeño formato.
La celda electroquímica abierta de capa delgada flexible contiene un electrolito húmedo, pero mantiene una configuración abierta, delgada y flexible, y por lo tanto libre de acumulación de gases estando almacenada.
Los principios y funcionamiento de una celda electroquímica abierta de capa flexible con arreglo a la invención presente, se entienden mejor con referencia a las figuras y las descripciones adjuntas.
Refiriéndonos ahora a las figuras, la figura 1 ilustra una configuración básica de la celda electroquímica abierta de capa delgada flexible de la invención presente, designada generalmente 10. La celda 10 contiene tres capas como sigue. Una primera capa de polo negativo insoluble 14, una segunda capa de polo positivo insoluble 16 y una tercera capa de electrolito acuoso 12. En el sentido de este documento, al descargarse el polo negativo ocurre la oxidación, en tanto que en el polo positivo se produce la reducción. La capa de electrolito acuoso 12 contiene un material delicuescente (o sea, hidroscópico) para mantener abierta la celda 10 en todo momento; un material electroactivo soluble para obtener la conductividad iónica necesaria; y un polímero hidrosoluble para obtener la viscosidad precisa para adherir las capas polares 14 y 16 a la capa de electrolito acuoso 12. Sigue a continuación una descripción más detallada de las capas 14, 16 y 12 y de su papel en el funcionamiento de la celda 10.
La capa electrolítica acuosa 12 contiene normalmente una sustancia porosa insoluble, tal como papel filtrante, membrana celulósica o un tejido, etc., aunque puede ser de otras materias, la sustancia porosa se humedece por la solución acuosa, que tiene tres componentes: un material delicuescente, un material electroactivo soluble y un polímero hidrosoluble.
El material delicuescente, por ser hidroscópico, mantiene húmeda la celda 10 en todo momento. El nivel de humedad dentro de la celda 10 es variable dependiendo del material elegido, de su concentración y humedad. Los materiales delicuescentes aptos son, aunque no se limitan a ellos, cloruro de calcio, bromuro de calcio, bifosfato de potasio, acetato potásico, y combinaciones de los mismos.
El material electroactivo soluble se elige de acuerdo con los materiales con que están hechos el polo negativo y el polo positivo. La lista de materiales electroactivos solubles de uso frecuente, aptos para la invención presente, incluye p. ej. cloruro de cinc, bromuro de cinc y fluoruro de cinc para varias celdas primarias, e hidróxido de potasio y ácido sulfúrico para celdas recargables.
El polímero hidrosoluble sirve de agente adhesivo para adherir (o sea, pegar) las capas polares 14 y 16 a la capa de electrolito acuoso 12. Hay muchos tipos de polímeros adecuados, como p. ej. alcohol de polivinilo, poliacrilamida, ácido poliacrílico, pirolidona polivinílica, óxido de polietileno, hidroxietileno de celulosa y combinaciones y copolímeros de los mismos.
Cada capa polar negativa y positiva 14 y 16 contiene una mezcla de material pulverulento insoluble activo adecuado (negativo y positivo respectivamente) con una solución acuosa similar a la solución antes descrita, que incluye el material delicuescente, un material electroactivo soluble y un polímero hidrosoluble.
Está claro, para los entendidos en el arte, que aunque el material soluble no debe cambiar, el material delicuescente y el polímero hidrosoluble se pueden elegir de otro modo para la última solución; en otras palabras, el material electroactivo soluble debe ser el mismo en las tres capas 12, 14 y 16, en tanto que el material delicuescente y el polímero hidrosoluble se pueden variar entre capas según la aplicación que se pretenda.
La elección correcta de materiales activos insolubles en polvo para el polo negativo 14 y el positivo 16, con un material electroactivo soluble compatible, come se expone más adelante en los Ejemplos, proporciona una celda 10 de capa delgada flexible que sirve para suministrar energía (p. ej.: una pila), siendo la celda 10 abierta por lo que no acumula gases cuando está almacenada, pero la higroscopicidad del material delicuescente asegura que la celda 10 se mantenga húmeda todo el tiempo, aunque esté abierta. Las parejas de materiales adecuados para el polo negativo 14 y el positivo 16, pueden ser, aunque hay otras, bióxido de manganeso/cinc, óxido de plata/cinc, cadmio/óxido de níquel, y hierro/óxido de níquel (es opcional mezclar el bióxido de manganeso y el óxido de plata con un polvo conductivo de carbono, como se sabe en el arte).
Para los entendidos en el arte, está claro que un solo material puede funcionar como material delicuescente y como material electroactivo soluble. Sin embargo, dicho material debe adquirir características electroactivas e hidroscópicas apropiadas. Los materiales adecuados son, aunque hay otros, cloruro de cinc y bromuro de cinc.
