WO2023122819A1 - Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria - Google Patents

Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria Download PDF

Info

Publication number
WO2023122819A1
WO2023122819A1 PCT/BR2022/050229 BR2022050229W WO2023122819A1 WO 2023122819 A1 WO2023122819 A1 WO 2023122819A1 BR 2022050229 W BR2022050229 W BR 2022050229W WO 2023122819 A1 WO2023122819 A1 WO 2023122819A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
electrode
electrons
control
generation
Prior art date
Application number
PCT/BR2022/050229
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Charles Adriano DUVOISIN
Fernando DE MENDONÇA
Original Assignee
Duvoisin Charles Adriano
De Mendonca Fernando
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
Priority claimed from BR102021026842-5A external-priority patent/BR102021026842A2/pt
Application filed by Duvoisin Charles Adriano, De Mendonca Fernando filed Critical Duvoisin Charles Adriano
Publication of WO2023122819A1 publication Critical patent/WO2023122819A1/pt

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/78—Cases; Housings; Encapsulations; Mountings
    • H01G11/82—Fixing or assembling a capacitive element in a housing, e.g. mounting electrodes, current collectors or terminals in containers or encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/04—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/04—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode
    • H01G5/14—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode due to longitudinal movement of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes

Definitions

  • the present invention refers to a battery whose configuration allows the generation and control of an ionization potential of its electrolytic means, guaranteeing a range of advantages related to the efficiency and safety in the use of said battery.
  • the present invention also relates to a method of generating and controlling the ionization potential of a battery such as the aforementioned.
  • the first problem (i) mentioned above stems from the lack of an efficient and feasible battery configuration that allows the controlled acceleration of the flow of electrons during charge or discharge. This implies that currently known batteries do not have safe and efficient means of allowing acceleration of battery charging or discharging when desirable or necessary.
  • the second problem (ii) mentioned above similarly stems from the lack of an efficient and feasible battery configuration that allows the controlled deceleration of the flow of electrons during charge or discharge. This brings serious safety problems in the use of current batteries due to overheating, often leading to the battery becoming unusable or, worse, to accidents resulting from combustion and explosion of the battery, which can be fatal.
  • a first objective of the present invention is to provide a battery capable of generating and controlling an ionization potential that is capable of selectively allowing the control of the rate of charging and discharging of the battery.
  • a second objective of the present invention is to provide a battery with generation and control of ionization potential that allows accelerating in a controlled manner the discharge of electrons from the battery when desirable or necessary.
  • a third objective of the present invention is to provide a battery with generation and control of ionization potential that allows to slow down in a controlled manner the discharge of electrons from the battery when desirable or necessary.
  • a fourth objective of the present invention is to provide a battery with generation and control of ionization potential that is substantially safer than conventional batteries with regard to the problem of overheating, combustion and battery explosion.
  • a fifth objective of the present invention is to provide a method of generating and controlling the ionization potential of a battery, for example, such like the above.
  • the present invention deals with a battery with ionization potential control comprising a housing of electrical insulating material, the housing comprising within it a first electrolytic medium in which a first electrode is arranged and a second electrolytic medium in which whether a second electrode is available; a separator separating the first electrolytic medium from the second electrolytic medium; an electric current source configured to supply electric current to the first and second electrolytic means; a connector connecting the first electrode to the second electrode; and an electron flow regulating device disposed in the connector between the first electrode and the second electrode, the electron passage regulating device being configured to selectively regulate the passage of electrons between the first and second electrodes.
  • the device for regulating the passage of electrons comprises a chamber configured to be selectively opened or closed at least partially.
  • the chamber comprises a movable portion disposed in its interior which is selectively movable in relation to the chamber, the movement of the movable portion configuring the at least partial opening or closing of the chamber.
  • closing the chamber configures the contact of the mobile portion with the first electrode.
  • the electric current source is configured to selectively invert the direction of the supplied current or to have the direction of its supplied current selectively inverted.
  • the present invention also contemplates a method of controlling the ionization potential in a battery, the method being characterized by comprising the steps of regulating an electron passage regulation device to at least partially prevent the passage of electrons between a first electrode and a second electrode; and applying electric current to a first or a second electrolytic medium.
  • the step of regulating the electron passage regulation device comprises selectively opening or closing at least partially a chamber of the electron passage regulation device.
  • the at least partial opening or closing of the chamber comprises the selective movement of a mobile portion of the device for regulating the passage of electrons in relation to one of the electrodes.
  • Figure 1 - is a cross-sectional view of the battery of the present invention in an embodiment considered preferred
  • Figure 2 - is a detail of figure 1 focusing on the device for regulating the passage of electrons of the present invention in an embodiment considered preferred;
  • Figure 3 - is a cross-sectional view of the battery of the present invention in an embodiment considered preferred, illustrating the accumulation of electrons in a first electrolytic medium to generate an increased ionization potential; It is
  • Figure 4 - is a cross-sectional view of the battery of the present invention in an embodiment considered preferred, illustrating the sequestration of electrons from a second electrolytic medium to generate a reduced ionization potential.
  • FIG. 1 illustrates a preferred embodiment of the battery 1 of the present invention.
  • the battery 1 comprises a housing 10 whose composition comprises at least one electrically insulating material.
  • the materials that form the housing 10 can be at least one of insulating plastic materials based on electrically insulating polymers, glassy materials based on silica, other quartz-type insulators and other corresponding materials, lithium oxides/light material, aluminum oxides, niobium oxides, graphene oxides, aluminum oxides etc., as well as rubbery/electrical insulating materials, ceramic materials, ceromer materials, vacuum, enamels, insulating paints and all possible electrical insulating composites.
