HUP2200129A1 - Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására - Google Patents

Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására Download PDF

Info

Publication number
HUP2200129A1
HUP2200129A1 HU2200129A HUP2200129A HUP2200129A1 HU P2200129 A1 HUP2200129 A1 HU P2200129A1 HU 2200129 A HU2200129 A HU 2200129A HU P2200129 A HUP2200129 A HU P2200129A HU P2200129 A1 HUP2200129 A1 HU P2200129A1
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
lead
particles
electrode
size fraction
diameter
Prior art date
Application number
HU2200129A
Other languages
English (en)
Inventor
Gabor Andras Szabo
Slezak Tamas Robert Dr
Original Assignee
Ge Holding Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ge Holding Ltd filed Critical Ge Holding Ltd
Priority to HU2200129A priority Critical patent/HUP2200129A1/hu
Priority to PCT/IB2023/054216 priority patent/WO2023209549A1/en
Publication of HUP2200129A1 publication Critical patent/HUP2200129A1/hu

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0416—Methods of deposition of the material involving impregnation with a solution, dispersion, paste or dry powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H01M4/16—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H01M4/16—Processes of manufacture
    • H01M4/20—Processes of manufacture of pasted electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/56—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of lead
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/68—Selection of materials for use in lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/73—Grids for lead-acid accumulators, e.g. frame plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

Ί'Β' I B?LíI
1449-HU/OM
Elektróda ólomakkumulátorhoz,, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát 5 tartalmaz, valamim eljárás ilyen elektróda előállítására
A találmány tárgya elektróda ólomakkumuiátortioz.
A találmány tárgya még ólomakkumulátor, amely a találmány szerinti elektródát tartalmaz.
A találmány tárgya továbbá eljárás a találmány szerinti elektróda siöá listásam
Az ólmot és annak ötvözeteit a 19. század közepe óta használják akkumulátorokban, mint összetevőt Az ólomakkumulátor, vagy másnéven savas ólomakkumulátor volt az első újratölthető áramforrás, amely kereskedelmi 15 forgalomba került. Olcsó gyámhatóságának köszönhetőn a világon leginkább elterjedt akkumulátor típusának számít, és a belsőégésű motorral szerelt jármüvek indító akkumulátorai szinte kivétel nélkül ólomakkumulátorok.
Az ólomakkumulátorok felépítésüket tekintve viszonylag egyszerűek. Az ólomakkumulátor alap egysége az akkumulátor cella, mely elektrolitba merített 20 legalább két elektródát és azokat körbevevő burkolatot tartalmaz. Az elektrolit általában kénsav (H2SO4) vizes oldata. melyben a villamos töltési pozitív töltésű hidrogén és negatív töltésű szulfát ionok szállítják. Töltött állapotban a negatív elektróda (anéd) aktív anyaga a fém ólom (Pb).. míg a pozitív elektródáé (katóti) az ólom-dioxid (PPO2). Terheléskor (kisülés) az ólomakkumulátor forrásként működik.
Az elektrolitban ionok, az elektródákon és a fogyasztón pedig elektronok rendezett mozgása, azaz áram jelenik meg. Kisüléskor minőkéi eiakwóda aktív anyaga fokozatosan ólomszulfáttá (PbSO4) alakul, az elektrolit töménysége pedig lecsökken. Az akkumulátor töltése során az anódon az ólomszuffát visszaalakul ólommá, a kátédon pedig élom-dloxiddá.
^ivel a kisülés során kialakuló óiomszulfát térfogata nagyobb, mini az ólomé, illetve ókrorodioxidé, ezért terheléskor az elektródák aktív anyagának térfogata né, töltéskor pedig csökken. A töitésí-kisütésí ciklusok tehát mechanikailag igénybe veszik az elektródákat, lazítva azok szerkezetét Ennek eredményeképpen un. masszahullás következik be, mely csökkenti az ólomakkumulátor tőltéstároíó
olcsóbban előállítható megoldással. A dokumentum szerinti rács anyaga polimer, amelynek anyagi minőségére vonatkozóan mindössze példálózó felsorolással élnek a feltalálók {poiietilén, polipropilén, polísztírol stb.j. Qaímkhani, Muhammad Abd, et al.: The Experimental Analysis od Lead Add Battery by Introducing Graphene and 5 Lead Composite című cikkében őlom-grafén rács elektródok összetételét vizsgálják, amely elektródokat porkohászat!' eljárással készítik. Az eljárás során 1-100 mikrométeres részecskéket használnak, a tömörítési nyomás tartománya kb. 40« 1G00 MPa, míg a szinterezés hőmérséklete 229 *C. A gráfén szemcsék tömegszázaíákos aránya a porkeverékben 0,5-2% közötti. Az eljárás során a porkeverékhez egyéb anyagok, például kötőanyagok is adagolhatók.
