MX2012011541A - Dispositivo electroquimicos para su uso en condiciones extremas. - Google Patents

Dispositivo electroquimicos para su uso en condiciones extremas.

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Wenlin Zhang
Catherine Busser
Rick Freker
Arunkumar Tiruvannamalai
Jason Hsu-Feng Cheng
Joseph Ralph Wong
Simon Jones
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Abstract

Un dispositivo electroquímico, como una batería o fuente de energía proporciona una mejora en el rendimiento en condiciones rigurosas o extremas. Dicho dispositivo electroquímico para su uso en condiciones de temperaturas elevadas puede incluir al menos un cátodo, un ánodo a base de litio, un separador y un electrolito líquido iónico. Este dispositivo también puede incluir un toma de corriente y una caja que son electroquímicamente inertes con respecto a otros componentes del dispositivo. Este dispositivo electroquímico puede funcionar a temperaturas que oscilan entre 0 y 180, 200, 220, 240 y 260 °C.

Description

DISPOSITIVOS ELECTROQUÍMICOS PARA SU USO EN CONDICIONES EXTREMAS REFERENCIA CRUZADA A LA SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unidos No. 61/321,309, presentada el 06 de abril de 2010, titulada "Fuentes de energía y métodos para proporcionar energía a un dispositivo", que se incorpora en la presente a modo de referencia en su totalidad, según el artículo 119(e) del título 35 del Código de los Estados Unidos.
CAMPO DE LA INVENCIÓN La divulgación se refiere de forma general a dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en corriente electroquímica, y más específicamente, a un dispositivo electroquímico que puede emplearse en condiciones extremas.
ANTECEDENTES La creciente demanda de energía en todo el mundo así como el agotamiento de los depósitos de yacimientos petrolíferos a los que se puede acceder más fácilmente ha fomentado la exploración de ambientes más rigurosos o extremos, como el agua profunda, y actualmente se realiza la perforación para la extracción de energía geotérmica. Estos ambientes rigurosos generalmente implican condiciones de presión alta y/o temperatura elevada. Estas condiciones de presión alta y/o temperatura elevada habitualmente imponen exigencias más rigurosas para los dispositivos que impulsan al equipamiento en el fondo del pozo. En el pasado, las baterías de cloruro de litio-tionilo (LÍSOCI2) fueron una fuente de energía utilizada ampliamente en la exploración de pozos de yacimientos petrolíferos. No obstante, las baterías de LÍS0C12 son intrínsecamente inestables a temperaturas elevadas dada la baja temperatura de fusión del litio, y estas propiedades físicas tienden a limitar la temperatura operacional de las baterías de LÍSOCI2 hasta un máximo de 200°C. El hecho de superar estos límites con una batería de LÍSOCI2 puede resultar en un mal funcionamiento, rendimiento y degradación de la batería así como en una posible explosión de la batería.
SUMARIO Las realizaciones de la presente divulgación generalmente proporcionan un dispositivo electroquímico para su uso en condiciones de temperatura elevada, donde el dispositivo comprende al menos un cátodo, un ánodo a base de litio, un electrolito liquido iónico, y un separador, donde el dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 0 y 180, 200, 220, 240, o 260°C. El cátodo puede ser carbono fluorado que tiene la fórmula CFX donde x se encuentra en el intervalo de 0,3 a 1. El carbono fluorado puede formarse sin tensioactivos . De forma alternativa, el cátodo puede estar compuesto por Mn02 o FeS2. El ánodo a base de litio puede seleccionarse del grupo que consiste en litio, una aleación binaria que presenta la fórmula LixMy, una aleación binaria que presenta la fórmula Lix_iMx, y una aleación en lingote de Li-B-Mg o Li-Mg-xM, donde M es magnesio, silicio, aluminio, estaño, boro, calcio o sus combinaciones. El electrolito liquido iónico puede formarse mediante la disolución de una sal de litio en un liquido iónico que se selecciona del grupo que comprende EMI, MPP, BMP, BTMA, DEMMoEA, un electrolito híbrido y sus mezclas. El separador puede seleccionarse de al menos un material del grupo que comprende fibra de vidrio, PTFE, poliimida, alúmina, sílice y circonia.
Este dispositivo electroquímico formado de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede comprender un toma de corriente formado por al menos uno de los siguientes materiales: níquel, titanio, acero inoxidable, aluminio, plata, oro, platino, tela de carbono y titanio o acero inoxidable recubierto con carbono. El cátodo también puede prensarse en una espuma o malla para formar un toma de corriente. Este dispositivo electroquímico también puede estar compuesto por una caja formada por al menos uno de los siguientes materiales: acero inoxidable, acero inoxidable con alto contenido de níquel, titanio, acero inoxidable laminado con metales nobles y acero inoxidable recubierto con materiales no metálicos. De forma alternativa, el cátodo puede encontrarse unido directamente a la caja del dispositivo. El dispositivo puede tener una configuración que se selecciona del grupo que comprende una estructura de bobina, un recubrimiento de capa fina, una estructura de bobinado en espiral y una estructura de recubrimiento de capa de espesor mediano.
