ES2682926T3 - Elemento capacitivo que comprende un separador que comprende unas protuberancias que impiden su retirada - Google Patents

Abstract

Elemento capacitivo (24; 104) que comprende por lo menos dos complejos (26, 30; 106A, 106B, 108A, 108B), comprendiendo cada complejo por lo menos un electrodo (31, 33), estando los complejos superpuestos, estando un separador (28A, 28B, 28) eléctricamente aislante, realizado en material plástico, interpuesto entre cada par de complejos, comprendiendo el por lo menos uno de los separadores por lo menos dos protuberancias (36A, 36B ; 38A, 38B ; 136A, 136B, 138A, 138B), estando por lo menos una protuberancia situada cerca de un extremo del separador según una dirección normal a la dirección de superposición, estando las protuberancias formadas cada una por una o varias acumulaciones del material plástico del separador refundido, estando dicho elemento capacitivo (24, 104) caracterizado por que el separador (28A, 28B, 28) está realizado en un material plástico poroso, y por que por lo menos una de las protuberancias (36A, 36B, 38A, 38B; 136A, 136B, 138A, 138B) se extiende esencialmente según toda una dimensión del separador.

Description

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DESCRIPCION

Elemento capacitivo que comprende un separador que comprende unas protuberancias que impiden su retirada.

La invencion se refiere a un conjunto de almacenamiento de ene^a electrica, por ejemplo de tipo batena o de supercapacidad, y mas particularmente al elemento capacitivo de un conjunto de este tipo.

Se conocen en el estado de la tecnica unos conjuntos de almacenamiento de energfa que comprenden por lo menos un primer electrodo y un segundo electrodo, siendo las cargas transmitidas a traves de un electrolito en el que estan sumergidos los electrodos. Un separador electricamente aislante esta tambien interpuesto entre los dos electrodos, para evitar cualquier cortocircuito entre los electrodos. El elemento capacitivo esta constituido formando un apilamiento primer electrodo/separador/segundo electrodo/separador que se enrolla y se inserta en una envuelta que comprende un cuerpo y por lo menos una tapa, estando el electrolito tambien contenido en esta envuelta.

El documento JP 2012-209072 describe un conjunto de almacenamiento de energfa electrica de este tipo que comprende por lo menos dos electrodos entre los cuales esta interpuesto un separador electricamente aislante. Sin embargo, este separador esta realizado en un material plastico que no es poroso.

Ahora bien, en este tipo de conjunto se desea utilizar un separador realizado en material plastico poroso, tal como polipropileno poroso, que presenta unas ventajas en terminos de costes y de aislamiento electrico y es, en particular, mas estable qmmicamente que los separadores realizados en papel, lo cual permite limitar el envejecimiento del conjunto de almacenamiento.

Sin embargo, utilizar este tipo de separador puede adolecer de inconvenientes durante la fabricacion del conjunto de almacenamiento. En efecto, se preven generalmente unas etapas de calentamiento de la envuelta, tales como una etapa de polimerizacion de un adhesivo para unir el cuerpo y la tapa, y/o una etapa de soldadura para unir electricamente los electrodos a la envuelta y/o una etapa de tratamiento termico del conjunto.

Durante estas etapas, la temperatura del separador puede aumentar por conduccion termica. Ahora bien, dado que este separador es poroso, es susceptible de sufrir una retirada bastante consecuente para unas temperaturas correspondientes a las que alcanza en las etapas antes mencionadas del procedimiento. Esto puede dar como resultado unas zonas en los extremos de los electrodos que estan en contacto directo y asf, en unos cortocircuitos que se producen en el conjunto de almacenamiento.

Para remediar esto, se puede aumentar la longitud del separador colocado en el elemento capacitivo, pero esto aumenta la cantidad de material y los costes de fabricacion del elemento, asf como su volumen.

La invencion tiene como objetivo superar los inconvenientes del estado de la tecnica y permitir la utilizacion de un separador de material plastico en un conjunto de almacenamiento de energfa, superando los inconvenientes antes citados.

Con este fin, la invencion tiene por objeto un elemento capacitivo que comprende por lo menos dos complejos, comprendiendo cada complejo por lo menos un electrodo, estando los complejos superpuestos, estando un separador electricamente aislante realizado en material plastico, interpuesto entre cada par de complejos, comprendiendo el o por lo menos uno de los separadores por lo menos dos protuberancias, estando por lo menos una protuberancia situada cerca de un extremo del separador segun una direccion normal a la direccion de superposicion, estando las protuberancias cada una formada por una o varias acumulaciones de material plastico del separador refundido.

De acuerdo con la invencion, el separador esta realizado en un material plastico poroso y por lo menos una de las protuberancias se extiende esencialmente por toda una dimension del separador.

Se debe observar que un separador que comprende por lo menos una protuberancia situada cerca de uno de sus extremos puede comprender la segunda protuberancia en una zona lejana de su extremo. Se considera que una zona esta “cerca” de un extremo si la distancia entre la zona y el extremo es inferior o igual al 25% de la dimension total del separador segun esta direccion, ya sea sobre el exterior o sobre el interior del complejo.

