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Fédération de Russie Patent RU2214024

Accumulateurs: nickel-hydrure métallique, d'électrodes PUISSANTS et connecter l'électrode à faible résistance

Accumulateurs: nickel-hydrure métallique, d'électrodes PUISSANTS et connecter l'électrode à faible résistance

Nom de l'inventeur: Benjamin Richman (Etats - Unis); Srinivasan Venkatesan (US); Stanford R. Ovshinsky (US); FETSENKO Michael A. (Etats-Unis)
Le nom du titulaire du brevet: Ovonic pâte COMPANY, INC. (Etats-Unis)
Procureur de brevet: Kuznetsov Yuri Dmitrievich
Adresse de correspondance: 129010, Moscou, ul. Boris Spassky, 25, p.3, Ltd. "Gorodissky and Partners", pat.pov. Yu.D.Kuznetsovu, identification No 595
Date de début du brevet: 29.01.1998

Les batteries sont proposées électrodes de nickel-hydrure métallique et qui peut fournir une puissance accrue sortie et recharger les batteries de taux. des électrodes positives et négatives peuvent être formées par des hydrures métalliques en poudre vpressovaniya comme matériau actif dans le substrat poreux en métal. fondations métalliques poreux sont faits de cuivre, de nickel revêtue de cuivre ou d'un alliage de cuivre et de nickel. Les bornes d'électrodes sont fixées directement à la base métallique poreux avec un composé qui est effectué par soudage, brasage ou soudage.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

La présente invention concerne secondaire nickel-hydrure métallique, en particulier, la présente invention concerne un puissant batteries de nickel-hydrure métallique contenant des électrodes puissantes utilisant des bases hautement conducteurs et composés électrodes avec la broche de contact ayant une faible résistance.

Au cours des dernières années, les développements les plus avancés dans le domaine des batteries automobiles pour la propulsion des véhicules ont été envoyés en premier lieu pour satisfaire aux exigences applicables aux véhicules électriques purs. À cette fin, Stanford Ovshinsky et son développement de la batterie pour le groupe en Denices Energy Conversion, Inc. et Ovonic Battery Company ont fait de grands progrès dans la technologie des batteries nickel-métal hydrure.

Dans un premier temps Ovshinsky et ses équipes se sont tournées vers les alliages d'hydrures métalliques formant l'électrode négative. À la suite de ces efforts, ils ont réussi à obtenir de très hautes performances pour le stockage réversible de l'hydrogène requis pour des applications de batteries efficaces et économiques, et de créer une batterie capable d'accumuler de l'énergie à haute densité, la réversibilité efficace, haute performance électrique, l'accumulation efficace de l'hydrogène dans la masse sans changements structurels ou la pollution, avec une grande durabilité avec la décharge profonde cyclique et répétitive. Les caractéristiques améliorées de ces alliages "Ovonic" (Ovonic) comme ils sont maintenant appelés, obtenus en développant l'ordre chimique local et par conséquent l'ordre structurel locale par l'introduction d'éléments modificateurs sélectionnés dans une matrice hôte. Désordonnées alliages d'hydrures métalliques ont une forme sensiblement plus grande densité de sites catalytiquement actifs et les sites de stockage par rapport aux matériaux monocristallins ou à plusieurs phases. Ces sites supplémentaires sont responsables de l'amélioration de l'efficacité de la charge et la décharge électrochimique, et d'augmenter la capacité d'accumuler de l'énergie électrique. La nature et le nombre de sites de stockage peuvent même être créés indépendamment des centres catalytiquement actifs. Plus précisément, ces alliages ont été conçus pour le stockage en vrac des atomes d'hydrogène dissociés à des forces de liaison dans l'intervalle de réversibilité approprié pour une utilisation dans des applications de batteries secondaires.

Certains matériaux très efficaces pour le stockage électrochimique de l'hydrogène ont été créées sur la base des matériaux désordonnés décrits ci-dessus. Ce matières actives telles que Ti-V-Zr-Ni, qui sont décrites dans le brevet US 4,551,400 ( "brevet '400") Sapru, Hong, Fetcenko et Venketsen (Sapru, Hong, Fetcenko, Venkatesan), dont la divulgation est incorporée par référence à la source l'information. Ces matériaux forment des hydrures de manière réversible afin de stocker l'hydrogène. Tous les matériaux utilisés dans le «brevet 400 utilisent une composition générique de Ti-V-Ni, dans laquelle il y a, au moins, Ti, V et Ni, et peuvent être modifiés Cr, Zr et A1. Les matériaux de la '400 brevets sont des matériaux multiphases, qui peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, une ou plusieurs phases cristallines à C 14 et des structures de type C 15.

D'autres alliages Ti-V-Zr-Ni et des électrodes négatives utilisées pour le stockage réversible de l'hydrogène. Une famille de matériaux sont celles décrites dans le brevet US 4,728,586 ( "le" 586 brevets ") Venketsena, Reychmena et Fetcenko, dont la divulgation est incorporée par référence à l'information de la source. Le «586 Le brevet décrit une sous-classe spécifique de ces alliages de Ti-V-Ni-Zr, comprenant Ti, V, Zr, Ni, et un cinquième composant, Cr. Le '586 brevet mentionne la possibilité d'additifs et modificateurs au-delà des éléments d'alliage, Ti, V, Zr, Ni et Cr, et discute généralement des additifs et des modificateurs spécifiques, les montants et les interactions de ces modificateurs, et les avantages particuliers que l'on pourrait attendre d'eux.