También está claro para los entendidos en el arte, que un solo material puede funcionar como polímero hidrosoluble. Pero dicho material debe adquirir características adecuadas de higroscopicidad y adhesividad. Los materiales adecuados de este tipo son, entre otros, dextrano, sulfato de destrano y combinaciones y copolímeros de los mismos.
Las tres capas 12, 14 y 16 que presenta la figura 1 y descritas antes, se pueden fabricar delgadas y flexibles, por lo que la celda 10 es flexible y delgada, de entre 0,5 y 1,5 mm o menos. Actualmente es preferible, y se explicará con más detalle más adelante, que la celda 10 se fabrique con una técnica de imprenta adecuada. Son métodos de impresión adecuados, aunque hay otros, la serigrafía, offset, chorro de tinta, láminas plastificadas, evaporación de materiales y dispersión de polvo.
La figura 2 presenta otra configuración posible; que es una celda, designada en general 20. Como la celda 10, la celda 20 también tiene las capas 12, 14 y 16 (zona rayada) que forman la celda básica. La celda 20 contiene además uno o dos capas conductivas adicionales, 22 y 24, para mejorar la conductividad de la capa polar negativa 14 y/o la capa polar positiva 16. Las capas conductivas adecuadas son de papel de grafito, tela de carbono, etc. La celda 20 también tiene un terminal negativo 26 y uno positivo 28; dichos terminales 26 y 28 están en contacto eléctrico con la capa del polo correspondiente 14 y 16, o con la capa conductiva correspondiente, 22 y 24 respectivamente, o con ambas. Los terminales 26 y 28 se hacen con materiales adecuados, que pueden ser, pero hay otros, grafito o metales, como hierro, níquel, titanio, cobre, acero inoxidable y mezclas de los mismos, y se aplican preferiblemente a la celda 20 mediante una técnica de impresión como las antes citadas. Los terminales 26 y 28 sirven para conectar eléctricamente la celda 20 a una carga, como un aparato movido por electricidad. Los terminales 26 y 28 pueden estar situados en cualquier punto de la celda 20, pueden ser de cualquier forma y tamaño adecuado, y según la aplicación prevista, pueden sobresalir de la superficie de la celda 20. La celda 20 puede llevar también por lo menos un respaldo adhesivo externo 29 para poder sujetar la celda 20 a diversas superficies, y/o por lo menos una capa la minar protectora 30 en el exterior, para proteger físicamente todas las otras capas.
En aún otra versión que muestran las figuras 3a o 3b, se pueden conectar eléctricamente con una conexión bipolar dos o más celdas 10, como se ve en la figura 3a, o celdas 20, como se ve en la figura 3b, para aumentar por adición la energía eléctrica obtenida, respectivamente, de las fuentes de suministro 40 ó 50 unidas. Para este fin, se ponen una a otra dos o más celdas, cabeza con cola, como indica la figura 3b, por las capas 22, 14, 12 y 24, con una cinta conductiva y adhesiva por ambas caras, o una capa de pegamento conductivo 42, aplicada por ejemplo con una técnica de imprenta adecuada, permitiendo el paso de electrones entre celdas contiguas. Está claro que los suministros de energía 40 y/o 50 pueden también disponer de respaldos adhesivos externos, similares a la superficie 29 de la figura 2, y/o capas laminares protectoras externas similares a la capa 30 de la figura 2. También está claro que los suministros de energía 40 y 50 puede tener un terminal negativo y un terminal positivo similares a los terminales 26 y 28 de la figura 2.
La invención también incluye un método para hacer las celdas abiertas de capa delgada flexible antes descritas. El método consiste en los pasos (a) humedecer una sustancia porosa, una solución acuosa que contenga un material delicuescente, un material electroactivo soluble y un polímero hidrosoluble; el humedecimiento se puede efectuar con técnicas de inmersión o de imprenta; (b) aplicar en una cara de la sustancia porosa una capa polar negativa; y (c) aplicar en la otra cara de la sustancia porosa una capa polar positiva. Las capas polares negativa y positiva contienen sustancias activas insolubles en polvo mezcladas con el material delicuescente, el material electro-activo soluble y el polímero hidrosoluble, preferentemente de los mismos tipos que en (a) y aplicados preferiblemente mediante una técnica de imprenta apropiada elegida p. ej. entre las relacionadas antes.
