Placa (20), particularmente para una batería bipolar (10), la placa (20) siendo del tipo que comprende un material base (2),

un material activo positivo (3) aplicado a una primera superficie (4) del material base (2) y un material negativo (5) aplicado a una segunda superficie (6) del material base (2) opuesta a la primera superficie (4), la placa (20) estandocaracterizadapor el hecho de que:

- el material base (2) comprende grafito en su constitución, dicho material base revistiéndose con plomo o aleación de plomo;

- el material activo positivo (3) comprende dióxido de plomo, fibras de carbono y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo positivo (3) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

- el material activo negativo (5) comprende plomo esponjoso, aditivos de grafito y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo negativo (5) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

Placas para una batería bipolar y batería bipolar.

La presente invención se refiere a placas que se utilizan especialmente en baterías bipolares, estas placas comprendiendo un material base de materiales compuestos que incluyen un núcleo de grafito y recibe capas significativas de materiales activos positivos y negativos, que comprenden aditivos capaces de ampliar el área de superficie de reacción. Esta invención se refiere además a una batería bipolar formada por una pluralidad de estas placas y que presenta un mayor rendimiento con respecto a las baterías similares conocidas del estado de la técnica.

Descripción del estado de la técnica

En las baterías bipolares, las placas de distribución se disponen paralelas y consecutivamente una con respecto a la otra, formando células que se apilan, con una construcción de tipo "sandwich", para que una misma placa tenga una cara negativa que interactúe con la cara positiva de la placa inmediatamente anterior y su cara positiva opuesta interactúe con la cara negativa de la placa inmediatamente posterior. Estas placas también se conocen como electrodos dobles, ya que un lado o cara del electrodo actúa como un ánodo en una célula y el lado o cara opuesta de este mismo electrodo actúa como un cátodo en la célula siguiente. Las caras anódicas y catódicas están separadas por un conductor electrónico.

Por batería de plomo-ácido se entiende una batería que puede ser bipolar o no, que comprende un ánodo y un cátodo que comprenden materiales activos derivados del plomo y dispuestos en un electrolito que consiste en una solución de ácido sulfúrico. La placa o el ánodo positivo comprenden óxido de plomo (PbO) como materia activa y, cuando se carga eléctricamente, transforma el óxido de plomo en dióxido de plomo (PbO₂). Generalmente, esta materia activa se fija en una rejilla metálica hecha de una aleación de plomo. La placa o el cátodo negativo comprenden, como materia activa, óxido de plomo (PbO) y un agente expansivo, transformando el óxido de plomo en plomo esponjoso (Pb). Esta materia activa también se fija en una rejilla metálica de aleación de plomo.

Las placas de la batería de plomo-ácido están separadas por un material poroso que actúa como separador, fabricado de un material electrónicamente aislante, de baja resistencia ohmnica, microporoso y de buena conductividad iónica cuando está lleno de ácido. El propósito de este separador es reducir a un mínimo la resistencia interna de los elementos y la distancia entre las placas, ya que éstos se colocan entre las placas (ánodo y cátodo) evitando el contacto directo, además de no permitir un cortocircuito, y manteniendo al mismo tiempo un espacio mínimo entre las placas. La solución electrolítica en la que las placas se sumergen consiste en una solución de ácido sulfúrico diluido en agua destilada o desmineralizada.

Las baterías bipolares de plomo-ácido son conocidas en el estado de la técnica, y se ha estado estudiando mucho acerca de las placas o los electrodos que las componen, con miras a obtenerlas de una manera más económica, con menos uso de plomo, más ligeras y proporcionando al mismo tiempo una mayor densidad de energía y vida a las baterías.

El documento PI 8305957 y el documento PI 8305961 muestran ejemplos del objeto descrito arriba. Estos documentos describen baterías de tipo de plomo-ácido, que comprenden placas positivas y negativas dispuestas en pilas, alternadas e intercaladas por un material de separación. Los elementos de electrodo que componen esta batería están formados por rejillas separadas, continuas y hechas de plomo o aleación de plomo, que reciben el material activo positivo para negativo. Estos electrodos consisten en unas placas finas de plomo que se superponen entre sí para formar una estructura laminada. En este caso, las placas se hacen además de plomo puro, a pesar de estar formadas por múltiples hojas de plomo, lo que no reduce el peso de la placa ni el coste de fabricación de la batería.

Modificando la composición de las placas o electrodos, el documento US 5.532.083 describe electrodos de batería hechos de un material polimérico que contienen múltiples fibras de carbono orientadas. El objetivo de este tipo de construcción de electrodo es lograr una mayor flexibilidad.

El documento US 5.643.696 se refiere a placas de batería con un núcleo más ligero para utilizar en baterías bipolares de tipo plomo-ácido. En este caso, el núcleo de la placa se hace preferiblemente de aluminio, aunque también se puede utilizar: titanio, acero, aleación de acero, magnesio o cinc. Luego se reviste el núcleo con materiales activos negativos y positivos, como en las otras baterías de este tipo. El objetivo en este caso es reducir el peso de la placa por medio de un núcleo hecho de un material más ligero, sin embargo, se observa un rendimiento bajo de los materiales activos aplicados a las placas.

El documento US 2004/0072074 también describe electrodos utilizados en baterías de tipo plomo-ácido, estos electrodos haciéndose en una matriz polimérica, sin poros, y algunas de las superficies de esta matriz son cubiertas con materiales activos positivos y negativos. En este caso, el objetivo es obtener electrodos muy finos, sin que se produzca su oxidación.

