Dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento.

Batería de plomo que comprende

al menos un electrodo negativo basado en plomo;

al menos un electrodo positivo basado en dióxido de plomo;

al menos un electrodo condensador; y

un electrolito en contacto con los electrodos;

donde una parte de batería está formada por el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y una parte condensadora asimétrica está formada por el electrodo condensador y un electrodo seleccionado entre el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y donde todos los electrodos negativos están conectados a una barra colectora negativa y todos los electrodos positivos están conectados a una barra colectora positiva, donde el electrolito es ácido sulfúrico.

Dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento

Antecedentes de la Invención

La presente invención se refiere a baterías de ácido-plomo de alto rendimiento.

Hay una demanda creciente para el desarrollo y la introducción de vehículos que no dependan casi exclusivamente de los combustibles fósiles, para combatir la contaminación del aire en ambientes perturbadores y reducir el consumo global de suministros limitados de combustibles fósiles. Estos vehículos se dividen en tres clases principales: vehículos eléctricos (EVs) , vehículos eléctricos híbridos (HEVs) y vehículos eléctricos híbridos parciales (también conocido como vehículos de red de potencia de 42 voltios) .

Los vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos pueden usar una variedad de diferentes tipos de baterías, incluyendo baterías de plomo. Los vehículos eléctricos híbridos parciales pueden utilizar principalmente baterías de plomo, debido al reparto reducido. Los vehículos eléctricos híbridos e híbridos parciales se basan en una combinación de un motor de combustión de intervalo y una batería de alimentación. Debido a las crecientes necesidades de energía a bordo en los presentes automóviles de lujo (automóviles de motor de combustión interna) , la capacidad de los actuales alternadores de 14 voltios está cerca o más allá de su imitación. Así, vehículos eléctricos híbridos parciales han sido desarrollados. Estos vehículos eléctricos híbridos parciales emplean una batería de 36 voltios y un alternador de 4, 2 voltios. Los vehículos eléctricos híbridos parciales ofrecen algunas ventajas sobre los vehículos de motor de combustión de intervalo existentes, incluyendo un mayor uso de la energía eléctrica generada, lo que resulta en la reducción de las emisiones.

Aunque ha habido muchos avances significativos en el desarrollo de nuevas baterías y redes de energía para los vehículos que dependen al menos en parte en la energía eléctrica, las baterías utilizadas en estos vehículos todavía adolecen de una serie de problemas.

En todas estas baterías, diferentes demandas se colocan sobre la batería en términos de la corriente consumida desde y recarga de la batería en varias etapas durante el funcionamiento del vehículo. Por ejemplo, una alta velocidad de descarga se necesita desde la batería para permitir el arranque o la aceleración del motor en los vehículos eléctricos y eléctricos híbridos, respectivamente. Una alta velocidad de recarga de la batería está asociada con el frenado regenerativo.

En la situación donde se utilizan baterías de plomo, en particular en vehículos híbridos e híbridos eléctricos parciales, la elevada velocidad de descarga de la batería y de recarga resulta en la formación de una capa de sulfato de plomo sobre la superficie de la placa negativa, y la generación de hidrógeno/oxígeno en las placas positivas y negativas. Esto en gran medida surge como resultado de las altas exigencias actuales de la batería. Las condiciones parciales del estado de carga (PSoC) bajo las que estas baterías generalmente operan es del 20-100% para los vehículos eléctricos, 40-60% para los vehículos eléctricos híbridos, y 70-90% para los vehículos eléctricos híbridos parciales. Se trata de una alta velocidad parcial del estado de carga (HRPSoC) . Bajo un trabajo HRPSoC simulado, tales como operaciones de vehículos eléctricos híbridos e híbridos parciales, las baterías de plomo fallan prematuramente debido principalmente a la acumulación progresiva de sulfato de plomo en las superficies de las 45 placas negativas. Esto se produce porque el sulfato de plomo no se puede convertir eficientemente de nuevo en plomo de esponja durante la carga a partir del frenado regenerativo o desde el motor. Eventualmente, esta capa de sulfato de plomo desarrolla hasta tal punto que la superficie efectiva de la placa se reduce notablemente, y la placa no puede suministrar la superior corriente exigida del automóvil. Esto reduce significativamente el tiempo de vida potencial de la batería.