A találmány célja olyan, ólomakkumulátorhoz való elektróda és ilyen elektródát tartalmazó ólomakkumulátor létrehozása, amely mentes a technika állása szerinti megoldások hátrányaitól. Felismertük, hegy ezek a célok új anyagok alkalmazásával és az ólomakkumulátorok szerkezeti elemeinek módosításával 15 valósíthatók meg.
A gráfén a szén egy nanoszerkezetü allotrop módosulata, agy egyetlen atom vastagságú réteg melyet méhsejtrácsos elrendezésben álló szénatomok alkotnak. Más megközelítésben tekinthető végtelen kiterjedésű aromás óríásmolekulának is. Előállítása történhet grafit mikromechanikaí hántolásával, 20 például csiszolt szilíciumfelülethez való dörzsöléssel vagy ragasztószalaggal való letépésseí. A letépett grafitrétegre újból ragasztószalagot téve, majd azt lerántva egyre vékonyabb, végül egy atom vastagságú réteg nyerhető. Ezt az eljárást használták eredetileg a később Nobd-dijjal kitüntetett kutatók is. A gráfén számos extrém tulajdonsággal rendelkezik, például az ideális grafénban az elektronok mobilitása meghaladhatja az 1.000.000 cmWs«ot ami mikrométeres méretben már szobahőmérsékleten is veszteségmentes ballisztikus vezetésnek felei meg. Ez azt jelenti, hogy a hibamentes grefénen nem szabadul fel joule-hő, amikor áramot vezet, ellenállása pedig igen csekély, hiszen az elektronok rajta áthaladva alig szenvednek szóródást $0 A polimerek nagy molekulatömegú vegyületek, amelyek nélkül ma nehéz a jelen tudományt és a berendezések gyártását elképzelni. Az olyan polimereket, amelyek makromolekulái többféle monomer egységet tartalmaznak, kopdimereknek nevezik. Megjegyezzük, hogy a továbbiakban a polimer és kopollmer szavakat szinonimaként használjuk, a polimerek többsége megfelelően m m m m m mages hőmérsékleten alakítható és deformálható, de maga a polimer nem változik a molekuláris szinten. A polimerek egy része számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, melyek alkalmassá tószik őket a széleskörű használatra, illetve bizonyos körülmények között akár a fémek kiváltására is. Vannak például ún. hőáltó 5 polimerek, melyekre jellemző, hogy olvadáspontjuk igen magas, meghaladja a 180 vagy akár a 200 Celsius fokot. Az etilén-tetrafluor-etilén kopolimer (ETFE) például nagy korrézióállósággal és szilárdsággal rendelkezik széles hőmérséklettartományban, valamint kiváló elektromos tulajdonságokkal bír. A hőre lágyuló műanyagokhoz hasonlóan jól feldolgozható. Az ETFE kopásállósága, ütésállósága 10 és az ionizáló sugárzással szembeni ellenálló képessége rendkívül jó a ftóorpolimerek között. Mechanikai tulajdonságai hasonlóak a teljesen (borozott polimerekéhez. Lángképződéssel az ETFE eléri az UL V-0 osztályt. - szagtalan és nem mérgező, - kiválóan ellenáll az időjárásnak és az öregedésnek, kivételesen nagy az UV áteresztőképessége, - kiváló dielektromos tulajdonságokkal 15 rendelkezik. Hőállóságát mutatja, hogy elektromos hálózatba kötőit huzal ETFE szigeteléssel ellátva 200 * Cég tartósan használható. Egy harmadik monomer beépítése kémiailag módosított ETFE-í eredményez. Az üvegszállal erősített El ke. keményebb, merevebb és nagyobb szakítószilárdságú, mini a tiszta ETFE. A poll· tetrafluor-etilén (PTFE vagy teflon), szintén fluorpoiimer, amely számos 20 alkalmazásban megtalálható. Az erős szén-fluor kötés jelenlétó kémiailag nagyon ellenállóvá teszi, de jó dielekttomos tulajdonságokkal is rendelkezik, továbbá olvadáspontja még magasabb: * 330 Celsius fok.