En revanche, les alliages "Ovonic" décrits ci-dessus, les alliages ordonnés ont été généralement considérés comme "ordonné" des matériaux qui ont des propriétés chimiques différentes, microstructure et les caractéristiques électrochimiques. Performance créé des matériaux précédemment commandés était pauvre, mais au début des années 1980, l'augmentation du degré de modification (par exemple, en augmentant le nombre et la quantité de modificateurs élémentaires), leur performance a commencé à améliorer de manière significative. Ceci est dû au fait que leurs propriétés chimiques et électriques varient en fonction de la façon dont un grand désordre fait modificateurs. Cette évolution des alliages à partir d'une classe spéciale de "ordonné" matériaux à la multicomposant actuelle, les alliages multiphases "désordonnés" est représenté dans les brevets suivants: (i) le brevet US n ° 3,874,928; (Ii) le brevet US n ° 4,214,043; (Iii) le brevet US n ° 4,107,395; (Iv) le brevet US n ° 4,107,405; (V), brevet US n ° 4.112.199; (Vi) brevet US n ° 4,125,688; (Vii) brevet US n ° 4,214,043; (Viii) brevet US n ° 4,216,274; (Ix) brevet US n ° 4,487,817; (X), brevet US n ° 4.605.603; (Xii) le brevet US 4,696,873, et (xiii) le brevet américain 4699856. (Ces sources sont discutés en détail dans le brevet US n ° 5.096.667 et cette discussion est expressément intégrés par renvoi aux informations de source).

Simplement dit que tous les alliages à hydrure métallique, ce qui augmente le degré de modification, le rôle initialement ordonné alliage de base est un rôle d'une valeur inférieure par rapport aux propriétés et aux troubles inhérents aux modificateurs particuliers. En outre, l'analyse du actuellement disponibles sur le marché par plusieurs fabricants et crée des alliages à multicomposants indique que ces alliages sont modifiés en fonction de la ligne de guidage établie pour les systèmes d'alliage ovonique avec. Ainsi, comme indiqué ci-dessus, tous les alliages sont fortement modifiés matériaux désordonnés caractérisés par des composants multiples et la présence de plusieurs phases, à savoir alliages Ovonic.

Ovshinsky et son groupe a ensuite attiré l'attention sur l'électrode positive de la batterie. Aujourd'hui électrodes positives sont généralement des électrodes en pâte de nickel qui sont constituées de particules d'hydroxyde de nickel en contact avec le treillis ou le substrat conducteur, ayant de préférence une surface spécifique élevée. Il existe plusieurs variantes de ces électrodes, y compris les soi-disant électrodes de nickel plastiquement connectés qui utilisent le graphite comme une micro bande, mais incluant également les électrodes dites mousse métalliques qui utilisent la mousse de nickel avec une porosité élevée comme un cadre rempli de nickel sphérique hydroxyde de cobalt et additifs cette augmentation de la conductivité. électrodes collées de type mousse métallique ont commencé à pénétrer le marché des consommateurs en raison de leur faible coût et de la densité d'énergie plus élevée par rapport aux électrodes de nickel fritté.

On admet généralement que la réaction se produisant à la batterie au nickel de l'électrode, est un procédé à une seule électrode comportant une oxydation divalent d'hydroxyde de nickel trivalent oxyhydroxyde de nickel lors de la charge et ensuite décharger oxyhydroxyde de nickel trivalent à l'hydroxyde de nickel divalent, tel que représenté dans l'équation 2.

Certaines preuves obtenues récemment du temps indique que la réaction d'oxydo-réduction du nickel quadrivalent hydroxyde de nickel est impliqué. Ce n'est pas un nouveau concept. En fait, l'existence de la suggestion de nickel quadrivalent première fois par Thomas Edison dans certains de ses premiers brevets sur les batteries. Cependant, la pleine utilisation des quadrivalent nickel n'a jamais été étudiée.

Dans la pratique, le plus souvent pas observé la capacité de l'électrode pour réaliser un plus grand nombre d'électrons que celui qui correspond à la capacité théorique de transférer un électron. L'une des raisons de ceci est l'utilisation incomplète de la matière active à cause de l'isolement électronique de matériau oxydé. Étant donné que la matière réduite d'hydroxyde de nickel a une résistance électronique élevée, la récupération de nickel à proximité de l'hydroxyde de suscepteur conduit à une surface conductrice inférieure qui interfère avec la réduction subséquente du matériau actif qui est oxydé plus loin.

Ovshinsky et ses équipes ont développé des matériaux d'électrodes positives qui ont démontré un transfert fiable de plus d'un électron par atome de nickel. De tels matériaux sont décrits dans le brevet US 5.344.728 et 5.348.822 (qui décrivent la stabilisation des matériaux d'électrode positive désordonnés) et brevet US n ° 5.569.563, délivré le 29 Octobre 1996, et le brevet US n ° 5.567.549 délivré le 22 Octobre 1996 g.