El método incluye también la adición a la celda de otras capas y partes, como respaldo(s) adhesivos externos y terminales negativos y positivos, pero sin limitarse a éstos. Pero el método puede incluir además la unión bipolar de dos o más celdas, p. ej. con cinta conductiva adhesiva por ambas caras o una capa de pegamento conductivo, aplicada p. ej. con técnica de imprenta, para formar un suministro de energía mayor (esencialmente doble, triple, etc.). Con arreglo a la presente invención, dicho empalme bipolar se puede realizar uniendo cabeza con cola dos o más celdas prefabricadas, o bien, fabricando directamente dos o más celdas orientadas de dicho modo, poniendo las capas correctamente unas sobre otras, preferiblemente por medio de la técnica de imprenta antes descrita.
La celda electroquímica abierta de capa delgada flexible tiene una gran ventaja sobre las celdas de capa delgada anteriores. Por ser una celda abierta, no acumula gases estando almacenada, pero se mantiene húmeda e intacta gracias al material delicuescente que conserva la humedad todo el tiempo y al polímero hidrosoluble que aporta la viscosidad necesaria para adherir las capas polares a la capa de electrolito acuoso.
La celda electroquímica abierta de capa delgada flexible de la invención presente tiene otras cualidades. Primero, no tiene carcasa rígida exterior y por tanto es delgada, ligera y flexible y se puede fabricar de cualquier tamaño, forma, color y con dibujos aplicados, por lo que es apta para numerosas aplicaciones. Segundo, fabricándola con una técnica de imprenta adecuada, se reduce el coste y se puede tirar después de agotarla, en parte porque se produce en planchas grandes que se cortan al tamaño deseado, y en parte porque esta tecnología es de por sí económica. Tercero, es preferible hacerla de materiales ecológicos y no nocivos para el hombre (preferiblemente sin contenido de metales pesados). Y por último, se puede hacer autoadhesiva, con un respaldo adherente.
Ahora se hace referencia a unos ejemplos que ilustran la invención junto con las descripciones anteriores.
Ejemplo 1
Se preparó una solución con 120 mg de alcohol de polivinilo y 1880 mg de cloruro de cinc (un material delicuescente y un material electroactivo soluble), en 1,2 ml de agua. Esta solución tenía un aspecto viscoso como de pegamento. Se empapó totalmente una tira de papel filtro con esta solución con técnicas de inmersión y de imprenta. Se preparó una mezcla de 300 mg de cinc en polvo con la solución anterior y se imprimió en una cara de la tira de papel para hacer la cara de la capa de polo negativo. En la otra cara se imprimió una mezcla de 250 mg de bióxido de manganeso y 50 mg de polvo de carbono conductivo, junto con la solución anterior, para que fuera la capa polar positiva. Cuando se hizo contacto eléctrico con ambas caras y se conectaron a una carga, se midió la corriente eléctrica. Se mantuvo fácilmente una corriente de 12 microamperios por cm^{2} a una tensión de 1,7:1,2 voltios durante cinco días consecutivos en condiciones de ambiente interior.
Ejemplo 2
Se preparó una celda abierta como la descrita en el Ejemplo 1 anterior y se conectó a un tensiómetro. Como vemos en la figura 4, la medición de la tensión producida por la celda en condiciones de ambiente interior, revelaron una tensión pronunciada de 1,7:1,2 sostenida durante nueve días consecutivos.
Ejemplo 3
Se prepara una solución de hidróxido de potasio y se lleva a la viscosidad de un pegamento mezclándola con un polímero soluble en agua. Se empapa totalmente una sustancia porosa (p. ej. papel filtro) con esta solución y se unta una mezcla de la solución con óxido de níquel en polvo en una cara de la sustancia porosa para formar una capa de polo positivo, y una mezcla similar con polvo de cadmio se unta en la otra cara para formar la capa polar negativa. Conectando un tensiómetro a las dos caras, se midió una tensión de 1,2 voltios y una corriente elevada al conectar las dos capas con una carga. La celda no se seca aunque esté abierta y se puede recargar si se desea.
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Ejemplo 4
Se prepara la misma solución de hidróxido de potasio del Ejemplo 3 y se empapa con ella una sustancia porosa. Se unta una mezcla de la solución con polvo de cinc en una cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar negativa, y una mezcla similar, pero con polvo de óxido de plata que contenga algo de carbono en polvo, si se desea, se unta en la otra cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar positiva. Conectando un tensiómetro a ambas caras, se mide una tensión de 1,2 voltios y una corriente apreciable cuando ambas capas se conectan a una carga. La celda no se seca aunque esté abierta y se puede recargar si se desea.
