COMPOSICION DE ELECTRODO ACTIVO CON ENLAZADOR POLIMERICO CONDUCTOR Campo de la Invención La presente invención se relaciona a formulaciones activas para electrodos" de celdas electroquímicas. En particular, la presente invención se relaciona a formulaciones activas que comprenden un enlazador polimérico conductor para el uso en celdas electroquímicas. Antecedentes de la Invención En las celdas de batería electroquímicas recargables, el peso y la portatilidad son consideraciones importantes. También es ventajoso para las celdas de batería recargables tener largas vidas de operación sin la necesidad de mantenimiento periódico. Las celdas de batería electroquímicas recargables se utilizan en numerosos dispositivos de consumo tales como calculadoras, radios portátiles y teléfonos celulares. Ellas frecuentemente son configuradas en un paquete de potencia sellado que es diseñado como una parte integral de un dispositivo específico. Las celdas electroquímicas recargables también pueden ser configuradas como "paquetes de celdas" más grandes o "paquetes de baterías". Las celdas de batería electroquímicas recargables pueden ser clasificadas como celdas "no acuosas" o celdas "acuosas". Un ejemplo de una celda de batería electroquímica no acuosa es una celda de ión litio, que usa compuestos de intercalación tanto para el ánodo como para el cátodo, y un electrolito de liquido orgánico o de polímero. Las celdas electroquímicas acuosas pueden ser clasificadas ya sea como "acidicas" o "alcalinas". Un ejemplo de una celda de batería electroquímica acídica es una celda de plomo-ácido, que usa dióxido de plomo como el material activo para el electrodo positivo y plomo metálico, en una estructura porosa de alta área de superficie, como el material activo negativo. Muchas de las celdas de batería electroquímicas alcalinas están basadas en níquel. Ejemplos de tales celdas son las celdas de níquel cadmio (NiCd) , celdas de níquel idruro de metal (NiMH) , celdas de níquel hidrógeno (NiH) , celdas de níquel zinc (NiZn) y celdas de níquel hierro (NíFe) . Las celdas de Ni-MH usan electrodos negativos que tienen una aleación absorbente de hidrógeno como el material activo. La aleación absorbente de hidrógeno es capaz del almacenamiento electroquímico reversible de hidrógeno. Las celdas de Ni-MH típicamente usan un electrodo positivo que tiene hidróxido de níquel como el material activo. Los electrodos negativo y positivo están espaciados en un electrolito alcalino tal como hidróxido de potasio. En la aplicación de una corriente eléctrica a través de una celda de NiMH, el agua es disociada en un ión hidroxilo y un ión hidrógeno en la superficie del electrodo negativo . El ión hidrógeno se combina con un electrón y forma hidrógeno atómico y se difunde en el volumen de la aleación de almacenamiento de hidrógeno. Esta reacción es reversible. En la descarga, el hidrógeno almacenado es liberado para formar un ión hidrógeno y un electrón. El ión hidrógeno se combina con un ión hidroxilo para formar agua. Esto se muestra en la ecuación (1) : carga M + ¾0 + e" < > M-H + OH" (1) descarga Las reacciones que toman lugar en el electrodo positivo de hidróxido de níquel de una celda de batería de Ni-MH se muestran en la ecuación (2) : carga Ni (OH) 2 + OH" < > NiOOH + H20 + e~ (2) Descarga El uso del material de hidruro de metal del electrodo negativo, desordenado, significativamente incrementa las características de almacenamiento de hidrógeno reversible requeridas para las aplicaciones de celdas electroquímicas eficientes y económicas, y resulta en la producción comercial de . celdas electroquímicas que tienen almacenamiento de alta densidad de energía, .reversibilidad eficiente, alta eficiencia eléctrica, almacenamiento de hidrógeno en volumen sin cambio estructural o inactivación, larga vida de ciclo y capacidad de descarga intensa. Ciertas aleaciones absorbentes de hidrógeno resultan ,de la adaptación del orden químico local y del orden estructural local mediante la incorporación de elementos modificadores seleccionados en una matriz hospedera. Las aleaciones absorbentes de hidrógeno desordenadas tienen una densidad sustancialmente incrementada de sitios catalíticamente activos y sitios de almacenamiento comparada con los materiales cristalinos de una sola o múltiples fases. Estos sitios adicionales son responsables para la eficiencia mejorada de la carga/descarga electroquímica y un incremento en la capacidad de almacenamiento de energía eléctrica. La naturaleza y el número de sitios de almacenamiento aun pueden ser diseñadas independientemente de los sitios catalíticamente activos. Más específreamente, estas aleaciones son adaptadas para permitir el almacenamiento en volumen de los átomos de hidrógeno disociados en resistencias de enlace dentro de la gama de reversibilidad adecuada para el uso en aplicaciones de batería secundarias. El uso del material de hidruro de metal de electrodo negativo, desordenado significativamente incrementa las características de almacenamiento de hidrógeno reversible requeridas para aplicaciones de batería eficientes y económicas, y resulta en la producción comercial de baterías que tienen alto almacenamiento de densidad de energía, reversibilidad eficiente, alta eficiencia eléctrica, almacenamiento de hidrógeno en volumen sin cambio estructural o inactivación, larga vida de ciclo y capacidad de descarga intensa . Algunas aleaciones de almacenamiento de hidrógeno electroquímicas extremadamente eficientes fueron formuladas, en base a los materiales desordenados descritos en lo anterior. Estos son los materiales activos del tipo Ti-V-Zr-Ni tal como es divulgado en la patente norteamericana No 4,551, 400 ("la patente 00") , la descripción de la cual es incorporada en la presente por referencia. Estos materiales reversiblemente forman hidruros para almacenar hidrógeno. Todos los materiales usados en la patente 00 utilizan una composición genérica de Ti-V-Ni, donde por lo menos Ti, V y Ni están presentes y pueden ser modificados con Cr, Zr y Al. Los materiales de la patente 00 son materiales de múltiples fases, que pueden contener, pero no están limitados a, una o más fases con estructura de cristal de tipo Cí4 y C15. Otras aleaciones de Ti-V-Zr-Ni, también utilizadas para electrodos negativos de almacenamiento de hidrógeno, recargables, se describen en la patente norteamericana No. 4,728,586 ("la patente ?586") , los contenidos de la cual se incorporan en la presente por referencia. La patente 58ß describe una subclase específica de aleaciones de Ti-V-Ni-Zr que comprenden Ti, V, Zr, Ni y un quinto componente, Cr. La patente 586, menciona la posibilidad de aditivos y modificadores más allá de los componentes de Ti, V, Zr, Ni y Cr de las aleaciones, y generalmente discute aditivos específicos y modificadores, las cantidades e interacciones de estos modificadores, y los beneficios particulares que podrían ser. esperados a partir de estos. Otros materiales de aleación absorbentes de hidrógeno se discuten en las patentes norteamericanas Nos. 5, 096, 667, 5,135,589, 5,277,999, 5,238,756, 5,407,761 y 5,536,591, los contenidos de las cuales son incorporados en la presente por referencia. Los electrodos positivos de una celda de batería de Ni-MH incluyen un material de hidróxido de níquel como el material de electrodo activo. Generalmente, se puede utilizar cualquier material de hidróxido de níquel. El material de hidróxido de níquel utilizado puede ser un material desordenado. El uso de materiales desordenados permite la alteración permanente de las propiedades del material al diseñar el orden de gama local e intermedia. Los principios generales se discuten en la patente norteamericana No. 5,348, 822, los contenidos de la cual son incorporadas en la presente por referencia. El material de hidróxido de níquel puede ser composicionalmente desordenado. "Composicionalmente desordenado" como se utiliza en la presente se define específicamente para dar a entender que este material contiene por lo menos un modificador composicional y/o un modificador químico. También, el material de hidróxido de níquel también puede ser estructuralmente desordenado. "Estructuralmente desordenado" como se utiliza en la presente se define específicamente para proponer que el material tiene una superficie conductora y regiones filamentosas de más alta conductividad, y además, que el material tiene múltiples fases o fases mezcladas donde las regiones de fase de alfa, beta y gamma pueden existir individualmente o en combinación. El material de hidróxido de níquel puede comprender una matriz hospedera de hidróxido de níquel de múltiples fases composicionalmente y estructuralmente desordenada que incluye por lo menos un modificador seleccionado del grupo que consiste de Al, Ba, Bi, Ca, Co, Cr, Cu, F, Fe, In, K, La, Li, Mg, Mn, Na, Nd, Pb, Pr, Ru, Sb, Se, Se, Sn, Sr, Te, Ti, Y y Zn. El material de hidróxido de níquel puede incluir una matriz hospedera de hidróxido de níquel de múltiples fases composicionalmente y estructuralmente desordenada que incluye por lo menos tres modificadores seleccionados del grupo que consiste de Al, Ba, _Bi, Ca, Co, Cr, Cu, F, Fe, In, K, La, Li, Mg, Mn, Na, Nd, Pb, Pr, Ru, Sb/ Se, Se, Sn, Sr, Te, Ti y Zn. Estas modalidades se discuten en detalle en la patente norteamericana No. 5,637,423, comúnmente cedida, los contenidos de la cual es incorporado por referencia en la presente.