Las protuberancias segun la invencion aseguran un enclavamiento mecanico del separador entre los complejos presionados unos contra los otros. Permiten por lo tanto evitar, por un lado, un deslizamiento de las hojas de separador susceptible de descubrir uno de los electrodos durante el funcionamiento del elemento y, por otro lado, limitar la retirada del separador cuando este se expone a temperaturas elevadas, alcanzadas, en particular, en una o varias de las etapas citadas anteriormente, no sufriendo ninguna retirada la parte del separador situada entre las protuberancias (enclavadas mecanicamente). Se puede evitar asf que la longitud del separador no disminuya demasiado y que los electrodos esten en contacto directo en sus extremos.

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Por lo tanto, se puede utilizar el separador en el elemento capacitivo sin tener la necesidad de modificar el procedimiento de fabricacion del conjunto y, por tanto, sin aumentar de manera significativa el riesgo de cortocircuito o la cantidad de material utilizado para formar el separador. Asf, se optimiza la fabricacion del conjunto sin alterar sus propiedades y su tiempo de vida util.

Ademas, al impedirse la retirada mediante un enclavamiento mecanico del separador, se puede aumentar la porosidad del separador sin preocuparse de la retirada eventualmente inducida por esta porosidad. Se puede asf utilizar un separador que tenga una mayor porosidad con el fin de optimizar la impregnacion del elemento capacitivo.

Se debe observar que se utilizan las propiedades del separador para formar la protuberancia que constituye el tope entre este y el complejo. Por lo tanto, no es necesario aportar una pieza suplementaria para conseguir esta funcion, lo cual hace que el elemento capacitivo sea facil de realizar y poco costoso.

Se debe observar tambien que se elimina la porosidad del separador en las zonas en las que el material se funde de nuevo. Pero esto no impide el buen funcionamiento del separador, siendo local la refundicion y no afectando al separador en su totalidad.

Segun otra caractenstica ventajosa de la presente invencion, el grosor de la protuberancia es por lo menos igual a 1,2 veces el grosor de la zona adyacente del separador exenta de protuberancias, muy preferentemente superior a 1,5 veces el grosor de la zona adyacente del separador sin protuberancia.

Las direcciones segun las cuales se extienden las diferentes protuberancias son preferentemente esencialmente paralelas.

Las protuberancias pueden estar dispuestas en la parte central del separador, aprisionadas entre los complejos.

Preferentemente, por lo menos una de las protuberancias, en particular dos protuberancias, esta situada en por lo menos uno, en particular en cada uno, de los extremos del separador segun por lo menos una direccion predeterminada normal a la direccion de apilamiento.

Se puede entonces impedir completamente la retirada del separador.

El separador es en particular de dimension superior a los electrodos segun dicha o dichas direcciones predeterminadas, de manera que cada protuberancia sobresalga de ambos electrodos, segun esta o estas direcciones. El enclavamiento mecanico es entonces optimo.

Se debe observar en este caso que, habiendo sido ya fundida de nuevo cada protuberancia, no es mas porosa. Asf, incluso si la materia porosa del separador es susceptible de fundirse en las etapas tales como las mencionadas anteriormente, o incluso durante la utilizacion normal del conjunto de almacenamiento, ya que no esta protegida por los complejos, la protuberancia permanece estable a estas temperaturas, y no se funde de nuevo incluso si se expone mas al calor que cuando se encuentra en esta configuracion.

De esta manera, incluso si se efectuan una o varias de las etapas tales como las mencionadas anteriormente y el separador se calienta, una vez formadas las protuberancias, no sufre retirada, dado que se mantiene en su sitio por cooperacion de las protuberancias y de los bordes de los electrodos entre los cuales esta interpuesto, en cada uno de sus extremos.

El elemento capacitivo segun la invencion comprende tambien una o varias de las caractensticas de la lista siguiente:

- la o por lo menos una de las protuberancias esta constituida por una acumulacion de materia que se extiende continuamente o mediante una pluralidad de acumulaciones locales (y separadas por porciones desprovistas de acumulaciones). En este ultimo caso, las acumulaciones que constituyen las protuberancias pueden estar una enfrente de la otra o desplazadas;

- la protuberancia esta dispuesta segun por lo menos dos direcciones, siendo cada una normal a la direccion de superposicion.

- las protuberancias forman, en particular, un marco continuo que se extiende en particular sobre el penmetro de dicho o de por lo menos uno de dichos separadores. Esto es en particular ventajoso cuando el elemento capacitivo esta constituido por electrodos apilados pero no bobinados (denominado “superpuestos”) y cuando el separador tiene la forma de un cuadrilatero;

- el separador puede, al mismo tiempo, comprender unas protuberancias situadas en sus extremos y por lo menos una protuberancia situada en la parte central alejada de sus extremos. Asf, se reparten los lugares

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a nivel de los cuales el separador se opone a la retirada sobre la longitud del separador, lo cual permite repartir tambien las tensiones a las que se somete el separador en caso de calentamiento y de retirada. Este modo de realizacion es particularmente interesante en el caso de separador de gran longitud, para el que la retirada es susceptible de ser importante,

- como se ha indicado anteriormente, los electrodos y el o los separadores pueden simplemente estar apilados (o superpuestos) o enrollados los unos sobre los otros una vez apilados (se dice entonces tambien que estan bobinados).