À la suite de ces enquêtes dans le domaine des matières actives des électrodes positives et négatives de l'hydrure Ovonic batterie Nickel-métal (Ni-GM) a atteint un stade avancé de développement pour l'ET (véhicules électriques). Groupes Ovshinsky ont pu créer des batteries pour véhicules électriques, qui sont capables de fournir le mouvement du véhicule électrique à plus de 350 miles sur une seule charge (Tour d'Sol 1996). batterie Ovonic Ni-MH a démontré une densité d'énergie excellente (jusqu'à environ 90 W / kg), la durée de vie en fonctionnement cyclique (plus de 1000 cycles à 80% DOD (profondeur de décharge)), la résistance à l'exploitation en violation de la capacité de recharger rapidement (jusqu'à 60% 15 min). En outre, la batterie Ovonic a montré une densité de puissance supérieure à celle des batteries par toute autre technologie, lors de l'essai et l'évaluation des caractéristiques à utiliser comme une source d'énergie stockée pour ET (véhicules électriques).

Malgré le fait que Ovshinsky et son équipe ont fait de grands progrès dans la création de batteries pour véhicules électriques purs, Partenariat pour une nouvelle génération de véhicules (PNGV), société d'État dans l'industrie automobile, établie aux États-Unis en 1996, a fait l'hypothèse, que les véhicules électriques hybrides (HEV) dans la prochaine décennie seront en mesure de prendre les devants dans la réalisation de l'objectif d'économie de carburant automobile triple. Pour atteindre cet objectif, il faudra batteries légères, compactes et puissantes.

En utilisant le système hybride implique des avantages considérables dans la fourniture de carburant et l'efficacité à faible émission ultra. Moteurs à atteindre une efficacité maximale lors du fonctionnement à nombre constant de tours par minute (tr / min). Par conséquent, l'efficacité énergétique de pointe peut être obtenue en utilisant le moteur de carburant avec un nombre constant de tours par minute afin de fournir de l'énergie du système de stockage d'énergie puissante qui produit une puissance de crête pour l'accélération et prend de l'énergie cinétique en arrière et en utilisant le freinage par récupération.

De même, sur la base de la capacité d'utiliser un petit fonctionnement du moteur avec une efficacité maximale et le système de stockage d'énergie associée pour fournir une énergie d'impulsion, il offre la meilleure conception pour minimiser les émissions associées à l'utilisation du moteur en carburant. Ainsi, la technologie clé pour HEV est un système de stockage d'énergie capable de fournir une puissance très élevée d'impulsion, et de recevoir les courants de freinage à récupération haute à très haute efficacité. Pour le cycle de fonctionnement du dispositif, la production d'énergie d'impulsion, il nécessite une durabilité exceptionnelle pendant le fonctionnement cyclique avec une faible profondeur de décharge.

Il est important de comprendre que, pour une telle énergie des systèmes de stockage sont mis en avant d'autres exigences que pour un des systèmes de véhicules purement électriques. Range - ce qui est un facteur critique pour ET pratique, ce qui rend la densité d'énergie des paramètres d'évaluation critique. Puissance et la durabilité au cours du fonctionnement cyclique sont particulièrement importantes, mais elles deviennent EBs secondaires par rapport à la densité d'énergie.

En revanche, avec la puissance d'impulsion HEV l'importance écrasante des systèmes de densité de puissance. Exceptionnelle durabilité fonctionnement cyclique avec une faible profondeur de décharge et est plus critique que l'habitude de durabilité fonctionnement plus cyclique à 80% DOD requise dans les systèmes pour ET. La densité d'énergie est importante pour minimiser le poids de la batterie et l'espace, mais en raison d'une plus petite taille de la batterie cette caractéristique est moins critique que la densité de puissance. La capacité de se recharger rapidement - il est un facteur essentiel pour le freinage par récupération efficace et charger et décharger l'efficacité - ce qui est un facteur essentiel pour maintenir la batterie dans un état chargé en l'absence de charge externe.

On peut espérer qu'en raison de ces différences fondamentales dans les exigences des systèmes pour ET, et la configuration requise pour le VHE, les batteries qui sont actuellement optimisés pour une utilisation dans les applications EV ne sera pas approprié pour le VHE, sinon améliorer la densité de puissance. Malgré le fait que la performance démontrée des batteries Ovonic pour EB ont été impressionnants, ces constructions cellules électrochimiques et batteries ont été optimisés pour une utilisation dans le plus pur ET et par conséquent, ils ne répondent pas aux exigences spécifiques pour GET.

Ainsi, il est nécessaire pour les batteries de haute puissance qui travaillent sur les caractéristiques de puissance de pointe nécessaires à la HEV, et, par ailleurs, ont déjà démontré les performances de Ovonic batterie Ni-GM et testé la possibilité de la production industrielle.

La présente invention est de fournir une batterie et des électrodes de nickel-hydrure pour les métaux qui sont en mesure de produire une augmentation du débit de puissance et les taux de recharge ont augmenté.

Ceci et d'autres objets sont atteints par la batterie nickel-hydrure métallique comprenant au moins une électrode négative comportant un substrat de métal poreux, et une patte d'électrode fixée à l'électrode, l'amélioration consistant à ce que le substrat métallique poreux formé à partir de cuivre, de nickel, revêtue de cuivre ou d'alliage de cuivre-nickel, et la patte d'électrode est fixé directement sur le substrat métallique poreux avec un composé ayant une faible résistance électrique. Composé avec une faible résistance électrique est réalisée par soudage, brasage ou soudage.

Ceci et d'autres objets sont satisfaits par une électrode négative pour utilisation dans une batterie au nickel-hydrure métallique, dans lequel l'électrode négative comprend un substrat métallique poreux, l'électrode négative fixée à une électrode et l'amélioration consiste en ce que le substrat métallique poreux formé à partir de cuivre nickel revêtue de cuivre ou d'alliage de cuivre-nickel, et la patte d'électrode est fixé directement sur le substrat avec un composé ayant une faible résistance électrique.