Los materiales de hidróxido de níquel pueden ser materiales policristalinos de múltiples fases que tienen por lo menos una fase gamma que contiene modificadores composicionales o combinaciones de modificadores composicionales y químicos que promueven la estructura de múltiples fases y la presencia de materiales de fase gama. Estos modificadores composicionales son seleccionados del grupo que consiste de Al, Bi, Co, Cr, Cu, Fe, In, LaH3, Mg, Mn, Ru, Sb, Sn, TiH2, TiO, Zn. De preferencia se utilizan por lo menos tres modificadores composicionales. Los materiales de hidróxido de níquel pueden incluir la incorporación no sustitucional de por lo menos un modificador químico alrededor de las placas del material. La frase "incorporación no sustitucional alrededor de las placas", como se utiliza en la presente significa la incorporación de sitios interlaminares en los bordes de las placas. Estos modificadores químicos de preferencia son seleccionados del grupo que consiste de Al, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, F, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Sr y Zn. El material de hidróxido de níquel puede comprender un material de hidróxido de níquel en solución sólido que tiene una estructura de múltiples fases que comprende por lo menos una fase gamma policristalina que incluye una celda unitaria de fase gamma policristalina que comprende placas espaciadamente dispuestas con por lo menos un modificador químico incorporado alrededor de las placas. Las placas pueden tener una gama de distancias de interlámina estables correspondientes a un estado de oxidación 2+ y un estado de oxidación 3.5+ o más grande. El material de hidróxido de níquel puede incluir por lo menos tres modificadores composicionales incorporados en el material de hidróxido de níquel en solución sólido para promover la estructura de múltiples fases. Esta modalidad es completamente descrita en la patente norteamericana No. 5,348,822, los contenidos de la cual son incorporados por referencia en la presente. De preferencia, uno de los modificadores químicos es seleccionado del grupo que consiste de Al, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, F, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Sr y Zn. Los modificadores composicionales pueden ser seleccionados del grupo que consiste de un metal, un óxido metálico, una aleación de óxido metálico, un hidruro de metal y una aleación de hidruro de metal. De preferencia, los modificadores composicionales son seleccionados del grupo que consiste de Al, Bi, Co, Cr, Cu, Fe, In, LaH3, Mn, u, Sb, Sn, TiH2, TiO y Zn. En una modalidad, uno de los modificadores composicionales es seleccionado del grupo que consiste de Al, Bi, Co, Cr, Cu, Fe, In, LaH3, Mn, Ru, Sb, Sn, TiH2, TiO y Zn. En otra modalidad, uno de los modificadores composicionales es Co. En una modalidad alterna, dos de los modificadores composicionales con Co y Zn. El material de hidróxido de níquel puede contener de 5 a 30 por ciento atómico, y de preferencia 10 a 20 por ciento atómico, de los modificadores composicionales o químicos descritos en lo anterior-. Los materiales de electrodo de hidróxido de níquel desordenado pueden incluir por lo menos una estructura seleccionada del grupo que consiste de (i) amorfa; (ii) microcristalina; (iii) policristalina que carece del orden composicional de larga gama y (iv) cualquier combinación de estas estructuras amorfas, microcristalinas o policristalinas . También, el material de hidróxido de níquel puede ser un material estructuralmente desordenado que comprende múltiples fases o fases mezcladas donde la región de fase alfa, beta y gamma puede existir individualmente o en combinación y donde el hidróxido de níquel tiene una superficie conductora y regiones filamentosas de conductividad más alta. Las baterías de níquel-hidruro de metal se utilizan en muchas aplicaciones diferentes. Por ejemplo, las baterías de níquel-hidruro de metal se utilizan en numerosos dispositivos de consumo tales como calculadoras, radios portátiles y teléfonos celulares. Ellas también se utilizan en muchas aplicaciones de vehículos diferentes. Por ejemplo, las baterías de níquel-hidruro de metal se utilizan para impulsar tanto vehículos eléctricos puros (EV) así como vehículos eléctricos híbridos (HEV) . Los vehículos eléctricos híbridos utilizan la combinación de un motor de combustión y un motor eléctrico impulsado a partir de una batería. Existen diferentes requerimientos para el sistema de almacenamiento de energía de un vehículo eléctrico híbrido que para un vehículo eléctrico puro. La gama es un factor crítico para un vehículo eléctrico puro práctico, haciendo la densidad de energía el parámetro de evaluación crítico. En contraste, en aplicaciones de vehículo eléctrico híbrido, la densidad de potencia gravimétrica y volumétrica es la consideración agobiante . Un requerimiento de habilitación clave para los sistemas HEV es un sistema de almacenamiento de energía capaz de proporcionar potencia máxima muy alta combinada con la alta densidad de energía mientras que al mismo tiempo acepta las altas corrientes de frenado regenerativas a muy alta eficiencia. La potencia de salida de una batería puede ser incrementada al reducir la resistencia interna de la batería. La resistencia interna de la batería incluye la resistencia de los electrodos tanto positivo como negativo, la resistencia del electrolito, los separadores así como los otros componentes. La resistencia de los electrodos puede ser disminuida al bajar la resistencia de los componentes de electrodo tal como las tiras de electrodo, los sustratos de electrodo tal como la resistencia de las composiciones activas de electrodo. La resistencia de los sustratos de electrodo puede ser bajada al usar materiales más conductores (tal como cobre cada vez que es posible) . La resistencia de las composiciones de electrodo activas positivas y/o negativas pueden ser bajadas al adicionar aditivos conductores al material activo. Por ejemplo, los aditivos conductores (tales como niquel, grafito y partículas de carbono) se pueden mezclar junto con los materiales de electrodo activos, para formar una composición de electrodo activa que tiene una conductividad incrementada. Los métodos discutidos en lo anterior, mientras que bajan la resistencia e incrementan la potencia de los electrodos todavía no han realizado el potencial completo de los mismos. Todavía hay una necesidad por ganancias significantes en la potencia. Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica para mejoras adicionales de la conductividad para los electrodos tanto positivo como negativo. Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la presente invención es una composición activa para un electrodo de una celda electroquímica, que comprende: un material de electrodo activo; y un polímero conductor. Otro aspecto de la presente invención es un electrodo para una celda electroquímica, que comprende: una composición activa que incluye un material de electrodo activo y un polímero conductor. Otro aspecto de la presente invención es una celda electroquímica, que comprende: un electrodo positivo; un electrodo negativo y un electrolito, en donde por lo menos uno del electrodo positivo o el electrodo negativo comprende una composición activa que incluye un material de electrodo activo y un polímero conductor. