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MXPA05007241A - Bateria con alojamiento tubular aislatorio. - Google Patents

Bateria con alojamiento tubular aislatorio.

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MXPA05007241A
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MX
Mexico
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battery
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electrochemical
tubular housing
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MXPA05007241A
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Newman Lindsay
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Ovonic Battery Co
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Abstract

Una bateria que tiene un alojamiento tubular aislatorio con un corte transversal poligonal. El alojamiento tubular puede formarse de un papel.

Description

BATERÍA CON ALOJAMIENTO TUBULAR AISLATORIO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a las células electroquímicas. En particular, la presente invención se relaciona a una nueva forma de empaquetar células electroquímicas para formar una batería. En las células electroquímicas recargables, el peso y la portabilidad son consideraciones importantes. También es ventajoso para las células recargables tener vidas de operación largas sin la necesidad de mantenimiento periódico. Las células electroquímicas recargables se utilizan en numerosos dispositivos de consumidor tales como calculadoras, radios portátiles, y teléfonos celulares. Algunas veces se configuran en paquetes de energía sellados que se diseñan como una parte integral de un dispositivo específico. Las células electroquímicas recargables también pueden configurarse tan grandes como "los paquetes de células" o "paquetes de baterías" . Las células electroquímicas recargables pueden clasificarse como células "no acuosas" o células "acuosas". Un ejemplo de una célula electroquímica no acuosa es una célula iónica de litio que utiliza compuestos de intercalación para ánodo y cátodo, y un electrolito líquido orgánico o de polímero. Las células electroquímicas acuosas pueden clasificarse ya sea como "acídicas" o "alcalinas". Un ejemplo de una célula electroquímica acídica es una célula de plomo-ácido que utiliza dióxido de plomo como el material activo del electrodo positivo y plomo metálico, en una estructura porosa de área de alta superficie, como el material activo negativo. Los ejemplos de las células electroquímicas alcalinas son células de níquel-cadmio (Ni-Cd) y células de hidruro de níquel-metal (Ni-MH) . Las células de Ni-MH utilizan electrodos negativos que tienen una aleación de absorción de hidrógeno como el material activo. La aleación de absorción de hidrógeno es capaz de almacenaje electroquímico reversible de hidrógeno. Las células de Ni-MH típicamente utilizan un electrodo positivo que tiene hidróxido de níquel como el material activo. Los electrodos negativo y positivo son separados en un electrolito alcalino tal como hidróxido de potasio. En la aplicación de un potencial eléctrico a través de una célula de Ni-MH, el material activo de aleación de absorción de hidrógeno del electrodo negativo se carga por la absorción electroquímica de hidrógeno y la descarga electroquímica de un ion hidroxilo, formando un hidruro de metal. Esto se muestra en la ecuación (1) : carga M + H20 + e" < > M-H + OH" (1) descarga Las reacciones del electrodo negativo son reversibles. En la descarga, el hidrógeno almacenado se libera del hidruro de metal para formar una molécula de agua y liberar un electrón. Generalmente, la aleación de almacenaje de hidrógeno utilizada para el electrodo negativo de la batería de hidruro de níquel-metal . Una clase de aleaciones de almacenaje de hidrógeno que puede utilizarse incluye las aleaciones tipo ??. Ejemplos de aleaciones tipo ?? incluyen las aleaciones TiNi y MgNi . Otra clase de aleaciones de almacenaje de hidrógeno que pueden utilizarse incluyen las aleaciones de almacenaje de hidrógeno tipo AB2. Ejemplos de aleaciones tipo AB2 incluyen las aleaciones ZrCr2, ZrV2) ZrM02, TiNi2 y MgNi2 binarias. Otra clase de aleación de almacenaje de hidrógeno es la clase AB5 de aleaciones. Para algunos tipos de AB5 de aleaciones A puede representarse por lantano, mientras que B puede ser un metal de transición tal como Ni, Mn o Cr. Un ejemplo de este tipo de aleación tipo AB5 es LaNi5. Otros ejemplos de aleaciones AB5 incluyen aleaciones de tierras raras (Mischmetal) tales como MmNi5 y MmNiCrCoMnAl . Otras aleaciones de absorción de hidrógeno resultan de la adaptación