Otra realización de la presente divulgación se refiere a una fuente de energía de temperatura elevada que comprende un cátodo de carbono fluorado, un ánodo a base de litio, un separador y un electrolito líquido iónico, donde la fuente de energía funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 0 y 260°C. El electrolito líquido iónico puede formarse mediante la disolución de una sal de litio en un líquido iónico que se selecciona del grupo que comprende EMI, MPP, BMP, BTMA, DEMMoEA, un electrolito híbrido y sus mezclas. El ánodo a base de litio puede seleccionarse del grupo que consiste en litio, una aleación binaria que presenta la fórmula LixMy, una aleación binaria que presenta la fórmula Lix-iMXÍ y una aleación en lingote de Li-B-Mg o Li-Mg-xM, donde M es magnesio, silicio, aluminio, estaño, boro, calcio o sus combinaciones.
Una realización adicional de la presente divulgación se refiere a una batería para su uso en condiciones de temperaturas elevadas, donde la batería comprende un cátodo de carbono subfluorado, un ánodo de Li-B-Mg con porcentajes en peso respectivos de 64:32:4, y un electrolito líquido iónico, donde la batería funciona a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 0 y 260°C. El carbono subfluorado puede tener la fórmula CFX donde x tiene un valor de 0,9. El electrolito líquido iónico puede tener una concentración de LiTFSI disuelto en MPP que oscila entre 0,1 y 1 M. La batería también puede incluir un separador compuesto por dos capas de materiales que se seleccionan del grupo que comprende PTFE, cerámica porosa como alúmina, sílice o circonia o fibra de vidrio y sus combinaciones. La batería puede comprender además un toma de corriente en malla formado por níquel, acero inoxidable, aluminio, plata, oro, titanio, tela de carbono o acero inoxidable o titanio recubierto con carbono.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mayor comprensión de la presente divulgación y sus características, se hace referencia a la siguiente descripción, conjuntamente con los siguientes dibujos donde: La figura 1 representa un análisis de difracción de rayos x del material del cátodo CFX después de la exposición a temperaturas elevadas en contacto con titanio recubierto con carbono de conformidad con una realización de la presente divulgación; La figura 2 representa un análisis de difracción de rayos x del material de cátodo CFX después de la exposición a temperaturas elevadas en contacto con acero inoxidable 316 de conformidad con una realización de la presente divulgación; La figura 3 representa un análisis de difracción de rayos x del material de cátodo CFX después de la exposición a temperaturas elevadas en contacto con la aleación de níquel 625 de conformidad con una realización de la presente divulgación; La figura 4 representa un análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC) para detectar los ánodos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación; La figura 5 representa las curvas del análisis térmico gravimétrico (TGA) para los electrolitos líquidos iónicos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación; La figura 6 representa el análisis de DSC de varios electrolitos líquidos iónicos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación; La figura 7 representa el análisis de DSC de las configuraciones de cátodo CFX /célula media de electrolito para varios electrolitos líquidos iónicos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación; La figura 8 representa el análisis de DSC de las configuraciones de ánodo a base de litio/ célula media de electrolito para varios electrolitos líquidos iónicos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación; La figura 9 representa curvas de descarga de una batería de alta temperatura formada de conformidad con una realización de la presente divulgación; y La figura 10 representa un perfil de voltaje de una batería de alta temperatura de conformidad con una realización de la presente divulgación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA La química de baterías funcionales se basa en el acoplamiento electroquímico con una cierta fuerza electromotriz (emf) para conducir la corriente en la batería. Una batería implica al menos una reacción electroquímica que ocurre a lo largo de la interfaz entre los electrodos y su electrolito común durante la descarga. Por consiguiente, es necesario que los componentes de un dispositivo electroquímico sean compatibles entre sí. Para condiciones de temperatura elevada, como las que pueden darse en operaciones de exploración y producción de subsuelo de un yacimiento petrolífero, los componentes del dispositivo también deben ser térmicamente estables cuando se los expone a condiciones extremas. También es necesario construir otros componentes de un dispositivo electroquímico, como la caja celular y el toma de corriente, para soportar estas condiciones extremas.