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama de una celda de' combustible alcalina; La Figura 2 es un diagrama de una modalidad de celda de combustible alcalina que muestra un ánodo y un cátodo en el que cada uno incluye un sustrato conductor; y La Figura 3 es una gráfica que muestra el extremo del potencial de impulso de un electrodo positivo como una función de la corriente de descarga para la celda de batería tri-electrodo que tiene un electrodo positivo formado sin un polímero conductor y una celda de batería tri-electrodo que tiene electrodos positivos formados con un polímero conductor; La Figura 4 es una gráfica que muestra la potencia máxima contra el número de ciclos para una celda de batería de níquel-hidruro de metal que tiene electrodos positivos hechos sin un enlazador conductor y una celda de batería de níquel-hidruro de metal que tiene electrodos positivos con un polímero conductor; y La Figura 5 es una gráfica que muestra el potencial del electrodo de hidrógeno contra la corriente de descarga explorada para una celda de combustible que tiene electrodos negativos hechos sin un polímero conductor y una celda de combustible que tiene electrodos- negativos hechos con un polímero conductor. Descripción Detallada de la Invención En la presente se describe una composición activa para un electrodo para una celda electroquímica. Como se utiliza en la presente, el término "celda electroquímica" incluye celdas de batería, celdas de combustible y electrolizadores. Por consiguiente, la composición activa de la presente invención es aplicable a los electrodos de celdas de batería, los electrodos de celda de combustible así como a los electrodos de electrolizadores. Las celdas electroquímicas incluyen celdas electroquímicas de celdas tanto no acuosas así como acuosas. Como es mencionado en lo anterior, un ejemplo de una celda no acuosa es una celda de ión litio. Las celdas electroquímicas acuosas incluyen celdas electroquímicas acídicas y alcalinas. Las celdas electroquímicas alcalinas incluyen un electrolito alcalino. Un electrolito alcalino es de preferencia una solución acuosa de un hidróxido de metal alcalino. Ejemplos de hidróxidos de metal alcalino incluyen hidróxido dé potasio, hidróxido de litio e hidróxido de sodio. La composición activa de la presente invención comprende un material de electrodo activo y un polímero eléctricamente conductor. Generalmente, el material de electrodo- activo puede ser cualquier material de electrodo activo conocido en la técnica e incluye materiales de electrodo activos para celdas de batería así como material de electrodo activo para celdas de combustible. El material de electrodo activo puede ser un material de electrodo positivo activo o un material de electrodo negativo activo. El material de electrodo positivo activo puede ser un material activo para el electrodo positivo de una celda de batería o puede ser un material activo para electrodo positivo de una celda de combustible (donde el electrodo positivo de una celda de combustible es el electrodo de aire y también es referido como "cátodo" de la celda de combustible) . El material de electrodo negativo activo puede ser un material activo para el electrodo negativo de una celda de batería o puede ser el material activo para el electrodo negativo de una celda de combustible (donde el electrodo negativo de una celda de combustible es el electrodo de hidrógeno y también es referido como el "ánodo" de la celda de combustible") . Cualquier material de electrodo positivo activo y cualquier material de electrodo negativo activo (para ya sea una celda de batería o una celda de combustible) está dentro del alcance de esta invención. Ejemplos de materiales de electrodo positivo activo para un electrodo positivo de una celda de batería incluyen, pero no están limitados a, dióxido de plomo, litio dióxido de cobalto, litio dióxido de níquel, compuestos de litio óxido de manganeso, compuestos de litio óxido de vanadio, litio óxido de hierro, compuestos de litio (así como óxidos complejos de estos compuestos), óxidos de metal de transición, dióxido de manganeso, óxido de zinc, óxido de níquel, hidróxido de níquel, hidróxido de manganeso, óxido de cobre, óxido de molibdeno, y fluoruro de carbono. También se pueden utilizar combinaciones de estos materiales. Un material de electrodo positivo activo preferido para una celda de batería es un material de hidróxido de níquel. Está dentro del alcance de esta invención que se puede utilizar cualquier material de hidróxido de níquel. Ejemplos de materiales de hidróxido níquel se proporcionan en lo anterior.- El material de electrodo positivo activo puede aun incluir materiales conductores internamente incrustados (tales como fibras de níquel) como es divulgado en la patente norteamericana No. 6,177,213, la descripción de la cual es incorporada en la presente por referencia. Ejemplos de materiales de electrodo positivo activo para el electrodo positivo (es decir, el electrodo de oxígeno o "cátodo") de una celda de combustible incluyen, pero no limitados a, platino, plata, manganeso, óxidos de manganeso, (tal como dióxido de manganeso), cobalto. También se pueden utilizar combinaciones de estos materiales. Ejemplos de materiales de electrodo negativo activo para el electrodo negativo de una celda de batería incluyen pero no limitados a, litio metálico y metales alcalinos similares, metal alcalino que absorbe materiales de carbono, zinc, óxido de zinc, cadmio, óxido de cadmio, hidróxido de cadmio, ¦ hierro, óxido de hierro, y aleaciones de almacenamiento de hidrógeno . Un material de electrodo negativo activo preferido para el electrodo negativo de una celda de batería son una aleación de almacenamiento de hidrógeno. Está dentro del espíritu del alcance de esta invención que cualquier aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser utilizada como un material activo para el electrodo negativo de una celda de batería. Ejemplos de materiales de electrodo negativo para el electrodo negativo (electrodo de hidrógeno o ánodo) de una celda de combustible incluyen, pero no están limitados a, aleaciones de almacenamiento de hidrógeno así como ios metales nobles tales como platino, paladio y oro. Está dentro del espíritu y alcance de esta invención que cualquier aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser utilizada como un material activo para el electrodo negativo de una celda de combustible.
Por consiguiente, las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno pueden ser utilizadas como el material de electrodo activo para los electrodos negativos de ya sea las celdas de batería o celdas de combustible. Generalmente, se puede utilizar cualquier aleación de almacenamiento de hidrógeno. Las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno incluyen, sin limitación, aleaciones de tipo AB, AB2 y AB5. Por ejemplo, las aleaciones de almacenamiento de hidrógeno pueden ser seleccionadas de aleaciones de tierra rara/metal Misch, aleaciones de zirconio o aleaciones de titanio. Se pueden utilizar mezclas de adición de aleaciones. Un ejemplo de un material de almacenamiento de hidrógeno particular es una aleación de almacenamiento de hidrógeno que tiene la composición (Mm) aNibCocMndAle donde Mm es un Metal Misch que comprende 60 a 67 por ciento atómico de La, 25 a 30 por ciento en peso de Ce, 0 a 5 por ciento de peso de Pr, 0 a 10 por ciento en peso de Nd; b es de 45 a 55 por ciento en peso; c es 8 a 12 por ciento en peso; d es 0 a 5.0 por ciento en peso; e es 0 a 2.0 por ciento en peso; y a+b+c+d+e=100 por ciento en peso. Otros ejemplos de aleaciones de almacenamiento de hidrógeno se describen en lo anterior. Los polímeros conductores usados en la composición activa son de manera intrínseca materiales eléctricamente conductores. Generalmente, cualquier polímero conductor puede ser utilizado en la composición activa. Ejemplos de polímeros conductores incluyen composiciones de polímero conductoras basadas en polianilina tal como las composiciones eléctricamente conductoras divulgadas en la patente norteamericana No. 5,783, 111, la descripción de la cual es incorporada en la presente por referencia. La polianilina es una familia de polímeros. Las polianilinas y sus derivados se pueden preparar mediante la polimerización oxidante química o electroquímica de anilina (C6H5NH2) . Las polianilinas tienen excelente estabilidad química y niveles relativamente altos de conductividad eléctrica en sus sales derivadas. Los polímeros de polianilina pueden ser modificados a través de variaciones de ya sea el número de protones, el número de electrones u ambos. El polímero de polianilina puede presentarse en varias formas generales incluyendo la llamada forma reducida (base de leucoemeraldina) que posee la fórmula general
la llamada forma de base emeraldina parcialmente oxidada, la fórmula general
y la llamada forma pernigranilina completamente oxidada, de la fórmula general
En la práctica, la polianilina generalmente existe como una mezcla de varias formas con una fórmula general (I) de