del orden químico local y el orden estructural mediante la incorporación de elementos modificadores seleccionados en una matriz receptora. Las aleaciones de absorción de hidrógeno desordenadas tienen una densidad sustancialmente incrementada de sitios catalíticamente activos y sitios de almacenaje comparados a materiales cristalinos únicos o de multi-fase. Estos sitios adicionales son responsables se la eficacia mejorada de la carga/descarga electroquímica y un incremento en la capacidad de almacenaje de energía eléctrica. La naturaleza y número de sitios de almacenaje pueden aún designarse independientemente de los sitios catalíticamente activos. Más específicamente, estas aleaciones son adaptadas para almacenamiento de gran capacidad de aleación de los átomos de hidrógeno disociados en resistencias de enlace dentro del rango de reversibilidad adecuado para el uso en aplicaciones de batería secundarias. Algunas aleaciones de almacenaje de hidrógeno electroquímicas extremadamente eficientes se formulan, basadas en los materiales desordenados descritos en lo anterior. Éstos son los materiales activos tipo Ti-V-Zr-Ni tales como los descritos en la Patente Norteamericana No. 4,551,400 ("la Patente '400") la descripción de la cual se incorpora en la presente para referencia. Estos materiales reversiblemente forman hidruros para almacenar hidrógeno. Todos los materiales utilizados en la Patente '400 utilizan una composición de Ti-V-Ni genérica, en donde al menos Ti, V y Ni están presentes y pueden modificarse con Cr, Zr, y Al. Los materiales de la Patente '400 son materiales de fase múltiple, los cuales pueden contener, pero no se limitan a, una o más fases con estructuras cristalinas tipo C14 y Ci5. Otras aleaciones de Ti-V-Zr-Ni que también se utilizan para electrodos negativos de almacenaje de hidrógeno recargables, se describe en la Patente Norteamericana No. 4,728,586 ("la Patente '586") , los contenidos de la cual se incorporan en la presente para referencia. La Patente '586 describe una sub-clase específica de aleaciones de Ti-V-Ni-Zr que comprenden Ti, V, Zr, Ni, y un quinto componente, Cr. La Patente '586 menciona la posibilidad de aditivos y modificadores más allá de los componentes Ti, V, Zr, Ni y Cr de las aleaciones, y los aditivos y modificadores específicos generalmente discutidos, las cantidades e interacciones de estos modificadores, y los beneficios particulares que pueden esperarse de ellos . Otros materiales de aleación de absorción de hidrógeno se discuten en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,096,667, 5,135,589, 5,277,999, 5,238,756, 5,407,761, y 5,536,591, los contenidos de las cuales se incorporan en la presente para referencia. Un aspecto de la presente invención es una batería que comprende: un alojamiento tubular aislatorio que tiene un corte transversal poligonal; y una o más células electroquímicas dispuestas de extremo a extremo dentro del aloj amiento . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra una batería que incluye una primera y una segunda células electroquímicas colocadas de extremo a extremo dentro de un alojamiento tubular; la Figura 2 muestra una vista en corte transversal del extremo superior de la batería de la Figura 1; la Figura 3 muestra como el aire pasa dentro del alojamiento tubular de la batería mostrada en la Figura 1; la Figura 4 muestra un paquete de batería formado mediante seis apilaciones de baterías mostradas en la Figura 1; la Figura 5 muestra una vista en corte transversal del paquete de batería de la Figura 4; y la Figura 6A muestra una vista en corte transversal de una batería dispuesta dentro de un alojamiento tubular que tiene un corte transversal la cual es triangular; la Figura 6B muestra una vista en corte transversal de una batería dispuesta dentro de un alojamiento tubular que tiene un corte transversal la cual es un pentágono; la Figura 6C muestra una vista en corte transversal de una batería dispuesta dentro de un alojamiento tubular que tiene un corte transversal la cual es un hexágono; y la Figura 6D muestra una vista en corte transversal de una batería dispuesta dentro de un alojamiento tubular que tiene un corte transversal la cual es un rectángulo. La Figura 1 muestra una modalidad de la presente invención. La Figura 1 muestra una batería 10 que comprende una primera célula 20? electroquímica cilindricamente formada y una segunda célula 20B electroquímica cilindricamente formada. Cada célula electroquímica tiene un extremo superior o terminal 25 positiva y un extremo base o terminal 35 negativa. Las