RU2309488C2 - Аккумуляторная батарея, содержащая токоприемники из пеноуглерода - Google Patents

Аккумуляторная батарея, содержащая токоприемники из пеноуглерода Download PDF

Info

Publication number
RU2309488C2
RU2309488C2 RU2005102064/09A RU2005102064A RU2309488C2 RU 2309488 C2 RU2309488 C2 RU 2309488C2 RU 2005102064/09 A RU2005102064/09 A RU 2005102064/09A RU 2005102064 A RU2005102064 A RU 2005102064A RU 2309488 C2 RU2309488 C2 RU 2309488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current collector
foam
battery
electrode plate
lead
Prior art date
Application number
RU2005102064/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005102064A (ru
Inventor
Куртис С. КИЛЛИ (US)
Куртис С. КИЛЛИ
Джон Джей ВОТУПОЛ (US)
Джон Джей ВОТУПОЛ
Original Assignee
Файэфлай Энеджи Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Файэфлай Энеджи Инк. filed Critical Файэфлай Энеджи Инк.
Publication of RU2005102064A publication Critical patent/RU2005102064A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2309488C2 publication Critical patent/RU2309488C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/808—Foamed, spongy materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H01M4/16—Processes of manufacture
    • H01M4/22—Forming of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/10—Battery-grid making