Cuando 0 y 1, los polímeros de polianilina son referidos como poli (parafenileneaminaiminas) en las cuales el estado de oxidación del polímero continuamente se incrementa con el valor decreciente de y. La poli (parafenilenamina) completamente reducida es referida como leucoemeraldina, que tiene las unidades de repetición indicadas en lo anterior, que corresponde a un valor de y = 0. La poli (parafenilenanina) completamente oxidada es referida como pernigranilina, de unidad de repetición mostrada en lo anterior que corresponde a un valor y = 0. La poli (parafenilimina) parcialmente oxidada con y en el intervalo de mayor que o igual a 0.35 y menor que o igual a 0.65 es llamada emeraldina, aunque el nombre emeraldina es frecuentemente enfocado en la composición de y igual a o aproximadamente 0.5. Así, los términos "leucoemeraldina", "emeraldina" y "pernigranilina" se refieren a diferentes estados de oxidación de la polianilina. Cada estado de oxidación puede existir en la forma de su base o en su forma protonada (sal) mediante el tratamiento de la base con un ácido . El uso de los términos "protonado" y "parcialmente protonado" en la presente incluye, pero no está limitado a, la adición de iones hidrógeno al polímero mediante, por ejemplo, un ácido protónico, tal como un ácido inorgánico u orgánico . El uso de los términos "protonado" y "parcialmente protonado" en la presente también incluyen la pseudoprotonación, en donde hay introducido en el polímero un catión tal como, pero no limitado a, un ión de metal, M+ . Por ejemplo, "50%" de protonación de la emeraldina conduce formalmente a uria composición de la fórmula:
Formalmente, el grado de protonación puede variar de una relación de [H+]/[-N=] = 0 a una relación de [H+]/[-N=] = 1. La protonación o protonación parcial en los sitios de amina (-NH-) también puede ocurrir. Las propiedades eléctricas y ópticas de los polímeros de polianilina varían con los diferentes estados de oxidación y las formas diferentes. Por ejemplo, las formas de base de leucoemeraldina del poliiaero son eléctricamente aislantes mientras que la forma de sal de esmeraldina (protonada) del polímero es conductora. La~ protonación de la base de emeraldina mediante HCl acuoso (HCl 1M) para producir la sal correspondiente origina un incremento en la conductividad eléctrica de aproximadamente 1010. La forma de sal de emeraldina también se puede obtener mediante la oxidación electroquímica del polímero de base de leucoemeraldina o la reducción electroquímica del polímero de base de pernigranilina en la presencia del electrolito del nivel de pH apropiado. Algunos de los ácidos orgánicos típicos utilizados en la impurificación de la base de la emeraldina para conducir la sal de emeraldina conductora son el ácido metanosulfónico (MSA) CH3-S03H, ácido tolueno sulfónico (TSA) , ácido dodecil bencen sulfónico (DBSA) y ácido canfor sulfónico (CSA) . Otros ejemplos de polímeros conductores incluyen composiciones de polímero conductor basadas en polipirrol. Todavía otras composiciones de polímero conductor son las composiciones de polímero conductor basadas en poliparafenileno, poliacetileno, politiofeno, polietileno dioxitiofeno, poliparafenilenvinileno . Además de un material de electrodo activo y un polímero eléctricamente conductor, la composición activa de la presente invención puede incluir materiales adicionales. Por ejemplo, la composición de electrodo activo también puede incluir un material conductor adicional (por ejemplo, un aditivo conductor) que ayuda en la conductividad eléctrica dentro del electrodo. El material conductor puede incluir carbón. Mientras que el carbón puede estar disponible en una variedad de formas, su forma preferible es un grafito o compuesto que contiene grafito. El material conductor puede ser un material metálico tal como un metal puro o una aleación metálica. Los materiales metálicos incluyen, pero no están limitados a, níquel metálico, una aleación de níquel, cobre metálico, aleación de cobre, plata metálica, aleación de plata, cobre metálico enchapado con níquel metálico, níquel metálico enchapado con cobre metálico. El material conductor puede incluir por lo menos un elemento de la tabla periódica seleccionado del grupo que consiste de carbono, cobre, níquel y plata. Esto es, el material conductor puede incluir por lo menos un elemento de la tabla periódica seleccionada del grupo que consiste de C, Cu, Ni y Ag. El material conductor puede estar en la forma de partículas. Las partículas pueden tener cualquier forma y pueden estar en la forma de fibras. Además, cualquier otro material conductor que es compatible con el medio ambiente al electrodo también puede ser utilizado (el medio ambiente del electrodo incluye factores tales como el pH del electrolito circundante asi como el potencial del electrodo mismo) . Los materiales conductores pueden ser físicamente mezclados conjuntamente con el material de electrodo activo. Como es descrito, el ' material conductor puede comprender un material de carbono. Ejemplos de materiales de carbono posibles que pueden ser utilizados en la composición activa incluyen grafitos. Otros ejemplos incluyen materiales de carbono que contienen carbonos grafiticos, tales como coques grafitizados . Todavía otros ejemplos de materiales de carbono posibles incluyen carbonos no grafiticos que se consideran amorfos, no cristalinos y desordenados, tales como coques de petróleo y negro de carbono. De preferencia, el material de carbono es un grafito. El grafito (u otras formas del material de carbono) de preferencia está en la forma de un producto particulado (es decir, partículas) . Las partículas pueden tener una variedad de formas. Por ejemplo, ellas pueden ser sustancialmente esféricas. Alternativamente, las partículas pueden ser alargadas donde una dimensión es más larga que la otra dimensión. Las partículas pueden estar en la forma de fibras similares a hebra. Además, las partículas pueden estar en la forma de hojuelas. El grafito usado debe ser eléctricamente conductor y de preferencia esta presente en una cantidad suficiente para formar una red eléctricamente conductora de partículas de grafito dentro de la composición activa. Conforme el tamaño de las partículas de grafito llegue a ser más pequeño, es posible tener una densidad más alta de partículas más pequeñas y así una mejor distribución de partículas de grafito mezcladas con el polímero conductor. Conforme la densidad de las partículas de grafito llega a ser más grande y el tamaño llega a ser más pequeño, el área de superficie total del grafito llega a ser más grande. El área de superficie de grafito puede ser determinado mediante el método de Brunauer-Emmett-Teller, o ????" . En una modalidad de la invención, el grafito es de preferencia mayor que o igual a aproximadamente 200 metros cuadrados por gramo, más de preferencia mayor que o igual a .aproximadamente 200 metros cuadrados por gramo, y mucho más de preferencia mayor que o igual a aproximadamente 240 metros cuadrados por gramo. En ciertas modalidades de la invención, el área de superficie BET puede ser mayor que o igual a 270 metros cuadrados por gramo . Se observa que durante el proceso de carga de ciertas baterías recargables, tal como una batería de níquel-hidruro de metal sellada, el electrodo positivo alcanza la carga completa antes que el negativo y comienza a emitir oxígeno, 20H" H20 + l/202 + 2e~ (3) El oxígeno emitido puede oxidar el electrodo positivo y ocasionar su desintegración mecánica, para reducir de esta manera, el ciclo de vida del electrodo. En particular, la oxidación puede reducir la oxidación puede reducir la adhesión y la conductividad eléctrica entre las partículas de hidróxido de níquel activas y el sustrato, incrementando de esta manera la resistencia del electrodo y reduciendo la cantidad de potencia disponible para la salida. Además, también se cree que el oxígeno emitido promueve la oxidación del grafito mediante la reacción C + 02 -> C02 (4) La oxidación del grafito reduce la conductividad del grafito y también puede reducir las propiedades conductoras iónicas del electrolito de batería. (Por ejemplo, en el caso de un electrolito de hidróxido de potasio, el dióxido de carbono formado como un resultado de la oxidación del grafito "inactiva" el electrolito al reaccionar con el hidróxido de potasio para formar carbonato de potasio) . Por consiguiente, es preferible que el grafito utilizado en la composición activa sea resistente a la oxidación. La composición de electrodo activo de la presente invención además puede incluir un catalizador Raney, una aleación Raney o alguna mezcla de los mismos. Un proceso Raney se refiere a un proceso para elaborar un catalizador de metal activo, poroso