Fig. La figure 1 représente une électrode pour une batterie Ni-GM prismatique fixée à une électrode.

Fig. 2 représente la zone de la corrosion, l' immunité et la passivité du cuivre à 25 o C.

La figure 3 est une densité de puissance (W / kg) pour la batterie GM type Ni-P-élément en fonction de la profondeur de décharge pourcentage possible.

La tâche de la présente invention est d'augmenter la batterie rechargeable est une puissance de sortie de l'hydrure métallique de nickel (Ni-GM). Typiquement, la puissance de sortie peut être augmentée en réduisant la résistance interne de la batterie. L'abaissement de la résistance interne diminue les pertes dues à la dissipation d'énergie dans la batterie, augmentant ainsi la puissance qui peut être utilisé pour entraîner des charges externes. La résistance interne de la batterie au nickel-hydrure métallique peut être diminuée en augmentant la conductivité des éléments de la batterie et entre les éléments et composés.

En règle générale, une batterie Ni-MH comprend au moins une électrode négative et au moins une électrode positive. La patte d'électrode peut être fixée à chacune des électrodes positives et négatives pour fournir une connexion électrique avec l'électrode de sortie respectif Ni-MH de contact de batterie (par exemple, une électrode négative à la borne de sortie négative et l'électrode positive à la borne de sortie positive). Fig. La figure 1 montre une électrode 1 attaché à une patte d'électrode 2 pour une batterie prismatique Ni-GM. L'électrode représentée à la figure 1. 1 représente soit une électrode négative ou positive batterie Ni-MH. En règle générale, la languette de l'électrode 2 peut être formée de tout matériau électriquement conducteur qui est résistant à la corrosion dans l'environnement de la batterie. De préférence, la languette d'électrode en nickel ou en cuivre revêtu de nickel.

Les batteries Ni-MH en utilisant une électrode négative ayant un matériau actif qui est capable de stockage électrochimique réversible d'hydrogène. Et l'électrode négative comprend un substrat métallique poreux, dans lequel la matière active est placé. L'électrode négative peut être formée par pressage de la matière active (sous forme de poudre) dans le substrat métallique poreux. Pour augmenter l'adhérence de la matière active en poudre au substrat poreux en métal et l'électrode négative peut être fritté.

Lorsqu'elle est appliquée à la tension de batterie Ni-MH matière active négative d'électrode est chargée par l'absorption électrochimique de l'hydrogène et la formation électrochimique d'ions hydroxyles. À l'électrode négative de la réaction électrochimique se déroule comme suit:



Les réactions à l'électrode négative, sont réversibles. Lors de la décharge de l'hydrogène accumulée est libérée pour former une molécule d'eau et qui libère un électron.

matériau actif d'électrode négative est un matériau de stockage d'hydrogène. Matériau de stockage d'hydrogène peut être choisi parmi les matériaux actifs Ti-V-Zr-Ni, tels que ceux décrits dans le brevet US 4,551,400 ( «le brevet '400»), dont la divulgation est incorporée par référence à l'information de la source. Comme indiqué plus haut, les matériaux utilisés dans le «brevet 400 utilisent une composition générique de Ti-V-Ni, dans lequel il existe au moins, Ti, V et Ni, au moins un ou plusieurs éléments de Cr, Zr et A1 . Les matériaux de la '400 brevets sont des matériaux multiphases, qui peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, une ou plusieurs phases de structures cristallines de type C 14 et C 15.

Il existe d'autres alliages de Ti-V-Zr-Ni, qui peuvent être utilisés pour le matériau de stockage de l'électrode négative d'hydrogène. Une famille de matériaux sont celles décrites dans le brevet US 4,728,586 ( "le" 586 brevets "), dont la divulgation est incorporée par référence à l'information de la source. Le «586 Le brevet décrit une sous-classe spécifique de ces alliages de Ti-V-Ni-Zr, comprenant Ti, V, Zr, Ni, et un cinquième composant de Cr. Le '586 brevet mentionne la possibilité d'additifs et modificateurs au-delà des éléments d'alliage, Ti, V, Zr, Ni et Cr, et discute généralement des additifs et des modificateurs spécifiques, les montants et les interactions de ces modificateurs, et les avantages particuliers que l'on pourrait attendre d'eux.

En plus des matières décrites ci-dessus, les matériaux de stockage d'hydrogène à l'électrode négative batterie Ni-MH peut être choisi parmi les alliages désordonnés des hydrures métalliques, qui sont décrits en détail dans le brevet US 5,277,999 ( «le brevet '999») Ovshinsky et Fetcenko, dont la description est incorporée référence à la source d'information.

La conductivité de l'électrode négative peut être augmentée en augmentant la conductivité du substrat de métal poreux de l'électrode négative. Tel que discuté ci-dessus, l'électrode négative peut être formée en pressant un matériau de stockage d'hydrogène actif, dans un substrat métallique poreux. Typiquement, le substrat poreux en métal est, mais sans s'y limiter, maille, grille, "natte", une feuille, une mousse, une plaque, et le métal déployé. De préférence, le substrat métallique poreux utilisé pour l'électrode négative est un maillage, une grille, du métal déployé. La présente invention concerne une électrode négative pour une batterie Ni-MH, comprenant un substrat de métal poreux est formé à partir de cuivre, de nickel revêtue de cuivre ou d'un alliage de cuivre et de nickel. Tel qu'il est utilisé ici, «cuivre» fait référence au cuivre ou en alliage de cuivre pur, et "nickel" désigne le nickel pur ou un alliage de nickel.