Abstract

Изобретение относится к токоприемникам для аккумуляторной батареи и, более конкретно, к токоприемникам из пеноуглерода для батареи свинцовых аккумуляторов. Согласно изобретению батарея имеет токоприемник, сделанный из пеноуглерода. Пеноуглерод включает сетку пор, в которую помещается химически активная паста для создания либо положительной, либо отрицательной пластины для батареи. Пеноуглерод обладает сопротивляемостью коррозии и имеет большую величину поверхности. Изобретение включает способ изготовления раскрытого токоприемника из пеноуглерода, использованного в изобретении. Техническим результатом является увеличенные значения удельной энергии батареи, уменьшение времени зарядки. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники
Данное изобретение, в общем, относится к токоприемникам для аккумуляторной батареи и, более конкретно, к токоприемникам из пеноуглерода для батареи свинцовых аккумуляторов.
Предпосылки создания изобретения
Известно, что батареи свинцовых аккумуляторов включают, по крайней мере, один положительный токоприемник, по крайней мере, один отрицательный токоприемник и электролитический раствор, например серную кислоту (H2SO4) и дистиллированную воду. Обычно как положительный, так и отрицательный токоприемники в батарее свинцовых аккумуляторов делаются из свинца. Роль этих свинцовых токоприемников состоит в передаче электрического тока на и от клемм батареи во время процессов разрядки и зарядки. Хранение и высвобождение электрической энергии в батареях свинцовых аккумуляторов осуществляется за счет химических реакций, которые происходят в пасте, нанесенной на токоприемники. Положительные и отрицательные токоприемники, как только их покрывают пастой, называются соответственно положительной и отрицательной пластинами. Заметным ограничением срока службы батарей свинцовых аккумуляторов является коррозия свинцового токоприемника положительной пластины.
Скорость коррозии свинцового токоприемника является главным фактором, определяющим срок службы батареи свинцовых аккумуляторов. Как только электролит с серной кислотой добавляется в батарею, батарея заряжается, токоприемник каждой положительной пластины постоянно подвергается коррозии благодаря воздействию серной кислоты и анодных потенциалов положительной пластины. Одним из наиболее разрушительных эффектов данной коррозии положительной пластины токоприемника является расширение объема. В частности, свинцовый токоприемник корродирует, из исходного металла свинца токоприемника образуется двуокись свинца. Более того, продукт коррозии двуокись свинца имеет больший объем, чем материал исходного свинца, потребляемый для создания двуокиси свинца. Коррозия исходного свинцового материала и получаемое в результате увеличение объема продукта коррозии двуокиси свинца называется расширением объема.
Расширение объема вызывает механические нагрузки на токоприемник, которые деформируют и растягивают токоприемник. При общем увеличении объема токоприемника от приблизительно 4% до 7% токоприемник может растрескаться. В результате может понизиться емкость батареи и, постепенно, батарея приблизится к концу своего срока службы. Дополнительно на продвинутых стадиях коррозии может произойти внутреннее замыкание внутри токоприемника и разрыв корпуса ячейки. Оба данных эффекта коррозии могут привести к выходу из строя одной или более ячеек внутри батареи.
Одним из способов продления срока службы батареи свинцовых аккумуляторов является увеличение сопротивляемости коррозии токоприемника положительной пластины. Предлагалось несколько способов для ингибирования процесса коррозии в батареях свинцовых аккумуляторов. Так как углерод не окисляется при температурах, при которых обычно работают батареи свинцовых аккумуляторов, некоторые из этих способов включали использование углерода в различных формах для замедления или предотвращения разрушительного процесса коррозии в батареях свинцовых аккумуляторов. Например, в патенте США №5512390 (далее именуемый патент 390) раскрывается батарея свинцовых аккумуляторов, которая включает токоприемники, выполненные из графитовых пластин вместо свинца. Графитовые пластины имеют достаточную проводимость для функционирования в качестве токоприемников, и они обладают большей сопротивляемостью коррозии, чем свинец. Замена свинцовых токоприемников на графитовые пластины, следовательно, может продлить срок службы батареи свинцовых аккумуляторов.
В то время как батарея по патенту 390 может потенциально продлить срок службы в результате снижения коррозии на положительной пластине, графитовые пластины по патенту 390 являются проблематичными. Например, графитовые пластины по патенту 390 представляют собой плотные, плоские листы материала, каждый из которых имеет относительно небольшую поверхность. В отличие от пластин свинцового электрода обычной батареи свинцовых аккумуляторов, которые обычно структурированы в решетчатую структуру для увеличения имеющейся поверхности пластин, графитовые пластины по патенту 390 являются гладкими листами без структурирования. В батареях свинцовых аккумуляторов увеличение поверхности токоприемника может повысить удельную энергию батареи и, следовательно, может привести к улучшению работы батареи. Увеличение зоны поверхности на токоприемниках может также привести к снижению времени, необходимого для зарядки и разрядки батареи. Относительно небольшая зона поверхности графитовых пластин по патенту 390 приводит к плохо работающим батареям, которые имеют медленные скорости зарядки.
В дополнении к этому графитовые пластины по патенту 390 не имеют плотности свинцовых токоприемников. Плотные графитовые пластины по патенту 390 являются хрупкими и могут растрескаться под воздействием физического удара или вибрации. Подобные физические удары и вибрации обычно происходят, например, при применении в транспорте. Любое растрескивание графитовых пластин привело бы к некоторым проблемам, вызванным расширением объема обычных свинцовых токоприемников. Следовательно, несмотря на то, что предлагается увеличенная сопротивляемость коррозии по сравнению с обычными свинцовыми токоприемниками, хрупкий характер графитовых пластин по патенту 390 мог бы привести со сроком службы батарей более коротким, чем возможные при использовании обычных свинцовых токоприемников.