células electroquímicas son colocadas de extremo a extremo de modo que el extremo base 35 (terminal negativa) de la primera célula 20? electroquímica es adyacente a y hace contacto eléctricamente con el extremo superior 25 (terminal positiva) de la segunda célula 20B electroquímica. La primera y segunda células electroquímicas están dispuestas dentro de un alojamiento 40 tubular aislatorio . El alojamiento 40 puede formarse de cualquier material no conductivo eléctricamente (por ejemplo, cualquier material dieléctrico). Ejemplos de los materiales posibles incluyen papeles, plásticos y cauchos. Preferiblemente, el alojamiento se forma de un papel. El papel incluye productos semi-sintéticos hechos por fibras celulósicas químicamente procesadas. El papel puede ser papel kraft dieléctrico. El papel kraft puede ser impregnado al vacío con resinas fenólicas. El papel puede ser una fibra vulcanizada. La fibra vulcanizada puede producirse de un papel base de trapos de algodón. La fibra vulcanizada también se refiere como un papel hidrolizado. En la modalidad de la invención mostrada en la Figura 1, el alojamiento 40 tubular tiene un corte transversal cuadrado. La vista de corte transversal de la batería 10 se muestra en la Figura 2. La Figura 2 muestra el extremo 25 superior de la primera célula 20A electroquímica. Como se muestra en la Figura 2, las aberturas 50 existen entre la superficie de pared lateral de la célula electroquímica y el alojamiento 40. Las aberturas 50 proporcionan un área para la cual el aire (o aún alguna otra forma de fluido refrigerante) puede circular para enfriar las células electroquímicas dispuestas dentro del alojamiento. Un flujo posible de circulación 60 de aire se muestra en la Figura 3. La forma cuadrada del alojamiento tubular facilita el paquete de baterías múltiples juntas para formar un paquete de batería. Esto se muestra en la Figura 4 donde una pluralidad de baterías 10 se apila lado por lado para formar un paquete 70 de batería. La Figura 5 muestra una vista en corte transversal del paquete de batería. En la modalidad del alojamiento tubular mostrado en las Figuras 1-4, el corte transversal del alojamiento tubular está en la forma de un cuadrado. Más generalmente, el alojamiento tubular aislatorio puede tener cualesquier corte transversal poligonal . Es decir, el corte transversal del alojamiento tubular puede estar en la forma de un polígono que tiene tres o más lados. Los ejemplos de las secciones transversales posibles se muestran en las Figuras 6A-6D. En la Figura 6A, el corte transversal poligonal es un triángulo. En la Figura 6B, el corte transversal poligonal es un pent gono. En la Figura 6C, el corte transversal poligonal es un hexágono . Preferiblemente, todos los lados del corte transversal poligonal tienen sustancialmente la misma longitud. En este caso, el corte transversal poligonal es tal que será "equilátero". Sin embargo, es posible que dos o más de los lados del corte transversal poligonal puedan tener diferentes longitudes. En este caso, el corte transversal poligonal es tal que será "no equilátero". Por ejemplo, en lugar de utilizar un alojamiento tubular aislatorio que tiene un corte transversal cuadrado, es posible utilizar un alojamiento tubular aislatorio que tiene un corte transversal rectangular como se muestra en la Figura 6D. Como se muestra en la Figura 6D, dos lados paralelos tienen una longitud Ll mientras que los otros dos lados paralelos tienen una longitud L2 (donde Ll es menor que L2) . Es posible que un alojamiento tubular aislatorio que tiene un corte transversal rectangular pueda utilizarse para alojar células electroquímicas que tienen un corte transversal oval como se muestra en la Figura 6D. Esto puede ser el caso para una batería de embobinado plano . Además, es concebible que en lugar de que tenga un corte transversal poligonal, el aislatorio tubular simplemente tenga una forma en corte transversal que sea diferente de la forma en corte transversal de las células electroquímicas alojadas dentro del tubo. Ya que las formas de la célula electroquímica y el tubo son diferentes aún existirán aberturas entre la pared lateral (o paredes laterales) de la célula electroquímica y la pared (o paredes) del tubo. Estas aberturas pueden utilizarse de modo que el aire pueda circular dentro del tubo y llegar a estar en contacto con la superficie de la célula electroquímica. El aire circulado puede utilizarse para enfriar la célula electroquímica . Además, se observa que mientras que sólo dos células electroquímicas se alojan extremo a extremo en la