Ejemplo 5
Se prepara la misma solución de hidróxido de potasio del Ejemplo 3 y se empapa con ella una sustancia porosa. Se unta una mezcla de la solución con polvo de cinc en una cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar negativa, y una mezcla similar, pero con bióxido de manganeso y conteniendo un poco de carbono en polvo, si se desea, se unta en la otra cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar positiva. Conectando un tensiómetro a ambas caras, se mide una tensión de 1,5 voltios y una corriente apreciable cuando ambas capas se conectan a una carga. La celda no se seca aunque esté abierta. La recarga de la celda así formada puede ser problemática.
Ejemplo 6
Se prepara la misma solución de hidróxido de potasio del Ejemplo 3 y se empapa con ella una sustancia porosa. Se unta una mezcla de la solución con polvo de óxido de níquel en una cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar positiva, y una mezcla similar, pero con polvo de hierro, se unta en la otra cara de la sustancia porosa para hacer la capa polar negativa. Conectando un tensiómetro a ambas caras, se puede medir una tensión de 0,9 voltios y una corriente, cuando ambas capas se conectan a una carga. La celda no se seca aunque esté abierta y es posible cierta recarga si se desea.
Ejemplo 7
Se prepara una solución de ácido sulfúrico al 30% y se lleva a una viscosidad de pegamento añadiendo un polímero soluble en agua. Se empapa totalmente una sustancia porosa (p. ej. papel filtro) con esta solución y una mezcla de la solución con óxido de plomo se unta por ambas caras de la sustancia porosa. Ambas caras se conectan con un suministro de energía y se aplica una tensión mayor de 2 voltios con la que se carga la celda. Se pueden repetir ciclos de carga y descarga sin que la celda se seque estando abierta.
Aunque se ha descrito la invención con referencia a un número reducido de versiones, se advertirá que se pueden hacer muchas variaciones, modificaciones y otras aplicaciones.
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Bibliografía citada en la descripción
Esta lista de la bibliografía citada por el solicitante, es únicamente para conveniencia del lector y no forma parte del documento de la patente europea. Aunque se ha puesto mucho cuidado en recopilar la bibliografía, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO declina toda responsabilidad al respecto.
Documentos de patente citados en la descripción
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\bullet JP 6105966 A, Fuminobu [0003]
\bullet EP 0456122 A [0006] [0006]

Claims (40)

1. Una celda electroquímica abierta que comprende una primera capa insoluble de polo negativo, una segunda capa insoluble de polo positivo y una tercera capa de electrolito húmedo, estando dispuesta dicha tercera capa entre la primera y la segunda capas, que además contienen
a)
un material delicuescente para mantener la celda abierta y húmeda todo el tiempo;
b)
un material electroactivo soluble para obtener la conductividad fónica necesaria; y
c)
un polímero hidrosoluble para obtener la viscosidad necesaria para que se adhieran dichas primera y segunda capas a dicha tercera capa.
2. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha capa de electrolito se incorpora a una sustancia porosa.
3. Una celda como la de la reivindicación 2, en la que dicha sustancia porosa se elige entre el grupo formado por papel filtro, membrana plástica, membrana de celulosa y un tejido.
4. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble contiene bióxido de manganeso en polvo y dicha segunda capa de polo positivo insoluble contiene cinc en polvo.
5. Una celda como la de la reivindicación 4, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble contiene también polvo de carbono.
6. Una celda como la de la reivindicación 4, en la que dicha segunda capa de polo positivo insoluble contiene también polvo de carbono.
7. Una celda como la de la reivindicación 4, en la que dicho material electroactivo soluble se elige entre el grupo formado por cloruro de cinc, bromuro de cinc, fluoruro de cinc e hidróxido de potasio.
8. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble contiene óxido de plata en polvo y dicha segunda capa de polo positivo insoluble contiene polvo de cinc.
9. Una celda como la de la reivindicación 8, en la que el material electroactivo soluble es hidróxido de potasio.
10. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble contiene polvo de cadmio y dicha segunda capa de polo positivo insoluble contiene óxido de níquel en polvo.
11. Una celda como la de la reivindicación 10, en la que dicho material electroactivo soluble es hidróxido de potasio.
12. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble contiene polvo de hierro y dicha segunda capa de polo positivo insoluble contienen óxido de níquel en polvo.
13. Una celda como la de la reivindicación 12, en la que el material electroactivo soluble es hidróxido de potasio.
14. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de polo negativo insoluble y dicha segunda capa de polo positivo insoluble contienen óxido de plomo en polvo y la celda se carga aplicando tensión a dichos polos.
15. Una celda como la de la reivindicación 14, en la que dicho material electroactivo soluble es ácido sulfúrico.
16. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicho material delicuescente y dicho material electroactivo soluble son el mismo material.
