ITMI952602A1 - Composti fluorurati per accumulatori elettrici - Google Patents
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Abstract
La presente invenzione si riferisce a composti tensioattivi fluorurati di formula generale RFRF1QZY che permettono di migliorare le capacità operative degli accumulatori elettrici. I composti dell'invenzione vengono addizionati alle soluzioni elettrolitiche acide o basiche o alternativamente vengono applicati direttamente alle piastre elettrodiche, permettendo di migliorare la densità di energia e di potenza degli accumulatori.
Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a composti fluorurati per accumulatori elettrici.
In particolare la presente invenzione si riferisce ad una classe di composti fluorurati che addizionati ai liquidi elettrolitici o applicati direttamente sulle piastre elettrodiche di accumulatori elettrici, permettono di migliorarne le caratteristiche operative ed elettriche.
Gli accumulatori sono batterie elettriche in cui la funzione di conversione dell'energia chimica in energia elettrica si somma a quella di accumulo dell'energia. Gli accumulatori si dividono in due classi, in base all'elettrolita impiegato che può essere acido o basico.
L'elettrolita acido di impiego più comune è costituito da una soluzione di acido solforico come negli accumulatori al piombo, mentre l'elettrolita alcalino più comune è costituito da una soluzione di KOH.
Sono noti procedimenti per migliorare le caratteristiche elettriche ed operative di batterie di accumulatori al piombo diminuendo l'energia superficiale delle piastre. In conformità con questi procedimenti, la diminuzione dell'energia superficiale delle piastre è provocata dal miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento mediante aggiunte di opportuni agenti che impediscono la formazione di cristalli di grosse dimensioni sulla superficie delle piastre e l’inspessimento del rivestimento isolante di solfato di piombo.
Queste caratteristiche vengono realizzate mediante l'addizione di composizioni a base di ammonio oligonaftolo solfoacido, da solo o in miscela con lignosolfoacidi, o di miscele a base di BaSO4 con solfato lignina (SU AC N. 1108980, 1132754, 15194479, 157862).
L'incorporazione negli elettroliti dei composti descritti nei sopraddetti brevetti permette la diminuzione dell'energia superficiale a valori non inferiori a 30 mV/m e permette un aumento della capacità delle piastre non superiore all'1,5%.
E' inoltre noto dal brevetto russo SU AC 1688759 un procedimento per aumentare l'attività delle piastre superficiali introducendo alcool fluorurato (HCF2CF2CH2OH in una quantità dell'1-2% in peso) nel contenuto della massa attiva dell'anodo.
Il brevetto giapponese N. 63245260, (domanda 294254, del 29.09.88) descrive un procedimento per diminuire l’auto-scarica di accumulatori mediante l'introduzione nella loro struttura di feltrini di vetro impregnati di olio, posti ad entrambi i lati lungo il setto separatore.
Questo procedimento presenta lo svantaggio di comportare un deterioramento delle caratteristiche di peso e volume dell'accumulatore stesso.
Sono inoltre noti procedimenti per diminuire la velocità di generazione di idrogeno durante la carica e lo stoccaggio di accumulatori, che prevedono aggiunte di composizioni a base di α-naftolo, alchil-fenoli o acido α-ossi naftolo (Dajasan ...).
Queste aggiunte presentano l'inconveniente di essere suscettibili ad un intenso processo di ossidazione che provoca la formazione di una massa gommosa nell'elettrolita e la netta riduzione del tempo di funzionamento.
Uno scopo generale del presente trovato consiste nell'evitare o nell’attenuare sostanzialmente gli inconvenienti precedentemente lamentati.
Uno degli scopi precipui della presente invenzione consiste nel fornire composti che permettano di incrementare le caratteristiche operative delle sorgenti chimiche di corrente.
Un altro scopo consiste nel fornire un metodo che permetta di aumentare le caratteristiche elettriche degli accumulatori elettrici alcalini o acidi.
Un altro scopo ancora consiste nel fornire composti compatibili con gli elettroliti delle batterie elettriche e che permettano di migliorare il funzionamento delle batterie e di incrementarne il tempo di funzionamento.