  • Said housing 10 houses a first electrolytic medium 20 and a second electrolytic medium 30 separated by a separator 40.
  • Said electrolytic means are preferably made up of ionic molecules, more preferably an electrolyte composed of positive ions/cations, and even more preferably light ions such as hydrogen, lithium, potassium, calcium, hydrogen hydride endofullerene, lithium endofullerene, niobium endofullerene etc., and other electrolyte composed of negative ions/anions, preferably lighter ones such as fluorine, oxygen, nitrogen, chlorine , hydroxyl, carbon monoxide, fluorine endofulerenes, chlorine endofulerenes, etc. It will be made clear that other materials can be used for the composition of electrolytic media, depending on the type of application, operating conditions and general state of the related technology.
  • Said separator 40 has the function of allowing a controlled passage of ions between the electrolytic means 20, 30.
  • This separator should preferably have pores with controlled sizes to allow the passage of molecules through the same size, that is, pores or special tunnels.
  • These separators can be made by the trivial methods of membranes based on plastic/polymer materials such as PP/polypropylene, PE/polystyrene, or compomers, mixing ceramics with polymers, fullerene, nanotubes of advanced carbonaceous materials, e.g. graphene, fullerene, or even graphene foams with controlled pores, in addition to more advanced materials with nanopores, also always being updated according to the corresponding technological advances.
  • said separator 40 is configured to allow the passage of ions between the electrolytic means 20, 30 while acting as an insulator with respect to the electric current, both generated by the chemical reaction of the battery and generated by the generator 50, as will be further detailed below.
  • Said first and second electrolytic means 20, 30 respectively house a first and second electrodes 21, 31.
  • Said electrodes 21, 31 may consist of already trivial materials used in ion batteries.
  • low weight electrical conductive materials can be used, such as: graphene, titanium, niobium, graphite, graphene foam, copper, aluminum, gold, etc. It is important to point out that, if corrosive materials such as titanium, copper, aluminum, niobium, etc. are used, they must be coated with a layer of paint or anti-corrosive coating, such as graphene, advanced electroconductive carbonaceous materials, etc.
  • the battery further comprises an electric current source 50 connected to the first and second electrolytic means 20, 30.
  • Said electric current source 50 is configured to selectively reverse the direction of the supplied current or to have the direction of its current supplied selectively inverted. Said reversal can be performed by an integrated control system (not illustrated).
  • the current and high voltage generator 50 for application in the battery 1 in question is intended to allow the generation of ionization and intensification of creation of more ions, as well as to reverse the direction of this electric current in order to create an ion inverter itself, that is, an ionic inverter.
  • the present invention provides, in this embodiment, both an ionic enhancer and an ionic inverter.
  • This generator 50 may be an electrical generator trivially known from the state of the art, as well as it may also be a Van de Graaff generator or a generator with mechanical, chemical, thermal, light, etc. utilization.
  • the power, current and voltage of the generator should be a function of the desired application, and may vary significantly for each application or need.
  • Said first and second electrodes 21, 31 are connected to each other, preferably, through a connecting tube 70 formed of insulating material inside which a conductor 71 is arranged, such as a wire or similar.
  • One end of the connecting tube 70 is connected directly to the second electrode 31, while the other end of the connecting tube 70 comprises an electron passage regulation device 60.
  • Said electron passage regulation device 60 is configured to selectively regulate the passage of electrons between the first and second electrodes 21, 31.
  • the term “selectively” should be understood as “selectively” or “by choice” exercised by a user or operator through a mechanical, electromechanical or any other type of control device, and may also be understood as “upon command” or “upon manipulation” by a user or operator depending on the embodiment adopted for the present invention. Possibilities of selecting the passage regulation will be described in more detail later.
  • the device 60 comprises a chamber 61 that can be selectively closed or opened in an at least partial way.
  • the opening and closing of the chamber 61 is carried out, preferably, through a movable portion 62 in relation to the chamber 61, so that the movement of said movable portion 62 provides a distancing or approximation of the movable portion 62 in relation to the corresponding electrode 21 .
  • Said mobile portion can be, for example, a trivial or threaded plunger that moves in relation to the electrode 21, for example, by sliding inside the connector tube 70, and is capable of configuring the connection or disconnection of this electrode 21 in relation to to the connector tube 70.
  • Said configuration may, in a possible embodiment, have a telescopic character, in which multiple movable portions are arranged inside each other and are moved proportionally with respect to each other to provide the displacement of the movable portion 62 as a whole .
  • Other configurations can be used for the same effect, as will become clear, depending on the desired application.
  • movement of the mobile portion 62 in relation to the electrode 21 in the approach direction can configure, in a first embodiment, the electrical contact between the mobile portion 62 and the electrode 21, allowing the passage of current from the electrode 21 to the connector tube 70 and, consequently, to the second electrode 31.
  • Moving the mobile portion 62 in the direction of moving away from the electrode 21 configures the interruption of the connection or electrical contact between the electrode 21 and the connector tube 70.
  • Said selective control of the flow of electrons made by the device 60 can be performed from a fine adjustment that allows the partial movement (opening and closing) of the chamber 61 through, for example, the partial movement of the movable portion 62 in relation to electrode 21. This allows fine regulation of the amount of electrons passing through chamber 61 even if chamber 61 is not completely open or closed.
  • Chamber 61 may contain a vacuum or any insulating material.