Las realizaciones de la presente divulgación proporcionan un dispositivo electroquímico, como una batería o fuente de energía que convierte la energía química en corriente electroquímica y puede proporcionar una mejora en el rendimiento en condiciones rigurosas o extremas, incluida la temperatura elevada. El dispositivo puede comprender al menos un cátodo, es decir, un electrodo positivo que se compone de carbono subfluorado o monofluoruro de carbono; un ánodo, es decir, un electrodo negativo; y un electrolito líquido iónico. El dispositivo también puede incluir un toma de corriente así como una caja compuesta por un material químicamente inerte con respecto a otros componentes del dispositivo. El dispositivo debe incluir un separador, que puede aislar físicamente y eléctricamente los dos electrodos mientras que permite que la corriente iónica fluya a través de los electrodos.
Los diferentes componentes del dispositivo -ánodo, cátodo, electrolito, toma de corriente, separador y caja celular- pueden estar formados por materiales que permiten un suministro de energía confiable en un amplio intervalo de temperaturas de funcionamiento. Más específicamente, los materiales que forman un dispositivo electroquímico de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación pueden construirse para funcionar a temperaturas de 200°C o superiores, lo que representa aproximadamente el límite de funcionamiento de la corriente de las baterías de cloruro de litio-tionilo (LTC) .
Con relación al componente de cátodo de los dispositivos electroquímicos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación, puede emplearse un cátodo en estado sólido, como el carbono subfluorado o monofluoruro de carbono en condiciones extremas de temperatura elevada. Estos tipos de materiales de cátodo pueden sintetizarse a temperaturas de aproximadamente 350 a 600°C. Como tal, son químicamente estables y no deberían descomponerse térmicamente en intervalos de temperaturas más elevados .
El carbono subfluorado es un compuesto de intercalación carbono-flúor que presenta una fórmula global de CFX donde x oscila de aproximadamente 0,3 a 1. Los números de fluoración dentro de este intervalo pueden asegurar una buena conductividad .del cátodo y aumentar la densidad de energía del material de cátodo. Los números de fluoración más altos dentro de este intervalo, como 0,9 o mayores, pueden utilizarse para respaldar las aplicaciones potencia alta/velocidad baja. No obstante, los números de fluoración más bajos dentro de este intervalo pueden utilizarse para obtener voltajes de funcionamiento altos sin ningún retraso de voltaje al comienzo de la descarga.
El material de cátodo de carbono fluorado puede producirse mediante el uso de varios materiales precursores posibles, que incluyen, a modo no taxativo, carbono activo, nanocarbono y grafito. El material precursor generalmente puede tener un tamaño de partícula pequeño para proporcionar una mayor área de superficie y para permitir que el material se envase en configuraciones de mayor densidad. Esta área de superficie mayor y configuración de densidad mayor también puede promover una energía superior y un mayor uso de energía.
Además, los cátodos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación generalmente pueden formarse sin componentes diferentes a un solvente como el agua y/o alcohol isopropílico, un aglutinante y un Super P (carbono) . Esta es una desviación de los métodos convencionales de formación de cátodos que utilizan aditivos como los tensioactivos . En una realización de la presente divulgación, el cátodo puede estar formado por CFx/carbono/aglutinante con los porcentajes en peso respectivos de 85/10/5.
Además, debe apreciarse que los materiales diferentes a monofluoruro de carbono y carbono subfluorado pueden utilizarse como el componente de cátodo de un dispositivo electroquímico formado de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación. Los materiales de cátodo alternativos pueden incluir n02 y FeS2 y sus combinaciones. Se evaluó el Mn02 y presenta un buen rendimiento a un intervalo de temperatura de aproximadamente 100 a 150°C con base en el análisis de DSC. El FeS2 también muestra propiedades y un comportamiento similar al Mn02.
Puede utilizarse un toma de corriente para mejorar el uso del cátodo de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación. Por ejemplo, el material de cátodo seleccionado puede prensarse en una espuma o malla metálica formada por materiales que incluyen, a modo no taxativo, níquel, titanio, aluminio, metales nobles como plata, oro o platino, tela de carbono, acero inoxidable y acero inoxidable recubierto con carbono.
La espuma puede proporcionar un mayor contacto del área de superficie con relación al material de cátodo. Este aumento en el área de superficie puede mejorar tanto la adhesión del material de cátodo al sustrato como la conducción eléctrica a través del material de cátodo. Mientras que la malla presenta un área de contacto superficial menor con relación al material de cátodo en comparación con la espuma, aún puede proporcionar una capacidad de velocidad similar y una capacidad similar en comparación con la espuma. El uso de un toma de corriente no metálico y/o la inclusión de un recubrimiento de carbono en un toma de corriente puede mejorar la resistencia a la corrosión para evitar los posibles problemas de corrosión que pueden resultar en cortos en el dispositivo cuando se encuentra en uso.