Felismertük, hogy amennyiben az elektródák belsejét höáiló polimerből készült szerkezeti hordozó ráccsal váltjuk ki és az aktív anyagot a hordozó rács 25 bevonati rétegében biztosttjuk, úgy az elektródák tömege, ezáltal pedig a teljes ólomakkumulátor tömege jelentősen csökkenthető.
Felismertük ugyanakkor, hogy a polimer szerkezeti hordozó rács alkalmazása nem csak a tömeget csökkenti, hanem egyúttal az elektróda aktív anyagmennyiségét és száltól az ólomakkumulátor kapacitását is.
Felismerésünkhöz tartozik továbbá, hogy ha az elektródé polimer hordozó rácsot borító aktív anyagába tartód esetén ólomhoz, Katód esetén ótóm-dloxidhoz) homogén módon gráfén szemcséket ágyazunk, úgy az ólomakkumulátor kapacitása növelhető, belső ellenállása jelentősen (akár felére) csökkenthető, és az elektródák vezetőképessége és mechanikai ellenáílóképessége fokozható.
Problémát jelent azonban, hogy alapból a gráfén és az elektróda aktív anyaga (álom vagy óiormömxid) közötti effektiv érintkezési felület kicsi, ami negatívan befolyásolja az elektromos kapacitást, illetve a gráfén és az ólom közti nagy fsisúly-különbség miatt nehéz homogén keveréket létrehozni belőlük. Felismertük, hagy megfelelő 5 méretű gráfén szemcsék és megfelelő méretű ólom (vagy ólom-oxid) szemcsék megfelelő koncentrációban történő felhasználásával a szemcsék terkítöitésa, ezáltal pedig a gráfén és az álom (vagy ólom~oxíd) szemcsék közötti érintkezési felület növelhető.
Felismertük továbbá, hoov amennyiben a megfelelő szemesemére^ gráfén 10 és aktív anvag keverékét oorkohászati eljárással mozi ti ük a polimer hordozó rácsra, úgy a gráfén és az álom (vagy öíom-oxid) szemcsék közötti érintkezési felület még nagyobb lesz, és az ólomakkumulátor kapacitása még tovább növelhető. Felismertük, hogy a porkohászai eljárásokkal lehetőség van olyan anyagok keverésére is, amelyek normál ötvözéssel és más eljárásokkal nem elegyíthetök, 15 így például a grafént az álommal vagy ólom-dioxiddal is lehet keverni. Emellett a porkohászat! eljárásnak köszönhetően, a polimer rácsra rögzített, gráfén tartalmú bevonati réteg mechanikai tulajdonságai is kimagaslóan jők lesznek, mivel a gráfén lényegében akadályozza az elektródák térfogatváltozásait, így nem engedi. hogy az elektróda a kisötés során annyira kitáguljcm, hogy eltöriön. A találmány szerinti 20 elektródák így több toiíési-'kisütési ciklust képesek elviselni.
A feladatot a találmány értelmében az 1. igénypont szerinti elektróda.
A találmány lényege, hogy ez elektróda beálló polimertől készült szerkezeti hordozo rácsot, valamint annak felületére felvitt bevonati réteget tartalmaz, amely bevonati réteg anöd esetén gráfén szemcsék és ólom szemcsék, katód esetén gráfén szemcsék és ólom-dioxid szemcsék keverékét tartalmazza. A találmány szerinti bevonati rétegben a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 VA/% és amely
vastagsága előnyösen 1,9-2,1 mm, a politetraftuoretilén bevonat vastagsága pedig előnyösen 0,3-0,5 mm. A 20 hordozó rács adott esetben természetesen más höálló polimerből, vagy polimerekből, például egyéb Ouc^opolimerekből is kialakítható. A 20 hordozó rács szerkezeti stabilitása és mechanikai hatásokkal szembeni 5 ellenállőképessége a 20 hordozó rács polimer anyagához kevert erősítő szálakkal például üvegszállal növelhető. Egy lehetséges kiviteli alaknál ezért a 20 hordozd rácsban az etilén-tetrafloör-etilén üvegszállal van erősítve.