Настоящее изобретение направлено на преодоление одной или более проблем или недостатков, существующих в предшествующем уровне техники.
Краткое содержание изобретения
Один аспект настоящего изобретения включает электродную пластину для батареи. Электродная пластина включает токоприемник из пеноуглерода, который имеет сеть пор. Химически активная паста наносится на токоприемник из пеноуглерода таким образом, что химически активная паста проникает в сеть пор.
Второй аспект настоящего изобретения включает способ изготовления электродной пластины для батареи свинцовых аккумуляторов. Это способ включает формирование токоприемника из углеродной пены. Токоприемник из пеноуглерода включает удлиненный выступ и сеть пор. Затем на удлиненном выступе токоприемника формируется электрическое соединение. Способ также включает нанесение химически активной пасты на токоприемник таким образом, что химически активная паста проникает в сеть пор во вспененном углероде.
Третий аспект настоящего изобретения включает батарею свинцовых аккумуляторов. Эта батарея включает корпус и положительные и отрицательные клеммы, являющиеся внешними по отношению к корпусу. Внутри корпуса располагается, по крайней мере, одна ячейка, которая включает, по крайней мере, одну положительную пластину и, по крайней мере, одну отрицательную пластину, подсоединенные соответственно к положительной клемме и отрицательной клемме. Электролитический раствор заполняет объем между положительной и отрицательной пластинами. По крайней мере, одна положительная пластина включает токоприемник из пеноуглерода, включающий сеть пор, и химически активную пасту, нанесенную на токоприемник из пеноуглерода, так что химически активная паста проникает внутрь сети пор.
Краткое описание чертежей
Сопроводительные чертежи, которые включены в данную заявку и составляют ее неотъемлемую часть, иллюстрируют показательные примеры осуществления изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:
Фиг.1 является диаграммным представлением батареи в разрезе в соответствии с показательным примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2А и 2В представляют собой фотографии токоприемника в соответствии с показательным примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 является фотографией пористой структуры токоприемника из пеноуглерода в соответствии с показательным примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 является диаграммным приближенным представлением пористой структуры токоприемника из пеноуглерода в соответствии с показательным примером осуществления настоящего изобретения.
Детальное описание
В последующем описании делается ссылка на сопровождающие чертежи, которые формируют его часть, и в которых в виде иллюстрации представлены показательные специфические примеры осуществления изобретения, в которых может практически использоваться данное изобретение. Эти примеры осуществления изобретения достаточно детально описаны, чтобы специалисты в данной области могли использовать изобретение, и понимается, что могут использоваться другие примеры осуществления изобретения и могут делаться изменения, не отклоняясь от объема настоящего изобретения. Поэтому следующее описание не должно пониматься в ограничительном смысле. Где это возможно, одинаковые номера используются в чертежах для обозначения одинаковых или подобных деталей.
Фиг.1 иллюстрирует батарею 10 в соответствии с показательным примером осуществления настоящего изобретения. Батарея 10 включает корпус 11 и клеммы 12, которые являются внешними по отношению к корпусу 11. По крайней мере, одна ячейка 13 расположена внутри корпуса 11. В то время как необходима только одна ячейка 13, можно последовательно подсоединить множество ячеек для обеспечения желаемого общего потенциала батареи 10.
Каждая ячейка 13 может состоять из чередующихся положительных и отрицательных пластин, погруженных в электролитический раствор, включающий, например, серную кислоту и дистиллированную воду. Как положительная, так и отрицательная пластины включают токоприемник, набитый пастообразным веществом, включающим, например, окись свинца. На Фиг.2А показан токоприемник 20 в соответствии с показательным примером осуществления данного изобретения. Токоприемник 20 включает тонкое прямоугольное тело и удлиненный выступ 21, используемый для образования электрического соединения с токоприемником 20.
Токоприемник, показанный на Фиг.2А, может использоваться для формирования либо положительной, либо отрицательной пластины. Как было упомянуто ранее, химические реакции в пасте, нанесенной на токоприемники батареи, позволяют накапливаться и высвобождаться энергии. Состав данной пасты, а не материал, выбранный для токоприемника, определяет, функционирует ли данный токоприемник как положительная либо отрицательная пластина.
В то время как тип пластины, положительная или отрицательная, не зависит от материала, выбранного для токоприемника 20, материал токоприемника и его конфигурацию влияют на характеристики и работу батареи 10. Например, во время либо процессов зарядки или разрядки, каждый токоприемник 20 передает получаемый в результате ток на и от клемм 12 батареи. Для того чтобы эффективно передавать ток на и от клемм 12, токоприемник 20 должен быть сформирован из проводящего материала. Дополнительно подверженность материала токоприемника коррозии повлияет не только на работу батареи 10, но также повлияет на срок службы батареи 10. В дополнении к материалу, выбранному для токоприемника 20, для работы батареи важное значение имеет также конфигурация токоприемника 20. Например, количество зоны поверхности, имеющейся на токоприемнике 20, влияет как на удельную энергию, так и на скорость зарядки/разрядки батареи 10.