  • Said adjustment of the device 60 can be performed, for example, through mechanical, electromechanical or electrical means. It can use, for example, an electronic control system to move the mobile portion 62 depending on the desired current or the desired modus operandi. Through an electronic control system, the movement of the mobile portion 62 can be linked to a user command for the desired current regulation, or to a battery operating temperature for opening the chamber 61 when a temperature above the limits of operation. It makes clear that other possibilities of selective control of the regulation of the passage of electrons carried out by the device 60 can be contemplated depending on the operating conditions of the battery and the type of desired regulation.
  • the battery 1 of the present invention provides an adequate form of accumulation or sequestration of electrons in a controlled environment and in a controlled manner, allowing the selective generation of a negative electrical potential differential and alkalizing in the electrolytic medium by the accumulation of electrons , or even a positive differential and acidulant by the sequestration of electrons, thus allowing an effective control of the ionization potential inside the battery.
  • the battery 1 of the present invention provides this potential control through the electron flow control provided by the device 60.
  • said control is performed by opening or closing the chamber 61 through the movable portion, and by supply and control of the direction of the electric current provided by the source 50.
  • the source 50 of electric current is feeding the first electrolytic medium 20, whose flow is stopped by the device 60 such that the electrons tend to accumulate in the first electrolytic medium 20, thus generating a high ionization potential, consequently allowing a high flow of electrons when adjusting the device 60 for the passage of electrons.
  • the source 50 of electric current is inverted to power the second electrolytic medium 30, such that electrons tend to be transferred to the first electrolytic medium 20 but are stopped by the device 60.
  • This provides for an effective sequestration or loss of electrons and effectively generates a buildup of positive ions in the first electrolytic medium 20, reducing the ionization potential of the battery and allowing a reduction in the flow of electrons between the electrodes.
  • the present invention allows the generation and regulation of an ionization potential of the battery 1 through the use of a device 60 that regulates the flow of electrons between one and other electrodes 21, 31 and by the application of electric current by a source 50 to one or other electrolytic means 20, 30.
  • This allows not only the potential acceleration of the flow of electrons (which can be advantageous for applications where acceleration of charging and discharging of the battery is required), but also the potential deceleration of the flow of electrons (which is advantageous to avoid overheating, fires and explosions).
  • this battery 1 should preferably work with high electrical voltages and low amperage, thus having a great ionizing and deionizing potential with low energy consumption where, with the direction of accumulation of electrons in the electrolytic medium, there will be a greater potential ionic-anionic to the negative electrolyte and thus intensifying this medium, as well as, when the current is reversed in the generator 50, then there will be electron kidnappings and thus acidifying this electrolytic medium and if the electrolyte in question is negative, alkaline, then there will be a electroneutralization of this medium and finally reversing the ionizing potential and creating a true ionic inverter.
  • Said generator 50 will be able to work with voltages from preferably 1 kV to 1 GV, more preferably from 10 kV to 150 kV.
  • the electric current may preferably be from 0.00001 A to 10 A, more preferably 0.1 A.
  • Said generator may be activated by external means such as an electric motor of a vehicle, for example. If they are used in static environments, a self-generating chemical, photoelectric, nuclear system or other possible alternatives can be used, depending on the desired application. [0048] In this sense, the present invention also contemplates a method of controlling the ionization potential of a battery, which comprises the steps of:
  • the step of regulating the electron passage regulation device 60 comprises selectively opening or closing at least partially a chamber 61 of the electron passage regulation device 60.
  • the at least partial opening or closing of the chamber 61 comprises the selective movement of a mobile portion 62 of the electron passage regulation device 60 in relation to one of the electrodes 21, 31.

Abstract

A presente invenção refere-se a uma bateria com geração e controle de potencial de ionização dotada de uma carcaça (10) de material isolante elétrico, a carcaça (10) compreendendo em seu interior um primeiro meio eletrolítico (20) no qual se dispõe um primeiro eletrodo (21) e um segundo meio eletrolítico (30) no qual se dispõe um segundo eletrodo (31); um separador (40) que separa o primeiro meio eletrolítico (20) do segundo meio eletrolítico (30); uma fonte de corrente elétrica (50) configurada para fornecer corrente elétrica ao primeiro e segundo meios eletrolíticos (20, 30); um conector (70) que conecta o primeiro eletrodo (21) ao segundo eletrodo (31); e um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) disposto no conector (70) entre o primeiro eletrodo (21) e o segundo eletrodo (31); sendo que o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) é configurado para seletivamente regular a passagem de elétrons entre o primeiro e o segundo eletrodos (21, 31), permitindo a geração e controle de um potencial de ionização, garantindo uma gama de vantagens relativas à eficiência e segurança no uso da referida bateria.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "BATERIA COM GERAÇÃO E CONTROLE DE POTENCIAL DE IONIZAÇÃO, E MÉTODO DE GERAÇÃO E CONTROLE DE POTENCIAL DE IONIZAÇÃO EM UMA BATERIA".
[001 ] A presente invenção refere-se a uma bateria cuja configuração permite a geração e controle de um potencial de ionização de seus meios eletrolíticos, garantindo uma gama de vantagens relativas à eficiência e segurança no uso da referida bateria.
[002] A presente invenção também se refere a um método de geração e controle de potencial de ionização de uma bateria tal como a supracitada.
Descrição do Estado da Técnica
[003] O âmbito tecnológico das baterias recarregáveis, apesar dos constantes esforços de desenvolvimento de tecnologia nesta área, continua sofrendo de uma série de problemas inerentes à operação e construção das referidas baterias.