A 20 hordozó rács egy lehetséges kiviteli alakja a 2. ábrán látható, melynél a 20 hordozó rács áttört, vagyis “lyukakat tartalmazó négyszőgrácsként van 10 kialakítva. A négyszögrács áttörései előnyösen 3mm magas és 4 mm széles négyszögek, de természetesen az áttörések adott esetben más méretűek, illetve négyszögtől eltérő alakúak is lehetnek.. Megegyezzük, hogy jelen leírás kontextusában a rács fogalmát tágan értelmezzük, és nem feltétlenül négyszögrácsot értünk alatta, sőt, a 20 hordozó rácsnak nem kell feltétlenül 15 áttörtnek lennie, vagyis a találmány értelmében rácsnak tekintjük például a bordázott felületű síklapot, lemezt is.
A találmány szerinti 10a, 10b elektróda hőállö polimerből készült 20 hordozd rácsa 30 bevonati réteggel van ellátva. A 10a, 10b elektróda polaritásától függően a 30 bevonati réteg összetétele más, az alábbiak szerint
A negatív 10a elakirőda (kátéd) 30a bevonati rétege gráfén szemcsék és ólom szemcsék keverékét tartalmazza, amely 30a bevonati rétegben a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 V/V% és amely gráfén szemcsék átmérője 20-40 pm közötti, és amely ólom szemcsék legalább kétféle, egy első és egy második méretfrakcióba tartoznak, ahol az első méretfmkciő ólom szemcséinek átmérője 2025 40 pm közötti a második méretfrakcró ólom szemcséinek átmérője pedig 60-80 pm közötti. Megjegyezzük, hogy a 30a bevonati réteg adott esetben olyan ólom szemcséket is tartalmazhat, melyek méretüknél fogva nem esnek bele sem az első, sem a második mémtfrakclóba. Egy előnyös kiviteli alaknál azonban a 30a bevonati réteg ólom szemcséit pontosan kétféle méretfrakció alkotja, ahol az első 30 méretfrakció ólom szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második méretfrakció ólom szemcséinek átmérője pedig 60-60 pm közötti. Vagyis ennél a kiviteli alaknál a 30a bevonati réteg ólom szemcséi vagy az alsó, vagy a második méretfmkclóba tartozik. Egy különösen előnyös kiviteli alaknál az ólom szemcsék lényegében gömb re te te •te alakúak.
A pozitív 10b elektróda (anéd) 30b bevonati rétege gráfén szemcsék és ólom-dloxld szemcsék keverékét tartalmazza.. arnaly 30b bevonati rétegben a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 VA/% és amely gráfén szemesek átmérője 6 20-40 pm közötti. Az ólom-díoxld szemcsék legalább kétféle, egy also és agy második méretfrakcióba tartoznak, ahol az első méretfrakció öiom-dscxid szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második mémtfrakció ólom-díoxid szemcséinek átmérője pádig 60-80 urn közötti. Megjegyezzük, hogy a 30b bevonat: réteg adott esetben olyan ólom-díoxíd szemcséket is tartalmazhat, melyek. 10 méretüknél fogva nem esnek bele sem az első, sem a második méretfrakcióba. Egy előnyös kAiteíi alaknál azonban a 30b bevonati réteg ólom-dioxid szemcséit pontosan kétféle méretfrakció alkotja, ahol az első méretfrekcíó óíom-dloxid szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második méretfrakciő ölom-dioxid szemcséinek átmérője pedsg 60-80 pm közötti. Vagyis ennél a kiviteli alaknál a 30b 15 bevonati réteg óiom-dioxid szemcséi vagy az első, vagy a második méretfrakcíóba tartozik. Egy különösen előnyös kiviteli alaknál az óiom-dioxid szemcsék lényegében gömb alakúak.
A találmány szerinti 30 bevonati réteg a 20 hordozó rács felületére van felhordva és rögzítve a később részletezett módon, vagyis a 20 hordozó rács be 20 van vonva a 30 bevonati réteggel. A 30 bevonati réteg vastagsága előnyösen 0,91,1 mm közötti.