В показательном примере осуществления настоящего изобретения токоприемник 20, показанный на Фиг.2А, формируется из пористого пенистого углеродного материала. Так как пена является углеродом, она обладает сопротивляемостью коррозии даже под воздействием серной кислоты и анодного потенциала положительной пластины. Углеродная пена включает сеть пор, которая обеспечивает большое количество поверхностной зоны для каждого токоприемника 20. Токоприемник, состоящий из углеродной пены, может иметь более чем в 2000 раз большую площадь поверхности по сравнению с поверхностью, обеспечиваемой обычными свинцовыми токоприемниками. На Фиг.2В представлен более близкий вид на удлиненный выступ 21, образованный на токоприемнике 20. Удлиненный выступ 21 может быть покрыт проводящим материалом, и использоваться для образования электрического соединения с токоприемником 20. Проводящий материал, используемый для покрытия удлиненного выступа 21, может включать металл, который является более проводящим, чем токоприемник из пеноуглерода. Покрытие удлиненного выступа 21 проводящим материалом обеспечивает структуральную опору для удлиненного выступа 21 и создает приемлемое электрическое соединение, способное оперировать с более высокими токами, присутствующими в батарее свинцовых аккумуляторов.
На Фиг.3 представлен вид токоприемника 20, включающего сеть пор, с приблизительно 10-кратным увеличением. На Фиг.4 представлено еще более детальное представление (приблизительно 100-кратное увеличение) сети пор. Пеноуглерод показательного примера осуществления изобретения включает от около 4 до 50 пор на сантиметр, а общее значение пористости пеноуглерода может составлять, по крайней мере, 60%. Другими словами, по крайней мере, 60% объема структуры пеноуглерода вмещается внутри пор 41. Более того, пеноуглерод может иметь значение открытой пористости, составляющее, по крайней мере, 90%. Следовательно, по крайней мере, 90% пор 41 открыты к смежным порам таким образом, что сеть пор 41 формирует практические открытую сеть. Данная открытая сеть пор 41 позволяет пасте, нанесенной на каждом токоприемнике 20, проникать внутрь структуры пеноуглерода. В дополнении к сети пор 41 пеноуглерод включает сетку структуральных элементов 41, которые обеспечивают опору для пеноуглерода. При объединении сеть пор 41 и структуральных элементов 42 пеноуглерода образует плотность около менее 0,6 г/см3 для материала пеноуглерода.
В связи с высокой проводимостью пеноуглерода по настоящему изобретению, токоприемники 20 эффективно передают ток на и от клемм 12 батареи. В некоторых формах пеноуглерод может предлагать значения сопротивляемости листа около менее 1 Ом·см. В еще других формах пеноуглерод может иметь значения сопротивляемости листа менее 0,75 Ом·см.
В дополнении к пеноуглероду графитовая пена может также использоваться для формирования токоприемника 20. Один подобный пенографит, выпускаемый под товарным наименованием PocoFoam™, выпускается компанией Росо Graphite, Inc. Плотность и структура пор пенографита может быть подобна пеноуглероду. Основным отличием между пенографитом и пеноуглеродом является ориентация атомов углерода, которые составляют структуральный элемент 42. Например, в пеноуглероде углерод может быть в основном аморфным. Однако в пенографите большая часть углерода упорядочена в графитовую, слоистую структуру. Благодаря упорядоченному характеру графитовой структуры, вспененный графит предлагает большую проводимость, чем пеноуглерод. Пенографит PocoFoam™ демонстрирует значения электрической сопротивляемости между около 100 мкОм·см и около 400 мкОм·см.
В показательном примере осуществления настоящего изобретения токоприемник 20 может быть изготовлен либо из пеноуглерода или из пенографита. Однако, так как коррозия влияет в основном на токоприемник 20 положительной пластины, токоприемник отрицательной пластины может быть сформирован из материала, отличного от пеноуглерода или пенографита. Например, токоприемник отрицательной пластины может быть сделан из свинца или другого приемлемого проводящего материала.
Процесс изготовления электродной пластины для батареи свинцовых аккумуляторов в соответствии с настоящим изобретением начинается с формирования токоприемника 20. Для формирования токоприемника 20 блок пеноуглерода может быть обработан в тонкие листы. В то время как для образования тонких листов пеноуглерода может использоваться любая форма механической обработки, например резка ленточной пилой, вырезка электродом проволокой (EDM) обеспечивает способ, который лучше сохраняет открытую ячеистую структуру пеноуглерода. При вырезке электродом проволокой проводящий материал вырезается тонкой проволокой, окруженной деионизированной водой. Нет физического контакта между проволокой и обрабатываемой деталью. Проволока быстро заряжается до заранее определенного напряжения, что вызывает искровое соединение между проволокой и обрабатываемой деталью. В результате небольшая часть обрабатываемой детали расплавляется. Деионизированная вода затем охлаждает и промывает небольшие частицы расплавленной обрабатываемой детали. Так как при вырезке электродом проволокой не образуется режущих усилий, пеноуглерод по настоящему изобретению может быть обработан без нарушения сети пор 41. Путем сохранения пор 41 на поверхности токоприемника химически активная паста может наиболее легко проникнуть в токоприемник 20.
Как показано на Фиг.2А, токоприемник 20 включает удлиненный выступ 21, который используется для образования электрического соединения с токоприемником 20. Электрическое соединение токоприемника 20 может потребоваться для прохода токов до около 100 А или даже больше. Для того чтобы образовать соответствующее электрическое соединение, способное выдержать подобные токи, пеноуглерод, который образует удлиненный выступ 21, может быть предварительно обработан способом, который вызывает увлажнение пеноуглерода проводящим материалом, подобным металлу. Подобный способ может, например, включать методики нанесения электролитического покрытия или теплового напыления. Хотя оба этих способа могут и быть приемлемыми, тепловое напыление может добавить дополнительные преимущества, состоящие в том, что проводящий материал может глубже проникнуть в пористую сеть пеноуглерода. В показательном примере осуществления настоящего изобретения серебро может быть нанесено на удлиненный выступ 21 с помощью теплового напыления для образования сопряжения между углеродом и металлом. В дополнении к серебру могут использоваться и другие проводящие материалы для образования сопряжения между углеродом и металлом в зависимости от конкретного применения.