al primero formar por lo menos una aleación binaria de metales, donde por lo menos uno de los metales puede ser extraído, y luego extraer ese metal mediante lo cual un residuo poroso se obtiene del metal insoluble que tiene actividad como un catalizador. Ver, por ejemplo, Catalysts from Alloys-Níckel Catalysts" por M. Raney, Industrial and Engineering Chemistry, vol. 32, pg. 1199, Septiembre de 1940. Ver también las patentes norteamericanas Nos. 1,628,190, 1,915,473, 2,139,602, 2,461,396 y 2,977,327. Las descripciones de las patentes norteamericanas Nos. 1,628,190, 1,915,473, 2,139,602, -2,461,396 y 2,977,327 todas son incorporadas en la presente por referencia. Un metal del proceso Raney se refiere a cualquiera de cierto grupo- de los metales insolubles bien conocidos en la técnica del proceso Raney que permanece como el residuo poroso. Ejemplos de metales del proceso Raney insolubles incluyen, pero no limitados a, níquel, cobalto, plata, cobre y hierro. Las aleaciones insolubles de níquel, cobalto, plata, cobre y hierro también pueden ser utilizados. Una aleación Raney comprende un metal del proceso Raney insoluble (o aleación) y un metal soluble (o aleación) tal como aluminio, zinc, o manganeso, etc. (el Silicio también puede ser utilizado como un material extraíble) . Un ejemplo de una aleación Raney es una aleación de níquel- aluminio Raney que comprende los elementos níquel y aluminio. De preferencia, la elación de níquel-aluminio Raney comprende de aproximadamente 25 a aproximadamente 60 por ciento en peso de níquel y el resto que es esencialmente aluminio. Más de preferencia, la aleación de níquel-aluminio Raney comprende aproximadamente 50% en peso de níquel y aproximadamente 50 por ciento en peso de aluminio. Un catalizador Raney es un catalizador hecho mediante un proceso Raney que incluye la etapa de lixiviación del metal soluble a partir de la aleación Raney. La etapa de lixiviación se puede llevar a cabo al someter la aleación Raney a una solución acuosa de un hidróxido de metal alcalino tal como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio o mezclas de los mismos. Después de la etapa de lixiviación, el componente insoluble restante de la aleación Raney forma el catalizador Raney. Un ejemplo de un catalizador Raney es níquel Raney. El níquel Raney se puede formar al someter la aleación de níquel-aluminio Raney discutido en lo anterior al proceso Raney mediante lo cual la mayor parte del aluminio soluble es lixiviado de la aleación. El níquel Raney restante puede comprender arriba de 95% en peso de níquel. Por ejemplo, una aleación Raney en la forma de una aleación, 50 : 50 de aluminio y níquel (de preferencia en la forma de un polvo) se puede colocar en contacto con una solución alcalina. El aluminio se disuelve en la solución para de esta manera dejar atrás un material particulado de níquel Raney finamente dividido. (El material particulado luego puede ser filtrado y adicionado a la composición de electrodo activo de la presente invención) . Otros ejemplos de catalizadores Raney son cobalto Raney, plata Raney, cobre Raney y hierro Raney. Un catalizador Raney y/o una aleación Raney se puede adicionar a un electrodo de una celda electroquímica. En particular, un catalizador Raney y/o una aleación Raney se puede adicionar a un electrodo negativo de una celda de batería y una celda de combustible. También, un catalizador Raney y/o la aleación Raney se puede adicionar a un electrodo positivo de una celda de batería o una celda de combustible. El catalizador Raney y/o aleación Raney se puede adicionar a los electrodos en muchas maneras diferentes. Por ejemplo, un catalizador Raney y/o aleación Raney se puede adicionar a la composición inactiva de ya sea el electrodo negativo o el electrodo positivo. El catalizador Raney y/o aleación Raney se puede mezclar con la composición activa para formar una mezcla. Por ejemplo, un catalizador Raney y/o aleación Raney se puede mezclar con un material de electrodo activo (ya sea un material de electrodo negativo activo o un material de electrodo positivo activo) y un polímero conductor (y posiblemente materiales adicionales) para formar una composición activa en la forma de una mezcla. La mezcla luego se puede formar en un electrodo. Por ejemplo, un electrodo se puede formar al aplicar la mezcla a un sustrato conductor.
El catalizador Raney y/o aleación Raney se puede aplicar a una o más superficies de un electrodo existente. Por ejemplo, un electrodo se puede formar al primero aplicar un material de electrodo activo a un sustrato conductor y luego al aplicar un catalizador Raney y/o aleación Raney a una superficie externa del material de electrodo activo) . El catalizador Raney y/o aleación Raney puede existir como una capa externa discreta del electrodo. El espesor de este catalizador Raney y/o capa de aleación Raney puede ser tan delgada como 30 Angstroms o meno . Alternativamente, puede ser tan alta como 2 mieras o mayor. El espesor real usado depende, al menos parcialmente, de la actividad catalítica del catalizador Raney utilizado. Alternativamente, el catalizador Raney y/o aleación Raney que es aplicado a una superficie externa de un electrodo puede pasar debajo de la superficie y entrar al volumen del electrodo . Por consiguiente, el catalizador Raney y/o aleación Raney debe formar una estructura graduada que tiene una concentración más alta de la superficie del electrodo y una concentración menor dentro del volumen del electrodo. También, el catalizador Raney y/o aleación Raney se puede estratificar o continuamente graduar dentro del volumen del electrodo . El catalizador Raney y/o aleación Raney también puede ser depositado sobre la superficie de cada una de las partículas del material de electrodo activo. Esto puede proporcionar incremento de actividad catalítica por todo el volumen completo del material de electrodo . El catalizador Raney y/o la aleación Raney puede no completamente recubrir cada una de las partículas de material activo . Los recubrimientos de catalizador Raney y/o aleación Raney pueden tener un espesor de aproximadamente 20 Angstroms a aproximadamente 50 Angstroms. Como es mencionado en lo anterior, una aleación Raney se puede adicionar a los electrodos (electrodos negativos y/o electrodos positivos) de una celda de batería o una celda de combustible en lugar de (o además de) un catalizador Raney. Asi puede ser posible formar el catalizador Raney "in situ" al adicionar una aleación Raney al electrodo negativo o el electrodo positivo. Por ejemplo, una aleación Raney (tal como una aleación de níquel-aluminio) se puede mezclar con una aleación de almacenamiento de hidrógeno para formar una composición activa para un electrodo negativo de una celda de batería de níquel-hidruro de metal alcalina. El electrolito alcalino de la celda de batería luego puede lixiviar el aluminio de modo que es de esta manera formado el catalizador níquel Raney. Como es mencionado en lo anterior, la aleación Raney se puede adicionar a los electrodos de cualquier manera. La discusión adicional de las aleaciones Raney y los catalizadores Raney se proporcionan en la patente norteamericana No. 6,218,047, la descripción de la cual es incorporada en la presente por referencia. Además del polímero conductor, la composición activa de la presente invención también puede incluir un material enlazador adicional que puede además incrementar el enlace de partícula a partícula del material de electrodo activo así como el enlace de partícula a sustrato entre el material de electrodo activo y un sustrato de electrodo que puede ser usado para soportar la composición activa. Los materiales enlazadores pueden ser, por ejemplo, cualquier material que enaza el material activo conjuntamente para impedir ' la degradación del electrodo durante su tiempo de vida. Los materiales enlazadores de preferencia deben ser resistentes a las condiciones presentes dentro de las celdas electroquímicas. Ejemplos de materiales enlazadores adicionales, que se pueden adicionar a la composición activa, incluyen, pero no están limitados a, enlazadores poliméricos tales como alcohol polivinílico (PVA) , carboximetil celulosa (CMC) e hidroxipropilmetil celulosa (HP C) . Otros ejemplos de enlazadores poliméricos incluyen fluoropolímeros . Un ejemplo de un fluoropolímero es politetrafluoroetileno (PTFE) . Otros ejemplos de materiales, que