A találmány tárgya még 100 ólomakkumulátor, amely e találmány szerinti 10a, 10b elektródát tartalmaz. A 100 ólomakkumulátor sematikus metszeti rajza a 3. ébrén látható. A 100 óiumakkumulátor a 10a, 10b elektródákon kívül szokásos 25 alkatrészeket, úgymint 110 elektrolitot, például hígított kénsavat és a 10a, 10b elektródákat magában foglaló 120 házat, illetve a 10a, 10b elektródákkal összekapcsolt negatív és pozitív 130a, 130b pólusokat tartalmaz, ahogy az a szakember számára ismeretes.. Megjegyezzük, hogy a hagyományos katódokhoz és anódokhoz hasonlóan, több, találmány szerinti negatív 10a elektródából negatív 30 cella, több pozitív 10b elektródából pedig pozitív cella készíthető (ábrákon nincs feltüntetve). Az energiasürüség növelése érdekében a találmány szerinti 100 ólomakkumulátor előnyösen több ilyen negatív és pozitív cellát tartalmaz.
A találmány tárgya még eljárás a találmány szerinti 10a, 10b elektróda előállítására Az eljárás első lépégében a fent már bemutatott, hőálló polimerből készült szerkezeti 20 hordozó rácsot biztosítunk. Egy előnyős kiviteli alaknál a 20 hordozó rácsot mindkét 10a.. 10b elektróda esetén ETFE polimerből készítjük, amit bevonunk teflonnal Az ETFE rács áttört négyszögráosként van kialakítva, melynek 5 vastagságát 1,9-2,1 mm, a teflon bevonat vastagságát pedig 0,3-0,5 mm közőttinek választjuk. A 20 hordozó rács felületére az előállítani kívánt 10a, 10b elektróda polaritásától függően 30a, 30b bevonati rétegei viszünk fel az alábbiak szerint.
A negatív 10a elektróda 30a bevonati rétegének előállításához gráfén szemcsékből ólom szemcsék hozzáadásával homogén porkeveréket készítünk, 10 amely porkeverékisen a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 V7V% és amely gráfén szemcsék átmérője 20-40 um közötti és amely óiörri szemcséket legalább kétféle, egy első és egy második méretfrakcíó alkotja, ahol az első méretfrakdő szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második méretfrakció szemcséinek átmérője pedig 60-80 pm közötti. Egy különösen előnyös kiviteli példánál az ólom 15 szemcséket önmagában ismert porlasztással állítjuk elő, ezáltal lényegében gömb alakú ólom szemcséket hozunk létre. A gömb alakú ólom szemcsék térkítöltése kiváló, Így az ölöm szemcsék és a gráfén szemcsék közötti érintkezési felület nagy, ami a kétféle mératfrakcióvaí tovább növelhető. .Megjegyezzük, hogy az ólom szemcsék adott esetben más eljárással, például mechanikus aprítással. 20 forgácsolással, illetve örvényáramú melómban történő aprítással is létrehozhatók, ahogy az a szakember számára ismeretes. Az így létrejövő, különböző átmérőjű ólom szemcsékből a találmány szerinti méretfrakciókat ismert módon, például szitasorokkal vagy iégszeparátorokkai történő osztályozással állítjuk elő, melynek során előnyösen semleges vagy redukáló atmoszférát alkaimazunk.. A gráfén 25 szemcséket és a legalább kétféle fenti méretfrakcíóba tartozó ólom szemcséket például keveródóbban keverjük össze egymással. A pozitív 1Gb elektróda 30b bevonati rétegének előállításához gráfén szemcsékből ólom-díoxid szemcsék hozzáadásával homogén porkeveréket készítünk, amely porkeverékben a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 és amely gráfén szemcsék átmérője 20-40 pm 30 közötti és amely ólom-dioxid szemcséket legalább kétféle, egy első és egy második méretfrakciö alkotja, ahol az első méietfmkció szemcséinek átmérője 20-4-0 pm közötti, a második méretfrakció szemcséinek átmérője pádig 60-80 um közötti.