Fig. La figure 2 illustre les domaines de la corrosion, l' immunité et la passivité du cuivre à 25 ° C. L'axe horizontal représente le pH de l'électrolyte, et l'axe vertical représente le potentiel électrique d'un matériau contenant du cuivre. Le potentiel électrique est représenté par rapport à une référence d'hydrogène (axe vertical marqué «H»), et relativement référence Hg / HgO (axe vertical étiqueté "Hg / HgO"). Tel qu'il est utilisé ici, toutes les valeurs de tension sont donnés par rapport à la norme Hg / HgO, sauf indication contraire. L'utilisation de cuivre dans des éléments à électrolyte alcalin précédemment exclue en raison de la solubilité du cuivre dans KOH électrolyte. La figure 2 montre que dans certaines conditions de fonctionnement (ie. E. PH et potentiel) le cuivre se corroder. 2 et illustre le fait que le pH et les expositions de cuivre de tension immunité appropriée à la corrosion. Dans des conditions d'exploitation appropriées, une base en cuivre, qui est en contact avec le matériau actif à hydrure métallique, la cathode est protégée dans toute la gamme de paramètres de fonctionnement de la cellule Ni-GM.

Pendant la décharge normale de la batterie d'entrecroisement et la charge Ni-GM avec une électrode négative en hydrure métallique, il est sous un potentiel électrique d'environ -0,85 V, et le pH sur l'électrode négative avec un hydrure de métal environ 14. Ce point de fonctionnement est représenté par le point de fonctionnement A sur la figure 2 . Comme on le voit sur la Fig. 2 -0,85 tension de fonctionnement ci-dessous (à savoir plus négative) que la tension de dissolution du cuivre d'environ -0,4 V (pour un pH d'environ 14). Par conséquent, lors de la décharge de charge de la batterie et désentrelacement normale Ni-GM électrode à hydrure métallique négative en utilisant une base de cuivre a une immunité à la corrosion.

Au cours de la batterie Ni-MH de décharge plus profonde que la normale, l'électrode positive est l'électrode, l'hydrogène est libéré, de sorte que la récupération du nickel est remplacée par l'électrolyse de l'eau pour former de l'hydrogène gazeux et des ions hydroxyde. Étant donné que la batterie Ni-MH est effectuée avec un excès stoechiométrique d'hydrure de métal de matière active, le potentiel d'électrode négative reste proche de -0,8 V. En outre, l'hydrogène dégagé à l'électrode positive, l'électrode négative est oxydé à l'hydrure métallique, en stabilisant davantage le potentiel négatif la taille de l'électrode d'environ -0,8 V. à des courants faibles, overdischarge peut se produire indéfiniment sans la décharge de l'électrode négative avec un hydrure de métal nécessaire pour augmenter le potentiel d'électrode négative à la valeur nécessaire pour la dissolution de cuivre. A des courants élevés, l'hydrogène évolue plus vite qu'il recombine et il y a une décharge totale de l'électrode négative avec un hydrure métallique. Cependant décharge sensiblement plus petite que celle requise pour élever le potentiel de l'électrode négative à un niveau auquel la dissolution du cuivre. Même lorsque les électrodes positives et négatives sont court-circuitées, un excès stoechiométrique d'hydrure métallique assure que l'électrode négative avec un hydrure métallique à un potentiel d'environ -0,8 V, et est encore protégé contre la dissolution du cuivre. Ainsi, à base de cuivre-électrode négative en hydrure de métal est protégé dans toutes les conditions, sauf lorsque l'électrode négative d'hydrure métallique inévitablement se détériorer de manière irréversible en raison de sa propre oxydation.

Comme on le voit, dans les conditions de fonctionnement du matériau d'électrode négative avec des bases d'hydrure métallique en cuivre protégé contre la corrosion. Toutefois, pour augmenter la fiabilité de la batterie et de mieux protéger l'électrode négative de l'environnement chimique rude de la batterie, le substrat métallique poreux formé à partir des matériaux précités de cuivre, de nickel revêtue de cuivre ou d'un alliage de cuivre et de nickel, peut être en outre revêtue d'un matériau qui est électriquement conducteur et en outre qui est résistant à la corrosion dans l'environnement de la batterie. Un exemple de matériau qui peut être utilisé pour recouvrir le substrat de métal poreux est, mais sans s'y limiter, le nickel.

L'utilisation du cuivre pour réaliser le substrat de métal poreux de l'électrode négative présente plusieurs avantages importants. Cuivre - un excellent conducteur électrique. Par conséquent, son utilisation en tant que matériau de substrat diminue la résistance de l'électrode négative. Cela réduit la quantité de puissance de batterie qui est gaspillée en raison de la dissipation d'énergie interne, et fournit ainsi une augmentation de la puissance de sortie de batterie Ni-MH.

En outre, le cuivre - un métal mou. La douceur est importante en raison de l'expansion et la contraction des électrodes négatives pendant la batterie charge et de décharge alternance Ni-MH. base de ductilité accrue permet de prévenir la destruction due à la dilatation et la contraction électrode, ce qui conduit à une fiabilité accrue de la batterie.