Se evaluó la eficacia de varios tomas de corriente mediante el uso de análisis de difracción de rayos x de cátodo. Las muestras de cátodos se mantuvieron a 220 °C durante 150 horas en contacto con diferentes materiales de toma de corriente y a continuación se analizó el cátodo mediante el uso de difracción de rayos X. Las figuras 1 a 3 representan el análisis de difracción de rayos x de un material de cátodo CFX después de su exposición a temperaturas elevadas en contacto con titanio recubierto con carbono, acero inoxidable 316, y aleación de níquel 625, respectivamente. Estos resultados se representan como la intensidad (a.u.) con relación a Cu ?a 2T (grados). Estos resultados de difracción de rayos x revelan que el titanio recubierto con carbono, el acero inoxidable 316 y la aleación de níquel 625 pueden ser tomas de corriente eficaces. Estos materiales son relativamente estables contra la corrosión en las condiciones de prueba ya que no se identificaron subproductos de la corrosión y el contenido de CFX permaneció igual. No obstante, debe apreciarse que pueden utilizarse otros materiales que incluyen, a modo no taxativo, aluminio, níquel, titanio, plata, oro, platino, acero inoxidable, tela de carbono y acero inoxidable o titanio recubierto con carbono, como tomas de corriente sin apartarse de la presente divulgación .
No obstante, en algunas realizaciones de la presente divulgación, el material de cátodo puede unirse directamente a la caja del dispositivo para evitar la necesidad de un toma de corriente. Esta unión directa también puede disipar el calor de reacción que puede generarse durante la descarga.
Con relación al componente de ánodo de los dispositivos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación, en el pasado, generalmente se utilizaba litio puro como el ánodo para las baterías de LÍSOCI2. No obstante, debido a que el litio puro tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 180 °C, el hecho de incorporar litio puro en un dispositivo formado de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede limitar el funcionamiento del dispositivo a una temperatura máxima de aproximadamente 175 °C. A pesar de que las realizaciones de la presente divulgación compuestas por litio puro como el ánodo pueden funcionar bien hasta los 175°C, esto puede conducir a un rendimiento pobre para dicho dispositivo cuando se lo expone a condiciones extremas.
El ánodo de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede estar compuesto por un material con estabilidad térmica superior a temperaturas más elevadas a pesar de que el material puede reducir la fuerza electromotriz de dicho sistema electroquímico. En algunas realizaciones, el litio puede alearse con elementos secundarios, como el calcio, aluminio, zinc y magnesio. Estos materiales de aleaciones a base de litio pueden ser estables a temperaturas alrededor de aproximadamente los 260 °C. Tales aleaciones de litio pueden liberar los iones de litio durante la descarga pero no se funden físicamente a temperaturas elevadas.
Puede utilizarse litio puro o varias aleaciones de litio en dispositivos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación. Las aleaciones pueden incluir aleaciones de litio binarias no en solución donde el litio puro puede estar contenido en una matriz estructural de Li(x)M(y) o Lii_xMx, y M puede representar magnesio, silicio, aluminio, estaño, boro, calcio, zinc o sus combinaciones. Por ejemplo, puede utilizarse litio-magnesio como una aleación binaria de litio para baterías de temperaturas más elevadas. El contenido de elemento secundario de dichas aleaciones puede variar de un 1 a un 25 por ciento en peso en función del límite superior de temperatura deseado y los perfiles de carga de descarga relacionados. No obstante, para aumentar la temperatura de fusión del ánodo a un valor superior (como de o mayor que aproximadamente 210 °C) , podrá ser necesario incorporar cantidades mayores de magnesio en la aleación. Estas cantidades mayores de magnesio pueden provocar que la aleación sea más compacta y quebradiza, y por consiguiente, puede presentar más complicaciones en la formulación del ánodo y mayor dificultad en el ensamblaje y fabricación de la batería. El ánodo compuesto formulado a partir de polvos de partículas de la aleación también pueden mejorar las características inestables a temperatura elevada debido a que presentan un área de superficie mayor. Por consiguiente, a pesar de que pueden utilizarse aleaciones de litio binarias más convencionales con mayores cantidades de elemento secundario como ánodos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación, en ciertos escenarios, pueden utilizarse aleaciones de litio en lingote en lugar de las aleaciones de litio binarias a que se hace referencia anteriormente para facilitar el ensamblaje y fabricación así como para mantener una estabilidad térmica y funcionalidad electroquímica mayor. Tales aleaciones de litio en lingote pueden incluir, Li-B-Mg o Li-Mg-xM, donde M puede representar silicio, aluminio, estaño, boro, calcio, zinc o sus combinaciones .