[004] Particularmente, existem dois problemas relevantes no âmbito de baterias recarregáveis cuja solução é desejável atualmente, quais sejam (i) a impossibilidade de se controlar a taxa de descarregamento da bateria de maneira seletiva, conforme necessidade; e (ii) problemas de segurança relacionados a superaquecimento da bateria pela eventual carga ou descarga desenfreada da mesma.
[005] O primeiro problema (i) supracitado decorre da inexistência de uma configuração de bateria eficiente e exequível que permita a aceleração controlada do fluxo de elétrons durante carga ou descarga. Isto implica que as baterias conhecidas atualmente não possuem meios seguros e eficientes de permitir uma aceleração do carregamento ou descarregamento da bateria quando desejável ou necessário.
[006] O segundo problema (ii) supracitado decorre, similarmente, da inexistência de uma configuração de bateria eficiente e exequível que permita a desaceleração controlada do fluxo de elétrons durante carga ou descarga. Isso traz sérios problemas de segurança no uso das baterias atuais por superaquecimento, não raro levando à inutilização da bateria ou, pior, a acidentes decorrentes de combustão e explosão da bateria, os quais podem ser fatais.
[007] 0 estado da técnica não fornece solução efetiva para os problemas acima. Por exemplo, pode-se citar o documento US2016/0285137 o qual sugere a combinação entre uma bateria recarregável e um capacitor, dentro de uma única unidade. Referido documento sugere que o uso de um capacitor combinado com uma bateria pode ser desejável em algumas aplicações, por exemplo em aplicações automotivas onde, durante a frenagem de um veículo, o capacitor poderia ser carregado para permitir a recarga da bateria posteriormente.
[008] Entretanto, o documento US2016/0285137 não sugere qualquer possibilidade de carga ou descarga controlada de elétrons da bateria, ou seja, não é capaz de acelerar ou desacelerar a descarga de corrente elétrica da bateria, incorrendo assim nos problemas já supracitados acerca das baterias conhecidas.
Objetivos da Invenção
[009] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover uma bateria capaz de gerar e controlar um potencial de ionização que seja capaz de permitir, de maneira seletiva, o controle da taxa de carregamento e descarregamento da bateria.
[0010] Um segundo objetivo da presente invenção é prover uma bateria com geração e controle de potencial de ionização que permita acelerar de maneira controlada o descarregamento de elétrons da bateria quando desejável ou necessário.
[0011 ] Um terceiro objetivo da presente invenção é prover uma bateria com geração e controle de potencial de ionização que permita desacelerar de maneira controlada o descarregamento de elétrons da bateria quando desejável ou necessário.
[0012] Um quarto objetivo da presente invenção é prover uma bateria com geração e controle de potencial de ionização que seja substancialmente mais segura que as baterias convencionais no que tange o problema de superaquecimento, combustão e explosão da bateria.
[0013] Um quinto objetivo da presente invenção é prover um método de geração e controle de potencial de ionização de uma bateria, por exemplo, tal como a supracitada.
Breve Descrição da Invenção
[0014] A presente invenção trata de uma bateria com controle de potencial de ionização que compreende uma carcaça de material isolante elétrico, a carcaça compreendendo em seu interior um primeiro meio eletrolítico no qual se dispõe um primeiro eletrodo e um segundo meio eletrol ítico no qual se dispõe um segundo eletrodo; um separador que separa o primeiro meio eletrolítico do segundo meio eletrolítico; uma fonte de corrente elétrica configurada para fornecer corrente elétrica ao primeiro e segundo meios eletrolíticos; um conector que conecta o primeiro eletrodo ao segundo eletrodo; e um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons disposto no conector entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, sendo que o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons é configurado para seletivamente regular a passagem de elétrons entre o primeiro e o segundo eletrodos.
[0015] Em uma concretização possível, o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons compreende uma câmara configurada para ser seletivamente aberta ou fechada ao menos parcialmente.
[0016] Em outra concretização possível, a câmara compreende uma porção móvel disposta em seu interior o qual é seletivamente movível em relação à câmara, a movimentação da porção móvel configurando a abertura ou fechamento ao menos parciais da câmara.
[0017] Em outra concretização possível, o fechamento da câmara configura o contato da porção móvel com o primeiro eletrodo.
[0018] Em uma concretização possível, a fonte de corrente elétrica é configurada para seletivamente inverter o sentido da corrente fornecida ou para ter o sentido de sua corrente fornecida invertido seletivamente.
[0019] A presente invenção ainda contempla um método de controle de potencial de ionização em bateria, o método sendo caracterizado por compreender as etapas de regular um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons para impedir ao menos parcialmente a passagem de elétrons entre um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo; e aplicar corrente elétrica em um primeiro ou em um segundo meio eletrolítico. [0020] Em uma concretização possível do método, a etapa de regular o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons compreende a abertura ou fechamento seletivo ao menos parcial de uma câmara do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons.
[0021 ] Em outra concretização possível do método, a abertura ou fechamento ao menos parcial da câmara compreende a movimentação seletiva de uma porção móvel do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons em relação a um dos eletrodos.
Descrição Resumida dos Desenhos
[0022] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:
[0023] Figura 1 - é uma vista em corte da bateria da presente invenção em uma concretização considerada preferencial;
[0024] Figura 2 - é um detalhe da figura 1 com foco no dispositivo de regulagem de passagem de elétrons da presente invenção em uma concretização considerada preferencial;
[0025] Figura 3 - é uma vista em corte da bateria da presente invenção em uma concretização considerada preferencial, ilustrando o acúmulo de elétrons de um primeiro meio eletrolítico para geração de um potencial aumentado de ionização; e
[0026] Figura 4 - é uma vista em corte da bateria da presente invenção em uma concretização considerada preferencial, ilustrando o sequestro de elétrons a partir de um segundo meio eletrolítico para geração de um potencial reduzido de ionização.
