Dispositivo de almacenamiento de energía híbrida y método de fabricación del mismo.

Un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida, caracterizado por:

al menos una celda (10) que comprende por lo menos un electrodo positivo (17), al menos un electrodo negativo (15), un separador (26) colocado al menos entre dicho al menos un electrodo positivo (17) y dicho al menos un electrodo negativo (15), y un electrolito; dicho al menos un electrodo positivo (17) comprende un material activo (24) que comprende plomo (Pb) y una lengüeta (28) que se extiende a partir de un lado del al menos un electrodo positivo (17);

al menos el electrodo negativo (15) comprende un material de carbono activado, una lengüeta (30) que se extiende a partir de un lado del al menos un electrodo negativo (15), y un terminal de conexión (32) de plomo que encapsula dicha lengüeta (30);

una primera tira (34) de plomo fundida con la pieza se encuentra sobre la lengüeta (28) que se extiende a partir de dicho al menos un electrodo positivo (17);

una segunda tira (38) de plomo fundida con la pieza se encuentra sobre el terminal de conexión (32) de plomo del al menos un electrodo negativo (15).

Dispositivo de almacenamiento de energía híbrida y método de fabricación del mismo

I. Campo Técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida comprende al menos una celda que incluye por lo menos un electrodo positivo basado en plomo, al menos un electrodo negativo basado en carbono, un separador entre los electrodos adyacentes positivo y negativo y un electrolito.

II. Antecedentes de la Invención

Los dispositivos de almacenamiento de energía híbrida, también conocidos como supercapacitores asimétricos o baterías/supercapacitores híbridos, combinan electrodos de batería y electrodos de supercapacitor para producir dispositivos que tengan un conjunto único de características que incluyen el ciclo de vida útil, la densidad de energía, la capacidad de energía, la capacidad de recarga rápida y un intervalo amplio de grados de operación de temperatura. Los dispositivos de almacenamiento de energía híbrida de plomo-carbono emplean electrodos positivos de batería de plomo- ácido y electrodos negativos de supercapacitor. Véanse por ejemplo las Patentes de los Estados Unidos Nos. 6.466.429; 6.628.54; 6.76.79; 7.6.346; y 7.11.242.

El documento WO 29/52124 A1, que cae bajo el Artículo 54(3) del CPE, describe un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida que incluye al menos un electrodo positivo que comprende un colector de corriente que comprende plomo y que tiene una pluralidad de partes elevadas y descendidas con respecto a un plano medio del colector de corriente, y ranuras formadas entre las porciones elevadas y descendidas, en donde pasta de dióxido de plomo está adherida a y en contacto eléctrico con sus superficies, una parte de lengüeta y al menos un electrodo negativo que comprende un material de carbono.

El conocimiento convencional es que cualquier nueva tecnología de batería o de supercapacitor ensambla componentes y utiliza técnicas que son únicas para esta tecnología. Además, el conocimiento convencional es que se requiere que los dispositivos de almacenamiento de energía plomo-carbono sean ensamblados utilizando una compresión relativamente alta de la celda o celdas dentro del dispositivo. La alta compresión se debe en parte a la gran resistencia de contacto que existe entre el material activo de carbono activado y el colector actual de un electrodo negativo. También es de conocimiento convencional que el equipo utilizado, de manera general, para la manufactura de baterías convencionales de plomo-ácido y que es comúnmente empleado en la industria automotriz, en aplicaciones de energía motriz, estacionaria y otras aplicaciones de almacenamiento de energía, no puede ser empleado en la producción de dispositivos de almacenamiento de energía híbrida.

Es un propósito de la presente invención proporcionar dispositivos de almacenamiento de energía híbrida que tengan un excelente ciclo de vida útil y que tengan la capacidad de ser manufacturados utilizando el equipo convencional disponible de manufactura de batería de plomo-ácido. Los inventores han demostrado que los dispositivos de almacenamiento de energía híbrida de celda única y de múltiples celdas podrían ser manufacturados utilizando un equipo convencional de manufactura de batería de plomo-ácido con modificaciones debido al diseño del electrodo negativo que elimina la necesidad de grandes cantidades de presión de apilamiento que será aplicada a las celdas dentro del dispositivo.