Non ultimo scopo consiste nel provvedere composti che permettano di migliorare le caratteristiche elettriche degli accumulatori al piombo.
Alla luce di questi scopi e di altri ancora che appariranno più evidenti in seguito, viene fornito in accordo con l'invenzione un composto di formula (I):
in cui
RF è un poliiluorocarburo CTFW in cui
T è preferibilmente compreso tra 1 e 12 e W è preferibilmente compreso tra 3 e 25 e loro miscele;
in cui n è preferibilmente compreso tra 1 e 50,
m è preferibilmente 1 o 2,
X è scelto tra -F, -CF3;
Q è scelto tra -CO, -S02;
Z è scelto tra
in cui RH è C2H40H, O è assente,
in cui m' è preferibilmente compreso tra 1 e 20, quando Y è
assente
-OH;
Y è scelto tra
-è assente.
I composti dell'invenzione in cui Y è scelto tra -CH2C00, -CH2CH2C00 -CH2CH2CH2S03 , sono vantaggiosamente utilizzabili per gli accumulatori elettrici con elettroliti acidi, mentre i composti in cui Y è scelto tra -OLi, -ONa, -0K, -0)2Ca o in cui è assente, sono vantaggiosamente utilizzabili per gli accumulatori con elettroliti basici.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i composti di formula (I) vengono addizionati alle soluzioni elettrolitiche degli accumulatori elettrici, in un quantitativo compreso tra 0,005 e 2% in peso, più preferibilmente compreso tra 0,01-0,5% in peso.
L'aggiunta alle soluzioni elettrolitiche dei composti dell'invenzione permette di migliorare le capacità elettriche ed operative degli accumulatori, prolungandone nel contempo il tempo di funzionamento.
I composti dell'invenzione sono composti tensioattivi fluorurati, denominati derivati perfluoroalchilcarbo o solfo acidi (perfluoro-ossialchilsolfo o carbo-acidi).
I composti fluorurati di formula (I) hanno caratteristiche chimicofisiche come l'elevata stabilità nei confronti dell'ossidazione e dell'idrolisi, una buona solubilità nelle soluzioni elettrolitiche, che li rendono particolarmente utili come agenti additivi per gli elettroliti acidi o basici, delle batterie elettriche.
I Richiedenti della presente domanda di brevetto hanno verificato che i composti precedentemente descritti, addizionati agli elettroliti, rimangono attivi per tutto il tempo di funzionamento delle batterie elettriche, batterie di accumulatori e accumulatori secondari.
L'uso dei composti fluorurati di formula (I) come agenti additivi per soluzioni elettrolitiche di batterie elettriche incrementa i tempi di scarica, permette di raggiungere un'elevata tensione di carica finale dell'accumulatore e permette una diminuzione della generazione di ioni idrogeno, senza sopprimere l'interazione della piastra negativa con l'elettrolita durante l'immagazzinamento dell'accumulatore in condizioni di carica. L'utilizzo dei composti dell'invenzione è indicato per batterie elettriche di svariato tipo, allorquando si richiedono numerosi cicli, come nei mezzi di trasporto, nei locomotori, negli impianti telefonici, in impianti industriali fissi e di emergenza, in sommergibili, in strumenti scientifici e militari.
Secondo un altro aspetto la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per migliorare le caratteristiche elettriche ed operative di batterie elettriche ed in particolare di accumulatori al piombo, comprendente l'applicazione di un composto di formula (I) alle piastre elettrolitiche delle batterie.
I composti di formula (I) vengono applicati sulle piastre o direttamente o previa miscelazione con un elettrolita.
Secondo una forma di realizzazione del processo dell'invenzione le piastre elettrolitiche vengono trattate mediante immersione in un elettrolita comprendente un composto di formula (I), preferibilmente presente in un quantitativo compreso tra 0,01-0,5% in peso.
Le piastre sottoposte a saponificazione vengono successivamente asciugate in corrente d'aria o mediante riscaldamento e assemblate negli accumulatori.
In accordo con un'altra forma di realizzazione del processo dell'invenzione, le piastre elettrolitiche vengono trattate quando sono già state inserite all'interno della struttura della batteria, mediante aggiunta di una soluzione elettrolitica comprendente il composto di formula (I).