Descrição Detalhada das Figuras
[0027] Primeiramente, cumpre notar que o termo "preferencial" aqui utilizado não deve ser entendido como "imperativo" ou "obrigatório", tratando apenas de caracterizar uma concretização de particular eficiência da invenção dentre às múltiplas possíveis.
[0028] A figura 1 ilustra uma concretização preferencial da bateria 1 da presente invenção. A bateria 1 compreende uma carcaça 10 cuja composição compreende ao menos um material isolante elétrico. De maneira preferencial, os materiais que formam a carcaça 10 podem ser ao menos um dentre materiais isolantes plásticos à base de polímeros isolantes elétricos, materiais vítreos à base de sílica, demais isolantes do tipo quartzo e demais correspondentes, óxidos de lítio/ material leve, óxidos de alumínio, óxidos de nióbio, óxidos de grafeno, óxidos de alumínio etc., bem como materiais borrachosos/isolantes elétricos, materiais cerâmicos, materiais cerômeros, vácuo, esmaltes, tintas isolantes e todos os compósitos isolantes elétricos possíveis.
[0029] Referida carcaça 10 abriga um primeiro meio eletrolítico 20 e um segundo meio eletrolítico 30 separados por um separador 40. Referidos meios eletrolíticos são, preferencialmente, constituídos de moléculas iônicas, mais preferencialmente um eletrólito composto por íons positivos/cátions, e ainda mais preferencialmente íons leves como hidrogênio, lítio, potássio, cálcio, endofulereno de hidreto de hidrogênio, endofulereno de lítio, endofulereno de nióbio etc., e outro eletrólito composto por íons negativos/ânions, preferencialmente os mais leves como flúor, oxigênio, nitrogênio, cloro, hidroxila, monóxido de carbono, endofulerenos de flúor, endofulerenos de cloro, etc. Tomará claro que outros materiais poderão ser utilizados para composição dos meios eletrolíticos, dependendo do tipo de aplicação, condições de operação e estado geral da tecnologia relacionada.
[0030] Referido separador 40 tem por função permitir uma passagem controlada de íons entre os meios eletrolíticos 20, 30. Este separador deverá possuir, preferencialmente, poros com tamanhos controlados para permitir a passagem de moléculas através do tamanho das mesmas, ou seja, poros ou túneis especiais. Estes separadores poderão ser feitos pelos métodos triviais de membranas à base de materiais plásticos/polímeros como PP/polipropileno, PE/poliestireno, ou compômeros, mistura de cerâmica com polímeros, fulereno, nanotubos de materiais carbonosos avançados, ex: grafeno, fulereno, ou até mesmo espumas de grafeno com poros controlados, além de mais materiais avançados com nanoporos, também sempre se atualizando conforme os avanços tecnológicos correspondentes. Ademais, referido separador 40 é configurado para permitir a passagem de íons entre os meios eletrolíticos 20, 30 enquanto age como isolante em relação à corrente elétrica, tanto a gerada pela reação química da bateria quanto à gerada pelo gerador 50, conforme será melhor detalhado adiante.
[0031 ] Referidos primeiro e segundo meios eletrolíticos 20, 30 abrigam respectivamente um primeiro e segundo eletrodos 21 , 31. Referidos eletrodos 21 , 31 poderão ser constituídos por materiais já triviais usados nas baterias de íons. Preferencialmente, em linha com o objetivo de proporcionar uma bateria mais leve, podem ser utilizados materiais condutores elétricos de baixo peso como: grafeno, titânio, nióbio, grafite, espuma de grafeno, cobre, alumínio, ouro etc. Importante destacar que, caso sejam utilizados materiais corrosivos como titânio, cobre, alumínio, nióbio etc., os mesmos deverão ser revestidos por uma camada de pintura ou revestimento anticorrosiva, como grafeno, materiais carbonosos avançados eletrocondutores etc.
[0032] Ademais, a bateria compreende ainda uma fonte de corrente elétrica 50 conectada ao primeiro e ao segundo meio eletrolíticos 20, 30. Referida fonte de corrente elétrica 50 é configurada para seletivamente inverter o sentido da corrente fornecida ou para ter o sentido de sua corrente fornecida invertido seletivamente. Referida reversão pode ser realizada por um sistema de controle integrado (não ilustrado).
[0033] Esclarece-se que o gerador 50 de corrente e alta tensão para aplicação na bateria 1 em questão tem por função permitir a geração de ionização e intensificação de criação de mais íons, bem como inverter a direção desta corrente elétrica de maneira a criar um inversor de íons propriamente dito, ou seja, um inversor iônico. Desta forma, a presente invenção provê, nesta concretização, tanto um potencializador iônico, como também um inversor iônico. Este gerador 50 poderá ser um gerador elétrico trivialmente conhecido do estado da técnica, bem como também poderá ser um gerador de Van de Graaff ou um gerador com aproveitamento mecânico, químico, térmico, luminoso etc. A potência, corrente e tensão do gerador deverão ser função da aplicação desejada, podendo variar de maneira significativa para cada aplicação ou necessidade.
[0034] Ditos primeiro e segundo eletrodos 21 , 31 são conectados entre si, preferencialmente, através de um tubo conector 70 formado de material isolante no interior do qual se dispõe um condutor 71 tal como um fio ou similar. Uma das extremidades do tubo conector 70 é conectada diretamente ao segundo eletrodo 31 , enquanto a outra extremidade do tubo conector 70 compreende um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons 60.