Figura 1, es posible que más de dos células electroquímicas se alojen extremo a extremo en el alojamiento tubular aislatorio. Además, también es posible que sólo una célula electroquímica única esté dispuesta dentro del alojamiento tubular. Con referencia nuevamente a las Figuras 4 y 5, se ve que el alojamiento tubular aislatorio previene a la caja de una primera célula electroquímica de tocar la caja de una segunda célula electroquímica que ha sido colocada al lado de la primera célula en un paquete de batería. Esto es muy utilizado cuado la caja de cada una de las células electroquímicas se forma de un material metálico tal como un metal puro o una aleación de metal (o se forma de algún otro material conductivo) . Las células electroquímicas que tienen cajas metálicas pueden de esta manera disponerse en el alojamiento tubular aislatorio sin la necesidad de utilizar cualquier envoltura aislatoria adicional alrededor de las cajas metálicas. El alojamiento tubular aislatorio prevendrá que la caja metálica de una de las células electroquímicas haga contacto eléctrico con la caja metálica de otra célula electroquímica que se ha colocado en el lado del primero en el paquete de batería. Por lo tanto, el alojamiento tubular aislatorio elimina la necesidad de utilizar cualquier envoltura aislatorio adicional (tal como una envoltura de reducción de plástico aislatorio) alrededor de la caja de las células electroquímicas que se forman de un material metálico . Las células electroquímicas utilizadas en la presente invención pueden ser cualesquier células electroquímicas conocidas en la técnica. Preferiblemente, las células electroquímicas son células electroquímicas alcalinas. La célula electroquímica alcalina utiliza un electrolito alcalino. El electrolito alcalino es preferiblemente una solución acuosa de un hidróxido de metal álcali. El hidróxido de metal álcali preferiblemente incluye hidróxido de potasio, hidróxido del litio, o hidróxido de sodio o mezclas de los mismos. Preferiblemente, las células electroquímicas son células electroquímicas de hidruro de níquel-metal o células electroquímicas de níquel-cadmio. Más preferiblemente, las células electroquímicas son células electroquímicas de hidruro de níquel-metal. Las células de hidruro de níquel-metal utilizan un electrodo negativo que incluye una aleación de almacenaje de hidrógeno como el material activo y un electrodo positivo que incluye un material de hidróxido de níquel como el material activo. Generalmente, cualquier aleación de almacenaje de hidrógeno puede utilizarse como el material del electrodo activo para el electrodo negativo y cualquier material de hidróxido de níquel puede utilizarse como el material del electrodo activo para el electrodo positivo. Ejemplos de las aleaciones de almacenaje de hidrógeno se discuten en lo anterior. Aunque la invención ha sido descrita junto con las modalidades preferidas y procedimientos, se entenderá que no se pretende limitar la invención a las modalidades preferidas y procedimientos. Por el contrario, se entiende que cubre todas las alternativas, modificaciones y equivalencia que puedan incluirse dentro del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas de aquí en adelante.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES 1. Una batería caracterizada porgue comprende: un alojamiento tubular aislatorio que tiene un corte transversal poligonal; y una o más células electroquímicas dispuestas extremo a extremo dentro del alojamiento.
  2. 2. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las células electroquímicas son cilindricas .
  3. 3. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el corte transversal poligonal es equilátero .
  4. 4. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el corte transversal poligonal no es equilátero.
  5. 5. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el corte transversal poligonal es un cuadrado .
  6. 6. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el alojamiento aislatorio comprende un papel .
  7. 7. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las células electroquímicas son células de hidruro de níquel-metal.
  8. 8. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las células electroquímicas son células alcalinas.
  9. 9. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las células electroquímicas tienen cajas metálicas.
  10. 10. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque una o más células electroquímicas son una pluralidad de células electroquímicas.
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