Как только было установлено сопряжение между углеродом и металлом на удлиненном выступе 21, второй проводящий материал может быть добавлен к удлиненному выступу 21 для завершения электрического соединения. Например, на удлиненный выступ 21 может быть нанесен такой металл, как свинец. В показательном примере осуществления изобретения свинец увлажняет обработанный серебром пеноуглерод таким образом, что это позволяет свинцу отложиться на удлиненном выступе 21 для образования приемлемого электрического соединения.
После образования электрического соединения на удлиненном выступе 21 на токоприемник 20 наносится химически активная паста таким образом, что химически активная паста проникает в сеть пор в пеноуглероде. Один показательный способ для нанесения химические активной пасты на токоприемник 20 включает нанесение пасты на переводной лист, включая нанесение пасты поверх токоприемника 20, и применение давления на переводной лист, чтобы вызвать проникновение химически активной пасты в поры 41. Давление для вдавливания пасты в поры 41 может быть обеспечено валиком, механическим прессом или другим приемлемым устройством.
Первоначально химически активная паста, которая наносится на токоприемники 20 как положительно, так и отрицательных пластин, может быть практически одинаковой с точки зрения своего химического состава. Например, паста может включать окись свинца (PbO). Другие оксиды свинца могут также быть приемлемы. Паста может также включать различные добавки, например, различное процентное отношение свободного свинца, структуральных волокон, проводящих материалов, углерода и расширители для аккомодации изменения объема в течение срока службы батареи. На практике составляющие химически активной пасты могут быть смешаны с небольшим количеством серной кислоты и воды для образования пасты, которая может быть расположена внутри пор 41 токоприемника 20.
Как только паста была нанесена на токоприемники 20, формируются положительные и отрицательные пластины. Для создания положительной пластины токоприемник 20, включая пасту из окиси свинца, например, подвергается процессу термообработки. Этот процесс термообработки может включать подвергание токоприемника 20 с пастой воздействию повышенных температур и влажности для стимуляции роста кристаллов сульфата свинца внутри пасты. Однако для создания отрицательной пластины токоприемник 20, включающий пасту из окиси свинца, может быть оставлен без обработки, за исключением возможного этапа сушки.
Когда положительные и отрицательные пластины были собраны вместе для образования ячеек батареи 10 (показано на Фиг.1), батарея 10 подвергается процессу зарядки (т.е. формирования). Во время данного процесса зарядки термообработанная паста положительной пластины электрически переводится в двуокиси свинца (PbO2) и паста отрицательной пластины преобразуется в губчатый свинец. Наоборот, во время последующего процесса разрядки батареи 10, пасты как положительной, так и отрицательной пластины преобразуются в сульфат свинца.
Промышленная применимость
Путем включения углерода в пластины электрода батареи 10 по настоящему изобретению может быть подавлена коррозия токоприемника 20 положительной пластины электрода. В результате, батарея по настоящему изобретению может предложить значительно более продолжительный срок службы.
Дополнительно большая величина зоны поверхности, связанная с материалами пеноуглерода или пенографита, формирующая токоприемники 20, приводит к получению батареями больших удельных значений энергии. В частности благодаря открытой ячейке, пористой сети и относительно небольшому размеру пор углеродного пенистого материала химически активная паста положительных и отрицательных пластин тесно интегрируется с токоприемниками 20. Места реакции в химически активной пасте расположены близко к одному или более проводящих структуральных элементов 42 из пеноуглерода. Следовательно, электроны, производимые химически активной пастой в определенном месте реакции должны перемещаться только на короткое расстояние через пасту перед встречей с одним из многих высокопроводных структуральных элементов 42 токоприемника 20. В результате батареи с токоприемниками 20 из пеноуглерода могут предложить улучшенные значения удельной энергии. Другими словами, эти батареи, будучи помещенными под нагрузку, могут выдерживать свое напряжение над заранее заданным пороговым значением в течение более длительного периода времени, чем батареи, включающие либо свинцовые токоприемники или графитовые пластинчатые токоприемники.
Увеличенные значения удельной энергии, предлагаемые батареями по настоящему изобретению, также дают уменьшение времени зарядки. Следовательно, батареи по настоящему изобретению могут быть приемлемы для применений, в которых энергия зарядки имеется только на очень ограниченное время. Например, в транспортных средствах, большая часть энергии теряется во время обычного торможения. Эта энергия торможения может быть поймана и использована для зарядки батареи, например, гибридного транспортного средства. Однако энергия торможения имеется только на короткий период времени (т.е. во время возникновения торможения). Таким образом, любая передача энергии торможения на батарею должна происходить во время торможения. В связи с уменьшением времени их зарядки батареи по настоящему изобретению могут обеспечить эффективное средство для хранения подобной энергии торможения.
Дополнительно пеноуглерод токоприемника по настоящему изобретению является пластичным и, следовательно, он может быть менее подвержен повреждениям от вибрации или удара, по сравнению с текущими токоприемниками, изготовленными из графитовых пластин или другого хрупкого материала. Следовательно, батареи, включающие токоприемники из пеноуглерода, могут хорошо работать при применении в транспортных средствах или других применениях, где обычными являются вибрации и удары.
Далее путем включения токоприемников их пеноуглерода, имеющих плотность около менее 0,6 г/см3, батарея по настоящему изобретению может весить значительно меньше, чем батареи, включающие либо свинцовые токоприемники или графитовые пластинчатые токоприемники. Другие аспекты и признаки настоящего изобретения могут быть получены из изучения чертежей, раскрытия изобретения и прилагаемой формулы.

