PT1638161E

PT1638161E - Processo e dispositivo para a produção de uma bateria sem manutenção com electrólito imobilizado

Info

Publication number: PT1638161E
Application number: PT04021984T
Authority: PT
Inventors: Jean Ruch; Dirk Schroeder; Albert Schulte
Original assignee: Hoppecke Batterien Gmbh & Co Kg
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2011-02-17
Also published as: US20080016680A1; EP2293374B1; ATE496402T1; WO2006029730A3; EP1638161B1; EP1638161A1; PL1638161T3; CN1750313A; CN1750313B; WO2006029730A2; DE502004012128D1; EP2293374A1; US8298301B2

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A PRODUÇÃO DE UMA BATERIA SEM MANUTENÇÃO COM ELECTROLITO IMOBILIZADO" A presente invenção refere-se a um processo, bem como a um dispositivo para a produção de um acumulador com um electrólito imobilizado.

Os acumuladores com electrólitos imobilizados são conhecidos desde os anos 1950. A vantagem de tais tipos de baterias reside na sua fácil manutenção e na segurança contra o derrame do electrólito, que se encontra nas células do acumulador. Para a imobilização do electrólito é conhecida a ligação do mesmo na forma de um gel ou a fixação nas células do acumulador, com o auxilio de uma manta micro-estruturada.

Um representante destes acumuladores com fixação por gel, conhecido a partir do estado da técnica, são os acumuladores de chumbo-gel, nos quais o electrólito, geralmente o ácido sulfúrico, é imobilizado na forma de um gel formado com base em dióxido de silicio. A partir do estado da técnica, como é revelado com a patente americana US 4317872, é até agora conhecida a produção descontínua do gel electrolítico com base numa dispersão constituída por um ácido e um gelificante e a introdução do mesmo nas células do acumulador. No entanto, a produção descontínua do gel electrolítico provoca frequentemente oscilações de qualidade do gel e, por conseguinte, em último caso, também oscilações de qualidade nos acumuladores produzidos. 1

Para além disso, a mistura de ácido/dispersão tem que ser arrefecida visando o retardamento da reacção. As placas têm que estar formadas. A partir da patente alemã DE 19757481 é conhecida a pré-mistura de uma dispersão constituída por água, gelificante e, de um modo preferido, ácido bórico para o retardamento da reacção, e a introdução desta dispersão. No acumulador, o ácido sulfúrico encontra-se na massa activa das placas descarregadas. A gelificação é realizada através de carregamento.

Com o pedido de patente americana US 2003/0157400 AI publicado, bem como com o correspondente documento EP 1317006 A2 é revelado um dispositivo para o enchimento de acumuladores de chumbo, no qual os componentes do gel são misturados continuamente durante o enchimento da bateria. Por este meio são superadas as oscilações de qualidade da produção descontínua do gel electrolítico. Estão previstos dois recipientes, sendo que uma quantidade predefinida de ácido encontra-se disposta num dos recipientes e uma quantidade predefinida de gelificante no segundo dos recipientes. Os volumes dos dois recipientes correspondem ao volume do electrólito na célula do acumulador. Os dois recipientes estão ligados a um misturador através de tubos, sendo que o misturador mistura o ácido com o gelificante. Um outro tubo encontra-se disposto no misturador, de modo a introduzir a mistura resultante na célula do acumulador.

Um outro problema aquando da produção de acumuladores com electrólitos imobilizados é a formação de fissuras e poros durante o processo de formação das massas activas nas células do acumulador, isto é, durante o primeiro carregamento dos acumuladores. As reacções que decorrem nos eléctrodos (no caso 2 do acumulador de chumbo, no eléctrodo negativo, a transformação de Pb em PbS04, e no eléctrodo positivo, a transformação de Pb02 em PbS04, ou as correspondentes reacções inversas) podem provocar fissuras e poros nos electrólitos gelificados. Por este meio é possibilitado, de facto, um melhor transporte de gás (transporte de oxigénio) no interior das células do acumulador, no entanto, as fissuras na proximidade directa das massas activas provocam resistências elevadas das células devido a um pior contacto entre a massa activa e o gel e, deste modo, uma deterioração da capacidade do acumulador. A partir do documento EP 0491150 Bl é conhecido um processo para a produção de um acumulador de chumbo, que apresenta um electrólito com um gel tixotrópico. O gel é constituído, no essencial, por ácido sulfúrico e um gelificante. O gel tixotrópico é introduzido numa célula do acumulador e, após o passo de enchimento, uma corrente eléctrica é aplicada aos eléctrodos da célula do acumulador. O documento US 4359075 revela uma estação de trabalho para o enchimento de células de um acumulador com ácido. O objectivo da invenção é o de aperfeiçoar um processo de acordo com a classe, no sentido de poder ser reduzido um desenvolvimento de calor não uniforme aquando da formação.

