MXPA98010618A - Aleaciones para rejilla de electrodos positivos de baterias de plomo-acido - Google Patents

Abstract

Una composición de placa de rejilla de batería que comprende, en porcentaje en peso:Calcio 0.035-.085 Estaño 1.2 -1.55 Plata .002-.035 Plomo el resto.

Description

ALEACIONES PARA REJILLA DE ELECTRODOS POSITIVOS DE BATERÍAS DE PLOMO-ACIDO ANTECEDENTES El plomo se utiliza en las baterías de plomo-ácido para fabricar el óxido que se utiliza en la fabricación del material activo positivo y negativo. El plomo también se utiliza como las estructuras de soporte y de conducción, es decir, las placas de rejilla positiva y negativa, para el material activo. En su forma pura, sin embargo, el plomo es demasiado blando para los procesos de manufactura implicados en la fabricación de las placas, y para el ensamble subsecuente en el producto de batería final. Con el objeto de ayudar a reforzar las placas de rejilla, se han propuesto y utilizado diferentes aleaciones de plomo. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido automotrices convencionales emplean rejillas hechas de una aleación de antimonio-plomo, en donde el contenido de antimonio es de aproximadamente el 3 a 42 por ciento en peso de la composición de la aleación. Estas aleaciones se pueden formar a velocidades comerciales aceptables en rejillas de batería mediante técnicas de vaciado por gravedad. Cuando se utiliza una aleación de plomo-antimonio, sin embargo, provoca gasificación y la subsecuente pérdida de agua. Más aún, a medida que se incrementa el porcentaje de antimonio, se incrementa la velocidad de gasificación. Una batería híbrida consiste en una aleación de rejilla positiva de plomo baja en antimonio (generalmente de aproximadamente el 1.3 por ciento al 1.6 por ciento de antimonio) , y una aleación de rejilla negativa de plomo-calcio. Ya que la cantidad de antimonio en la rejilla negativa afecta a la gasificación, el cambio a una aleación de rejilla negativa de plomo-calcio disminuye la velocidad de gasificación. Sin embargo, es importante observar que, durante la vida de la batería, el antimonio se transferirá desde la placa positiva hasta la placa negativa, de modo que se presentará alguna gasificación, inclusive cuando sea mucho más baja de lo que sería si la rejilla negativa se hiciera de antimonio. Para ayudar a bajar la velocidad de gasificación todavía más, la aleación de rejilla positiva se cambió a una composición de aleación de plomo-calcio. Estas aleaciones con frecuencia incluyen elementos adicionales, tales como estaño y plata. En adición, se utilizan otros diferentes aditivos para ayudar en la refinación del grano, tales como arsénico, azufre, y cobre. Aunque las baterías con esta configuración de placa de rejilla todavía experimentan gasificación, es una velocidad de sólo aproximadamente del 30 por ciento al 40 por ciento de una batería de aleación de plomo-antimonio. En las Patentes de los Estados Unidos de Norteamérica Números 4,125,690; 2,860,969; 3,287,165; y 5,298,350. Se dan a conocer diferentes aleaciones de plomo-calcio para placas de rejilla de batería. Sin embargo, quedan problemas, como se describen adicionalmente más adelante. Durante los pasados 10 años, el estilo automotriz a cambiado mucho. La tendencia es hacia un chasis más redondo y más aerodinámicamente eficiente. Como resultado, las parrillas frontales han disminuido significativamente su tamaño, y probablemente desaparecerán totalmente. Esta área de la parrilla era la única área en donde se podía obtener aire de enfriamiento fresco hacia adentro del compartimiento del motor, ayudando a mantener una temperatura de la batería más baja. En adición a (o en algunos casos como un resultado de) los cambios de estilo, el área del compartimiento del motor en el automóvil típico también se ha reducido, forzando de esta manera a todos los componentes a quedar más cerca del motor. En algunos vehículos, los convertidores catalíticos estrechamente acoplados, las válvulas EGR u otros componentes que crean un alto calor, se localizan adyacentes al múltiple de escape, y el intenso calor de estos convertidores da como resultado que el compartimiento del motor se haga todavía más caliente. Este diseño tan compacto, junto con los ciclos de impulso de las poblaciones en el suroeste del desierto, y una banda a lo largo del enlace sur de los estados hasta Florida, ha incrementado las temperaturas promedio que experimentará la batería hasta 160EF o mayores. De hecho, se han medido temperaturas del electrolito de la batería mayores de 200EF. El Battery Council International (BCI) conduce periódicamente un análisis de un gran número de baterías con garantía. Uno de estos análisis ha demostrado que las áreas del país con las temperaturas medias más altas promedio también tienen la vida de batería más baja. Entre otras cosas, se ha demostrado que una vida corta de la batería, debido a la gasificación y a la pérdida de agua aunada (que incrementa la corrosión y el crecimiento de la rejilla positiva) es uno de los modos de falla primordiales. El cambio hasta una batería de plomo-calcio ha prolongado la vida de la batería en estas áreas del país, reduciendo la gasificación, y por consiguiente la pérdida de agua, pero constantemente se buscan mejoras adicionales. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Actualmente hay dos maneras de hacer rejillas positivas de aleación de plomo-calcio. La primera es mediante la utilización de vaciado en molde teórico. La otra es con un proceso de metal expandido, utilizando tanto tira forjada como colada. Estas técnicas son enteramente diferentes, y requieren de dos aleaciones de plomo-aluminio ligeramente diferentes. Con el sistema de molde teórico, la rejilla producida es relativamente rígida, con los bordes llenos a lo largo de cada lado, en la parte superior y en la parte inferior. Esto presta rigidez a la rejilla, y ayuda a prevenir el crecimiento vertical de la rejilla. Ya que la estructura es básicamente rígida, se puede utilizar un contenido de calcio más bajo (lo cual tiende a ayudar a la dureza) , con el objeto de darle resistencia durante las altas temperaturas que experimentará la batería. Se agrega plata para proporcionar resistencia. La parte más importante para la aleación, sin embargo, es el contenido de estaño. En las cantidades utilizadas de conformidad con esta invención, el estaño proporciona otra medida de resistencia a las temperaturas, al proporcionar resistencia a la corrosión intergranular y al crecimiento de la rejilla a través del tiempo. El estaño también sirve para ayudar a recargar las baterías desde profundidades de descarga extremadamente bajas, particularmente aquellas que se deben a una baja extracción de corriente (típicamente miliamperes) . El metal expandido proporciona una rejilla con un borde superior pero sin marcos laterales y sin un borde inferior sustancial. Debido a que la rejilla está expandida, es patrón mismo inherentemente tiene problemas de crecimiento de la rejilla. Con el objeto de superar esto, la aleación necesita modificarse vis-a-vis la aleación producida mediante el proceso de molde teórico. De una manera específica, un contenido de calcio más alto proporciona la dureza necesaria, mientras que el estaño permanece sustancialmente igual. Sin embargo, se baja el contenido de plata, debido a que su uso en concentraciones más altas harían que el material de la rejilla fuera demasiado duro. Dentro de los procesos de metal expandido, se puede utilizar tanto la tira forjada como colada, y la aleación de conformidad con esta invención seguiría siendo esencialmente la misma para ambos tipos de procesos de metal expandido. En las modalidades de ejemplo, se ha encontrado que las aleaciones de plomo-calcio específicas, que incluyen cantidades específicas de estaño y plata, como se describen adicionalmente en la presente, son efectivas para reducir la gasificación, y por consiguiente, para prolongar la vida de la batería. De conformidad con lo anterior, en sus aspectos más amplios, la invención se refiere a una composición de placa de rejilla de batería que comprende, en porcentaje en peso: Calcio 0.035 - .085 Estaño 1.2 - 1.55 Plata .002 - .035 Plomo el resto. En otro aspecto, la invención se refiere a una placa de rejilla de batería formada mediante un proceso de molde teórico que consiste esencialmente, en porcentaje en peso, en: Calcio 0.035 - .055 Estaño 1.3 - 1.55 Plata .025 - .035 Aluminio .005 Plomo el resto. En otro aspecto, la invención se refiere a una placa de rejilla de batería formada mediante un proceso de metal expandido que consiste esencialmente, en porcentaje en peso, en: Calcio .045 - .085 Estaño 1.20 - 1.55 Plata .002 - .0049 Plomo el resto. Otros objetos y ventajas llegarán a quedar más claros a partir de la siguiente descripción detallada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una elevación lateral de una placa de rejilla convencional formada mediante un proceso de molde teórico. La Figura 2 es una elevación lateral de una placa de rejilla convencional formada mediante un proceso de expansión de metal . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS Haciendo referencia a la Figura 1, se ilustra una rejilla positiva 10, del tipo generalmente producido mediante un sistema de molde teórico convencional. La rejilla 10 se forma con porciones de bordes superior, inferior, y lateral llenos 12, 14, 16, y 18, respectivamente, junto con una rejilla interna 20 formada mediante tejidos o miembros de rejilla mutuamente perpendiculares 22, 24. Pasando a la Figura 2, se ilustra una rejilla positiva 26, y que es del tipo formado mediante un proceso de metal expandido convencional. En este caso, la rejilla 26 se forma con un borde superior 28 y un borde inferior 30, pero no hay bordes laterales separados. Más aun, el borde inferior 30 tiene un espesor o ancho menor que el borde superior 28. La rejilla interna 32 se forma mediante una pluralidad de miembros de tejido o de rejilla diagonales opuestamente orientados 34 y 36. Por naturaleza, la rejilla formada mediante los procesos de metal expandido convencionales (utilizando ya sea tira colada o bien tira forjada) , inherentemente tiene problemas de crecimiento de la rejilla, y es menos rígida que la rejilla 10 descrita anteriormente en la presente. De conformidad con esta invención, una placa de rejilla positiva para una batería tiene la siguiente composición en porcentaje en peso: % de Calcio 0.035 - .085 % de Estaño 1.20 - 1.55 % de Plata .002 - .035 % de Plomo el resto Para las placas de rejilla positiva formadas mediante los procesos de molde teórico convencionales, se puede incluir aluminio en la cantidad del 0.005 por ciento en peso.