Se evaluaron varias aleaciones de litio binarias y en lingote, incluidas Li-Mg, Li-B-Mg, Li-B, Li-Si, y Li-Al, con respecto al litio puro mediante el uso de calorimetría diferencial de barrido (DSC) . La figura 4 representa los resultados del análisis de DSC en flujo de calor (P/g) con relación a la temperatura para el metal litio puro, Li-B-Mg (con porcentajes en peso respectivos de 64:32:4), Li-Si (con porcentajes en peso respectivos de 44:56), y Li-Al (con porcentajes en peso respectivos de 27:73) en un intervalo de temperatura desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 260 °C. El litio puro muestra un pico endotérmico esperado a aproximadamente 180 °C cuando se evalúa con respecto a este intervalo de temperatura. Se encontró que Li-Al y Li-Si no se fusionan en el máximo de este intervalo de temperatura. Li-B-Mg y Li-B también muestran un pico endotérmico a aproximadamente 180 a 190 °C, lo que demuestra los comportamientos de depresión térmica que corresponden a la fusión del metal litio puro retenido en la matriz de aleación del punto de fusión más alto.
Con relación a los electrolitos para incorporarse como parte de los dispositivos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación, se han utilizado electrolitos orgánicos en algunas baterías comerciales, pero se demostró que son inadecuados para su uso en dispositivos electroquímicos para funcionar en condiciones extremas. Por consiguiente, un dispositivo formado de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede incorporar electrolitos líquidos iónicos no volátiles para expandir de forma sustancial el intervalo de temperatura del dispositivo para su uso en aplicaciones de temperaturas elevadas. Los electrolitos líquidos iónicos son químicamente estables y generalmente químicamente compatibles con el material de cátodo así como con el material de ánodo en el intervalo de temperatura de funcionamiento. También son en general térmicamente estables a temperatura elevada y generalmente tienen una presión de vapor muy baja. Además, los dispositivos que incorporan electrolitos líquidos iónicos generalmente mantienen cierta conductividad iónica en el intervalo de temperatura de funcionamiento.
Puede disolverse una sal de litio, como Li-TFSI en uno de varios líquidos iónicos, donde la sal tiene una concentración de 0,1 a 1,0 M, para formar electrolitos líquidos iónicos de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación. Los ejemplos de líquidos iónicos que pueden utilizarse de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación incluyen, pero no necesariamente se limitan a, EMI [ l-Etil-3-metilimidazolio bis ( trifluorometilsulfonil ) imida] , MPP [ 1-Metil-l-propilpiperidinio bis (trifluorometilsulfonil) imida] , BMP [ 1-Butil-l-metilpirrolidinio bis (trifluorometilsulfonil) imida] , BTMA [Butiltrimetilamonio bis (trifluormetilsulfonil) imida] , DEMMoEA (Dietilmetil (metoxietil) amonio bis (trifluorometilsulfonil) imida], otros líquidos iónicos que tienen propiedades similares y sus combinaciones.
Cada uno de los electrolitos líquidos iónicos mencionados anteriormente se evaluó mediante el uso del análisis térmico gravimétrico (TGA) para detectar la pérdida de peso mediante barrido porcentual desde la temperatura ambiente a una temperatura de aproximadamente 260 °C. La figura 5 representa los datos del TGA desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 400°C para varios electrolitos líquidos iónicos formados mediante la disolución de una sal de litio en la inclusión de EMI, MPP, BMP, y EMI mezclado con DEC. Se encontró que los diversos electrolitos son térmicamente estables hasta aproximadamente 350 °C con pérdidas de peso mínimas. El EMI mezclado con aproximadamente un 20 por ciento en peso de DEC resultó en la evaporación del electrolito orgánico cuando se calentó hasta aproximadamente 100 °C, mientras que el EMI residual mantuvo su estabilidad a lo largo de la prueba realizada en este intervalo de temperatura.
Asimismo se realizó la calorimetría diferencial de barrido (DSC) para evaluar varios electrolitos líquidos iónicos en intervalos de temperatura (desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 260 °C) . Con respecto a la figura 6, esta representa los resultados del análisis de DSC en términos de flujo de calor (P/g) con relación a la temperatura para los electrolitos líquidos iónicos formados mediante la disolución de una sal de litio en EMI, MPP y BMP; no obstante, no se identificó ninguna reacción significativa dentro del intervalo de temperatura de interés. En cambio, los datos de DSC representados en la figura 6 demuestran que casi no hubo cambios térmicos asociados con la descomposición o la reacción química para estos electrolitos líquidos iónicos .