La realizzazione del metodo dell'invenzione permette di incrementare la capacità elettriche delle piastre trattate.
Secondo un altro aspetto la presente invenzione si riferisce ad una composizione per accumulatori elettrici comprendente un composto di formula (I) precedentemente descritto in associazione con un elettrolita per accumulatori. Le composizioni dell'invenzione comprendono vantaggiosamente i composti di formula (I) in un quantitativo compreso tra 0,005 e 2% in peso, più preferibilmente tra 0,01-0,5% in peso. Le composizioni dell'invenzione migliorano la tensione finale e la velocità di carica delle batterie elettriche.
Nelle composizioni dell'invenzione l'elettrolita assolve contemporaneamente sia la funzione di soluzione conducente degli ioni, sia la funzione di liquido veicolante/diluente dei composti di formula (I).
Gli elettroliti delle composizioni dell'invenzione possono essere sia di tipo acido come ad esempio soluzioni di acido solforico, sia di tipo basico, come ad esempio soluzioni di idrossido di potassio.
I richiedenti della presente domanda di brevetto hanno verificato che l’utilizzo dei composti tensioattivi fluorurati dell'invenzione aumenta la sovrasollecitazione della generazione di idrogeno sul piombo, producendo un'agitazione del rivestimento di solfato formato, limitandone la riformazione.
Le composizioni dell'invenzione permettono di ottenere valori più elevati di alcuni parametri caratteristici delle batterie, rispetto ai valori ottenuti con l'utilizzo di soluzioni elettrolitiche della tecnica nota. In particolare sono stati evidenziati incrementi nella:
-forza motrice: si sono registrati valori più elevati e costanti nel tempo, -capacità: si ottiene una maggiore quantità di elettricità (Ah) ricavabile dall'accumulatore,
-curva di carica/carica; si ottiene una carica rapida, senza richiedere tensioni troppo differenti dalla forza elettromotrice della batteria, -limitazione dello sviluppo di reazioni parassite, come lo sviluppo di gas (in particolare durante la ricarica) che usualmente consumano elevate quantità di elettricità,
-autoscarica che risulta limitata (confr. dati nella colonna V della Tabella 2), con conseguente aumento della durata della batteria. In particolare, il fenomeno di degradazione dell'accumulatore, che si può verificare nel periodo di immagazzinamento o di non erogazione e che comporta una perdita di capacità ed una diminuzione della f.e.m. dell'accumulatore, è risultato limitato di circa tre volte,
-cicli realizzabili (carica e scarica),
-densità di energia e di potenza elevate. (Questi parametri specifici dell'energia e della potenza dell'accumulatore, sono riferiti al peso e al volume e vengono usualmente espressi rispettivamente in Wh/kg o Wh/dm3 e W/kg o W/dm3).
La Tabella 1 qui di seguito, riporta alcuni esempi dei composti in accordo con la presente invenzione, identificandoli con una numerazione crescente.
Le Tabelle 2 e 3 riportano un confronto tra i valori di alcuni parametri elettrici ed operativi relativi ed un elettrolitica acido a base di H2SO4 al 40% (+ -senza aggiunta) di tipo noto e allo stesso elettrolita, in associazione con i composti elencati in Tabella 1 (++ -con aggiunta) e contraddistinti dalla stessa numerazione.
Dalla lettura dei risultati appare evidente come i valori dei parametri riferentisi alle composizioni della presente invenzione siano più favorevoli rispetto a quelli degli elettroliti noti.
I seguenti esempi vengono forniti a solo scopo illustrativo della presente invenzione e non devono essere intesi in senso limitativo dell'ambito dell'invenzione, quale risulta definito dalle accluse rivendicazioni.
ESEMPIO 1
Processo di trattamento delle piastre di batterie secondarie al piombo (elettrolita acido).
Il processo consta di una fase preliminare di preparazione di tipo noto ed una seconda fase che prevede il trattamento in accordo con l'invenzione.