En otros campos de la tecnología, incluyendo la tecnología móvil o celular, sería ventajoso proporcionar tipos alternativos de baterías que ofrecen una mejora general de la vida útil y del rendimiento, mientras se atiende a las demandas de potencia diferentes en el dispositivo.

En consecuencia, existe una necesidad de baterías modificadas, incluyendo baterías de plomo, que tienen una vida útil mejorada y/o un rendimiento global mejorado en comparación con las baterías actuales.

Sumario de la Invención

De acuerdo con un aspecto, se proporciona una batería de plomo que comprende:

- al menos un electrodo negativo basado en dióxido de plomo; -al menos un electrodo positivo basado en dióxido de plomo; -al menos un elemento condensador; y 65 -un electrólito en contacto con los electrodos,

en el que una parte de batería está formada por el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y una parte de condensador asimétrico está formada por el electrodo condensador y electrodo seleccionado entre el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y en el que todos los electrodos negativos están conectados a una barra colectora negativa, y todos los electrodos positivos están conectados a una barra colectora positiva, donde el electrolito es ácido sulfúrico.

Cada uno de los electrodos de condensador pueden ser individualmente electrodos positivo o negativo.

En una realización, el electrodo condensador es un electrodo negativo de condensador. En esta realización la parte de batería de dióxido de plomo y la parte del condensador asimétrica de la batería de plomo están conectadas en paralelo en la unidad común. Por lo tanto, la parte del condensador asimétrica preferentemente toma o libera carga durante la carga o descarga de alta corriente. Esto ocurre porque la parte del condensador asimétrica tiene una baja resistencia interna respecto a la parte de la batería, y en primer lugar absorberá y liberará la carga durante la carga a alta velocidad (por ejemplo durante el frenado regenerativo) o durante la descarga de alta velocidad (por ejemplo, durante la aceleración del vehículo y el arranque del motor) . En consecuencia, la parte del condensador compartirá la operación de alta velocidad con la parte de la batería de plomo, y proporcionará a la batería de plomo una vida significativamente más larga. Todo esto se logra sin ningún tipo de control electrónico o de conmutación entre la batería y las partes de condensador.

De acuerdo con una realización, el electrodo positivo es compartido por las dos partes está dispuesto entre el electrodo negativo a base de plomo y el electrodo negativo de condensador.

Se apreciará que una disposición inversa puede utilizarse, donde el electrodo compartido es el electrodo negativo a base de plomo. El electrodo negativo a base de plomo definirá la parte del condensador asimétrica con un electrodo 25 positivo del condensador.

Preferiblemente, la batería de plomo comprende una serie alterna de electrodos positivos y negativos. De los electrodos alternos, cada una de ellos puede ser un electrodo de batería, un electrodo condensador, o un electrodo combinado de batería/condensador. Estos tipos de electrodos se describirán en detalle más adelante.

En otra característica de la invención, se ha encontrado que si hay una diferencia en la ventana potencial o rango operativo potencial de uno de los electrodos, gases de hidrógeno se pueden producir. Esto se aplica particularmente cuando la tensión de la celda es mayor que el rango potencial de un electrodo. La gasificación de hidrógeno es indeseable, ya que conduce a un fallo prematuro de la batería en el electrodo donde se produce la gasificación.

Para evitar un desajuste, de acuerdo con realizaciones adicionales, por lo menos uno de los electrodos negativos de condensadores comprende un área de alta superficie del material condensador, y uno o más aditivos seleccionados entre óxidos, hidróxidos o sulfatos de plomo, zinc, cadmio, plata y bismuto. Los aditivos se añaden preferiblemente es forma de óxido. Los aditivos son preferiblemente plomo y/o aditivos de zinc, más preferiblemente plomo y/o óxido de zinc.