Augmentation de la ductilité à base de fils de chaîne et permet de maintenir de manière plus fiable le matériau de stockage d'hydrogène actif qui est comprimé sur la surface du substrat. Cela réduit la nécessité d'un traitement thermique des électrodes négatives après que la matière active a été comprimée sur la base, de sorte que le procédé de fabrication de l'électrode est simplifiée et son coût réduit.

La conductivité de l'électrode négative peut être augmentée en augmentant la conductivité de la matière active d'électrode négative. La conductivité de la matière active peut être augmentée par l'incorporation du cuivre dans le matériau d'hydrure métallique. Cela peut se faire de plusieurs façons différentes. D'une façon - ce mélange de poudre de cuivre avec de l'hydrure métallique pendant la préparation de la matière active. Une autre méthode - une conclusion de particules d'hydrure métallique dans une gaine en cuivre en utilisant des processus de placage anélectrolytique. En plus d'augmenter la conductivité de l'addition de cuivre va permettre d'abaisser la température de traitement thermique actif lorsque le matériau est fritté à base de cuivre et de réduire la résistance électrique entre chaque électrode positive et la borne d'électrode correspondante.

La conductivité de l'électrode négative peut être augmentée en enrobant le cuivre, l'électrode négative après que la matière active sous la forme d'hydrure métallique a été comprimé (et éventuellement fritté) sur la surface du substrat. revêtement de cuivre peut être réalisée à travers un masque ou sans matrice. En plus d'augmenter le revêtement de cuivre électrode de conductivité sert comme un moyen supplémentaire de veiller à ce que le métal actif sera "collé" au substrat.

L'électrode négative décrite ici est applicable à toutes les batteries Ni-GM, y compris mais sans s'y limiter, les batteries Ni-GM prismatiques et des batteries cylindriques "Swiss roll" Ni-GM.

Comme indiqué plus haut, la patte d'électrode peut être fixée à chacune de l'électrode négative et l'électrode positive de chaque batterie Ni-MH pour fournir une connexion électrique entre chaque électrode et la batterie de la borne de sortie correspondante. Une autre façon d'augmenter la puissance spécifique de la batterie Ni-MH est de réduire la connexion de la résistance électrique entre chaque électrode négative et la borne d'électrode correspondante.

Chaque patte d'électrode peut être fixée directement sur le substrat métallique poreux de l'électrode correspondante de manière à former un composé ayant une faible résistance électrique. Un tel composé est appelé ici "composé avec une faible résistance électrique." Composé avec une faible résistance électrique est définie ici comme une liaison entre deux ou plusieurs matériaux (tels que des métaux) dans lesquelles les deux matériaux ou plus sont reliés les uns aux autres par alliage ou d'un procédé de mouillage. Des exemples dans lesquels deux métaux sont reliés par fusion, - une soudure et brasage. Un exemple dans lequel les deux métaux sont reliés par l'intermédiaire du processus de mouillage est de la soudure. Par conséquent, la connexion à faible résistance peut être réalisée par des procédés qui incluent, mais sans s'y limiter, le soudage, le brasage ou le soudage. Le procédé de soudage utilisé comprennent, mais sans s'y limiter, le soudage par résistance, le soudage au laser, soudage par faisceau électronique, et le soudage par ultrasons.

Comme indiqué plus haut, le substrat de métal poreux de l'électrode négative peut être réalisée en filet, treillis, "natte", une feuille, une mousse, une plaque ou d'un métal poreux. De préférence, le substrat de métal poreux de l'électrode négative est un maillage, une grille ou d'un métal expansé. Pour augmenter l'onglet spécifique de l'électrode de puissance de la batterie Ni-MH peut être fixée à la maille, grille ou de métal déployé, avec un composé ayant une faible résistance électrique. De préférence, la languette d'électrode peuvent être soudés, ou brasés sur une grille de soudure bas point de fusion, la grille ou d'un métal expansé. Plus préférablement, la borne électrique peut être soudé au treillis, grille ou de métal déployé. Comme on le verra, la technique de soudage comprend, mais sans s'y limiter, le soudage par résistance, le soudage au laser, soudage par faisceau électronique, et le soudage par ultrasons.

Décrit ici, un composé ayant une faible résistance électrique et qui peut être appliquée aux électrodes positives et négatives de la batterie Ni-MH. En outre, le composé avec une faible résistance électrique peut être appliquée dans toute la batterie Ni-GM, y compris mais sans s'y limiter, les batteries prismatiques Ni-GM et cylindrique batterie Ni-GM.

Les batteries d'alimentation de sortie, nickel-hydrure métallique, et peut être augmentée en augmentant la conductivité des électrodes positives de batteries. Comme dans le cas des électrodes négatives, cela se fait en sélectionnant de manière appropriée les matériaux à partir desquels les composants d'électrode sont faites.

L'électrode positive de la batterie au nickel-hydrure métallique peut être formée par pressage d'un matériau en poudre actif d'électrode positive dans un substrat métallique poreux. Chaque électrode positive peut avoir onglet tokoprinimayuschy fixé à au moins un point sur l'électrode. Tokoprinimayuschy broche peut être soudée à l'électrode positive. la technique de soudage comprend, mais sans s'y limiter, le soudage par résistance, le soudage au laser, soudage par faisceau d'électrons ou par soudage par ultrasons.