[0035] Referido dispositivo de regulagem de passagem de elétrons 60 é configurado para seletivamente regular a passagem de elétrons entre o primeiro e segundo eletrodos 21 , 31 . Para melhor entendimento da invenção, o termo "seletivamente" deve ser entendido como "de maneira seletiva" ou "mediante escolha" exercida por um usuário ou operador através de dispositivo de controle mecânico, eletromecânico ou de qualquer outro tipo, podendo ser entendido ainda como "mediante comando" ou "mediante manipulação" por um usuário ou operador dependendo da concretização adotada para a presente invenção. Possibilidades de seletividade da regulagem da passagem serão mais detalhadamente descritas adiante.
[0036] Em uma concretização preferencial, mais detalhadamente vista na figura 2, o dispositivo 60 compreende uma câmara 61 que pode ser seletivamente fechada ou aberta de maneira ao menos parcial. A abertura e o fechamento da câmara 61 são realizados, preferencialmente, através de uma porção móvel 62 em relação à câmara 61 , de maneira que a movimentação da referida porção móvel 62 provê um afastamento ou aproximação da porção móvel 62 em relação ao eletrodo 21 correspondente. Referida porção móvel pode ser, por exemplo, um êmbolo trivial ou roscado que se movimenta em relação ao eletrodo 21 , por exemplo, através de deslizamento no interior do tubo conector 70, e é capaz de configurar a conexão ou desconexão deste eletrodo 21 em relação ao tubo conector 70. Referida configuração pode, em uma concretização possível, ter caráter telescópico, no qual múltiplas porções móveis são dispostas no interior umas das outras e são movimentadas proporcionalmente uma em relação à outra para prover o deslocamento da porção móvel 62 como um todo. Outras configurações poderão ser utilizadas para o mesmo efeito, como tomará claro, dependendo da aplicação desejada.
[0037] Neste sentido, movimentação da porção móvel 62 em relação ao eletrodo 21 no sentido de aproximação pode configurar, em uma primeira concretização, o contato elétrico entre a porção móvel 62 e o eletrodo 21 , permitindo a passagem de corrente do eletrodo 21 para o tubo conector 70 e, consequentemente, para o segundo eletrodo 31 . A movimentação da porção móvel 62 no sentido de afastamento do eletrodo 21 configura a interrupção da conexão ou contato elétrico entre o eletrodo 21 e o tubo conector 70.
[0038] Referido controle seletivo de fluxo de elétrons feito pelo dispositivo 60 pode ser realizado a partir de uma regulagem fina que permite a movimentação (abertura e fechamento) parcial da câmara 61 através, por exemplo, da movimentação parcial da porção móvel 62 em relação ao eletrodo 21. Isto permite a regulagem fina da quantidade de elétrons passantes pela câmara 61 ainda que a câmara 61 não esteja completamente aberta ou fechada. A câmara 61 pode conter em seu interior vácuo ou qualquer material isolante.
[0039] Referida regulagem do dispositivo 60 pode ser realizada, por exemplo, através de meios mecânicos, eletromecânicos ou elétricos. Pode utilizar, por exemplo, um sistema de controle eletrônico para movimentação da porção móvel 62 em função da corrente desejada ou do modus operandi desejado. Através de um sistema de controle eletrônico, pode-se atrelar a movimentação da porção móvel 62 a um comando do usuário para regulagem desejada de corrente, ou a uma temperatura de operação da bateria para abertura da câmara 61 quando identificada uma temperatura acima dos limites de operação. Torna claro que outras possibilidades de controle seletivo da regulagem de passagem de elétrons realizada pelo dispositivo 60 podem ser contempladas em função das condições de funcionamento da bateria e do tipo de regulagem desejada. Nesta concretização possível de controle do fluxo da corrente elétrica através de automatização do dispositivo 60, é provável que ocorra um efeito corona interno gerando radiofrequências, as quais poderão interferir no funcionamento de eletrônicos periféricos. Em função disso, caso esta concretização seja adotada, é recomendável envolver o dispositivo 60 em um encamisamento metálico aterrado, tal como uma gaiola de Faraday, de maneira a bloquear possíveis escapes inconvenientes de radiofrequência. [0040] Quanto ao funcionamento da bateria 1 em questão, o mesmo é baseado no conceito de aprisionamento e sequestro de elétrons, realizado através do dispositivo 60 de controle de fluxo de elétrons. Neste sentido, o aprisionamento e sequestro de elétrons podem ser denominados como acúmulos eletrostáticos que proporcionam acúmulo de diferencial elétrico positivo ou negativo.
[0041 ] Como exemplo conceituai deste tipo de manipulação de elétrons, pode citar o funcionamento das Garrafas de Leyden. Importante notar que, quando se realiza o aprisionamento e sequestro de elétrons em uma garrafa de Leyden com vácuo completo em seu interior, os elétrons acumulados ou sequestrados não resultarão em ions, pois não existem átomos no vácuo. Sendo assim, é possível compreender que o sequestro e aprisionamento de elétrons não depende de íons, mas sim os íons proporcionados pelo potencial ionizador deste sequestro ou aprisionamento de elétrons ocorrem devido à estocagem de elétrons ou também pelo sequestro dos elétrons em si.