- por lo menos un complejo comprende, ademas del electrodo, por lo menos un colector de corriente metalico realizado de una sola pieza con el electrodo. En particular, por lo menos un complejo comprende de una sola pieza dos electrodos y un colector de corriente situado entre los dos electrodos. Sin embargo, un complejo puede comprender solo un electrodo y/o un electrodo asociado a un colector. Preferentemente, el colector sobresale del electrodo por lo menos por un extremo del electrodo segun la o las direcciones predeterminadas;

- el elemento capacitivo comprende un apilamiento de una pluralidad de complejos (en particular por lo menos tres) unidos electricamente en serie. Es particularmente oportuno hacer volver a fundir los extremos de los separadores de acuerdo con la invencion en este caso. En efecto, al ser el separador poroso y estar impregnado de electrolito, este es conductor ionico. Ademas, en los extremos de los separadores, que sobresalen de los electrodos, la diferencia de potencial corresponde a la tension de utilizacion del conjunto de almacenamiento. Esta combinacion de conduccion ionica y diferencia de potencial tiene por efecto degradar el electrolito y el separador y disminuir el tiempo de vida util del elemento, en particular en el caso en el que la diferencia de potencial es elevada, a saber en el que el elemento capacitivo comprende unos complejos unidos en serie. Ahora bien, los separadores refundidos en sus extremos segun la invencion ya no son porosos y por lo tanto ya no contienen electrolito, evitando asf los inconvenientes enunciados anteriormente,

- el o por lo menos uno de los separadores esta interpuesto entre un electrodo que forma un anodo del conjunto y otro electrodo que forma catodo del conjunto,

- el o por lo menos uno de los separadores esta realizado en polipropileno. Podna tambien estar realizado en polietileno, en particular de alta densidad, en PTFE (politetrafluoroetileno), en PET (tereftalato de polietileno), en PVDF (polifluoruro de vinilideno), en PPS (polisulfuro de fenilo), en PEEK (polieter eter cetona), o compuesto por mezclas de estos polfmeros o de uno o varios de estos polfmeros con otro material, tal como papel.

La invencion se refiere asimismo a por lo menos un conjunto de almacenamiento de energfa que comprende por lo menos un elemento capacitivo segun la invencion. El conjunto puede constituir una sobrecapacidad o supercondensador. Sin embargo, tambien puede ser una batena, un condensador, etc.

La invencion tiene tambien por objeto un procedimiento de fabricacion de un elemento capacitivo que comprende las etapas siguientes:

- se superpone por lo menos un complejo, comprendiendo el complejo por lo menos un electrodo, y por lo menos un separador electricamente aislante de material plastico poroso, estando el separador dispuesto de manera que presenta por lo menos un pliegue,

- se calienta localmente dicho o por lo menos uno de dichos separadores en por lo menos dos zonas distintas que comprenden este pliegue, situadas cerca de sus extremos segun una direccion normal a la direccion de apilamiento, de manera que la materia plastica se funda localmente y constituya una o varias acumulaciones, formando la o las acumulaciones de material de una misma zona una protuberancia.

El procedimiento comprende una etapa durante la cual se superpone por lo menos un separador y por lo menos dos complejos de manera que un separador este interpuesto entre cada par de complejos, efectuandose esta etapa de interposicion de un separador entre dos complejos en funcion de la configuracion seleccionada despues de la etapa de calentamiento (en el caso de las protuberancias en la parte central) o antes de la etapa de calentamiento (en el caso de las protuberancias que sobresalen de los electrodos).

El hecho de formar un pliegue permite facilitar la formacion de la protuberancia. El separador puede ser depositado sobre el o uno de los complejos de manera que se forme el pliegue a partir de la etapa de superposicion (en este caso antes o en la etapa de superposicion). Alternativamente, el separador puede plegarse tras la etapa de superposicion.

Preferentemente, se dimensiona el separador de manera que su longitud segun la direccion predeterminada sea por lo menos un 3% superior a la longitud del electrodo del complejo, en particular entre el 3 y el 10% superior

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antes de la etapa de calentamiento. Esto permite formar una protuberancia de tamano suficiente, a pesar de la retirada sufrida por el separador en la etapa de calentamiento antes de la formacion de la protuberancia, sin utilizar por lo tanto demasiado material.

En un modo de realizacion particular de la invencion, se enrollan tambien los complejos y el o los separadores una vez apilados, para formar una bobina, efectuandose esta etapa de enrollamiento antes o despues de la etapa de calentamiento.