La batterie Ni-GM est généralement utilisé électrode positive d'hydroxyde de nickel comme matière active. Sur l'électrode positive, les réactions suivantes se produisent:



L'électrode positive à l'hydroxyde de nickel est décrit dans les brevets US 5,344,728 et 5,348,822 (qui décrit la stabilisation de matériaux d'électrode positive désordonnées) et dans le brevet US n ° 5.569.563 et dans le brevet US n ° 5,567,549, dont la divulgation est incorporée ici par référence.

La conductivité de l'électrode positive peut être augmentée en augmentant la conductivité de l'électrode poreuse du substrat métallique. Le substrat de métal poreux de l'électrode positive comprend, mais sans s'y limiter, maillage, une grille, une feuille, une mousse, la plaque "mat", d'un métal poreux. De préférence, le substrat de métal poreux est une mousse. Décrit ici, une électrode positive comprenant un substrat de métal poreux est formé à partir de cuivre, de nickel revêtue de cuivre ou d'alliage de cuivre-nickel. Exécuter base d'un ou plusieurs de ces matériaux augmente la conductivité des électrodes positives de la batterie. Ceci réduit la quantité d'énergie est gaspillée en vain, en raison de la dissipation d'énergie interne, et augmente ainsi la puissance de sortie de la batterie Ni-MH.

Afin de protéger le substrat métallique poreux de l'électrode positive de l'environnement de la batterie dure, le substrat métallique poreux peut être revêtu d'un matériau qui est électriquement conducteur et, de plus, résistant à la corrosion dans l'environnement de la batterie. De préférence, le substrat poreux en métal peut être plaqué avec du nickel.

Les électrodes positives décrites ici sont applicables pour toute la batterie Ni-GM, y compris mais sans s'y limiter, les batteries Ni-GM prismatiques et des batteries cylindriques "roll Swiss" Ni-GM.

Un autre objet de la présente invention - une batterie nickel-hydrure de métal ayant au moins une électrode négative du type décrit dans le présent mémoire. batterie nickel-hydrure métallique comprend, mais sans s'y limiter, les batteries prismatiques Ni-GM et cylindrique "Swiss roll", la batterie Ni-MH (à savoir, AA-éléments, C-éléments, etc.).

exemple 1

Le tableau 1 montre la puissance à 50 et 80% DOD (profondeur de décharge) pour la batterie Ni-GM prismatique ayant des électrodes positives et négatives contenant des matériaux soutenant décrits ici.

Dans l'exemple 1, les dimensions des électrodes positive - 5,5 pouces de hauteur, de largeur et de 3,5 pouces. profondeur 0315 pouces. Dimensions des électrodes négatives - 5,25 pouces de hauteur, 3,38 pouces de large et 0,0145 pouces de profondeur. Dans la ligne 1 du tableau 1, l'électrode positive et le substrat d'électrode négative sont formées à partir de nickel (le substrat d'électrode positive est formée à partir de mousse de nickel et le substrat d'électrode négative formée d'un treillis métallique de nickel). Dans ce cas, la puissance spécifique à 50% DOD (profondeur de décharge) d'environ 214 W / kg et la puissance spécifique à 80% DOD est d'environ 176 watts / kg.

La ligne 2 du tableau 1, le substrat d'électrode positive est formée à partir de mousse de nickel, mais le substrat d'électrode négative est maintenant formée à partir d'un métal de cuivre déployé. Dans ce cas, la puissance spécifique à 50% DOD est d'environ 338 Watts / kg et la puissance spécifique à 80% DOD est d'environ 270 watts / kg.

sortie spécifique de la batterie Ni-MH peut être augmentée en ajustant la hauteur, la largeur et la profondeur des électrodes positives et négatives. Le rapport entre la hauteur et la largeur des électrodes (par exemple, la hauteur divisée par la largeur) est définie ici comme le "rapport d'aspect" des électrodes. Le rapport d'aspect des électrodes positive et négative peut être ajustée pour augmenter la puissance spécifique. En outre, les électrodes peuvent être plus minces afin d'y incorporer plusieurs paires d'électrodes dans chaque batterie, ce qui diminue la densité de courant de chaque électrode.

exemple 2

Le tableau 2 montre la puissance spécifique prismatique batterie Ni-GM en utilisant le substrat de l'électrode positive de mousse de nickel et le substrat d'électrode négative de cuivre métal déployé. En outre, le rapport d'aspect des électrodes positives et négatives ont été modifiées par rapport à l'exemple 1 pour augmenter la puissance spécifique de la batterie.

Dans l'exemple 2, les rapports d'aspect (hauteur divisée par la largeur) des électrodes positives et négatives a été modifié pour augmenter la puissance spécifique de la batterie. Les électrodes positives ont des dimensions d'environ 3,1 pouces, 3,5 pouces de largeur, et les électrodes négatives ont des dimensions d'environ 2,9 pouces, 3,3 pouces de large. Les rapports des électrodes positives et négatives de l'exemple 2 aspect était d'environ 0,89 et environ 0,88, respectivement. En revanche, les rapports entre les électrodes positives et négatives de l'exemple 1 aspect est environ 1,57 et environ 1,55, respectivement. Les rapports de l'exemple 2 d'aspect est plus proche de «un» que ceux de l'exemple 1.