También se probaron los diversos electrolitos líquidos iónicos en la presencia de los componentes seleccionados de cátodo y ánodo. Estas pruebas implicaron la colocación de una pieza pequeña de material de ánodo sólido o material de cátodo separadamente en la solución de electrolitos. El cátodo/electrolito individual y las mezclas de ánodo/ electrolito a continuación se sometieron a calorimetría diferencial de barrido. Las figuras 7 y 8 representan el análisis de DSC del cátodo CFx/electrolito y las configuraciones de ánodo a base de litio/ célula media de electrolito para varios electrolitos líquidos iónicos. Se encontró que los diversos electrolitos líquidos iónicos tienen una buena compatibilidad con los materiales de cátodo y ánodo seleccionados. Por ejemplo, se encontró que los diversos materiales de ánodo no muestran una reactividad excesiva en la presencia de electrolitos líquidos iónicos.
En otra realización de la presente divulgación, puede emplearse un electrolito híbrido compuesto por una mezcla de líquido iónico y electrolito orgánico para extender de forma adicional el intervalo de temperatura de funcionamiento. La fracción líquida iónica de dicho electrolito híbrido puede comprender de aproximadamente un 50 a un 99% de la composición resultante.
Con relación a la caja del dispositivo para incorporarse como parte de los dispositivos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación, la caja del dispositivo puede construirse con uno o más materiales que incluyen, a modo no taxativo, acero inoxidable, acero inoxidable con alto contenido de níquel, titanio, acero inoxidable recubierto con materiales no metálicos, acero inoxidable laminado con metales nobles u otros materiales que son electroquímicamente inertes con respecto a los otros componentes del dispositivo. Dicha caja puede ser una caja hermética para el dispositivo a lo largo del intervalo de temperatura de funcionamiento.
La estructura del dispositivo puede comprender una de varias configuraciones, que incluyen, a modo no taxativo, una estructura de bobina, un recubrimiento de capa fina, una estructura de bobinado en espiral y/o una estructura de recubrimiento de capa de espesor mediano. La estructura de bobinado en espiral proporciona un área de exposición metálica mayor y un área de interfaz ánodo/cátodo mayor, lo que resulta en una posible autodescarga mayor en dispositivos electroquímicos de alta temperatura. La estructura de bobinado en espiral también puede comprender componentes más inactivos en comparación con una construcción de bobina, que puede resultar en una densidad de energía menor para el dispositivo.
Puede utilizarse un separador en las realizaciones de la presente divulgación para separar los componentes celulares (ánodo, cátodo y electrolito) en el dispositivo. El separador generalmente es térmicamente estable y químicamente compatible con los otros componentes en el intervalo de temperatura de funcionamiento. Además, el separador debe tener un buen rendimiento dieléctrico con un mayor aislamiento eléctrico así como permeabilidad líquida y transmisión iónica. El separador de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede incluir, a modo no taxativo, fibra de vidrio, PTFE, poliimida, y cerámica porosa como alúmina, sílice y circonia. También puede incorporarse una combinación de dos separadores en el dispositivo de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación. Como un ejemplo, el PTFE puede ser incompatible con el litio o la aleación de litio, y por consiguiente, puede utilizarse un segundo separador de frente al ánodo mientras que el PTFE puede utilizarse de frente al cátodo .
Una realización de la presente divulgación se refiere a una batería que puede utilizarse a temperaturas elevadas. Dicha batería puede incluir un cátodo CFX que tiene un valor x de aproximadamente 0,9 y un ánodo Li-B-Mg con porcentajes en peso respectivos de 64:32:4. El electrolito líquido iónico que consiste en bis trifluorometanosulfonil ) imida de litio (LiTFSI) 0,5M disuelto en PP puede utilizarse en esta realización de la presente divulgación. La batería también puede incluir un separador compuesto por dos capas de poliimida, fibra de vidrio, alúmina, sílice, circonia o PTFE que tiene aproximadamente un 60% de porosidad y 39pm de espesor. Puede utilizarse un toma de corriente en malla y tanto el toma de corriente como la caja pueden estar compuestos por níquel, acero inoxidable, aluminio, titanio, plata, oro, platino, tela de carbono o acero inoxidable o titanio recubierto con carbono. Como se muestra en la figura 9, la batería formada de conformidad con la presente realización puede proporcionar un tiempo de ejecución de aproximadamente 300 a 400 horas con un corte de 2,0V con una utilización de cátodo promedio de aproximadamente un 89%. No obstante, se apreciará que el tiempo de ejecución puede ser menor a temperatura ambiente (en un intervalo de 5 a 15 horas) con una velocidad de descarga menor debido a factores como una humectabilidad de electrodos pobre con el electrolito liquido iónico debido a la alta viscosidad a temperatura ambiente y la formación de electrodos no optimizada.
La figura 10 representa un perfil de voltaje de una batería de alta temperatura que funciona a 225°C de conformidad con una realización de la presente divulgación. En esta prueba, la batería se expuso a la misma temperatura durante aproximadamente 350 horas en condiciones de circuito abierto antes de la descarga. La exposición se detuvo en el voltaje de corte de 2,5 voltios. Este perfil de descarga muestra comportamientos de voltaje excelentes sin neutralización o efectos de retraso voltaje asociados que han representado problemas en la química de baterías de cloruro de litio-tionilo .