Com a invenção propõe-se como solução, um processo para a produção de um acumulador com um electrólito imobilizado, sendo que o electrólito é imobilizado na forma de um gel, numa célula do acumulador, sendo que o electrólito é introduzido em forma fluida, nomeadamente como solução coloidal, na célula do acumulador, sendo que um gelificante e um ácido, constituindo a 3 solução coloidal, são apenas misturados no momento da introdução na célula do acumulador, e a imobilização do electrólito e a formação da massa activa decorrem em simultâneo na célula do acumulador, sendo que simultaneamente à introdução da solução coloidal na célula do acumulador, é aplicada uma tensão à célula do acumulador, que forma a massa activa na célula do acumulador.

As vantagens do processo de acordo com a invenção resultam do facto de, por um lado, poderem ser utilizadas placas reformadas, e por outro lado, a mistura de solução coloidal/ácido ser produzida apenas um pouco antes da introdução e ser introduzida durante o tempo de reacção. Dai resultam simplificações consideráveis do processo e poupanças, como a eliminação do arrefecimento, do movimento e da pré-formação. 0 processo pode ser realizado à temperatura ambiente.

Através do modo de procedimento de acordo com a invenção, é reduzida a mobilidade do ácido sulfúrico durante a formação, facto do qual resulta uma uniformização do desenvolvimento de calor, de modo que picos de temperatura não podem actuar negativamente sobre outros componentes, como é conhecido no estado da técnica.

Outras vantagens e caracteristicas da invenção resultam da seguinte descrição das figuras, e do exemplo de realização:

Figura 1 mostra uma estrutura esquemática do dispositivo de acordo com a invenção,

Figura 2 mostra a estrutura da cabeça (1) de enchimento de acordo com a invenção e 4

Figura 3 mostra um dispositivo de acordo com a invenção, para o enchimento de uma multiplicidade de acumuladores.

Para além de correspondentes ligações eléctricas e fontes de tensão adequadas para a aplicação da necessária tensão de formação, o dispositivo de acordo com a invenção para a realização deste processo apresenta uma cabeça (1) de enchimento que apresenta, pelo menos, respectivamente uma entrada (19) para o gelificante, o ácido e um meio de lavagem. Para além disso, a cabeça (1) de enchimento apresenta um misturador (20) para a mistura estática, pelo menos, do gelificante com o ácido. A cabeça de enchimento dispõe além disso de um prolongamento (21) de enchimento que, de um modo vantajoso, é adaptado à célula do acumulador a encher e que, visando a flexibilidade da cabeça de enchimento, se encontra montado na mesma de forma a poder ser substituído. Para além disso, o dispositivo apresenta caudalimetros para o gelificante e para o ácido utilizado, com auxílio dos quais podem ser produzidas relações de misturas exactas, que podem ser predefinidas por meio de um dispositivo de comando. O dispositivo dispõe além disso, na cabeça de enchimento, de um tubo (2) de entrada para um meio de lavagem, com o auxílio do qual, através de válvulas (8.1 + 8.2) de 3 vias, as quantidades residuais de gelificante que se encontram nos tubos (11.1 + 11.2) condutores do gelificante podem ser reconduzidas por lavagem ao reservatório (3) para o gelificante, através de um tubo (13) de lavagem de retorno. O ar comprimido serve, de um modo vantajoso, como meio de lavagem. O dispositivo de acordo com a invenção dispõe de bombas (5.1 + 5.2) doseadoras para o gelificante e de bombas (6.1 + 5 6.2) doseadoras para o ácido. De um modo vantajoso, estas bombas doseadoras são accionadas por meio de motores (7.1 + 7.2) passo a passo. No entanto, é também adequado qualquer outro dispositivo de accionamento, através do qual é possível assegurar uma dosagem precisa e exacta dos componentes a misturar.

Através da mistura contínua dos componentes do gel na cabeça de enchimento, no momento da introdução do gel na forma de uma solução coloidal, no acumulador e através das relações de mistura que podem ser ajustas de forma precisa por meio das bombas doseadoras, são superadas as oscilações de qualidade conhecidas da mistura descontínua do gel electrolítico. Através do simultâneo enchimento do acumulador com o gel electrolítico, ou seja a solução coloidal, e da formação das massas activas nas células, são superadas as desvantagens dos acumuladores de gel conhecidas a partir do estado da técnica.