En otro modo de realizacion particular de la invencion, se colocan los complejos y separadores apilados en una envuelta y se acercan dos porciones de borde de la envuelta a por lo menos uno de sus extremos y se unen estas porciones de borde por termosellado. Se acercan en particular las porciones de borde con interposicion del o de por lo menos uno de los separadores y eventualmente de uno o varios de los colectores, correspondiendo la etapa de termosellado a la etapa de calentamiento de dicho o dichos separadores para formar las protuberancias cerca de estos extremos.

Por supuesto, el elemento capacitivo ensamblado durante este procedimiento puede comprender la totalidad o parte de las caractensticas enumeradas anteriormente.

Se describira ahora unos ejemplos de realizacion de la invencion, no limitativos de esta e ilustrados en las figuras presentadas a continuacion:

- la figura 1 representa una seccion de un conjunto de almacenamiento de energfa en el que se puede colocar un elemento capacitivo segun la invencion,

- la figura 2 representa una vista en seccion de otro conjunto de almacenamiento de energfa en el que se puede colocar un elemento capacitivo segun la invencion,

- la figura 3 representa un detalle en seccion de un elemento capacitivo segun un modo de realizacion particular de la invencion,

- las figuras 4A a 4C representan diferentes etapas del procedimiento de fabricacion del elemento capacitivo de la figura 3,

- la figura 5 representa un detalle en seccion de un elemento capacitivo segun otro modo de realizacion particular de la invencion,

- las figuras 6A a 6E representan diferentes etapas del procedimiento de fabricacion de un conjunto de almacenamiento de energfa tal como el de la figura 2, que comprende un elemento capacitivo tal como el de la figura 5,

- la figura 7 representa esquematicamente una variante de realizacion de acuerdo con la presente invencion, segun la cual las protuberancias forman un marco continuo que se extiende sobre el penmetro de un separador.

En la figura 1, se ha representado un conjunto de almacenamiento de energfa 10 de tipo clasico. Este conjunto 10 comprende una envuelta que comprende un cuerpo 12 cilmdrico que comprende una pared lateral 14 y un fondo 16 que forma una cara de extremo del conjunto, asf como una abertura en su extremo opuesto al fondo 16. La envuelta comprende tambien una tapa 18 que comprende una cara principal 20 que recubre la abertura del cuerpo 12 y que forma la otra cara de extremo del conjunto y un faldon periferico 22 destinado a bordear la parte superior de la pared lateral 14 del conjunto, en el exterior de esta.

El conjunto 10 comprende, en el interior de la envuelta, un elemento capacitivo 24 compuesto por un complejo de electrodo positivo 26, por dos separadores 28A, 28B y por un complejo de electrodo negativo 30 superpuestos y despues bobinados. El apilamiento se efectua en el siguiente orden: complejo de electrodo positivo 26, separador 28A, complejo de electrodo negativo 30, separador 28B. Cada complejo 26, 30 comprende, en la parte central, un colector de corriente 32, 34 y, en cada cara del colector, una capa de electrodo 31, 33, respectivamente positiva para el complejo 26 o negativa para el complejo 30. Los electrodos positivo y negativo, tambien denominados respectivamente catodo y anodo, comprenden un carbon activo poroso que permite almacenar las cargas. Los colectores de corriente 32; 34, generalmente realizados en un material metalico, permiten transmitir la corriente asf creada hacia el exterior del conjunto de almacenamiento. El separador, realizado en un material aislante electricamente y poroso, permite aislar electricamente los dos electrodos (con el fin de evitar los cortocircuitos) dejando al mismo tiempo que las cargas circulen entre ellos. Para las necesidades de la invencion, el separador esta realizado en material plastico poroso, por ejemplo en polipropileno. Se debe observar tambien que un electrolito lfquido esta contenido en la envuelta del conjunto. Este electrolito permite la circulacion de las cargas entre dos electrodos adyacentes.

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Como se puede ver en la figura 1, cada complejo de electrodo de un tipo particular esta unido a una cara de extremo del conjunto de almacenamiento. La union entre los colectores 32, 34 y la envuelta se efectua en particular con la ayuda de una soldadura. Los colectores 32 del electrodo positivo sobresalen por lo tanto para ello del apilamiento de electrodo en un primer extremo del apilamiento, segun una direccion predeterminada normal a la direccion de superposicion, mientras que los colectores 34 del electrodo negativo del apilamiento sobresalen en un extremo opuesto, tambien segun la direccion predeterminada.

El cuerpo 12 y la tapa 18 estan realizados cada uno en un material conductor, en particular en metal, y forman los terminales respectivos del conjunto. La tapa forma el terminal positivo mientras que el cuerpo forma el terminal negativo del conjunto. El colector 32 asociado a los electrodos positivos esta unido por lo tanto a la tapa 18, mientras que el colector 34 asociado a los electrodos negativos esta unido al fondo 16 de la envuelta. Para evitar cualquier cortocircuito, se debe observar que el cuerpo y la tapa estan aislados electricamente con la ayuda de una junta 35, colocada entre la cara interior del faldon periferico 22 y la cara exterior de la pared lateral 14. Este material permite tambien asegurar la estanqueidad del conjunto y evitar cualquier fuga del electrolito.