pueden ser adicionados a la composición activa, incluyen polímeros elastoméricos tales como estireno-butadieno . Además, dependiendo de la aplicación, los materiales hidrofobicos adicionales se pueden adicionar a la composición activa (por consiguiente, el material enlazador adicional puede ser hidrofóbico) . La composición activa se puede formar como una mezcla. La mezcla puede ser formada al mezclar físicamente el material de electrodo activo con el polímero conductor (y, opcionalmente, con cualquiera de los otros materiales aditivos, tal como los materiales conductores, catalizadores Raney, aleaciones Raney o enlazadores adicionales. El mezclado se puede realizar mediante un molino de bolas (con o sin las bolas de mezclado) , un molino de mezclado, un tamiz o similar. La- mezcla puede estar en la forma de una mezcla seca o en la forma de una mezcla húmeda. Una mezcla húmeda puede formarse como una pasta al adicionar agua y un "espesante" tal como carbóximetil celulosa (CMC) o hidroxipropilmetil celulosa (HPMC) a la composición activa. El polímero conductor de preferencia está entre aproximadamente .1 por ciento en peso y aproximadamente 10 por ciento en peso de la composición activa. Más de preferencia, el polímero conductor está entre aproximadamente .2 y aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición activa. Mucho más de preferencia, el polímero conductor está entre aproximadamente .2 y 2 por ciento en peso de la composición activa. En una modalidad, el polímero conductor puede estar entre aproximadamente .4 a 1.2 por ciento en peso de la composición activa. Como un ejemplo específico, una composición activa para el electrodo negativo de una celda de combustible incluye 80% en peso de aleación de almacenamiento de hidrógeno, 15% en peso de níquel Raney, .7% en peso de PTFE, .8% en peso de polímero conductor y 3.5% en peso de grafito . Como es mencionado en lo anterior, la composición activa de la presente invención se puede usar como la composición activa para un electrodo de una celda electroquímica. Por consiguiente, también se describe en la presente un electrodo para una celda electroquímica. El electrodo comprende ' la composición activa descrita en lo anterior que incluye un material de electrodo activo y un polímero conductor. El electrodo puede ser un electrodo positivo o negativo para una celda de batería. Alternativamente, el electrodo puede ser un electrodo positivo (también referido como el electrodo de aire o cátodo (de una celda de combustible, el electrodo puede ser un electrodo negativo) también referido como el electrodo de hidrógeno o ánodo y una celda de combustible. El electrodo puede ser formado de cualquier manera. El electrodo puede ser formado al fijar la composición de electrodo activo sobre un sustrato conductor. La composición activa se puede fijar al sustrato de muchas maneras. El electrodo puede ser un electrodo de tipo pasta. Por ejemplo, el electrodo se puede formar al primero elaborar la composición activa en una pasta y luego al aplicar la pasta a un sustrato conductor. La pasta se puede formar al adicionar agua y un "espesante tal como carboximetilcelulosa (CMC) o hidro ipropilmetil celulosa (HPMC) . La pasta luego seria aplicada a un sustrato conductor. El electrodo luego puede ser comprimido y puede ser sinterizado después de que es comprimido. El electrodo puede ser un electrodo no de tipo pasta mediante lo cual la composición activa está en la forma de un polvo seco. El polvo seco se aplica a un sustrato conductor y luego se comprime sobre el sustrato (posiblemente mediante uno o más trenes de laminación) . El electrodo puede ser sinterizado después de que es comprimido. Alternativamente, el electrodo puede ser formado al primero al formar la composición activa en una cinta de la composición activa y luego al fijar la cinta sobre un sustrato conductor. Las cintas pueden ser formadas al comprimir la composición activa en un tren de laminación. El tren de laminación forman las cintas . Las cintas pueden tener un espesor entre aproximadamente 0.018 Angstroms a aproximadamente 0.02 Angstroms. Después de que se forma la cinta, ' esta es colocada sobre un sustrato conductor y comprimida sobre el sustrato conductor (un tren de laminación puede también ser utilizado para esta compresión) . El electrodo luego puede ser sinterizado. Se observa que cuando los electrodos incluyen un polímero conductor, la sinterización puede ser realizada en la gama de aproximadamente 170° a aproximadamente 180°C para no descomponer el polímero conductor. Alternativamente, si no se utiliza un polímero conductor en los electrodos, entonces la sinterización se puede realizar en la gama de aproximadamente 310 °C a aproximadamente 330 °C. El sustrato conductor puede ser cualquier estructura de soporte eléctricamente conductora que puede ser utilizada para sostener la composición activa. Ejemplos incluyen malla conductora, rejilla, espuma, metal expandido y metal perforado. En una modalidad particular, la rejilla o malla puede tener por lo menos 40 alambres por pulgada orizontalmente y 20 alambres por pulgada verticalmente. Los alambres que comprenden la malla o rejilla de preferencia tienen un diámetro entre .005 pulgadas y .01 pulgadas y más de preferencia tienen un diámetro entre .005 pulgadas y .008 pulgadas . La forma real del sustrato usado puede depender de sí el sustrato es usado para el electrodo positivo o el electrodo negativo de la celda electroquímica, el tipo de celda electroquímica (por ejemplo, la celda de batería o de combustible) , el tipo de material activo utilizado, y si es un electrodo de tipo pasta o no de tipo pasta. El sustrato conductor puede ser formado de cualquier material eléctricamente conductor y de preferencia es formado un material metálico tal como un metal puro o una aleación de metal. Ejemplos de materiales que pueden ser utilizados incluyen níquel metálico, aleación de níquel, cobre metálico, aleación de cobre, metales enchapados y níquel tal como níquel metálico enchapado con cobre metálico y cobre metálico enchapado con níquel metálico. El material real usado para el sustrato depende de muchos factores incluyendo si el sustrato está siendo utilizado para el electrodo positivo o negativo, el tipo de celda electroquímica (por ejemplo celda de batería o de combustible) , el potencial del electrodo y el pH del electrolito de la celda electroquímica. Se observa que un electrodo puede ser formado sin un sustrato conductor. Por ejemplo, las celdas conductoras pueden ser mezcladas con la composición activa para formar las rutas de recolección conductoras necesarias. Un ejemplo de un electrodo de la presente invención es un electrodo de hidróxido de níquel (también referido como un electrodo de níquel) . En este caso, la composición de electrodo activo comprende un material de hidróxido de níquel y un polímero conductor. Se puede utilizar cualquier material de hidróxido de níquel. Ejemplos de materiales de hidróxido de níquel se proporcionan en lo anterior. El electrodo de hidróxido de níquel puede ser usado como el electrodo positivo de una celda de batería. Por ejemplo, el electrodo de hidróxido de níquel puede ser utilizado como un electrodo positivo de una celda de batería de níquel-hídruro de metal, una celda de batería de níquel-cadmio, una celda de batería de níquel zinc, una celda de batería de níquel hierro o una celda de batería de níquel hidrógeno. De preferencia, el electrodo de hidróxido de níquel se forma al primero mezclar un material activo de hidróxido de níquel con un polímero conductor para formar una composición activa en la forma de una mezcla. Otros componentes (tales como componentes conductores, catalizadores Raney, aleaciones Raney, otros enlazadores, etc.) también se pueden adicionar a la mezcla. La mezcla de preferencia se hace una pasta y se aplica a un sustrato conductor. Otro ejemplo de un electrodo de la presente invención es un electrodo de aleación de almacenamiento de hidrógeno. En este caso la composición activa incluye una aleación de almacenamiento de hidrógeno y un polímero eléctricamente conductor. Se puede utilizar cualquier aleación de almacenamiento de hidrógeno. Ejemplos de aleaciones de almacenamiento de , hidrógeno son discutidos en lo anterior. El electrodo de aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser utilizado como el electrodo negativo