ES2371780T3 - Separador de baterías para alargar el ciclo de vida de una batería. - Google Patents

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Abstract

Separador de baterías para alargar el ciclo de vida de una batería de plomo-ácido, que comprende: un separador que tiene nervaduras con puntas; y una capa conductora dispuesta solamente en dichas puntas, estando hecha dicha capa conductora de un material conductor seleccionado del grupo que consiste en plomo, oro, antimonio, arsénico, plata, estaño y aleaciones de combinación de los mismos, o fibras de carbono, grafito, nanotubos de carbono y fulerenos; en el que dicha capa conductora está adaptada para contactar con un electrodo positivo de la batería, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde dicho electrodo cuando la capacidad conductora de un conductor de electrodo positivo se deteriora.

Description

Separador de baterias para alargar el ciclo de vida de una bateria
La presente solicitud se refiere a separadores de baterias usados en baterias auxiliares.
Un separador de baterias es un componente que divide o "separa" el electrodo positivo con respecto al electrodo negativo en una celda de bateria. Un separador de baterias tiene dos funciones principales. En primer lugar, un separador de baterias debe mantener el electrodo positivo separado fisicamente del electrodo negativo para evitar el paso de cualquier corriente electr6nica entre los dos electrodos. En segundo lugar, un separador de baterias debe permitir el paso de una corriente i6nica entre los electrodos positivo y negativo con la menor resistencia posible. Un separador de baterias puede estar hecho de muchos materiales diferentes, aunque un separador de baterias hecho de un material no conductor poroso es el que mejor cumple estas dos funciones opuestas.
Un parametro importante que describe una bateria consiste en el numero de ciclos que es posible alcanzar, o el ciclo de vida de la bateria. El ciclo de vida indica la frecuencia con la que la bateria puede cargarse y descargarse repetidamente antes de alcanzar el limite inferior de su capacidad o de que la misma falle. Todas las baterias con un ciclo de vida incluyen baterias auxiliares o baterias que pueden ser recargadas varias veces. Existen numerosas baterias auxiliares, incluyendo, aunque no de forma limitativa, baterias de plomo-acido. Por razones econ6micas y ecol6gicas, son preferibles las baterias con un ciclo de vida largo.
Muchas baterias tienen un ciclo de vida corto, debido al deterioro del conductor de electrodo positivo. El conductor de electrodo positivo, normalmente en forma de malla en una bateria de plomo-acido, se deteriora debido a la corrosi6n durante el proceso electroquimico. El conductor de electrodo positivo se corroe mas rapido que el conductor de electrodo negativo debido al mayor efecto del proceso electroquimico sobre el electrodo positivo. Cuanta mas corriente circula a traves del conductor de electrodo positivo, mas rapidamente se deteriora el conductor de electrodo positivo. El conductor de electrodo positivo es un elemento esencial de una bateria, ya que el mismo constituye los medios para que la corriente electrica circule hacia y desde el electrodo positivo. Por lo tanto, cuando el conductor de electrodo positivo se deteriora, la corriente electrica hacia y desde la bateria se deteriora. Este deterioro provoca que la potencia de la bateria se deteriore, lo que conduce a su vez a un fallo de la bateria.
Por lo tanto, existe la necesidad de alargar el ciclo de vida de una bateria. De forma mas especifica, existe la necesidad de alargar la vida del conductor de electrodo positivo para conseguir alargar el ciclo de vida de la bateria.
GB-A-2 070 847 se refiere a una membrana microporosa recubierta con un material de sobretensi6n de bajo hidr6geno, tal como Ni, Fe, Co, Pt, Pd, In, Cr, Mn, Ti. La membrana puede ser usada como separador de baterias, preferiblemente en baterias de cinc recargables. El separador puede tener unas aristas grabadas.
W02004/112166 describe un separador para baterias de plomo-acido que comprende salientes en forma de nervadura.
La presente invenci6n consiste en un separador de baterias para alargar el ciclo de vida de una bateria. El separador de baterias, definido en la reivindicaci6n 1, tiene un separador que tiene nervaduras con puntas y una capa conductora. La capa conductora esta dispuesta solamente en dichas puntas de dichas nervaduras. La capa conductora esta adaptada para contactar con el electrodo positivo de la bateria, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde el electrodo positivo.
La presente invenci6n tambien se refiere al uso de un separador de baterias segun la reivindicaci6n 13.
A efectos de ilustrar la invenci6n, en los dibujos se muestra una realizaci6n preferida actualmente, entendiendose, no obstante, que esta invenci6n no se limita a las disposiciones y medios especificos mostrados.
La Figura 1 es un corte transversal parcial de una bateria con una realizaci6n del separador de baterias de la presente invenci6n.
La Figura 2 es una vista isometrica de una realizaci6n del separador de baterias de la presente invenci6n.