Se describira ahora con la ayuda de la figura 2 otro ejemplo de conjunto de almacenamiento de energfa 100 segun la invencion.

Este conjunto comprende una envuelta 102 de tipo “coffee bag”, bien conocida en el mercado, que comprende un cuerpo cilmdrico abierto en cada uno de sus extremos 103 y cerrado sobre sf mismo en cada uno de sus extremos para formar una envuelta estanca.

En el interior de la envuelta, se coloca un elemento capacitivo 104 que comprende cuatro complejos 106A, 106B; 108A, 108B apilados con interposicion de un separador 110A, 110B, 110C entre cada par de complejos adyacentes. Cada complejo positivo 106A, 106B esta colocado al lado de un complejo negativo 108A, 108B para formar una celula capacitiva elemental.

Como en el modo de realizacion anterior, cada complejo 106, 108 esta compuesto por dos electrodos entre los cuales esta colocado un colector de corriente metalico que sobresale de los electrodos segun una direccion predeterminada. Los colectores de los complejos positivos 106A, 106B sobresalen del electrodo en un primer extremo del apilamiento segun la direccion predeterminada, mientras que los colectores de los complejos negativos 108A, 108B sobresalen del electrodo en un extremo del apilamiento segun la direccion predeterminada.

Los separadores 110A-110C sobresalen tambien del apilamiento en los dos extremos del apilamiento segun la direccion predeterminada.

En cada extremo 103 del apilamiento, los colectores de complejos positivos 106A, 106B y los separadores 110A- 110C de un primer extremo del apilamiento y los colectores de los complejos negativos 108A, 108B y los separadores de un segundo extremo del apilamiento se termosellan con el borde de la envuelta en este extremo. Los colectores y separadores se unen por lo tanto para estar en contacto en cada extremo 103 del apilamiento. Se debe observar que los colectores y/o los separadores no estan obligatoriamente termosellados.

Cada uno de estos tipos de conjunto de almacenamiento es relativamente clasico. Se hara referencia ahora al nucleo de la invencion, es decir, al apilamiento que constituye el elemento capacitivo contenido en el conjunto. Se debe observar tambien que los conjuntos descritos anteriormente no son limitativos de la invencion. Estos pueden ser de cualquier configuracion siempre que el conjunto contenga un elemento capacitivo segun la invencion.

En el modo de realizacion representado en seccion en la figura 3, se aprecia que el separador 28 comprende, en cada uno de sus extremos segun la direccion predeterminada, normal a la direccion de superposicion D, una protuberancia 36A 36B. Esta protuberancia se realiza volviendo a fundir localmente el material plastico que constituye el separador. Se realiza continuamente sobre toda la longitud del extremo del separador. Las protuberancias se extienden por lo tanto perpendicularmente a la direccion predeterminada. Como se observa en la figura 3, las protuberancias 36A, 36B hacen tope contra los extremos de los electrodos adyacentes entre los cuales esta interpuesto el separador, si se intenta modificar la posicion del separador segun la direccion predetermina. Asf, cuando el separador se calienta y tiende a retirarse, esta retirada segun la direccion predeterminada es impedida por el tope de las protuberancias contra los electrodos.

El elemento capacitivo se realiza entonces de la manera siguiente:

- se apilan las diferentes capas de electrodo positivo 26 - separador 28 - electrodo negativo 30 - separador 28, arrastrandolas entre cilindros que permiten constituir el apilamiento. El separador 28 esta disenado de manera que su dimension transversal sea superior a la de las capas de electrodos 31, 33 (pero no obligatoriamente a la de los colectores 32, 34) y que sobresalgan de cada lado del apilamiento segun la direccion predeterminada. Se dimensiona el separador 28 de manera que su dimension transversal sea

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por lo menos un 3%, preferentemente del 5 al 10%, superior a la dimension correspondiente del electrodo 31, 33. Se posiciona tambien su centro segun la dimension transversal de manera que corresponde al centro del electrodo 26, 30 segun esta direccion,

- tras el apilamiento, como se observa en la figura 4A, se aplican unos elementos 40, 42, tales como unos rodillos, que calientan en cada extremo del apilamiento segun la direccion predeterminada normal a la direccion de superposicion, estando los dos rodillos dispuestos para estar en contacto con los separadores 28.