Az eljárás következő lépésében - a 10a, 10b elektróda polaritásától függően ute te te te te te
- a szerkezeti 20 hordozó rácsra legalább egy rétegben felhordjuk. az előbb részletezett, megfelelő összetételű porkeveréket. Egy előnyös kiviteli példánál a felhordást megelőzően, a porkeverékhez kötőanyagot, előnyösen glicerint adunk, mely segíti a porkeverék megtapadását a 20 hordozó rácson. A porkeverék behatol 5 a 20 hordozó rács áttöréseibe, illetve rácsközeibe és kitölti azokat, ily módon folytonos felület jön létre a 20 hordozó rácson.
Ezt követően a porkeveréket porkohászati eljárással rögzítjük a szerkezeti 20 hordozó rácson. A porkohászat a porkeverék sajtolását és hőkezelését (zsugorítását) foglalja magába, ahogy az a szakember számára ismeretes. Egy 10 különösen előnyös kiviteli példánál a porkohászat során a 10a, 10b elektródához használt porkeveréket 345-500 MPa közötti nyomással sajtoljuk a 20 hordozó rácsra. A sajtolási előnyösen mechanikus vagy hidraulikus működtetésű sajtó segítségévei. A sajtolószerszám méretezésekor érdemes figyelembe venni, hogy a sajfoiás után a szemcsék rugalmas visszamgózása következtében módosulhatnak 15 a 10a. 10b elektróda méretei, ezért célszerű ráhagyásukat alkalmazni a sajtolás utáni kalibrálás számára.. Az egyenletes tömörítés érdekében a sajtolási előnyösen kétoldali hideg sajtoiással végezzük.
A porkohászati technológiával előállított 10a. 10b elektródák a végleges tulajdonságukat a sajtolás után következő hőkezelés (zsugorítás) során kapják 20 meg, ezért a sajtolást követően a porkaverékkel bevont 20 hordozó rácsot hőkezeljük. A hőkezelés hőmérsékletének a porkeverék legkisebb olvadásponttal rendelkező komponensének olvadáspontja alatt kell lennie, ahogy az a szakember számára nyilvánvaló. Egy különösen előnyös kiviteli példánál a hőkezelés hőmérséklete az ólom szemcséket tartalmazó perkeverék esetén 210-245 Celsius 25 fok. az ófom-dioxid szemcséket tartalmazó porkeverék esetén pedig 190-220 Celsius fok. A hőkezelés időtartamát előnyösen 0,5-07 óm közöttinek választjuk. A zsugorítás során keletkezhet némi folyékony fázis, és a szemcsék újrakhstályosödással. diffúzióval mintegy átnőnek egymásba, illetve kohéziósán kapcsolódnak egymáshoz. A zsugorítás redukáló atmoszférában történik, hogy 30 elkerüljük a szemcsék oxidálódását. A zsugorítás! művelet révén nő a 10a, 10b elektródák sűrűsége, méreteik csökkennek, fizikai és szilárdsági tulajdonságaik megváltoznak. A saitoiás utáni porózus, törékeny szerkezetből a hőkezelés hatására tömör, fényes, fémes darab keletkezik.
A találmány szerinti 100 ólomakkumulátor összeszerelése a megszokott.
te fe (te tel te te hagyományos módon történik. A találmány szerinti 10a, 10b elektródákat a 110 elektrolitba meri tjük, ahogy az a 3. ábrán megfigyelhető. A felület növelése érdekében egy-egy anód és kátéd helyett, több 10a. illetve 10b elektródát alkalmazunk, ezáltal sokkal nagyobb érintkezési felület jön létre a 10a, 10b 5 elektródák aktív anyaga és a 110 elektrolit között.
Világos, hogy a .szakember által más, az itt bemutatott kiviteli alakokhoz képest alternatív megoldások is elképzelhetőek, amelyek azonban az Igénypontokkal meghatározott oltalmi körön beiül esnek.