La Figura 3 es un grafico de lineas de los resultados del ensayo 1.
La Figura 4 es un grafico de lineas de los resultados del ensayo 2.
Haciendo referencia a los dibujos, en los que los numeros de referencia analogos indican elementos analogos, en la Figura 1 se muestra una realizaci6n de un separador 10 de baterias para alargar el ciclo de vida de una bateria 12. La bateria 12 puede ser una bateria de plomo-acido (tal como se muestra en la Figura 1).
Al menos un separador 10 de baterias puede estar incluido en la bateria 12 (ver Figura 1). Preferiblemente, es posible incluir un separador 10 de baterias en cada celda 24 de la bateria 12. El separador 10 de baterias puede servir para evitar el paso de cualquier corriente electr6nica entre un electrodo positivo 16 y un electrodo negativo 17,
E07018273 15-11-2011
permitiendo al mismo tiempo la circulaci6n de una corriente i6nica entre el electrodo positivo 16 y el electrodo negativo 17. Ademas, el separador 10 de baterias puede servir para alargar el ciclo de vida de la bateria 12, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde el electrodo positivo 16. El separador 10 de baterias tambien puede alargar el ciclo de vida de la bateria 12 al funcionar como un conductor de electrodo positivo cuando la capacidad conductora de un conductor 18 de electrodo positivo se deteriora. El separador 10 de baterias puede estar hecho de cualquier material de separador de baterias, incluyendo, aunque no de forma limitativa, cualquier material no conductor poroso. El separador 10 de baterias puede tener cualquier tamafo o forma, incluyendo, aunque no de forma limitativa, una forma plana. El separador 10 de baterias tiene unas nervaduras 22 (ver Figura 2). El separador 10 de baterias incluye una capa conductora 14.
La capa conductora 14 esta dispuesta solamente en las puntas 26 de las nervaduras 22 del separador 12 de baterias (ver Figura 2). La capa conductora 14 esta adaptada para contactar con el electrodo positivo 16 de la bateria 12 (ver Figura 1). La capa conductora 14 forma una nueva ruta para la corriente hacia y desde el electrodo positivo 16. La capa conductora 14 esta hecha de un material conductor seleccionado de la lista que consiste en plomo, oro, antimonio, arsenico, plata, estafo y aleaciones de combinaci6n de los mismos, o fibras de carbono, grafito, nanotubos de carbono o fulerenos. Los nanotubos de carbono o los fulerenos pueden estar dispersados en un medio con un aglutinante y ser pintados en el separador 10 de baterias. La capa conductora 14 puede estar hecha de un material conductor que sea mas resistente a la corrosi6n que el conductor 18 de electrodo positivo, permitiendo por lo tanto que la capa conductora 14 funcione como conductor 18 de electrodo positivo cuando la capacidad conductora del conductor 18 de electrodo positivo se deteriora. La capa conductora 14 puede ser una aleaci6n basada en plomo, con una cantidad de estafo del 0,8% al 1,17% y con una cantidad de plata de mas del cero (0) al 0,015%. La capa conductora 14 puede ser una aleaci6n basada en plomo con una cantidad de calcio del 0,02% al 0,06%, con una cantidad de estafo del 0,3% al 3% y con una cantidad de plata del 0,01% al 0,05%. La capa conductora 14 puede estar realizada en cualquier forma, incluyendo, aunque no de forma limitativa, una tira, un tamiz, una lamina, un hilo, un cable, un recubrimiento, etc. La capa conductora 14 puede tener cualquier espesor, incluyendo, aunque no de forma limitativa, un espesor de tres (3) micr6metros. La capa conductora 14 puede ser dispuesta en el separador 10 de baterias mediante cualquier medio, incluyendo, aunque no de forma limitativa, adhesivos, fusi6n en caliente, pintado, etc.
Las nervaduras 22 estan incluidas en el separador 10 de baterias. Las nervaduras 22 pueden servir para mantener una distancia maxima entre el electrodo positivo 16 y el separador 10 de baterias. Las nervaduras 22 tambien pueden servir para conseguir la distribuci6n de electrolito deseada en la bateria 12. Las nervaduras 22 pueden tener cualquier estructura (recta, en angulo, ondulada, etc.) o forma (triangular, circular, cuadrada, etc.). Las nervaduras 22 pueden incluir puntas 26.
Las puntas 26 conforman una parte de las nervaduras 22. Las puntas 26 pueden ser los extremos distales de cada nervadura 22. Las puntas 22 forman una zona para disponer la capa conductora 14 en el separador 10 de baterias, que permite que la capa conductora 14 este en contacto con el conductor 16 de electrodo positivo. Las puntas 22 forman una zona especifica para que la capa conductora 14 contacte con el conductor 16 de electrodo positivo, lo que permite producir la capa conductora 14 con la menor cantidad de material a efectos econ6micos.