Claims (10)

1. Электродная пластина для батареи (10), включающая:
токоприемник (20) из пеноуглерода, содержащий сеть пор (41), и
химически активную пасту, нанесенную на токоприемник из пеноуглерода таким образом, что химически активная паста проникает в сеть пор.
2. Электродная пластина по п.1, отличающаяся тем, что химически активная паста включает оксид свинца.
3. Электродная пластина по п.1, отличающаяся тем, что токоприемник из пеноуглерода имеет общее значение пористости менее 60%, значение открытой пористости, по крайней мере, 90% и плотность около менее чем 0,6 г/см3.
4. Электродная пластина по п.1, отличающаяся тем, что токоприемник из пеноуглерода имеет значение электрической сопротивляемости около менее 1 Ом·см.
5. Электродная пластина по п.1, отличающаяся тем, что токоприемник из пеноуглерода представляет собой пенографит и имеет значение электрической сопротивляемости между около 100 и около 400 мкОм·см.
6. Батарея (10), включающая, по крайней мере, один корпус (11) электродной пластины;
положительную клемму (12) и отрицательную клемму (12), которые являются внешними по отношению к корпусу;
по крайней мере, одну ячейку (13), расположенную внутри корпуса и включающую, по крайней мере, одну положительную пластину электрода в соответствии с любым из пп.1-5 и, по крайней мере, одну отрицательную пластину, подсоединенные к положительной клемме и отрицательной клемме соответственно; и
электролитический раствор, заполняющий объем между положительной и отрицательной пластинами.
7. Батарея (10), включающая, по крайней мере, один корпус (11) электродной пластины;
положительную клемму (12) и отрицательную клемму (12), которые являются внешними по отношению к корпусу;
по крайней мере, одну ячейку (13), расположенную внутри корпуса и включающую, по крайней мере, одну положительную пластину электрода в соответствии с любым из пп.1-5 и, по крайней мере, одну отрицательную пластину в соответствии с любым из пп.1-5, подсоединенные к положительной клемме и отрицательной клемме соответственно; и
электролитический раствор, заполняющий объем между положительной и отрицательной пластинами.
8. Способ изготовления электродной пластины для батареи свинцовых аккумуляторов, включающий:
формирование токоприемника из пеноуглерода, отличающегося тем, что токоприемник содержит удлиненный выступ, а пеноуглерод содержит сеть пор;
формирование электрического соединения на удлиненном выступе токоприемника;
нанесение химически активной пасты на токоприемник таким образом, что химически активная паста проникает в сеть пор пеноуглерода.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что этап формирования электрического соединения далее включает:
нанесение первого проводящего материала на удлиненный выступ и
нанесение второго проводящего материала на первый проводящий материал.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что первый проводящий материал включает серебро и наносится в виде термонапыления на удлиненный выступ, а второй проводящий материал включает свинец.
RU2005102064/09A 2002-06-28 2003-05-22 Аккумуляторная батарея, содержащая токоприемники из пеноуглерода RU2309488C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/183,471 US20040002006A1 (en) 2002-06-28 2002-06-28 Battery including carbon foam current collectors
US10/183,471 2002-06-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005102064A RU2005102064A (ru) 2005-07-10
RU2309488C2 true RU2309488C2 (ru) 2007-10-27