La batería o dispositivo formado de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación pueden funcionar en un amplio intervalo de temperatura desde bajo cero °C hasta algunas de las temperaturas más elevadas que pueden ser necesarias para impulsar la exploración de petróleo/gas y para que las herramientas de producción se trasladen desde la superficie del hueco a través del agujero de perforación del pozo. Este dispositivo también puede funcionar en la zona de temperatura máxima, para las comunicaciones de telemetría permanece montado en varias profundidades y multilaterales del despliegue de pozos petrolíferos/de gas. Los dispositivos formados mediante el uso de la química de baterías de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación también pueden ser adecuados para la instalación a largo plazo para el control, perforación, mediciones y pruebas de otras aplicaciones de yacimientos petrolíferos. Estos dispositivos presentan un rendimiento superior en comparación con las baterías formadas con la química estándar de cloruro de litio-tionilo y sin compensaciones en la densidad volumétrica elevada, temperatura de funcionamiento amplia o manejo simple para el usuario.
Los dispositivos electroquímicos formados de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación también pueden utilizarse en aplicaciones fuera de la industria de los yacimientos petrolíferos que incluyen, a modo no taxativo, la industria aeroespacial, exploración del espacio, control de la presión de neumáticos en la industria automotriz, industria médica y aplicaciones de defensa militar. Por ejemplo, una batería de alta temperatura formada de conformidad con las realizaciones de la presente divulgación puede servir para reemplazar la batería de LiMn02 existente utilizada habitualmente para el control de la presión de neumáticos.
A pesar de que la presente divulgación se describió en detalle, debe entenderse que pueden realizarse varios cambios, sustituciones y alteraciones en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la divulgación como se define en las reivindicaciones adjuntas. Además, el alcance de la presente solicitud no pretende limitarse a las realizaciones particulares del proceso, máquina, fabricación, composición de la materia, medios, métodos y etapas descritas en la memoria descriptiva. Como lo notará fácilmente el entendido en la técnica a partir de la presente divulgación, los procesos, máquinas, fabricación, composiciones de la materia, medios, métodos o etapas que existan actualmente o que se desarrollen posteriormente que desempeñen sustancialmente la misma función o logren sustancialmente los mismos resultados que las realizaciones correspondientes descritas en la presente, podrán utilizarse de conformidad con la presente divulgación. Por consiguiente, las reivindicaciones adjuntas pretenden incluir dentro de su alcance tales procesos, máquinas, fabricación, composiciones de la materia, medios, métodos o etapas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo electroquímico para su uso en condiciones de temperatura elevada, donde dicho dispositivo comprende : un cátodo, un ánodo a base de litio, un electrolito líquido iónico y un separador, donde dicho dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre 0 y 180°C.
2. El dispositivo de la reivindicación 1, donde dicho cátodo se selecciona del grupo que consiste en: carbono fluorado que presenta la fórmula CFX donde x se encuentra en el intervalo de 0,3 a 1, Mn02 y FeS2.
3. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho dispositivo comprende además un toma de corriente compuesto por al menos uno de los siguientes materiales: níquel, titanio, acero inoxidable, aluminio, plata, oro, platino, tela de carbono, titanio recubierto con carbono y acero inoxidable recubierto con carbono.
4. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho cátodo se prensa en una espuma o malla para formar un toma de corriente.
5. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho dispositivo comprende además: una caja formada por al menos uno de los siguientes materiales: acero inoxidable, acero inoxidable con alto contenido de níquel, titanio, acero inoxidable laminado con metales nobles y acero inoxidable recubierto con materiales no metálicos.
6. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho cátodo se une directamente a dicha caja.
7. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho ánodo a base de litio se selecciona del grupo que comprende: litio, una aleación binaria que presenta la fórmula LixMy, una aleación binaria que presenta la fórmula Lii-???, y una aleación en lingote de Li-B-Mg o Li-Mg-xM, donde M es magnesio, silicio, aluminio, estaño, boro, calcio, zinc o sus combinaciones.
8. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho electrolito líquido iónico se forma mediante la disolución de una sal de litio en un líquido iónico que se selecciona del grupo que comprende: EMI, MPP, BMP, BTMA, DEMMoEA, un electrolito híbrido y sus mezclas.
9. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho dispositivo tiene una configuración que se selecciona del grupo que comprende: una estructura de bobina, un recubrimiento de capa fina, una estructura de bobinado en espiral y una estructura de recubrimiento de capa de espesor mediano.
10. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho separador se selecciona de al menos un material del grupo que comprende: fibra de vidrio, PTFE, poliimida, alúmina, sílice y circonia.