para una celda de batería tal como una celda de batería de níquel-hidruro de metal. También, como es discutido en más detalle enseguida, el electrodo de aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser utilizado como el electrodo negativo de una celda de combustible. El electrodo de aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser formado de maneras diferentes. De preferencia, una composición activa que incluye una aleación de almacenamiento de hidrógeno y un enlazador conductor se forma como una mezcla. La mezcla puede incluir componentes adicionales tales como materiales conductores, un catalizador Raney, una elación Raney, otros enlazadores, etc. La mezcla se puede hacer en una pasta aplicada a un sustrato conductor. Como un ejemplo, la composición activa para un electrodo de aleación de almacenamiento de hidrógeno puede incluir en peso 75 a 85% de material de aleación de almacenamiento de hidrógeno, 12 a 18% de catalizador Raney, 0.0 a 3.0% de material enlazador, 0.0 a 5.0% de material conductor y 0.0 a 8.0% de material de polímero conductor . También se divulga en la presente una celda electroquímica que comprende por lo menos un electrodo positivo, por lo menos un electrodo negativo y un electrolito. Por lo menos uno de los electrodos positivos y/o por lo menos uno de los electrodos negativos incluyen una composición de electrodo activo del tipo descrito en lo anterior. Esto es, la composición activa incluye un material de electrodo activo y un polímero conductor. Cualquier celda electroquímica que incluye una composición activa de este tipo está dentro del alcance de esta invención. De preferencia, el electrolito de la celda electroquímica es , un electrolito alcalino. El electrolito alcalino es de preferencia una solución acuosa de un hidróxido de metal alcalino. Ejemplos de hidróxidos de metal alcalino incluyen hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, hidróxido de litio, y mezclas de los mismos. De preferencia, el hidróxido de metal alcalino es hidróxido de potasio. La celda electroquímica puede ser una celda de batería. Una modalidad de una batería de la presente invención es una batería de níquel-hidruro de metal. La batería de níquel-hidruro de metal incluye por lo menos un electrodo negativo de aleación de almacenamiento de hidrógeno, por lo menos un electrodo positivo de hidróxido de níquel y un électrolito alcalino. Por lo menos uno de los electrodos negativos y/o por lo menos uno de los electrodos positivos incluyen una composición activa que incluye un polímero conductor. La celda electroquímica también puede ser una celda de combustible. Las celdas de combustible, similares a las baterías, operan al utilizar reacciones electroquímicas. Distinto a una batería en la cual la energía química es almacenada dentro de la celda, las celdas de combustible generalmente son suministradas con reactivos desde afuera de la celda. La celda de combustible puede ser de cualquier tipo de celda de combustible. Ejemplos de celdas de combustible incluyen celdas de combustible alcalino de celdas de combustible PEM. La celda de combustible incluye por lo menos un electrodo negativo y pro lo menos un electrodo positivo. El electrodo negativo sirve como el electrodo de hidrógeno' o ánodo de- la celda de combustible mientras que el electrodo positivo sirve como el electrodo de aire o cátodo de la celda de combustible. Un ejemplo de una celda de combustible alcalina se muestra en la Figura 1. Como se muestra en la Figura 1, una celda de combustible alcalino 20 comprende un ánodo 24, un cátodo 26 y un electrolito alcalino 22 mantenido dentro de una matriz no conductora porosa entre el ánodo 24 y el cátodo 26. Como es mencionado en lo anterior, el material alcalino de preferencia es una solución acuosa de un hidróxido de metal alcalino. El hidróxido de metal alcalino puede incluir uno o más de hidróxido de potasio, hidróxido de litio e hidróxido de sodio. El hidróxido de potasio típicamente es utilizado como el electrolito en una celda de combustible alcalino. Con referencia ahora a la Figura 2, en una modalidad de la invención, el ánodo 24 comprende un sustrato conductor 24A y una capa de ánodo 24B soportado sobre el sustrato 24A. El cátodo 26 comprende un sustrato conductor 26A y una capa de cátodo 26B soportada sobre el sustrato 26A.
Un gas de hidrógeno se alimenta al ánodo 24 y un gas de oxígeno se alimenta al cátodo 26. En la modalidad mostrada, el gas de hidrógeno se alimenta al ánodo 24 por la vía del compartimiento de hidrógeno 13, y el gas de oxígeno se alimenta .al cátodo 26 por la vía. del compartimiento de oxígeno/aire 17. Los gases reactivos pasan a través de los electrodos para reaccionar con el electrolito 22 en la presencia del catalizador para producir agua, calor y electricidad. En el ' ánodo 24 el hidrógeno es electroquímicamente oxidado para formar agua y liberar electrones de acuerdo con la reacción: ¾ (g) + 20H" > 2¾0 + 2e (3) Los electrones así generados se conducen desde el ánodo 24 a través de un circuito externo al cátodo 26. En el cátodo 26, el oxígeno, el agua y los electrones reaccionan para reducir el oxígeno y formar iones hidroxilo (OH") de acuerdo con la reacción : ½ 0Z (g) + H20 + 2e" > 20H" (4)
Un flujo de iones hidroxilo (OH-) a través del electrolito 22 completa el circuito eléctrico. El flujo de electrones es utilizado para proporcionar energía eléctrica para una carga 18 externamente conectada al ánodo (el electrodo negativo) y el cátodo (el electrodo positivo) . El catalizador de ánodo es el material de electrodo activo del electrodo negativo (el ánodo) de la celda de combustible. Del mismo modo, el catalizador de cátodo es el material de electrodo activo del electrodo positivo (el cátodo) de la celda de combustible. Para una celda de combustible alcalina, el catalizador de ánodo cataliza y acelera la formación de- iones H+ y electrones (e~) a partir del ¾. Esto ocurre por la via de la formación de hidrógeno atómico a partir del hidrógeno molecular. La reacción global (donde M es el catalizador) es la ecuación (5) enseguida: M + ¾ -> 2MH + 2H+ + 2e~ (5) Asi, el catalizador de ánodo cataliza la formación de agua en la interfaz del electrolito y también eficientemente disocia el hidrógeno molecular en hidrógeno iónico. Ejemplos de catali adores de ánodo posibles incluyen materiales que incluyen uno o más de los metales nobles tales como platino, paladio y oro. Otros catalizadores de ánodo incluyen aleaciones de almacenamiento de hidrógeno. Por consiguiente, el catalizador de ánodo (es decir, el material activo para el electrodo negativo de la celda de combustible) puede ser una elación de almacenamiento de hidrógeno. Generalmente, cualquier aleación de almacenamiento de hidrógeno puede ser utilizada como el catalizador de ánodo. Como es discutido, el ánodo 24 puede ser formado de modo que el material activo se aplica sobre un sustrato conductor. Un ejemplo de este tipo de estructura se muestra en la Figura 2 donde una capa de ánodo 24B es fijado a un sustrato conductor 24?. La capa de ánodo incluye una composición de electrodo activo (también referido como una composición de ánodo activo) que incluye el catalizador de ánodo. La composición de ánodo' activo (esto es, la composición activa del electrodo negativo de la célula de combustible) de preferencia también incluye un polímero conductor. La composición de ánodo activo de preferencia además incluye un material hidrofóbico polimérico. Un ejemplo de un material hidrofóbico polimérico es PTFE. La composición de ánodo activa puede ser formada como una mezcla de catalizador de ánodo, el polímero conductor y el material hidrofóbico. El material hidrofóbico enlaza la capa de ánodo conjuntamente y proporciona una red de canales a través de la cual los gases reactivos ganan acceso a la superficie catalítica del material activo. · El material hidrofóbico también impide al electrolito de que entre al compartimiento de hidrógeno 13. Además, el material de ánodo activo puede incluir otros componentes tales como materiales conductores, los catalizadores Raney y aleaciones Raney. Un ejemplo de una celda de combustible alcalina que utiliza una aleación de almacenamiento de hidrógeno como un- catalizador de ánodo se proporciona en la patente norteamericana No. 6,446,942, la descripción de la cual es incorporada por referencia en la presente . Como es