- como se puede observar en la figura 4B, el calentamiento de los extremos del separador 28 conlleva, en primer lugar, una retirada del separador 28, pero el separador esta dimensionado de manera que, incluso despues de esta retirada, sea de longitud superior o igual a la de los electrodos,

- como se observa en la figura 4C, el calentamiento hace volver a fundir despues cada extremo del separador 28 que sobresale de los electrodos 31, 33, con el fin de formar una protuberancia 36 tal como se muestra en la figura 4C. Se debe observar que el resto del separador 28, protegido por el electrodo 26, 30 compuesto por carbon, que tiene una temperatura de fusion mas elevada que el separador, protege la porcion de separador situada entre los electrodos e impide que esta porcion vuelva a fundirse, lo cual permite conservar un separador 28 poroso funcional entre los electrodos 31, 33,

- despues, en el caso en el que el apilamiento esta colocado en un conjunto bobinado tal como el de la figura 1, se recorta por ejemplo el apilamiento a la dimension deseada (segun la direccion transversal) y se enrolla la porcion obtenida, para formar una bobina.

Una vez realizado el elemento capacitivo 24, se inserta en la envuelta, se une al cuerpo 12 y a la tapa 18, se une la tapa 18 y el cuerpo 12 y se impregna el conjunto insertando el electrolito en la envuelta. Estas etapas son clasicas y por lo tanto no se detallaran en la presente memoria.

Se describira ahora un elemento capacitivo segun una variante de la invencion, representado en la figura 5. Las referencias en esta figura son las mismas que en la figura 3 para los elementos que son identicos.

En esta variante, los complejos positivo 26 y negativo 30 son identicos a los de la figura 3 y no se detallaran. El separador 28 comprende, no obstante, en sustitucion de las protuberancias 36A, 36B, unas protuberancias 38A, 38B en la porcion del separador 28 situado entre los electrodos 31, 33. Estas protuberancias 38A, 38B se realizan tambien volviendo a fundir el material del separador 28 y no son por lo tanto porosas. Estan encajadas entre los electrodos respectivos 31, 33, de los complejos positivo 26 y negativo 30 y son incluso susceptibles de deformar ligeramente la superficie del electrodo 31, 33. Cuando el separador 28 se calienta, estas protuberancias 38A, 38B permanecen en sus posiciones iniciales debido al encajamiento ejercido sobre estas por los electrodos 31, 33 y ejercen un enclavamiento que impide la retirada del separador 28 en su parte central, situada entre las protuberancias 38A, 38B. Estas protuberancias 38A, 38B se extienden continuamente por toda la dimension del separador.

La presencia de estas protuberancias 38A, 38B (frente a los electrodos 31, 33, y preferentemente cerca de los extremos de estos) permite, por lo tanto, limitar la retirada del separador 28. Tambien se pueden utilizar en combinacion con unas protuberancias tales como las 36A, 36B (realizadas sobre el exterior de los extremos de los electrodos) con el fin de repartir las tensiones sobre el separador 28 en caso de retirada. Se debe observar tambien que la presencia de estas protuberancias 38A, 38b frente a los electrodos 31, 33, no impide la conduccion ionica y el intercambio de iones entre dos electrodos 31, 33 opuestos, ya que el separador 28 se vuelve a fundir solamente localmente. Las partes del separador que no comprenden ninguna protuberancia siguen siendo, por lo tanto, por supuesto porosas.

El modo de realizacion de las protuberancias a partir de un pliegue conduce a unas protuberancias que sobresalen esencialmente sobre una sola cara de los separadores. Segun unas variantes de acuerdo con la invencion, se pueden adaptar los pliegues y/o las modalidades de fusion de la materia para realizar unas protuberancias que sobresalgan de las dos caras principales de los separadores, por lo menos de manera sustancialmente simetrica con respecto al plano medio de los separadores.

Se describira con la ayuda de las figuras 6A a 6E otra variante de un procedimiento de conjunto de almacenamiento de energfa, siendo este conjunto un conjunto tal como el de la figura 2, en el que esta colocado un elemento capacitivo que comprende unas protuberancias extremas tales como las de la figura 3, y unas protuberancias centrales.

Durante una primera etapa representada en la figura 6A, se apila un separador 110 sobre un complejo 106A, estando el separador dispuesto sobre el complejo 106A de manera que sobresalga del electrodo de cada lado de este segun la direccion predeterminada, y presenta unos pliegues 120A, 120B en sus extremos y unos pliegues 122A, 122B en su porcion superpuesta en el electrodo. En estos pliegues, el separador presenta por lo menos

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dos capas superpuestas (en forma de Q para los pliegues 122A, y 122B y en forma de S para los pliegues 120A y 120B).

En una segunda etapa representada en la figura 6B, se calienta el separador 110 a nivel de los pliegues 122A, 122B. Los rodillos 40, 42 se aplican por encima del separador 110 en la direccion de superposicion D de los diferentes elementos, con el fin de calentar localmente este y formar una protuberancia no porosa 138A, 138B en lugar de los pliegues 122A, 122B. La presencia de los pliegues permite facilitar la formacion de las protuberancias aportando un exceso local de material. Se debe observar que se calienta el electrodo en este modo de realizacion pero que la temperature de fusion de este es superior a la temperature de fusion del separador.