En el documento US 4.275.130, se describe una construcción de una batería bipolar. Las placas se disponen paralelas y comprimidas para formar una pila, y el objetivo de esta invención es obtener placas finas y más ligeras de materiales resistentes, adecuados para la conductividad necesaria y resistentes a la corrosión. Para este fin, se describe la composición de las placas que contienen resina como sustrato principal, en la que se añaden fibras de grafito conductoras, preferiblemente en la proporción de 50% en peso. El material activo positivo (PbO₂) y negativo (Pb) se aplican en este sustrato.

Continuando con el desarrollo de placas o electrodos más ligeros y resistentes, el documento US 7.105.252 describe electrodos que son cubiertos con una capa fina de película de carbono antes de la aplicación del material activo. La función de la película de carbono es la de disminuir la corrosión. Por otro lado, el documento WO 2005/096418 y WO 2006/105188, del mismo solicitante del documento anterior, se refiere a baterías bipolares que contienen electrodos formados por un sustrato de un material polimérico con partículas conductoras que pueden ser fibras de carbono.

El documento EP 1.506.585 hace referencia a placas de baterías bipolares fabricadas con un refuerzo de fibra de carbono en el material termoplástico. La base de estas placas se hace de grafito y termoplástico con el mismo propósito de obtener placas más ligeras y resistentes.

Aunque los documentos del estado de la técnica mencionados arriba representen desarrollos, siendo algunos de ellos significativos, en la construcción de placas o electrodos que componen baterías bipolares de tipo plomo-ácido, todas las placas descritas en estos documentos son para usar con corrientes altas de descarga, es decir, para una potencia muy alta durante períodos cortos de funcionamiento y con picos de descarga en los arranques. Estas características limitan el desempeño de estas baterías y cuando se necesitan corrientes muy bajas de descarga, es decir, baja potencia.

Objetivos de la invención

La presente invención tiene el objetivo de proporcionar placas o electrodos para una batería bipolar, estas placas o electrodos comprendiendo materiales activos positivos y negativos con adición de aditivos para aumentar la conductividad, y por consiguiente el área de superficie de reacción y también aumentar el rendimiento de reacción de estos materiales activos.

Es también un objetivo de esta invención proporcionar una batería bipolar formada por las placas o los electrodos, que eliminen las rejillas de plomo tradicionales, con materiales activos positivos y negativos, con la participación de aditivos, proporcionando una capacidad más grande de energía y densidad, en el orden de 60 Wh/Kg en descargas largas, en comparación con las baterías tradicionales que tienen densidades de energía en el orden de 38 Wh/Kg, lo cual es una característica esencial para la aplicación en sistemas solares/fotovoltaicos.

Descripción breve de la invención

El objeto de la invención es una placa 20, especialmente para una batería bipolar 10, la placa 20 siendo del tipo que comprende un material base 2, un material... [Seguir leyendo]

1. Placa (20), particularmente para una batería bipolar (10), la placa (20) siendo del tipo que comprende un material base (2), un material activo positivo (3) aplicado a una primera superficie (4) del material base (2) y un material negativo (5) aplicado a una segunda superficie (6) del material base (2) opuesta a la primera superficie (4), la placa (20) estando caracterizada por el hecho de que:

- el material base (2) comprende grafito en su constitución, dicho material base revistiéndose con plomo o aleación de plomo;

- el material activo positivo (3) comprende dióxido de plomo, fibras de carbono y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo positivo (3) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

- el material activo negativo (5) comprende plomo esponjoso, aditivos de grafito y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo negativo (5) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

2. Placa (20) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo se aplica por un proceso de yuxtaposición o inyección.

3. Placa (20) según la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo tiene un espesor mínimo de 50 micrómetros y un espesor máximo de 500 micrómetros.

4. Placa (20) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo se aplica por un proceso de deposición.

5. Placa (20) según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo tiene un espesor mínimo de 40 micrómetros en la cara negativa y un espesor máximo de 300 micrómetros en la cara positiva.

6. Batería bipolar (10) formada por una pluralidad de placas (20), cada placa (20) comprendiendo un material base (2), un material activo positivo (3) aplicado a una primera superficie (4) del material base (2) y un material negativo (5) aplicado a una segunda superficie (6) del material base (2) opuesta a la primera superficie (4), estando caracterizada por el hecho de que:

- el material base de la placa (20) comprende grafito en su constitución, dicho material base revistiéndose con plomo o aleación de plomo;

- el material activo positivo (3) comprende dióxido de plomo, fibras de carbono y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo positivo (3) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

- el material activo negativo (5) comprende plomo esponjoso, aditivos de grafito y microesferas de vidrio en su composición, dicho material activo negativo (5) teniendo un espesor que varía de 3 a 15 mm;

7. Batería bipolar según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo se hace por un proceso de yuxtaposición o inyección.

8. Batería bipolar según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo tiene un espesor mínimo de 500 micrómetros y un espesor máximo de 50 micrómetros.

9. Batería bipolar según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo se hace por un proceso de deposición.

10. Batería bipolar según la reivindicación 9, caracterizada por el hecho de que el revestimiento de plomo o aleación de plomo tiene un espesor mínimo de 40 micrómetros en la cara negativa y un espesor máximo de 300 micrómetros en la cara positiva.

11. Batería bipolar según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizada por el hecho de que las placas (20) se disponen paralelas y consecutivas una con respecto a la otra y se compactan para formar pilas.