Dependiendo del proceso de formación específico para la placa de rejilla positiva, los siguiente ejemplos son ilustrativos de las composiciones preferidas de conformidad con esta invención. EJEMPLO 1 De conformidad con esta invención, la placa de rejilla positiva formada mediante el proceso de molde teórico convencional, tiene la siguiente composición, en porcentaje en peso: % de Calcio .035 - .055 % de Estaño 1.2 - 1.55 % de Plata .025 - .035 % de aluminio .005 % de Plomo el resto EJEMPLO 2 De conformidad con otra modalidad de ejemplo de la invención, la rejilla positiva formada mediante un proceso de metal expandido, tiene la siguiente composición, en porcentaje en peso: % de Calcio .045 - .085 % de Estaño 1.20 - 1.55 % de Plata .002 - .0049 % de aluminio ninguno Plomo el resto Aunque la invención se ha descrito en relación con lo que actualmente se considera la modalidad más práctica y preferida, se debe entender que la invención no debe limitarse a la modalidad dada a conocer, sino por el contrario, pretende cubrir diferentes modificaciones y configuraciones equivalentes incluidas dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera como una novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Una rejilla de batería que tiene una composición que comprende, en porcentaje en peso: Calcio 0.035 - .085 Estaño 1.2 - 1.55 Plata .002 - .035 Plomo el resto.
2. 2. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizada porque además incluye el 0.005 por ciento en peso de aluminio.
3. 3. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 2, caracterizada porque el contenido de calcio es entre el 0.035 y 0.055 por ciento en peso.
4. 4. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 2, caracterizada porque el contenido de plata es de entre el 0.025 y 0.035 por ciento en peso.
5. 5. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 2, caracterizada porque el contenido de estaño es de entre el 1.30 y 1.20 por ciento en peso.
6. 6. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de calcio es de entre el 0.045 y 0.085 por ciento en peso.
7. 7. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de plata es de entre el 0.002 y 0.0049 por ciento en peso.
8. 8. Una rejilla de batería formada mediante un proceso de molde de libro que consiste esencialmente, en porcentaje en peso, en: Calcio 0.035 - .055 Estaño 1.2 - 1.55 Plata .025 - .035 Aluminio .005 Plomo el resto.
9. 9. Una rejilla de batería formada mediante un proceso de metal expandido, que consiste esencialmente, en porcentaje en peso, en: Calcio .045 - .085 Estaño 1.20 - 1.55 Plata .002 - .0049 Plomo el resto.
10. 10. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 9, formada con tira colada.
11. 11. La rejilla de batería de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 9, formada con tira forjada.