Per la realizzazione del processo sono state utilizzate piastre elettrolitiche costituite da griglie supportanti i materiali attivi elettrodici. Le griglie presentano un telaio in lega di piombo incorporante quantitativi minimi di antimonio, arsenico, stagno e calcio o litio. Una massa pastosa, previamente preparata secondo tecniche ben note a coloro che sono esperti nel ramo della tecnica, viene depositata sulla griglia, a formare la piastra. La piastra vine quindi attivata per elettrolisi, che porta alla formazione di PbO2 sull'elettrodo positivo e di piombo spugnoso sull'elettrodo negativo.
Successivamente le piastre vengono imbibite in una soluzione elettrolitica di acido solforico al 30% in peso, contenente un composto tensioattivo fluorurato di formula allo
0,1% in peso, lasciando a bagno in vasche per 15 minuti. Nella fase seguente le piastre trattate vengono tolte dal bagno tensioattivo ed asciugate a mezzo di una corrente d'aria prodotta da una ventola. Le piastre asciugate sono quindi pronte per essere riunite insieme nella batteria, separate da diaframmi a base di plastica porosa o fibre di vetro.
ESEMPIO 2
Composizione elettrolitica per accumulatori elettrici.
Soluzione elettrolitica a base di KOH al 40% 99,5% Tensioattivo fluorurato in forma liquida 0,5%
ESEMPIO 3
Composizione elettrolitica per accumulatori elettrici.
Soluzione elettrolitica a base di H2SO4 al 30% 99,9% Composto di formula CF3S020li 0,1%
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Composto di formula (I): (I) in cui RF è un poliiluorocarburo CTFW in cui T è compreso tra 1 e 12 e W è compreso tra 3 e 25 e loro miscele; Rp1 è in cui n è compreso tra 1 e 50, m è 1 o 2, X è scelto tra Q è scelto tra Z è scelto tra in cui o è assente, in cui m' è compreso tra 1 e 20, quando Y è assente -OH; Y è scelto tra -è assente.
- 2. Composizione elettrolitica per accumulatori elettrici comprendente un elettrolita ed un composto di formula (I) secondo la rivendicazione 1.
- 3. Composizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elettrolita è un elettrolita acido e detto composto di formula (I) è in cui Rp è un poliiluorocarburo C^Fy in cui T è compreso tra 1 e 12 e W è compreso tra 3 e 25 e loro miscele; n cui n è compreso tra 1 e 50, m è 1 o 2, 3 Q è scelto tra Z è scelto tra in cui RJJ è C2H4OH, o è assente, in cui in' è compreso tra 1 e 20 , quando Y è assente -OH; Y è scelto tra o è assente.
- 4. Composizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elettrolita è un elettrolita basico e detto composto di formula (I) è in cui Rp.è un poliiluorocarburo C^Fy in cui T è compreso tra 1 e 12 e W è compreso tra 3 e 25 e loro miscele; Rp∑ è in cui n è compreso tra 1 e 50, m è 1 o 2, X è scelto tra Q è scelto tra -CO, -S02; Z è scelto tra in cui o è assente, in cui m' è compreso tra 1 e 20, quando Y è assente -OH; Y è scelto tra OLÌ, ONa, OK, 0)2Ca, oppure è assente.
- 5. Composizione secondo una o più delle rivendicazioni 2-4, caratterizzata dal fatto che detto composto di formula (I) è presente in un quantitativo compreso tra 0,005 e 2% in peso.
- 6. Composizione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata da fatto che detto quantitativo è compreso tra 0,01 e 0,5% in peso.
- 7. Uso per migliorare le capacità operative di accumulatori elettrici di un composto di formula (I) secondo la rivendicazione 1.
- 8. Uso secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto composto di formula (I) è additivato ad un elettrolita per accumulatori elettrici.
- 9. Processo per migliorare le capacità operative di accumulatori elettrici comprendente l'applicare un composto di formula (I) secondo la rivendicazione 1 alle piastre elettrolitiche delle batterie.
- 10. Processo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta applicazione avviene per immersione delle piastre elettrolitiche in un bagno di una soluzione comprendente un elettrolita ed un composto di formula (I).
- 11. Processo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detto composto di formula (I) ha una concentrazione compresa tra 0,01 e 0,5% in peso.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 0001 | Granted |