Se apila despues un complejo negativo 108A por encima del separador 110A y despues otro separador 110B, que se calienta, etc. hasta formar un apilamiento tal como el representado en la figura 6C. Se desliza despues este apilamiento en una envuelta 102, abierta en sus dos extremos, como se indica en esta figura.

Despues, se cierran los dos extremos de la envuelta de manera que los separadores 110A-110C y el colector de un tipo de complejo (es decir, o bien positivo o bien negativo) este interpuesto entre las porciones de borde de la envuelta 102 en uno de sus extremos. Se comprime asf el conjunto de los separadores 110A, 110B, 110C, de los colectores y del borde de la envuelta 102 calentandolos. Los separadores 110A, 110B, 110C sufren una retirada en sus extremos (poco importante ya que las protuberancias 138a, 138B situadas entre los electrodos mantienen el separador en su sitio en una gran parte de su longitud). Despues se vuelven a fundir localmente en sus extremos para formar una protuberancia respectiva 136A, 136B. Se debe observar que la envuelta 102, realizada en aluminio, y los electrodos 106, 108 no se funden a la temperatura de fusion de los separadores 110A, 110B, 110C. Una vez vueltos a fundir estos separadores 110A, 110B, 110C, se aumenta la temperatura y la presion a nivel de los extremos 103 para termosellar los dos extremos de la envuelta comprimiendo el apilamiento de los colectores y separadores unos contra los otros y se sueldan los diferentes elementos del apilamiento por este medio. Esto se realiza con la ayuda de pares de rodillos referenciados 40A, 40B y 42A, 42b en las figuras 6 adjuntas.

Como se ha indicado anteriormente, segun una caractenstica ventajosa de la presente invencion, el grosor de la protuberancia 36, 38, 136, 138 es por lo menos igual a 1,2 veces el grosor de la zona adyacente del separador 28 exenta de protuberancias, muy preferentemente superior a 1,5 veces el grosor de la zona adyacente del separador sin protuberancia, con el fin de asegurar el efecto de enclavamiento mecanico descrito anteriormente.

Por otra parte, el grosor del separador 28 esta comprendido generalmente entre 5 y 40 micrones, ventajosamente del orden de 30 micrones.

Por supuesto, la invencion no esta limitada a los modos de realizacion descritos anteriormente.

Por ejemplo, el elemento capacitivo puede ser un elemento superpuesto pero dispuesto en una envuelta de tipo diferente al que se ha descrito. Los separadores y/o los colectores no estan obligatoriamente unidos, o no estan obligatoriamente todos unidos con la envuelta en sus extremos.

Las protuberancias pueden estar dispuestas tambien en el separador sobre unas partes de este segun la direccion predeterminada, y no la totalidad de su dimension segun esta direccion. Estan constituidas entonces por una pluralidad de acumulaciones separadas por unas porciones desprovistas de acumulaciones.

La protuberancia tambien puede estar dispuesta en el separador segun mas de una direccion y podna por ejemplo estar dispuesta en zigzag. Este es el caso en particular cuando el separador pertenece a un elemento capacitivo superpuesto.

Como se ha indicado anteriormente, la protuberancia puede estar dispuesta segun por lo menos dos direcciones, siendo cada una normal a la direccion de superposicion.

Segun un modo de realizacion esquematizado en la figura 7, las protuberancias 36 forman un marco continuo que se extiende sobre la totalidad del penmetro de un separador.

Se puede prever tambien que el separador este plegado con el fin de rodear un electrodo y comprende una protuberancia cerca de un extremo mantenido entre un primer y un segundo complejo, y una protuberancia cerca del otro extremo mantenido entre el segundo y un tercer complejo.

Se debe observar tambien que el electrodo puede no ser de una sola pieza con un colector o que un complejo puede comprender solamente un colector y una sola capa de electrodo.

Asimismo, en lo que se refiere al procedimiento, se puede prever que, en el caso de un conjunto bobinado, la etapa de bobinado se efectue antes de la etapa de calentamiento y de formacion de la protuberancia, o que, en

el caso de un conjunto superpuesto, el separador no esta sellado con la envuelta o no comprenda ningun pliegue, por ejemplo.

Un separador colocado en un elemento bobinado puede comprender tambien unas protuberancias en su porcion 5 superpuesta con el electrodo y/o unos pliegues para la formacion de las protuberancias. Asimismo, en un elemento capacitivo superpuesto, el separador puede estar segun una configuracion diferente de las descritas.