Por ejemplo, tal como se muestra en las Figuras 1-2, el separador 10 de baterias puede estar hecho de un material no conductor poroso y tener nervaduras 22 con puntas 26. La capa conductora 14 puede estar hecha de polvo de plata fino dispersado en un disolvente y pintado en las puntas 26 de las nervaduras 22. El separador 10 de baterias puede ser usado como el separador de cada celda 24 de la bateria 12.
En funcionamiento, el separador 10 de baterias puede llevar a cabo las funciones de un separador de baterias. Es decir, el separador 10 de baterias permite mantener el electrodo positivo 16 separado fisicamente con respecto al electrodo negativo 17 para evitar el paso de cualquier corriente electr6nica entre los dos electrodos, y el separador 10 de baterias permite la circulaci6n de corriente i6nica entre el electrodo positivo 16 y el electrodo negativo 17. Estas funciones permiten que se produzca el proceso electroquimico y forzar la circulaci6n de corriente electrica del conductor 18 de electrodo positivo al conductor 19 de electrodo negativo, permitiendo por lo tanto que la bateria 12 proporcione energia.
El separador 10 de baterias tambien permite alargar el ciclo de vida de la bateria 12. Es posible alargar el ciclo de vida mediante la capa conductora 14. La capa conductora 14 permite conseguir dos maneras de alargar el ciclo de vida de la bateria 12.
En primer lugar, debido a que la capa conductora 14 puede estar adaptada para contactar con el electrodo positivo 16 de la bateria 12 y a que la capa conductora 14 puede estar hecha de un material conductor, la capa conductora 14 puede actuar como un segundo conductor de electrodo positivo. Esto significa que la capa 14 conductora puede formar una nueva ruta para la corriente hacia y desde el electrodo positivo 16. Esta nueva ruta para la corriente a traves de la capa conductora 14 permite reducir la cantidad de corriente que pasa a traves del conductor 18 de electrodo positivo. En consecuencia, es posible reducir la tasa de deterioro del conductor 18 de electrodo positivo. Por lo tanto, la capa conductora 14 permite alargar el ciclo de vida de la bateria 12.
En segundo lugar, la capa conductora 14 puede estar adaptada para contactar con el electrodo positivo 16, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde el electrodo positivo 16 y, gracias a que la capa conductora 14 puede ser mas resistente a la corrosi6n que el conductor 18 de electrodo positivo, la capa conductora 14 puede funcionar como conductor 18 de electrodo positivo cuando la capacidad conductora del conductor 18 de electrodo positivo se deteriora. Esto significa que, cuando una bateria de control falla debido a que el conductor de electrodo positivo se deteriora, una bateria 12 con el separador 10 de baterias no fallara, ya que la capa conductora 14 puede funcionar como conductor 18 de electrodo positivo.
Por lo tanto, el separador 10 de baterias y, de forma mas especifica, la capa conductora 14 situada en las puntas 26 de las nervaduras 22 del separador 10 de baterias, permiten conseguir dos maneras de alargar el ciclo de vida de la bateria 12.
Ensayo�
Se realiz6 una celda de tres placas usando varias alternativas para hacer que los extremos de las nervaduras fuesen conductores. Las siguientes son descripciones de las distintas ideas usadas:
En la celda A se usaron tiras de plomo puro delgado unidas con adhesivo a las puntas de varias nervaduras exteriores.
En la celda B se us6 lamina de aluminio unida a las puntas de varias nervaduras exteriores usando fusi6n en caliente.
En las celdas C1 y C2 se us6 lamina de aluminio unida a las puntas de las nervaduras por fusi6n en caliente, disponiendo una capa s6lida perforada de lamina en el centro del separador. Se usaron dos ideas diferentes para evaluar el rendimiento de la lamina, una de ellas usando grandes "ventanas" y la otra usando pequefas rendijas en la capa de lamina, permitiendo por lo tanto la libre circulaci6n de electrolito.
La celda D consistia en el material de control del ensayo.
En la celda E se us6 pintura de plata (polvo de plata fino dispersado en un disolvente, usado para recubrir muestras SEM) que se aplic6 en las puntas de las nervaduras del separador. Se aplic6 aproximadamente 1 g de polvo de plata en el separador, en una capa de aproximadamente veinte (20) micr6metros.
Estas celdas fueron realizadas y fueron sometidas al siguiente regimen ciclico:
Descargadas a 10 A, a 1,65 V; Cargadas a 2,50 V (limite 10 A), a 120% Ah, retiradas;
Descargadas a 5 A, a 1,65 V; Cargadas a 2,50 V (limite 10 A), a 120% Ah, retiradas;
Descargadas a 1 A, a 1,65 V; Cargadas a 2,50 V (limite 10 A), a 120% Ah, retiradas; y
Cargadas a 1 A durante 100 horas.