De esta manera, contrario al conocimiento convencional para dispositivos de almacenamiento de energía híbrida, no se requiere una alta compresión en el ensamble del dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de acuerdo con la presente invención. Es innecesario proporcionar un mecanismo adicional que comprima las celdas individuales, y los dispositivos de almacenamiento de energía híbrida pueden ser ensamblados con cubiertas y tapas comercialmente disponibles. De otro modo, sería requerido un nuevo equipo de componentes electrónicos y mecánicos y de montaje, conduciendo a incrementos significantes de costo y/o cambios significantes de proceso.

III. Sumario de la Invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida que tenga un excelente ciclo de vida útil.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar dispositivos de almacenamiento de energía híbrida que tengan la capacidad de ser manufacturados utilizando un equipo convencional de manufactura de batería de plomo-ácido.

Una ventaja de la presente invención es que la compresión al menos de una celda de un dispositivo de almacenamiento

de energía híbrida reduce los problemas tales como el daño de la celda debido a la vibración.

Una ventaja adicional de la presente invención es que la compresión menor que aproximadamente de 3,45-14 m"1kgs"2 (5 psi) es necesaria en el ensamble de un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida.

Los objetos y ventajas anteriores son satisfechos a través de un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende al menos una celda que incluye por lo menos un electrodo positivo, al menos un electrodo negativo, un separador colocado entre el al menos un electrodo positivo y el al menos un electrodo negativo, y un electrolito. El al menos un electrodo positivo comprende un material activo que incluye plomo (Pb) y tiene una lengüeta que se extiende a partir de un lado del electrodo positivo. El al menos un electrodo negativo comprende un material de carbono activado y tiene una lengüeta que se extiende a partir de un lado del electrodo negativo con un terminal de conexión de plomo que encapsula la lengüeta. Una primera tira de plomo fundida con la pieza es vaciada sobre la lengüeta al menos de un electrodo positivo. Una segunda tira de plomo fundida con la pieza es vaciada sobre la terminal de conexión de plomo al menos de un electrodo negativo.

Como se utilizan en la presente memoria, los términos y expresiones "de manera sustancial", "de manera general", "relativamente", "aproximadamente" y "alrededor" son modificadores relativos que se pretende indiquen la variación permisible de las características modificadas de este modo. No se pretende que sean limitados al valor absoluto o característica que modifica, sino más bien que se enfoquen o aproximen a esta característica física o funcional.

Las referencias a las expresiones "una realización", "la realización", o "en realizaciones" significan que la característica que está siendo referida es incluida al menos en una realización de la invención. Además, las referencias separadas a "una realización", "la realización", o "en realizaciones" no indican de manera necesaria la misma realización; no obstante, estas realizaciones no son exclusivas en forma recíproca, a menos que sea señalado de este modo, y excepto como será aparente con facilidad para aquellas personas expertas en la técnica. De esta manera, la invención puede incluir cualquier variedad de combinaciones y/o integraciones de las realizaciones que se describen en la presente memoria.

En la siguiente descripción, se hace referencia a los dibujos que la acompañan, los cuales son mostrados por medio de ilustración a las realizaciones específicas, en las cuales la invención, definida por las características de la reivindicación 1, podría ser puesta en práctica. Las siguientes realizaciones ilustradas son descritas en detalle suficiente para permitir que aquellas personas expertas en la técnica pongan en práctica la invención. Se entenderá que podrían ser utilizadas otras realizaciones y que podrían realizarse cambios estructurales en función de los equivalentes estructurales y/o funcionales actualmente conocidos sin apartarse del alcance de la invención.

IV. Breve Descripción de los Dibujos

La FIG. 1 es una vista parcial esquemática de un electrodo negativo que tiene una tira fundida con la pieza de

acuerdo con una realización de la presente invención;

la FIG. 2 es una vista en corte transversal del electrodo negativo de la FIG.1;

la FIG. 3 es una vista parcial esquemática de un electrodo positivo que tiene una tira fundida con la pieza de

acuerdo con una realización de la presente invención;

la FIG. 4 es una vista en corte transversal del electrodo positivo de la FIG. 3; y

la FIG. 5 es una vista en perspectiva de una celda de acuerdo con la presente invención.