Claims (15)

Szabadalmi igénypontok
1. Elektróda (10a, 10b) ólomakkumulátorhoz (100), azzal jellemezve, hogy 5 hóálló polimerből készült szerkezeti hordozó rácsot (20), valamint a hordozó rácsra (20) felvitt bevonati réteget (30. 30a, 30b) tartalmaz, amely bevonati réteg (30, 30a, 30b):
- gráfén szemcsék és ólom szemcsék keverékét tartalmazza, amely bevonati rétegben (30a) a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 W% és amely 10 gráfén szemcsék átmérője 20-40 um közötti, és amely óiom szemcsék legalább kétféle, egy első és egy második méretfrakcióba tartoznak, ahol az. első méretfrakció ólom szemcséinek átmérőié 20-40 pm közötti, a második méretfrakció ólom szemcséinek átmérőié pedig 60-80 pm közötti, vagy
- gráfén szemcsék és ólom-díoxld szemcsék keverékét tartalmazza., amely 16 bevonati rétegben (30b) a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 Wte és amely gráfén szemcsék átmérője 20-40 pm közötti, és amely ófém-díoxid szemcsék legalább kétfelé, egy első és egy második méretfrakcióba tartoznak, ahol az also méretfrakció ólom-dioxíd szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második méretfrakció őlem-dioxíd szemcséinek átmérője pedig 60-00 pm közötti.
2. Az 1. igénypont szerinti elektróda (10a, 10b), azzal Jellemezve, hogy a bevonati réteg (30a) ólom szemcséit kétféle méretfrakció alkotja, ahol az első méretfrakció ólom szemcséinek átmérője 20-40 p.m közötti, a második méretfrakció óiom szemcséinek átmérője pedig 60-80 pm közötti, vagy a bevonati réteg (30b) 25 ólom-díoxíd szemcsék kétféle méretfrakció alkotja, ahol az első méretfrakció ólomdloxid szemcséinek átmérője 20-40 pm közötti, a második méretfrakció óiom-díoxid szemcséinek átmérője pedig 60-80 pm közötti.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti elektróda (10a, 10b), azzal jellemezve, 30 hogy az ölem szemcsék és/vagy az óiom-dioxid szemcsék lényegében gömb alakúak.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti elektróda (10a, 10b), azzal jellemezve, hogy a hordozó rács (20) ftuoropolimerböl előnyösen poiitetratluoretiíénnel bevont etllén-tetrafluor-etílénből készül
5 megelőzően a porkeverékhez a hordozó rácsra (20) történő felhordást segítő kötőanyagot, előnyösen glicerint adunk.
5, A 4. igénypont szánni! elektróda (10a, 10b): azzal jellemezve, hogy az 5 etilénéaóaáuot-efilén üvegszállal van erősítve.
6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti elektróda (10a, 10b), azzal jellemezve, hogy az otiién-ietrafluor-etilén rács vastagsága 1,9-2,1 mm. a politetraHuoretiíén bevonat vastagsága 0,3-0,5 mm, a bevonati réteg (30, 30a, 30b) vastagsága pedig 10 0,9-1,1 mm közötti.
7. Az 1-6, igénypontok bármelyike szerint elektróda (10a, 10b), azzal jellemezve, hogy a hordozó rács (20) áttört négyszögrácsként van kialakítva.
15
8. A 7. igénypont szerinti elektróda (10a, 10b), azzal jellemezve, hogy a négyszögrács áttörései Smm magas és 4 mm széles négyszögek.
9. ólomakkumulátor (100), azzal jellemezve, hogy az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti elektródát (10a, 10b) tartalmaz.
10. Eljárás ólomakkumulátorhoz (100) való elektróda (10a, 10b) előállítására, azzal jellemezve, hogy az eljárás során a következő lépéseket hajtjuk végre:
a) höálló polimerből készült szerkezeti hordozó rácsot (.20) biztosítunk, 2ő b) gráfén szemcsékből ólom vagy óíom-dioxid szemcsék hozzáadásával homogén porkeveréket készítünk, amely porkeverékben a gráfén szemcsék aránya legalább 1,8 V/V% és amely gráfén szemcsék átmérője 20-40 pm közötti, és ameíy ólom vagy éiom-récxid szemcséket legalább kétféle, egy első és agy második méretfrakció alkotja, ahol az első mérotfrakcié szemcséinek átmérője 20-40 μτη 30 közötti, a második méretfrakció szemcséinek átmérője pedig 60-80 pm közötti.
c) a szerkezeti hordozó rácsra (20) legalább egy rétegben felhordjuk a porkeveréket,
d) a porkeveréket porkohászat! aljárásssi rögzítjük a szerkezeti hordozó rácson (20), bevonati réteget (30, 30a; 30b) hozva létre ezáltal a hordozó rácson (20).