11. El dispositivo de la reivindicación 1 donde el dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre 0 y 200°C.
12. El dispositivo de la reivindicación 1 donde el dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre 0 y 220°C.
13. El dispositivo de la reivindicación 1 donde el dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre 0 y 240°C.
14. El dispositivo de la reivindicación 1 donde dispositivo funciona a temperaturas que oscilan entre 0 y °C. RESUMEN Un dispositivo electroquímico, como una batería o fuente de energía proporciona una mejora en el rendimiento en condiciones rigurosas o extremas. Dicho dispositivo electroquímico para su uso en condiciones de temperaturas elevadas puede incluir al menos un cátodo, un ánodo a base de litio, un separador y un electrolito líquido iónico. Este dispositivo también puede incluir un toma de corriente y una caja que son electroquímicamente inertes con respecto a otros componentes del dispositivo. Este dispositivo electroquímico puede funcionar a temperaturas que oscilan entre 0 y 180, 200, 220, 240 y 260 °C.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2683008B1 (en) 2012-07-05 2015-04-29 Saft Three dimensional positive electrode for LiCFx technology primary electrochemical generator
US20140093754A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-03 Robert J. Hamers High-Temperature Resistant Carbon Monofluoride Batteries Having Lithiated Anode
US10224565B2 (en) 2012-10-12 2019-03-05 Ut-Battelle, Llc High energy density secondary lithium batteries
US20160308219A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Intel Corporation Randomly shaped three dimensional battery cell with shape conforming conductive covering
US11398627B2 (en) * 2015-06-12 2022-07-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Cathode additives for lithium-ion batteries
CN106159162A (zh) * 2016-08-31 2016-11-23 襄阳艾克特电池科技股份有限公司 一种高性能锂电池隔膜制作方法
US20180151887A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-31 GM Global Technology Operations LLC Coated lithium metal negative electrode
DE102017208794A1 (de) 2017-05-24 2018-11-29 Robert Bosch Gmbh Hybridsuperkondensator für Hochtemperaturanwendungen
CA3067639A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Ohio University Decontamination of fluids via joule-heating
CN110190251B (zh) * 2019-05-09 2020-11-06 华南师范大学 金属锂片及其制备方法和应用
CN112447992B (zh) * 2019-08-30 2022-07-22 深圳新宙邦科技股份有限公司 一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液及包含其的电池

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5156806A (en) * 1975-05-05 1992-10-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Metal alloy and method of preparation thereof
US5415959A (en) * 1993-10-29 1995-05-16 Wilson Greatbatch Ltd. Woven synthetic halogenated polymer fibers as separator material for electrochemical cells
US6410181B1 (en) * 1999-05-05 2002-06-25 Wilson Greatbatch Ltd. High temperature lithium oxyhalide electrochemical cell
US6653016B2 (en) * 2000-04-25 2003-11-25 Rayovac Corporation Extended temperature operating range electrochemical cells
US6689512B2 (en) * 2001-04-11 2004-02-10 Hitachi Maxell Ltd. Flat-shaped nonaqueous electrolyte battery
CN1564805A (zh) * 2002-04-24 2005-01-12 日清纺织株式会社 离子性液体与脱水方法及双层电容器与二次电池
JP2005166290A (ja) * 2003-11-28 2005-06-23 Sony Corp 電解質およびそれを用いた電池
GB2424751B (en) * 2003-12-29 2007-06-06 Shell Int Research Electrochemical element for use at high temperatures
JP4694968B2 (ja) * 2004-01-05 2011-06-08 パナソニック株式会社 リチウム二次電池
DE102004018929A1 (de) * 2004-04-20 2005-11-17 Degussa Ag Elektrolytzusammensetzung sowie deren Verwendung als Elektrolytmaterial für elektrochemische Energiespeichersysteme
US20050287441A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-29 Stefano Passerini Lithium polymer electrolyte batteries and methods of making
JP4198658B2 (ja) * 2004-09-24 2008-12-17 株式会社東芝 非水電解質二次電池
JP3742422B1 (ja) * 2005-03-17 2006-02-01 日立マクセル株式会社 扁平形電池
US20070099080A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Pickett David F Jr Thermal battery with reduced operational temperature
US20080026294A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Zhiping Jiang Batteries, electrodes for batteries, and methods of their manufacture
JP5226967B2 (ja) * 2007-04-27 2013-07-03 株式会社オハラ リチウム二次電池およびリチウム二次電池用の電極
JP2009123385A (ja) * 2007-11-12 2009-06-04 Fuji Heavy Ind Ltd 蓄電デバイス
JP4930403B2 (ja) * 2008-02-13 2012-05-16 ソニー株式会社 非水電解質電池およびその製造方法

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Publication number Publication date
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