Claims (17)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Elemento capacitivo (24; 104) que comprende por lo menos dos complejos (26, 30; 106A, 106B, 108A, 108B), comprendiendo cada complejo por lo menos un electrodo (31, 33), estando los complejos superpuestos, estando un separador (28A, 28B, 28) electricamente aislante, realizado en material plastico, interpuesto entre cada par de complejos, comprendiendo el por lo menos uno de los separadores por lo menos dos protuberancias (36A, 36B ; 38A, 38b ; 136A, 136B, 138A, 138B), estando por lo menos una protuberancia situada cerca de un extremo del separador segun una direccion normal a la direccion de superposicion, estando las protuberancias formadas cada una por una o varias acumulaciones del material plastico del separador refundido, estando dicho elemento capacitivo (24, 104) caracterizado por que el separador (28A, 28B, 28) esta realizado en un material plastico poroso, y por que por lo menos una de las protuberancias (36A, 36B, 38A, 38B; 136A, 136B, 138A, 138B) se extiende esencialmente segun toda una dimension del separador.
2. 2. Elemento capacitivo segun la reivindicacion anterior, en el que por lo menos una de las protuberancias (36A, 36B; 136A, 136B), en particular dos, se extiende en por lo menos uno, en particular en cada uno, de los extremos del separador, segun por lo menos una direccion predeterminada, normal a la direccion de superposicion, siendo el separador de dimension superior a los electrodos segun dicha o dichas direcciones predeterminadas, de manera que dicha o dichas protuberancias sobresalgan de los dos electrodos segun estas direcciones.
3. 3. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una de las protuberancias (38A, 38B; 138A, 138B) esta dispuesta en la porcion del separador superpuesta a uno por lo menos de los electrodos.
4. 4. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el separador comprende ademas por lo menos una protuberancia que se extiende en una porcion denominada central del separador, alejada de sus extremos.
5. 5. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos una de las protuberancias (36A, 36B) esta dispuesta segun por lo menos dos direcciones, siendo cada una normal a la direccion de superposicion.
6. 6. Elemento capacitivo segun la reivindicacion anterior, en el que por lo menos una parte de las protuberancias forma un marco continuo sobre el penmetro de dicho o de por lo menos uno de dichos separadores.
7. 7. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los complejos (26, 30) y el o los separadores (28A, 28B) una vez apilados se enrollan unos sobre los otros.
8. 8. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende por lo menos tres complejos (106A, 106B, 108A, 108B) apilados y unidos en serie.
9. 9. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos un complejo (26, 30; 106A, 106B, 108A, 108B) comprende un colector de corriente metalico (32, 34) de una sola pieza con el electrodo (31, 33).
10. 10. Elemento capacitivo segun la reivindicacion anterior, en el que dicho o por lo menos uno de dichos complejos (26, 30; 106A, 106B, 108A, 108B) comprende de una sola pieza dos electrodos (31, 33) y un colector de corriente (32, 34) situado entre los dos electrodos del complejo.
11. 11. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el o por lo menos uno de los separadores (28A, 28B, 28; 110A-110C) esta realizado, por lo menos parcialmente, en polipropileno.
12. 12. Elemento capacitivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el grosor de la protuberancia (36a, 36B; 38A, 38B; 136A, 136B, 138A, 138B) es por lo menos igual a 1,2 veces el grosor de la zona adyacente del separador (28A, 28B, 28) exenta de protuberancias, muy preferentemente superior a 1,5 veces el grosor de la zona adyacente del separador exenta de protuberancias.
13. 13. Conjunto de almacenamiento de energfa (10; 100), que comprende por lo menos un elemento capacitivo (24; 104) segun una de las reivindicaciones anteriores.
14. 14. Conjunto segun la reivindicacion anterior, que constituye una supercapacidad.
15. 15. Procedimiento de fabricacion de un elemento capacitivo (24; 104) segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que comprende las etapas siguientes:

    - se superpone por lo menos un complejo (26, 30; 106A, 106B, 108A, 108B) que comprende por lo menos un electrodo (31,33), y por lo menos un separador (28, 28A, 28B; 110A-110C) electricamente aislante, de

    10

    15

    material plastico poroso, estando el separador dispuesto de manera que presente por lo menos un pliegue (120A, 120B; 122A, 122B),

    - se calienta localmente dicho o por lo menos uno de dichos separadores (28, 28A, 28B; 110A-110C) en por lo menos dos zonas distintas que comprenden este pliegue, situadas cerca de los extremos del separador segun una direccion normal a la direccion de superposicion, de manera que el material plastico se funda localmente y constituya una o varias acumulaciones que forman una protuberancia (36A, 36B, 38A, 38B; 136A, 136B, 138A, 138B), en cada una de las zonas.
16. 16. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, en el que se dimensiona el separador (28, 28A, 28B, 110A- 110C) de manera que su longitud segun la direccion predeterminada sea por lo menos un 3% superior a la longitud del electrodo del complejo, en particular entre el 3 y el 10% superior antes de la etapa de calentamiento.
17. 17. Procedimiento segun la reivindicacion 15 o 16, en el que se colocan los complejos (106A, 106B, 108A, 108B) y separadores (110A-110B) apilados en una envuelta (102) y se acercan unas porciones de bordes de la envuelta a por lo menos uno de sus extremos (103) con interposicion del o de por lo menos uno de los separadores y se unen sus bordes por termosellado, correspondiendo la etapa de termosellado a la etapa de calentamiento de dicho o dichos separadores para formar las protuberancias cerca de sus extremos.