17. Una celda como la de la reivindicación 16, en la que dicho mismo material se escoge entre el grupo formado por cloruro de cinc, bromuro de cinc, fluoruro de cinc e hidróxido de potasio.
18. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicho material delicuescente se escoge entre el grupo formado por cloruro de calcio, bromuro de calcio, bifosfato de potasio y acetato de potasio.
19. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicho polímero hidrosoluble se elige entre el grupo formado por alcohol de polivinilo, poliacrilamida, ácido poliacrílico, pirolidona de polivinilo, óxido de polietileno, agar, agarosa, almidón, hidroxietilo de celulosa y combinaciones y copolímeros de los mismos.
20. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicho polímero hidrosoluble y dicho material delicuescente son el mismo material.
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21. Una celda como la de la reivindicación 1, en la que dicho mismo material se escoge entre el grupo formado por dextrano sulfato de dextrano y combinaciones y copolímeros de los mismos.
22. Una celda como la de la reivindicación 1, que además comprende terminales, estando cada uno de los terminales en contacto eléctrico con las primera y segunda capas polares.
23. Una celda como la de la reivindicación 22, en la que dichos terminales están hechos de un metal.
24. Una celda como la de la reivindicación 22, en la que dichos terminales están hechos de grafito.
25. Una celda como la de la reivindicación 23, en la que dicho metal se elige entre el grupo formado por hierro, níquel, titanio, cobre, acero inoxidable y mezclas de los mismos, y dichos terminales se aplican a la celda mediante técnicas de imprenta.
26. Una celda como la de la reivindicación 1, que además comprende por lo menos una capa conductiva que mejora la conductividad electrónica de por lo menos una de dichas primera y segunda capas polares.
27. Una celda como la de la reivindicación 26, en la que dicha capa conductiva se elige entre el grupo formado por grafito y tejido de carbono.
28. Una celda como la de la reivindicación 1, que además comprende una capa exterior elegida entre el grupo formado por una capa adhesiva de respaldo, una capa laminar protectora y una combinación de capa de respaldo adhesiva y una capa laminar protectora.
29. Un suministro de energía eléctrica compuesto por dos celdas como las de la reivindicación 1, conectadas cabeza con cola en una conexión bipolar.
30. Un suministro de energía eléctrica como el de la reivindicación 29, en el que dicha conexión se realiza con un adhesivo elegido entre el grupo formado por una cinta conductiva y adhesiva por ambas caras y una capa conductiva de pegamento adherente.
31. Un suministro de energía eléctrica como el de la reivindicación 30, en el que dicha cinta conductiva adhesiva por ambas caras y dicha capa conductiva de pegamento adherente se aplican con técnica de imprenta.
32. Una celda electroquímica abierta con comprende una primera capa insoluble de polo negativo, una segunda capa insoluble de polo positivo y una tercera capa de electrolito húmedo, estando dicha tercera capa dispuesta entre dichas primera y segunda capas, e incluyendo:
(a)
un polímero hidrosoluble para obtener la viscosidad necesaria para adherir dichas primera y segunda capas a dicha tercera capa, y para obtener la higroscopicidad necesaria para mantener la celda abierta todo el tiempo; y
(b)
un material electroactivo soluble para obtener la conductividad iónica necesaria.
33. Un método para hacer una celda electroquímica abierta que comprende los pasos de:
(a)
humedecer una sustancia porosa que tenga una primera cara y una segunda cara, con una solución acuosa que contenga un material delicuescente, un material electroactivo soluble y un polímero hidrosoluble,
(b)
aplicar en dicha primera cara una capa de polo negativo, y
(c)
aplicar a dicha segunda cara una capa de polo positivo.
34. Un método como el de la reivindicación 33, en el que el humedecimiento se realiza con la técnica de inmersión.
35. Un método como el de la reivindicación 33, en el que el humedecimiento se realiza con una técnica de imprenta.
36. Un método como el de la reivindicación 33, en el que dichas capas de polo negativo y positivo contienen materiales en polvo insolubles activos mezclados con dicho material delicuescente, material electroactivo soluble y un polímero hidrosoluble.
37. Un método como el de la reivindicación 36 en el que dicha aplicación de dichas capas polares negativa y positiva se realiza con una técnica de imprenta.
38. Una celda como la de la reivindicación 1, en el que dicha capa de electrolito se incorpora en una sustancia porosa flexible.
39. Una celda como la de la reivindicación 1, en el que dicha celda es una celda delgada y flexible.
40. Un método como el de la reivindicación 1 o la reivindicación 32 en el que dicho electrolito húmedo es acuoso.
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