Family

ID=29779130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005102064/09A RU2309488C2 (ru) 2002-06-28 2003-05-22 Аккумуляторная батарея, содержащая токоприемники из пеноуглерода

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20040002006A1 (ru)
EP (1) EP1518293B1 (ru)
JP (1) JP2005531902A (ru)
KR (2) KR20110003595A (ru)
CN (1) CN100352099C (ru)
AU (1) AU2003231815A1 (ru)
CA (1) CA2489953C (ru)
RU (1) RU2309488C2 (ru)
WO (1) WO2004004027A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2530266C1 (ru) * 2012-10-16 2014-10-10 Николай Евгеньевич Староверов Конструктивный аккумулятор (варианты)
RU2558942C2 (ru) * 2009-02-05 2015-08-10 ИВИТи ПАЭУР, ИНК. Многослойная токопроводящая матрица для токоприемников батарей

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979513B2 (en) * 2002-06-28 2005-12-27 Firefly Energy Inc. Battery including carbon foam current collectors
US7033703B2 (en) * 2002-12-20 2006-04-25 Firefly Energy, Inc. Composite material and current collector for battery
GB2401310A (en) * 2004-03-12 2004-11-10 Dyson Ltd Vacuum cleaner nozzle attachment
US20060024583A1 (en) * 2004-07-15 2006-02-02 Board Of Control Of Michigan Technological University Nickel hydroxide impregnated carbon foam electrodes for rechargeable nickel batteries
ATE517445T1 (de) * 2005-03-31 2011-08-15 Firefly Energy Inc Stromträger für eine energiespeichervorrichtung
CN101528823B (zh) * 2006-08-18 2013-08-28 萤火虫能源公司 复合碳泡沫体
EP2057704A1 (en) * 2006-08-31 2009-05-13 Firefly Energy Inc. External stabilization of carbon foam
US7838146B2 (en) * 2006-11-16 2010-11-23 Graftech International Holdings, Inc. Low conductivity carbon foam for a battery
US8399134B2 (en) * 2007-11-20 2013-03-19 Firefly Energy, Inc. Lead acid battery including a two-layer carbon foam current collector
US8017273B2 (en) 2008-04-28 2011-09-13 Ut-Battelle Llc Lightweight, durable lead-acid batteries
JP5494487B2 (ja) * 2008-09-22 2014-05-14 日本ゼオン株式会社 鉛蓄電池用電極および鉛蓄電池
JP2011113833A (ja) * 2009-11-27 2011-06-09 Norio Akamatsu 鉛蓄電池およびその製造方法
CN102097624A (zh) * 2011-01-21 2011-06-15 章传宝 轻型铅蓄电池的电极板
US20140120339A1 (en) 2012-10-31 2014-05-01 Cabot Corporation Porous carbon monoliths templated by pickering emulsions
EP3598539A4 (en) 2017-12-11 2021-03-24 Takasaki Denka Kougyousho Co., Ltd. ELECTRODE BODY FOR LEAD ACCUMULATOR AND LEAD ACCUMULATOR USING SAME