Este ciclo se repiti6 hasta que la capacidad cay6 por debajo del 50% de la capacidad inicial.
En la Figura 3 se muestra un grafico que muestra los resultados del primer ensayo. En la Figura 3, el eje y representa el porcentaje de la capacidad del ciclo 1 y el eje x representa el numero de ciclo.
Tal como puede observarse a partir del resultado del ensayo 1, un separador de baterias con una capa conductora afadida al mismo permite alargar el ciclo de vida de una bateria. La celda con la pintura de plata afadida al separador dur6 el doble que las otras alternativas, incluyendo el control.
Ensayo�
Como resultado del trabajo llevado a cabo y de los resultados obtenidos en el ensayo 1, se realiz6 un segundo ensayo para verificar los resultados del primer ensayo (ver Figura 4). En este ensayo, se realiz6 un total de seis baterias completas; tres como controles y tres con separadores de baterias con plata en las puntas de las nervaduras. A continuaci6n se llev6 a cabo el ensayo en estas baterias, mediante el ensayo de duraci6n SAE J-240 a alta temperatura (75°C), realizandose la siguiente modificaci6n: debido a que las baterias fueron realizadas internamente y no presentaban tasas estandar o conectores entre celdas, se midi6 la capacidad de reserva en vez de medir la descarga a la tasa CCA.
En la Figura 4 se muestra un grafico que detalla los resultados del segundo ensayo. En la Figura 4, el eje y representa la capacidad en minutos y el eje x representa el numero de semana. Las baterias de control estan representadas mediante la letra de referencia A y las baterias de ensayo estan representadas mediante la letra de referencia B.
El resultado del ensayo 2 confirm6 que las baterias cuyas nervaduras estaban pintadas con plata duran mas que las baterias de control.
La revisi6n de los resultados de los dos ensayos de bateria llevados a cabo muestra que el separador 10 de baterias alarga el ciclo de vida de una bateria. De forma adicional, la capacidad de una bateria con un separador de baterias segun la presente invenci6n puede ser mas alta que la de las baterias de control.
La presente invenci6n puede comprender otras realizaciones y, en consecuencia, se hace referencia a las reivindicaciones adjuntas, en vez de hacerlo a la anterior memoria descriptiva, tal como se indica en el alcance de la invenci6n.
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Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Separador de baterias para alargar el ciclo de vida de una bateria de plomo-acido, que comprende:
    un separador que tiene nervaduras con puntas; y
    una capa conductora dispuesta solamente en dichas puntas, estando hecha dicha capa conductora de un material conductor seleccionado del grupo que consiste en plomo, oro, antimonio, arsenico, plata, estafo y aleaciones de combinaci6n de los mismos, o fibras de carbono, grafito, nanotubos de carbono y fulerenos;
    en el que dicha capa conductora esta adaptada para contactar con un electrodo positivo de la bateria, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde dicho electrodo cuando la capacidad conductora de un conductor de electrodo positivo se deteriora.
  2. 2.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en tiras.
  3. 3.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en un tamiz.
  4. 4.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en una lamina.
  5. 5.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en un hilo.
  6. 6.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en un cable.
  7. 7.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora consiste en un recubrimiento.
  8. 8.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora esta dispuesta en dichas puntas por uni6n adhesiva de dicha capa conductora a dichas puntas.
  9. 9.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora esta dispuesta en dichas puntas por fusi6n en caliente de dicha capa conductora en dichas puntas.
    10 Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que dicha capa conductora esta dispuesta en dichas puntas por pintado de dicha capa conductora en dichas puntas.
  10. 11.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1 para alargar el ciclo de vida de una bateria de plomo-acido, en el que dicha capa conductora consiste en particulas de plata dispuestas en un disolvente pintadas en dichas puntas.
  11. 12.
    Separador de baterias segun la reivindicaci6n 1, en el que la forma de dichas nervaduras es recta, en angulo u ondulada.
  12. 13.
    Uso de un separador de baterias, que comprende:
    un separador que tiene nervaduras con puntas; y
    una capa conductora dispuesta solamente en dichas puntas, en una bateria de plomo-acido,
    en el que dicha capa conductora esta hecha de un material conductor seleccionado del grupo que consiste en plomo, oro, antimonio, arsenico, plata, estafo y aleaciones de combinaci6n de los mismos, o fibras de carbono, grafito, nanotubos de carbono y fulerenos; y
    en el que dicha capa conductora esta en contacto con un electrodo positivo de la bateria, formando una nueva ruta para la corriente hacia y desde dicho electrodo cuando la capacidad conductora de un conductor de electrodo positivo se deteriora.
ES07018273T 2006-09-27 2007-09-18 Separador de baterías para alargar el ciclo de vida de una batería. Active ES2371780T3 (es)

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