[0042] Dito isso, a bateria 1 da presente invenção provê uma forma adequada de acúmulo ou sequestro de elétrons em um ambiente controlado e de forma controlada, permitindo a geração seletiva de um diferencial potencial elétrico negativo e alcalinizante no meio eletrolítico pelo acúmulo de elétrons, ou ainda um diferencial positivo e acidulante pelo sequestro de elétrons, permitindo assim um efetivo controle de potencial de ionização no interior da bateria.
[0043] A bateria 1 da presente invenção provê este controle de potencial através do controle de fluxo de elétrons provido pelo dispositivo 60. Na concretização preferencial acima descrita, referido controle é realizado pela abertura ou fechamento da câmara 61 através da porção móvel, e pelo fornecimento e controle do sentido da corrente elétrica provida pela fonte 50. [0044] Em um primeiro exemplo, como visto na figura 3, a fonte 50 de corrente elétrica está alimentando o primeiro meio eletrolítico 20, cujo fluxo é barrado pelo dispositivo 60 tal que os elétrons tendem a se acumular no primeiro meio eletrolítico 20, gerando assim um alto potencial de ionização, consequentemente permitindo um alto fluxo de elétrons quando da regulagem do dispositivo 60 para a passagem de elétrons.
[0045] Em um segundo exemplo, como visto na figura 4, a fonte 50 de corrente elétrica é invertida para alimentar o segundo meio eletrolítico 30, tal que os elétrons tendem a ser transferidos para o primeiro meio eletrolítico 20 mas são barrados pelo dispositivo 60. Isto provê um efetivo sequestro ou perda de elétrons e efetivamente gera um acúmulo de ions positivos no primeiro meio eletrolítico 20, reduzindo o potencial de ionização da bateria e permitindo a redução do fluxo de elétrons entre os eletrodos.
[0046] Desta maneira, a presente invenção permite a geração e a regulagem de um potencial de ionização da bateria 1 através do uso de um dispositivo 60 que regula o fluxo de elétrons entre um e outro eletrodos 21 , 31 e pela aplicação de corrente elétrica por uma fonte 50 a um ou outro meios eletrolíticos 20, 30. Isto permite não apenas a potencial aceleração do fluxo de elétrons (o que pode ser vantajoso para aplicações onde é necessária a aceleração de carregamento e descarregamento da bateria), mas também a potencial desaceleração do fluxo de elétrons (o que é vantajoso para evitar sobreaquecimentos, incêndios e explosões).
[0047] Importante salientar que a presente bateria 1 deverá preferencialmente trabalhar com altas tensões elétricas e baixa amperagem, assim havendo um grande potencial ionizador e deionizador com baixo consumo energético onde, com o direcionamento de acúmulo de elétrons no meio eletrolítico, haverá um maior potencial iônico-aniônico para o eletrólito negativo e assim intensificando este meio, bem como, quando da inversão da corrente no gerador 50, então haverá sequestros de elétrons e assim acidulando este meio eletrolítico e se o eletrólito em questão for negativo, alcalino, então haverá uma eletroneutralização deste meio e por fim invertendo o potencial ionizador e se criando um verdadeiro inversor iônico. Esta metodologia também se aplica para meios eletrolíticos ácidos, onde o princípio de acúmulo de elétrons também terá seus efeitos aplicados de forma inversa ao descrito acima. Referido gerador 50 poderá trabalhar com tensões de preferencialmente 1 kV até 1 GV, mais preferencialmente de 10 kV a 150 kV. A corrente elétrica poderá, preferencialmente, ser de 0,00001 A até 10 A, mais preferencialmente 0,1 A. Referido gerador poderá ser acionado por meios externos tais como um motor elétrico de veículo, por exemplo. Caso sejam utilizados em ambientes estáticos, pode-se utilizar um sistema químico autogerador, fotoelétrico, nuclear ou demais alternativas possíveis, dependendo da aplicação desejada. [0048] Neste sentido, a presente invenção ainda contempla um método de controle de potencial de ionização de uma bateria, o qual compreende as etapas de:
[0049] - regular um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons
60 para impedir ao menos parcialmente a passagem de elétrons entre um primeiro eletrodo 21 e um segundo eletrodo 31 ; e
[0050] - aplicar corrente elétrica em um primeiro ou em um segundo meio eletrolítico 20, 30.
[0051 ] Em uma concretização possível, a etapa de regular o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons 60 compreende a abertura ou fechamento seletivo ao menos parcial de uma câmara 61 do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons 60.
[0052] Em outra concretização possível, a abertura ou fechamento ao menos parcial da câmara 61 compreende a movimentação seletiva de uma porção móvel 62 do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons 60 em relação a um dos eletrodos 21 , 31.
[0053] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Bateria (1 ) com geração e controle de potencial de ionização caracterizada pelo fato de que compreende:
- uma carcaça (10) de material isolante elétrico, a carcaça (10) compreendendo em seu interior um primeiro meio eletrolítico (20) no qual se dispõe um primeiro eletrodo (21 ) e um segundo meio eletrolítico (30) no qual se dispõe um segundo eletrodo (31 );
- um separador (40) que separa o primeiro meio eletrolítico (20) do segundo meio eletrolítico (30);
- uma fonte de corrente elétrica (50) configurada para fornecer corrente elétrica ao primeiro e segundo meios eletrolíticos (20, 30);
- um conector (70) que conecta o primeiro eletrodo (21 ) ao segundo eletrodo (31 ); e
- um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) disposto no conector (70) entre o primeiro eletrodo (21 ) e o segundo eletrodo (31 ); sendo que o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) é configurado para seletivamente regular a passagem de elétrons entre o primeiro e o segundo eletrodos (21 , 31 ).