V. Descripción Detallada de la Invención

Las FIGs. 1-5 ilustran un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida y los componentes del mismo. De acuerdo... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida, caracterizado por:

al menos una celda (1) que comprende por lo menos un electrodo positivo (17), al menos un electrodo negativo (15), un separador (26) colocado al menos entre dicho al menos un electrodo positivo (17) y dicho al menos un electrodo negativo (15), y un electrolito; dicho al menos un electrodo positivo (17) comprende un material activo (24) que comprende plomo (Pb) y una lengüeta (28) que se extiende a partir de un lado del al menos un electrodo positivo (17);

al menos el electrodo negativo (15) comprende un material de carbono activado, una lengüeta (3) que se extiende a partir de un lado del al menos un electrodo negativo (15), y un terminal de conexión (32) de plomo que encapsula dicha lengüeta (3);

una primera tira (34) de plomo fundida con la pieza se encuentra sobre la lengüeta (28) que se extiende a partir de dicho al menos un electrodo positivo (17);

una segunda tira (38) de plomo fundida con la pieza se encuentra sobre el terminal de conexión (32) de plomo del al menos un electrodo negativo (15).

2. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 1, caracterizado porque la primera tira (34) fundida con la pieza y la segunda tira (38) fundida con la pieza comprenden plomo (Pb) o una aleación de plomo (Pb).

3. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque cada una de la primera tira (34) fundida con la pieza y la segunda tira (38) fundida con la pieza es parte unitaria de una pieza.

4. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque dicho al menos un electrodo negativo (15) comprende, además:

un colector de corriente (22);

un revestimiento (23) resistente a la corrosión adherido al menos a una cara del colector de corriente (22); y un material de carbono activado (24) adherido y en contacto eléctrico con el revestimiento (23) resistente a la

corrosión.

5. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 4, caracterizado porque dicho revestimiento conductivo (23) resistente a la corrosión comprende una hoja o lámina delgada de grafito expandido.

6. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho al menos un electrodo negativo (15) comprende carbono activado y plomo (Pb).

7. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 4, caracterizado porque el colector de corriente (22) comprende cobre o una aleación de cobre.

8. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 4, caracterizado porque el colector de corriente (22) comprende un material que tiene una conductividad mayor que 1x15 siemens/m.

9. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dicho al menos un electrodo positivo (17) comprende dióxido de plomo.

1. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque dicho al menos un electrodo positivo (17) comprende, además, un colector de corriente (2) que incluye plomo (Pb).

11. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque al menos una celda (1) comprende una pluralidad de electrodos positivos y una pluralidad de electrodos negativos.

12. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 1, caracterizado por una pluralidad de celdas (1).

13. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 1, caracterizado, además, por una cubierta para dicha al menos una celda (1) y un espesor agregado T de dicha al menos una celda (1) es mayor que el ancho de vacío de dicha cubierta en ,1 T a ,2T.

14. El dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de la reivindicación 1, caracterizado porque una presión de compresión en una dirección a través del espesor de dicha al menos una celda (1) es 1,38-13 a 3,45 1 4 m'1kg s'2 (.2 a 5 ps¡).

15. Un método de manufactura de un dispositivo de almacenamiento de energía híbrida de acuerdo con la reivindicación

1, en el que:

se apila el al menos un electrodo negativo (15), el al menos un electrodo positivo (17) y el separador (26) entre los mismos para formar la al menos una celda (1); se vacía la primera tira (34) fundida con la pieza sobre la 5 lengüeta (28) de dicho al menos un electrodo positivo (17);

se vacía la segunda tira (38) fundida con la pieza sobre el terminal de conexión (32) de plomo de dicho al

menos un electrodo negativo (15); y

se coloca la al menos una celda (1) dentro de una cubierta.

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el espesor agregado de dicha al menos una

celda (1) es mayor que el ancho de vacío de dicha cubierta, con lo cual se provoca una presión de compresión de 1,38-13 a 3,45 14 m'1-kgs'2 (.2 a 5 psi) en una dirección a través del espesor de dicha al menos una celda (1) cuando se coloque dentro de la cubierta.