Ii.
A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a c) lépést
12. A 10. vagy 11. igénypont szerinti eljárás., azzal jellemezve, hogy a d) lépés során:
13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal Jellemezve, hogy a hőkezelés
16 időtartama 0,5-0.7 óra, a hőkezelés hőmérséklete pedig ólom szemcséket tartalmazó porkeverék esetén 210-245 Celsius fok, óiom-dioxid szemcséket tartalmazó porkeverék esetén pedig 190-220 Celsius fok.
14. A 12. vagy 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a
20 sajtóidét mechanikus vagy hidraulikus működtetésű sajtó segítségévei, kétoldali iK.
15. A 10-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve,
HU2200129A 2022-04-26 2022-04-26 Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására HUP2200129A1 (hu)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU2200129A HUP2200129A1 (hu) 2022-04-26 2022-04-26 Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására
PCT/IB2023/054216 WO2023209549A1 (en) 2022-04-26 2023-04-25 Electrode for lead-acid battery, lead-acid battery comprising such an electrode and method of manufacturing such an electrode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU2200129A HUP2200129A1 (hu) 2022-04-26 2022-04-26 Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására

Publications (1)

Publication Number Publication Date
HUP2200129A1 true HUP2200129A1 (hu) 2023-10-28

Family

ID=89993547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU2200129A HUP2200129A1 (hu) 2022-04-26 2022-04-26 Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására

Country Status (2)

Country Link
HU (1) HUP2200129A1 (hu)
WO (1) WO2023209549A1 (hu)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103814463A (zh) * 2011-05-13 2014-05-21 宾东制造公司 Lpcs形成的复合集电器及其方法
CN109216671B (zh) * 2018-08-07 2021-05-14 南京工业大学 一种三维石墨烯-钛基纤维-铅粉铅酸蓄电池负极板的制备方法
CN112436147B (zh) * 2020-11-20 2022-04-01 安徽省华森电源有限公司 一种铅酸蓄电池铅膏的高温和膏工艺

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023209549A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110073531B (zh) 导电薄片增强、聚合物稳定的电极组合物和制备方法
US7722686B2 (en) Composite electrode and method for fabricating same
US9178222B2 (en) Titanium fuel cell separator
US9093672B2 (en) Titanium fuel cell separator
EP1573836B1 (en) Composite material and current collector for battery
TWI619293B (zh) 電池
TWI775920B (zh) 用於鋰二次電池集電器之銅箔
WO2002021616A1 (fr) Electrode negative pour accumulateur au lithium et procede de production
JP2010114090A (ja) 電気化学的発電装置及びその製造方法
JP6457510B2 (ja) カーボンナノチューブとグラフェンの複合的ナノ構造
JPS6036315A (ja) 二次電池用素子
EP3260579B1 (en) Method for producing nickel alloy porous body
DE102012112186A1 (de) Materialverbund, Verfahren zu dessen Herstellung, daraus hergestelltes System und Anwendung desselben
JP2010536122A (ja) バイポーラー電池用プレートおよびバイポーラー電池
EP3656882A1 (en) Porous metal body and current collector for nickel metal-hydride battery
RU2696596C1 (ru) Анод и сульфидная твердотельная аккумуляторная батарея
US11434547B2 (en) Metal porous material, fuel cell, and method of producing metal porous material
JP6737982B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
HUP2200129A1 (hu) Elektróda ólomakkumulátorhoz, ólomakkumulátor, amely ilyen elektródát tartalmaz, valamint eljárás ilyen elektróda elõállítására
US20220293959A1 (en) Acid battery pasting carrier
US10403902B2 (en) High capacity rechargeable batteries
JP6761899B2 (ja) ＬＩＢ陰極のためのバルブ金属基板上のナノスケール／ナノ構造のＳｉの被覆
KR102422011B1 (ko) 그래핀 셀 및 제조방법
Wang et al. Fabrication and Mechanical Property of Bioinspired Three Dimensional Amorphous Carbon Membrane As Anode in Lithium Ion Battery
DE102004018350B4 (de) Galvanisches Element