De um modo vantajoso, um dispositivo para a realização do processo de acordo com a invenção apresenta uma cabeça (1) de enchimento, como a representada a título de exemplo na figura 2. A cabeça de enchimento dispõe, pelo menos, de respectivamente uma entrada (19) para os componentes do gel e para o meio de lavagem. Para além disso, uma cabeça de enchimento de acordo com a invenção apresenta um misturador (20) estático, no qual os componentes do gel são misturados antes da introdução no acumulador.

Visando a introdução da solução coloidal electrolítica no acumulador, a cabeça (1) de enchimento de acordo com a invenção dispõe de um prolongamento (21) de enchimento que, de um modo vantajoso, é adaptado ao acumulador a encher, ou seja à 6 geometria da abertura de enchimento do acumulador. De um modo vantajoso, o prolongamento (21) de enchimento encontra-se montado na cabeça (1) de enchimento de forma a poder ser substituído, de modo que, por meio de diferentes prolongamentos (21) de enchimento, uma cabeça (1) de enchimento pode ser utilizada para diferentes tipos de acumuladores. A figura 3 mostra um dispositivo de acordo com a invenção, para o enchimento de uma multiplicidade de acumuladores. 0 dispositivo de acordo com a invenção apresenta um suporte (14) para os acumuladores a encher, aparelhos (15.1 + 15.2) de posicionamento para as cabeças (1) de enchimento de acordo com a invenção, bem como uma unidade de dosagem com bombas (5.1 + 5.2) doseadoras para o gelificante e bombas (6.1 + 6.2) doseadoras para o ácido.

Os aparelhos (15.1 + 15.2) de posicionamento para as cabeças (1) de enchimento encontram-se montados de forma deslocável numa guia (16), de modo que as cabeças de enchimento podem ser livremente deslocadas por cima do suporte (14) para os acumuladores a encher. Em alternativa, o suporte (14) para os acumuladores a encher pode ser configurado na forma de uma mesa deslocável em XY, enquanto que as cabeças (1) de enchimento se encontram montadas de forma estacionária. Uma outra alternativa para o posicionamento das cabeças (1) de enchimento é a utilização de um robô de braço articulado com seis eixos ou de outros aparelhos de manipulação.

Visando o comando, o dispositivo de acordo com a invenção dispõe de um armário (17) de comando e de um painel (18) de controlo. 7

Lista dos índices de referência 1 Cabeça de enchimento 2 Tubo para meio de lavagem 3 Reservatório gelificante 4 Reservatório ácido 5.1/5.2 Bombas doseadoras gelificante 6.1/6.2 Bombas doseadoras ácido 7.1/7.2 Motores passo a passo 8.1/8.2 Válvula de 3 vias 9.1/9.2 Caudalímetro gelificante 10.1/10, .2 Caudalímetro ácido 11.1/11, ,2 Tubo para gelificante 12.1/12, . 2 Tubo para ácido 13 Tubo de lavagem de retorno gelificante 14 Suporte para acumuladores a encher 15.1/15, ,2 Aparelho de posicionamento com cabeça de enchimento 16 Carril de rolamento para aparelho de posicionamento 17 Armário de comando 18 Painel de controlo 19 Entradas 20 Misturador 21 Prolongamento de enchimento

Lisboa, 10 de Fevereiro de 2011 8

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a produção de um acumulador com um electrólito imobilizado, sendo que o electrólito é imobilizado na forma de um gel, numa célula do acumulador, sendo que o electrólito é introduzido em forma fluida, nomeadamente como solução coloidal, na célula do acumulador, sendo que um gelificante e um ácido, constituindo a solução coloidal, são apenas misturados no momento da introdução na célula do acumulador, e a imobilização do electrólito e a formação da massa activa decorrem em simultâneo na célula do acumulador, caracterizado por simultaneamente à introdução da solução coloidal na célula do acumulador, ser aplicada uma tensão à célula do acumulador, que forma a massa activa na célula do acumulador.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o electrólito ser imobilizado na forma de um gel, na célula do acumulador.
3. Processo de acordo com uma ou várias das reivindicações anteriores, caracterizado por o electrólito ser introduzido na forma de uma mistura de solução coloidal, na célula do acumulador.
4. Processo de acordo com uma ou várias das reivindicações anteriores, caracterizado por o gel ser constituído, pelo menos, por uma solução coloidal e um ácido. 1
5. Processo de acordo com uma ou várias das reivindicações anteriores, caracterizado por, pelo menos, o gelificante e o ácido serem apenas misturados no momento da introdução na célula do acumulador.
6. Processo de acordo com uma ou várias das reivindicações anteriores, caracterizado por o acumulador ser um acumulador de chumbo-gel com um electrólito de dióxido de silicio/ácido sulfúrico.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dióxido de silicio ser utilizado na forma de uma solução coloidal aquosa. Lisboa, 10 de Fevereiro de 2011 2 1/3

2/3 19 19 19

3/3