El desajuste también puede producirse en el electrodo positivo del condensador. Así, según una realización en las que la batería comprende un electrodo positivo del condensador, el electrodo positivo condensador comprende:

-un material de condensador de área de alta superficie, -Pb2O3, -un óxido, hidróxido o sulfato de antimonio, y -opcionalmente, uno o... [Seguir leyendo]

1. Batería de plomo que comprende al menos un electrodo negativo basado en plomo; al menos un electrodo positivo basado en dióxido de plomo; al menos un electrodo condensador; y un electrolito en contacto con los electrodos; donde una parte de batería está formada por el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y una parte condensadora asimétrica está formada por el electrodo condensador y un electrodo seleccionado entre el electrodo negativo basado en plomo y el electrodo positivo basado en dióxido de plomo; y donde todos los electrodos negativos están conectados a una barra colectora negativa y todos los electrodos positivos están conectados a una barra colectora positiva, donde el electrolito es ácido sulfúrico.

2. La batería de plomo según la reivindicación 1, donde los electrodos se alternan entre electrodos positivos y negativos.

3. Batería de plomo según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde el electrodo condensador comprende un material de alta área superficial seleccionado de carbono, óxido de rutenio, óxido de plata, óxido de cobalto y polímeros conductores.

4. Batería de plomo según la reivindicación 3, donde el material de alta área superficial es un material de carbono de alta área superficial.

5. Batería de plomo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la batería de plomo comprende al menos un electrodo negativo condensador que comprende un material de alta área superficial y un aditivo que comprende un óxido, hidróxido o sulfato de plomo, zinc, cadmio, plata o bismuto, o una mezcla de los mismos.

6. Batería de plomo según la reivindicación 5, donde el aditivo está presenta en un recubrimiento sobre el electro negativo condensador en una cantidad que aumenta la ventana potencia del electrodo negativo condensador a por lo menos 1, 2 V.

7. Batería de plomo de la reivindicación 5 o la reivindicación 6, donde el contenido total de aditivo es 5-40% en peso,

basado en la composición total del recubrimiento del condensador. 35

8. Batería de plomo según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, donde el aditivo del electrodo negativo condensador comprende los compuestos de los siguientes metales en óxido, sulfato o hidróxido entre: del 1 al 40% en peso de Pb, del 1 al 20% en peso de Zn, del 0 al 5% en peso de Cd y del 0 al 5% en peso de Ag.

9. Batería de plomo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la batería de plomo comprende al menos un electrodo positivo de condensador que comprende:

un material condensador de alta área superficial, y un aditivo de electrodo positivo condensador que comprende:

Pb203, un óxido, hidróxido o sulfato de antimonio y opcionalmente uno o más aditivos seleccionados de óxidos, hidróxidos y sulfatos de hierro y plomo.

10. Batería de plomo según la reivindicación 9, donde el aditivo del electrodo positivo condensador está presente en una cantidad que aumenta la ventana potencial del electrodo positivo condensador a por lo menos 1, 2 V.

11. Batería de plomo según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, donde el aditivo del electrodo positivo condensador está presente en una cantidad de entre el 5-40% en peso basado en la composición de recubrimiento total del electrodo positivo condensador.

12. Batería de plomo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde el aditivo del electrodo condensador positivo comprende entre el 0-30% en peso de PB en forma de óxido, sulfato o hidróxido, del 1-10% en peso de Pb2O3, del 0-2% en peso de Fe en forma de óxido, sulfato o hidróxido, y del 0, 05-1% en peso de Sb en forma de óxido, sulfato o hidróxido.

13. Batería de plomo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde la batería de plomo comprende un electrodo negativo con al menos dos regiones, incluyendo una región de material del electrodo de la batería y una región de material del electrodo condensador.

14. Batería de plomo según la reivindicación 13, donde el electrodo negativo comprende una región de material de

electrodo de batería a base de plomo sobre una cara, y una región de material de electrodo negativo condensador en la cara opuesta.