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2658099A (en) * 1948-10-20 1953-11-03 Basset Lucien Paul Microporous carbon and graphite articles, including impregnated battery electrodes and methods of making the same
US3857913A (en) * 1969-10-21 1974-12-31 Atomic Energy Commission Method for the manufacture of carbon foam
US3635676A (en) * 1969-11-05 1972-01-18 Atomic Energy Commission Method for increasing the strength of carbon foam
JPS4889885A (ru) * 1972-03-02 1973-11-24
JPS4914939A (ru) * 1972-03-28 1974-02-08
US3832426A (en) * 1972-12-19 1974-08-27 Atomic Energy Commission Syntactic carbon foam
US3960770A (en) * 1973-08-03 1976-06-01 The Dow Chemical Company Process for preparing macroporous open-cell carbon foam from normally crystalline vinylidene chloride polymer
US4134192A (en) * 1976-10-12 1979-01-16 Gould Inc. Composite battery plate grid
JPS53104826A (en) * 1977-02-25 1978-09-12 Asahi Dow Ltd Battery
US4125676A (en) * 1977-08-15 1978-11-14 United Technologies Corp. Carbon foam fuel cell components
FR2543968B1 (fr) * 1983-04-07 1985-06-21 Siderurgie Fse Inst Rech Conditionnement d'une matiere riche en carbone et procede de realisation
JPS6089071A (ja) * 1983-10-19 1985-05-18 Japan Storage Battery Co Ltd ペ−スト式鉛蓄電池
US4865931A (en) * 1983-12-05 1989-09-12 The Dow Chemical Company Secondary electrical energy storage device and electrode therefor
DE3603373A1 (de) * 1986-02-05 1987-08-06 Basf Ag Verfahren zur elektrochemischen beschichtung von kohlenstoff-fasern
US5017446A (en) * 1989-10-24 1991-05-21 Globe-Union Inc. Electrodes containing conductive metal oxides
US5106709A (en) * 1990-07-20 1992-04-21 Globe-Union Inc. Composite substrate for bipolar electrode
US5200281A (en) * 1991-11-18 1993-04-06 Westinghouse Electric Corp. Sintered bipolar battery plates
FR2684092B1 (fr) * 1991-11-21 1994-03-04 Pechiney Recherche Procede de preparation de carbures metalliques a grande surface specifique a partir de mousses de carbone activees.
US5223352A (en) * 1992-01-07 1993-06-29 Rudolph V. Pitts Lead-acid battery with dimensionally isotropic graphite additive in active material
US5260855A (en) * 1992-01-17 1993-11-09 Kaschmitter James L Supercapacitors based on carbon foams
US5268395A (en) * 1992-10-13 1993-12-07 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Microcellular carbon foam and method
US5208003A (en) * 1992-10-13 1993-05-04 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Microcellular carbon foam and method
US5593797A (en) * 1993-02-24 1997-01-14 Trojan Battery Company Electrode plate construction
US5358802A (en) * 1993-04-01 1994-10-25 Regents Of The University Of California Doping of carbon foams for use in energy storage devices
US5508341A (en) * 1993-07-08 1996-04-16 Regents Of The University Of California Organic aerogel microspheres and fabrication method therefor
US5932185A (en) * 1993-08-23 1999-08-03 The Regents Of The University Of California Method for making thin carbon foam electrodes
US5712054A (en) * 1994-01-06 1998-01-27 Electrion, Inc. Rechargeable hydrogen battery
US5429893A (en) * 1994-02-04 1995-07-04 Motorola, Inc. Electrochemical capacitors having dissimilar electrodes
JP3282443B2 (ja) * 1994-06-09 2002-05-13 住友電気工業株式会社 金属不織布とその製造方法
US5512390A (en) * 1994-07-21 1996-04-30 Photran Corporation Light-weight electrical-storage battery
JPH0837001A (ja) * 1994-07-26 1996-02-06 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池用正極板及びその製造方法
US5474621A (en) * 1994-09-19 1995-12-12 Energy Conversion Devices, Inc. Current collection system for photovoltaic cells
US5626977A (en) * 1995-02-21 1997-05-06 Regents Of The University Of California Composite carbon foam electrode
US5888469A (en) * 1995-05-31 1999-03-30 West Virginia University Method of making a carbon foam material and resultant product
JP3493900B2 (ja) * 1995-07-04 2004-02-03 松下電器産業株式会社 鉛蓄電池用極板およびその製造方法
US5677075A (en) * 1995-09-28 1997-10-14 Fujita; Kenichi Activated lead-acid battery with carbon suspension electrolyte
AU1147597A (en) * 1995-12-07 1997-06-27 Sandia Corporation Methods of preparation of carbon materials for use as electrodes in rechargeable batteries
US6103149A (en) * 1996-07-12 2000-08-15 Ultramet Method for producing controlled aspect ratio reticulated carbon foam and the resultant foam
US5766797A (en) * 1996-11-27 1998-06-16 Medtronic, Inc. Electrolyte for LI/SVO batteries
US6077464A (en) * 1996-12-19 2000-06-20 Alliedsignal Inc. Process of making carbon-carbon composite material made from densified carbon foam
US6033506A (en) * 1997-09-02 2000-03-07 Lockheed Martin Engery Research Corporation Process for making carbon foam
US6037032A (en) * 1997-09-02 2000-03-14 Lockheed Martin Energy Research Corp. Pitch-based carbon foam heat sink with phase change material
US6060198A (en) * 1998-05-29 2000-05-09 Snaper; Alvin A. Electrochemical battery structure and method
US6183854B1 (en) * 1999-01-22 2001-02-06 West Virginia University Method of making a reinforced carbon foam material and related product
US6245461B1 (en) * 1999-05-24 2001-06-12 Daimlerchrysler Battery package having cubical form
US6316148B1 (en) * 2000-08-31 2001-11-13 Condord Battery Corporation Foil-encapsulated, lightweight, high energy electrodes for lead-acid batteries
JP2002083595A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Mitsubishi Gas Chem Co Inc コークス、人造黒鉛および非水溶媒二次電池負極用炭素材料の製造法とピッチ組成物
EP1225160A3 (en) * 2001-01-23 2004-01-07 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Carbon foam, graphite foam and production processes of these
US20020141931A1 (en) * 2001-04-03 2002-10-03 Reznek Steven R. Methods of making carbon foams
US6438964B1 (en) * 2001-09-10 2002-08-27 Percy Giblin Thermoelectric heat pump appliance with carbon foam heat sink
US7105252B2 (en) * 2002-05-22 2006-09-12 Firefly Energy, Inc. Carbon coated battery electrodes
KR20080055533A (ko) * 2006-12-15 2008-06-19 주식회사 델코 납축전지 양극판 제조방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558942C2 (ru) * 2009-02-05 2015-08-10 ИВИТи ПАЭУР, ИНК. Многослойная токопроводящая матрица для токоприемников батарей
RU2530266C1 (ru) * 2012-10-16 2014-10-10 Николай Евгеньевич Староверов Конструктивный аккумулятор (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
CN100352099C (zh) 2007-11-28
EP1518293A2 (en) 2005-03-30
KR101009300B1 (ko) 2011-01-18
JP2005531902A (ja) 2005-10-20
KR20050029126A (ko) 2005-03-24
RU2005102064A (ru) 2005-07-10
KR20110003595A (ko) 2011-01-12
CA2489953A1 (en) 2004-01-08
EP1518293B1 (en) 2016-06-29
WO2004004027A3 (en) 2004-06-10
AU2003231815A8 (en) 2004-01-19
AU2003231815A1 (en) 2004-01-19
WO2004004027A2 (en) 2004-01-08
CN1663070A (zh) 2005-08-31
CA2489953C (en) 2013-04-30
US20040002006A1 (en) 2004-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6979513B2 (en) Battery including carbon foam current collectors
RU2309488C2 (ru) Аккумуляторная батарея, содержащая токоприемники из пеноуглерода
EP1866988B1 (en) Current carrier for an energy storage device
JP5362824B2 (ja) 鉛酸電池用の電極及びその製造方法
JP5079324B2 (ja) 鉛蓄電池
US5120620A (en) Binary lead-tin alloy substrate for lead-acid electrochemical cells
Czerwiński et al. Positive plate for carbon lead-acid battery
Renuka et al. Improved cycle life performance of Zn/NiOOH cells using a stabilized zinc electrode
JP3019094B2 (ja) アルカリ蓄電池用電極の製造方法
JP4240030B2 (ja) アルカリ亜鉛蓄電池
JP3412451B2 (ja) アルカリ蓄電池正極用ニッケル焼結基板とその製造法およびアルカリ蓄電池
US20030165742A1 (en) Electrode
JPH09274916A (ja) アルカリ蓄電池
RU2098892C1 (ru) Комбинированный электрод для щелочного аккумулятора
JP3691281B2 (ja) アルカリ蓄電池用焼結式ニッケル電極の製造方法
JPH07254408A (ja) 鉛蓄電池
JPS63170851A (ja) アルカリ蓄電池用カドミウム極
WO2001075993A1 (fr) Plaque d'electrode positive de nickel et accumulateur alcalin
JP2529308B2 (ja) アルカリ蓄電池用カドミウム負極の製造法
CN112514105A (zh) 固态电池正极的制造方法
JPH0251874A (ja) アルカリ亜鉛蓄電池
JPH06223823A (ja) 密閉型アルカリ蓄電池用負極板
JPH10321221A (ja) 鉛蓄電池用電極
JP2004171978A (ja) アルカリ蓄電池
JPH11288725A (ja) アルカリ蓄電池用電極とその製造方法およびアルカリ蓄電池

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110523

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130710

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180523