2. Bateria (1 ) com geração e controle de potencial de ionização, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) compreende uma câmara (61 ) configurada para ser seletivamente aberta ou fechada ao menos parcialmente.
3. Bateria (1 ) com geração e controle de potencial de ionização, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a câmara (61 ) compreende uma porção móvel (62) disposta em seu interior o qual é seletivamente movível em relação à câmara (61 ), a movimentação da porção móvel (62) configurando a abertura ou fechamento ao menos parciais da câmara (61 ).
4. Bateria (1 ) com geração e controle de potencial de ionização, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o fechamento da câmara configura o contato da porção móvel (62) com o primeiro eletrodo (21 ).
5. Bateria (1 ) com geração e controle de potencial de ionização, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que a fonte de corrente elétrica (50) é configurada para seletivamente inverter o sentido da corrente fornecida ou para ter o sentido de sua corrente fornecida invertido seletivamente.
6. Método de geração e controle de potencial de ionização em bateria, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
- regular um dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) para impedir ao menos parcialmente a passagem de elétrons entre um primeiro eletrodo (21 ) e um segundo eletrodo (31 ); e
- aplicar corrente elétrica em um primeiro ou em um segundo meio eletrolítico (20, 30).
7. Método de geração e controle de potencial de ionização em bateria, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de regular o dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) compreende a abertura ou fechamento seletivo ao menos parcial de uma câmara (61 ) do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60).
8. Método de geração e controle de potencial de ionização em bateria, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a abertura ou fechamento ao menos parcial da câmara (61 ) compreende a movimentação seletiva de uma porção móvel (62) do dispositivo de regulagem de passagem de elétrons (60) em relação a um dos eletrodos (21 , 31 ).
PCT/BR2022/050229 2021-12-30 2022-06-22 Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria WO2023122819A1 (pt)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR1020210268425 2021-12-30
BR102021026842-5A BR102021026842A2 (pt) 2021-12-30 Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023122819A1 true WO2023122819A1 (pt) 2023-07-06

Family

ID=86996740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/BR2022/050229 WO2023122819A1 (pt) 2021-12-30 2022-06-22 Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023122819A1 (pt)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7042699B2 (en) * 2004-05-28 2006-05-09 Kabushiki Kaisha Meidensha Vacuum variable capacitor
US8481203B2 (en) * 2010-02-03 2013-07-09 Bren-Tronies Batteries International, L.L.C. Integrated energy storage unit
US20130266826A1 (en) * 2012-03-13 2013-10-10 Maxwell Technologies, Inc. Ultracapacitor/battery combination and bus bar system
EP2586046B1 (en) * 2010-06-28 2015-11-25 Comet AG Vacuum variable capacitor
US20160285137A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery and capacitor hybrid system in a single pouch
EP2810287B1 (en) * 2012-02-03 2019-01-23 Comet AG Variable vacuum capacitor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7042699B2 (en) * 2004-05-28 2006-05-09 Kabushiki Kaisha Meidensha Vacuum variable capacitor
US8481203B2 (en) * 2010-02-03 2013-07-09 Bren-Tronies Batteries International, L.L.C. Integrated energy storage unit
EP2586046B1 (en) * 2010-06-28 2015-11-25 Comet AG Vacuum variable capacitor
EP2810287B1 (en) * 2012-02-03 2019-01-23 Comet AG Variable vacuum capacitor
US20130266826A1 (en) * 2012-03-13 2013-10-10 Maxwell Technologies, Inc. Ultracapacitor/battery combination and bus bar system
US20160285137A1 (en) * 2015-03-25 2016-09-29 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery and capacitor hybrid system in a single pouch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Progress and prospects of sodium-sulfur batteries: A review
KR100897945B1 (ko) 전기 이중층 캐패시터
JP6167243B1 (ja) 電気二重層キャパシタ
Daffos et al. Recent advances in understanding the capacitive storage in microporous carbons
JP2004080984A (ja) 電池内蔵用負荷平準化
CN107431188B (zh) 集成能量和功率装置
CA2770733A1 (en) Solid-state sodium-based secondary cell having a sodium ion conductive ceramic separator
WO2011038233A1 (en) High-performance rechargeable batteries with fast solid-state ion conductors
KR102247506B1 (ko) 고온 내성 슈퍼커패시터들을 구현하기 위한 시스템 및 방법
US20130288153A1 (en) Sodium-Sulfur Battery
JP2015076400A (ja) ナトリウム−二酸化硫黄系二次電池及びその製造方法
US5319518A (en) Solid/gas double layer capacitor and electrical storage device
WO2023122819A1 (pt) Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria
Tang et al. Lattice-distorted lithiation behavior of a square phase Janus MoSSe monolayer for electrode applications
BR102021026842A2 (pt) Bateria com geração e controle de potencial de ionização, e método de geração e controle de potencial de ionização em uma bateria
TWI692786B (zh) 混合式電容器
JP4863000B2 (ja) 蓄電デバイスおよびその製造方法
KR20170130999A (ko) 파우치형 전기이중층 커패시터
EP4207377A1 (en) Energy storage device comprising an aluminum electrode
KR20130034181A (ko) 도핑 탄소계 전극을 이용한 전기 이중층 커패시터
Shkolnikov et al. Carbon materials as a cathode for aluminum-ion battery
JP2017536683A (ja) ナトリウム−ハロゲン二次電池
Bhajekar et al. Design and Fabrication of a Hybrid Battery with Lead Acid Battery and Supercapacitor
Sun et al. Performance and Applications of Lithium Ion Capacitors
KR20170096704A (ko) 에너지 저장 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22912809

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1