Dans l'exemple 2, les électrodes positives et négatives ont été faites pour incorporer plus mince de plusieurs paires d'électrodes dans la batterie, ce qui diminue la densité de courant de chaque électrode. Dans l'exemple 2, les électrodes positives ont une profondeur d'environ 0,028 pouces, et les électrodes négatives ont une profondeur d'environ 0,013 pouces. Les batteries Ni-GM utilisant des électrodes positives et négatives ayant des rapports d'aspect similaire à un rapport d'élancement de l'exemple 2, mais en utilisant du nickel pour les deux électrodes positives et négatives ont une puissance spécifique d'environ 300 W / kg à 50% de DOD et environ 225 watts / kg à 80% DOD.

exemple 3 :

Comme mentionné ci-dessus, les matériaux pour la base tels que décrits ici et peuvent être utilisés pour des électrodes négatives et positives de cylindrique, "Swiss roll" batterie Ni-GM. Plus précisément, dans le tableau 3, la puissance spécifique de Ni-MH batterie de type C-élément est augmentée si pour une électrode négative est utilisé en tant que matériau de base en cuivre. Chaque ligne du tableau 3 montre la puissance spécifique à 20% DOD et 80% DOD. Pour chaque ligne, la base de l'électrode positive est constituée d'une mousse de nickel.

Dans les lignes 1 et 2, la languette de collecte de courant est fixé à l'électrode négative. La ligne 1, l'électrode négative est constituée d'un nickel métallique poreux, et la ligne 2 le substrat de l'électrode négative est constituée de cuivre métallique expansé. Le tableau 3 montre que l'utilisation du cuivre en tant que matériau de substrat augmente la puissance spécifique de la batterie.

Les lignes 3 et 4, la languette de collecte de courant est soudée à l'électrode négative. Dans la ligne 3, l'électrode négative est constituée d'un métal de nickel poreux tandis que dans la ligne 4, le substrat d'électrode négative est constituée de cuivre métallique expansé. Encore une fois, le tableau 3 montre que l'utilisation du cuivre en tant que matériau de substrat augmente la puissance spécifique de la batterie.

D'une manière générale, les données présentées dans le tableau 3 montrent que le Ni-GM élément de type C batterie en utilisant du cuivre comme matériau de substrat pour les électrodes négatives augmente la production d'une puissance spécifique de la batterie se fixe des bornes d'électrodes aux électrodes ou directement soudée à la base . Et les données montrent que accroît généralement la puissance spécifique de la batterie, lorsque les bornes d'électrodes sont soudées directement sur les électrodes et non fixées aux électrodes.

Les données présentées dans le tableau 3 sont représentés graphiquement sur la Fig. 3. La figure 3 montre en fonction du% de profondeur de décharge (représentée par les points de données correspondent à 0, 20, 50 et 80% de DOD) la densité de puissance de sortie de la batterie élément Ni-type P GM (les quatre cas présentés dans l'exemple 3).

Bien que l'invention ait été décrite par rapport aux modes de réalisation et procédés préférés de celle-ci, il est entendu que bien entendu que l'invention ne se limite pas à ces modes de réalisation préférés et leurs méthodes. Au contraire, il est entendu que l'invention englobe toutes les variantes, modifications et modes de réalisation équivalents qui peuvent entrer dans l'esprit et la portée de l'invention telle que définie dans les revendications annexées.

REVENDICATIONS

1. Une batterie au nickel-hydrure de métal alcalin, un électrolyte alcalin contenant au moins une électrode positive ayant une borne d'électrode d'au moins une électrode négative ayant un conducteur d'électrode, l'électrode négative comprend un substrat métallique poreux contenant du cuivre pur et un alliage de stockage d'hydrogène enfoncée dans ledit support, dans lequel la borne d'électrode soudée à ladite électrode négative de ladite base, dans lequel ladite électrode négative avec un hydrure métallique en utilisant une base en cuivre à des pH respectifs, et affiche l'immunité à la corrosion sous contrainte.

2. Batterie selon la revendication 1, dans lequel le substrat métallique poreux est un treillis ou une plaque de métal déployé.

3. L'électrode négative pour une utilisation dans la batterie à hydrure métallique de nickel alcalin, comprenant un substrat métallique poreux contenant pur alliage de stockage d'hydrogène en cuivre moulé dans ledit support et l'électrode terminale soudée à ladite base.

4. Electrode selon la revendication 3, dans lequel le substrat poreux est un treillis métallique ou d'une plaque en métal déployé.

5. Pile alcaline au nickel-hydrure métallique, un électrolyte alcalin contenant au moins une électrode positive ayant une borne d'électrode, et au moins une électrode négative possédant une borne d'électrode, dans laquelle l'électrode négative comprend un substrat métallique poreux contenant un alliage de cuivre et d'accumuler alliage d'hydrogène moulé dans ledit support, la borne d'électrode soudée à ladite électrode négative de ladite base, dans lequel ladite électrode négative avec un hydrure métallique en utilisant une base en cuivre à des pH respectifs, et affiche l'immunité à la corrosion sous contrainte.

6. Batterie selon la revendication 5, dans lequel le substrat métallique poreux est un treillis ou une plaque de métal déployé.

7. Batterie selon la revendication 5, dans lequel l'alliage de cuivre est un alliage cuivre-nickel.

8. L'électrode négative pour une utilisation dans la batterie à hydrure métallique de nickel alcalin, comprenant un substrat métallique poreux contenant un alliage de cuivre en alliage de stockage d'hydrogène moulé dans ledit support et l'électrode terminale soudée à ladite base.

9. L'électrode selon la revendication 8, dans lequel le substrat poreux est un treillis métallique ou d'une plaque en métal déployé.

10. Electrode selon la revendication 8, dans lequel l'alliage de cuivre est un alliage cuivre-nickel.

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Date de publication 25.03.2007gg