mencionado, el electrodo positivo de la celda de combustible es el electrodo de aire o cátodo de la celda de combustible. El cátodo de la celda de combustible incluye el material de cátodo activo que es de preferencia catalítico a la disociación del oxígeno molecular en oxígeno atómico y catalítico para la formación de iones hidróxido (OH") a partir del agua y iones oxigeno. Un ejemplo de un material de cátodo activo es un metal no noble. Por ejemplo, se puede utilizar plata tal como plata como el material de cátodo activo. La plata puede ser distribuida sobre un soporte de carbono . El material de cátodo activo puede incluir por lo menos un metal de- transición. El cátodo puede ser formado el mismo como un cátodo convencional que utiliza un catalizador de platino, pero un catalizador de metal no noble es sustituido por el metal noble. El cátodo de la celda de combustible puede ser formado al aplicar una composición activa para el cátodo sobre sustrato conductor. Con referencia a la Figura 2, el cátodo 26 comprende una capa de cátodo 26B fijada a un sustrato conductor 26A. La capa de cátodo comprende una composición activa (también referida como una composición de cátodo activa) que incluye el catalizador de cátodo. La composición de cátodo activa de preferencia también incluye un polímero conductor. La composición de cátodo de preferencia además incluye un material hidrofóbico polimérico. Un ejemplo de un material hidrofóbico polimérico PTFE . La composición de cátodo activa se puede formar como una mezcla del material activo de cátodo (es decir, el catalizador de cátodo) , el polímero conductor y el material hidrofóbico . Ejemplo 1 Se forma una celda de batería tri-electrodo de níquel-hidruro de metal de control (celda de control) que tiene un electrodo negativo de aleación de almacenamiento de hidrógeno, un electrodo positivo de hidróxido de níquel y un electrodo de referencia de Hg/HgO. El electrodo positivo de hidróxido de níquel incluye una composición de electrodo activa formada al mezclar físicamente 88.6% en peso de material de hidróxido de níquel, 5% en peso de polvo de Co, 6% en peso de polvo de CoO y .4% en peso de enlazador de PVA. La composición de electrodo activa se hace en una pasta y se aplica sobre una espuma de níquel conductora para formar el electrodo positivo. Se forma una celda de batería tri-electrodo de níquel-hidruro de metal de prueba (celda de batería de prueba) usando un electrodo negativo de aleación de almacenamiento de hidrógeno (el mismo tipo de electrodo como es utilizado en la celda de control) , un electrodo positivo de hidróxido de níquel y el electrodo de referencia de Hg/HgO. El electrodo positivo de hidróxido de níquel incluye una composición de electrodo activa formada al mezclar físicamente 88.6% en peso de material de idróxido de níquel, 5% en peso de polvo de Co, 6% en peso de polvo de CoO y .4% en peso de enlazador de polianilina conductora. La composición de electrodo activa se hace en una pasta y se aplica sobre una espuma de níquel conductora para formar el electrodo positivo. La celda de control (sin el enlazador- conductor) y la celda de prueba (con el enlazador conductor) son cada una descargadas a 50% de intensidad de descarga en corriente de descarga constante. La celda de control y la celda de prueba son cada una sometida a una secuencia de impulsos de descarga de 10 segundos de magnitud incrementadas (.5 amp, 1 ainp, 1.5 amp, etc.). El voltaje del electrodo positivo al final de cada uno de los impulsos de corriente de descarga se mide con relación al electrodo de referencia de Hg/HgO. Los valores de voltaje (al final de cada uno de los impulsos de corriente de descargas) contra el valor de las corrientes de descarga tanto para la celda de control (o) así como la celda de pruebas (?) se muestra en la Figura 3. Las pendientes de la porción lineal de las dos gráficas muestran que la resistencia del electrodo hecho con el enlazador conductor (?) es menor que la resistencia del electrodo hecho sin el enlazador conductor (o) . Ejemplo 2 Se forma una celda de batería de níquel-hidruro de metal de control (celda de control) que tiene electrodos negativos de aleación de almacenamiento de hidrógeno y electrodos positivos de hidróxido de níquel (donde el número de electrodos negativos es una mayor que el número de electrodos positivos) . El electrodo positivo de hidróxido de níquel incluye una composición de electrodo activa formada al mezclar físicamente 88.6% en peso de material de hidróxido de níquel, 5% en peso de polvo de Co, 6% en peso de polvo de CoO •y .4% en peso de enlazador de PVA. La composición de electrodo activa se hace en una pasta y se aplica sobre una espuma de níquel conductora para formar el electrodo positivo . Se forma una celda de batería de níquel-hidruro de metal de prueba (batería de prueba) que tiene electrodos negativos de aleación de almacenamiento de hidrógeno (el mismo tipo de electrodo como es utilizado en la celda de control) y electrodos positivos de hidróxido de níquel (donde el número de electrodos negativos y positivos de la prueba son los mismos como aquellos de la celda de control. El electrodo positivo de hidróxido de níquel incluye una composición de electrodo activa formada al mezclar físicamente 88.6% en peso de material de hidróxido de níquel, 5% en peso de polvo de Co, 6% en peso de polvo de CoO y .4% en peso de enlazador de polianilina conductora. La composición de electrodo activa se hace en una pasta y se aplica sobre una espuma de níquel conductora para formar el electrodo positivo. Las baterías de prueba y de control se pasan por ciclos. La potencia máxima de la celda de batería de control (o) (sin el enlazador conductor) y la potencia máxima de la celda de batería de prueba (?) con el enlazador conductor) se determina a diferentes sitios de carga/descarga. La potencia máxima (en Watts) contra el número de ciclos se muestra en la Figura 4. Como es mostrado, la potencia máxima suministrada de la celda de batería de prueba (?) hecha con el polímero conductor tiene una potencia máxima más alta que la celda de batería de control (?) hecha sin el enlazador conductor. Se observa que las baterías de control y de prueba se hicieron para propósitos de prueba solamente no pueden tener potencia optimizada. Ejemplo 3 Se hizo una semi-celda de control para una celda de combustible usando un electrodo negativo (el electrodo de hidrógeno o ánodo) , un electrodo contrario y un electrodo de referencia de Hg/HgO. La composición activa del electrodo negativo incluye una composición de electrodo activa formada al mezclar físicamente 80% en peso de una aleación de almacenamiento de hidrógeno, 15% en peso de níquel Raney, 1.5% en peso de enlazador de PTFE y 3.5% de grafito. Se hizo una semi-celda de prueba para una celda de combustible usando un electrodo negativo (el electrodo de hidrógeno o ánodo) y un electrodo de referencia de Hg/HgO. La composición activa del electrodo negativo incluye 80% en peso de la misma aleación de almacenamiento de hidrógeno usada en la semi-celda de control, 15% en peso de níquel Raney, .7% en peso de enlazador de PTFE, .8% en peso de enlazador de polianilina conductora y 3.5% en peso de grafito. Se observa que la cantidad total de enlazador en las semi-celdas tanto de control como de prueba es de 1.5% en peso. El electrodo negativo de la semi-celdas tanto de control (o) como de prueba (?) son descargados (bajo las mismas condiciones con respecto a la presión y flujo de hidrógeno, temperatura, etc.) a una corriente de descarga continuamente incrementada'. Los voltajes de cada uno de los electrodos negativos (contra el electrodo de referencia HgO/Hg) son medidos. Los resultados de las pruebas se muestran en la Figura 5. Como se muestra en la Figura 5, el electrodo negativo de la semi-celda de prueba (?) proporciona un voltaje más alto que el electrodo negativo de la semi-celda de control (?) a la misma corriente. Mientras que la invención se ha descrito en relación con modalidades y procedimientos preferidos, se va a entender que no se propone para limitar la invención a las modalidades y procedimientos preferidos. Por el contrario, se propone para cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalencias, que puede ser incluidas dentro del espíritu y alcance de la invención como es definido por las reivindicaciones adjuntas después en la presente.