IT201900009459A1

IT201900009459A1 - RECHARGEABLE BATTERY

Info

Publication number: IT201900009459A1
Application number: IT102019000009459A
Authority: IT
Inventors: Francesco Ranchella
Original assignee: Freebatt S R L
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-19
Also published as: WO2020255057A1

Description

BATTERIA RICARICABILE RECHARGEABLE BATTERY

La presente invenzione riguarda una batteria ricaricabile (anche nota come accumulatore o pila secondaria), ed il relativo elettrodo negativo, avente bassissima resistenza interna, elevata densità energetica e dunque capacità, alto numero di cicli vita e lungo tempo di vita, e che risulta affidabile, efficiente, sicura, facilmente riciclabile, economica e semplice da fabbricare e trasportare, e che consente di essere caricata in tempi di carica ridotti e di essere scaricata con alte correnti di scarica. The present invention relates to a rechargeable battery (also known as accumulator or secondary battery), and the relative negative electrode, having very low internal resistance, high energy density and therefore capacity, high number of life cycles and long life, and which is reliable. , efficient, safe, easily recyclable, economical and simple to manufacture and transport, and which allows it to be charged in short charging times and to be discharged with high discharge currents.

In generale, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intende che, durante la fase di carica, un caricatore esterno viene collegato agli elettrodi positivo e negativo di una batteria ricaricabile ed una corrente viene fatta circolare in modo da avere un'ossidazione sull'elettrodo positivo ed una riduzione sull'elettrodo negativo, e che, durante la fase di scarica, un carico esterno viene collegato agli elettrodi positivo e negativo della batteria ricaricabile ed una corrente viene fatta circolare in modo da avere una riduzione sull'elettrodo positivo e un'ossidazione sull'elettrodo negativo. In general, in the present description and in the claims, it is intended that, during the charging phase, an external charger is connected to the positive and negative electrodes of a rechargeable battery and a current is circulated so as to have an oxidation on the electrode. positive and a reduction on the negative electrode, and that, during the discharge phase, an external load is connected to the positive and negative electrodes of the rechargeable battery and a current is circulated so as to have a reduction on the positive electrode and a oxidation on the negative electrode.

Di conseguenza, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, per elettrodo negativo della batteria ricaricabile si intende l'elettrodo in cui avviene una riduzione durante la fase di carica ed un'ossidazione durante la fase di scarica, e perelettrodo positivo della batteria ricaricabile si intende l'elettrodo in cui avviene un'ossidazione durante la fase di carica ed una riduzione durante la fase di scarica. Consequently, in the present description and in the claims, the negative electrode of the rechargeable battery means the electrode in which a reduction occurs during the charging phase and an oxidation during the discharge phase, and the positive electrode of the rechargeable battery means the electrode in which oxidation occurs during the charging phase and a reduction during the discharge phase.

E' noto che lo sviluppo e la diffusione di dispositivi portatili e di macchine ad alimentazione elettrica, che richiedono significative quantità di energia, come ad esempio le automobili (e più in generale i veicoli) elettrici, ha aumentato la richiesta di batterie ricaricabili efficienti ed economiche. A tale scopo, le ricerche sono attualmente focalizzate anche sull'identificazione di materie attive a basso costo. It is known that the development and diffusion of portable devices and electrically powered machines, which require significant amounts of energy, such as electric cars (and more generally vehicles), has increased the demand for efficient rechargeable batteries and economic. To this end, research is currently also focused on the identification of low-cost active materials.

A titolo esemplificativo, il rame è uno dei primi elementi ad essere stati sfruttati per creare celle galvaniche sperimentali, come la famosa batteria di Alessandro Volta che aveva dischetti di rame e zinco impilati e separati da una soluzione salina per dare un potenziale di alcuni volt in grado di far compiere all'inventore diversi esperimenti. For example, copper is one of the first elements to be exploited to create experimental galvanic cells, such as the famous Alessandro Volta battery which had copper and zinc discs stacked and separated by a saline solution to give a potential of a few volts in able to make the inventor perform various experiments.

La tecnologia del rame e dello zinco fu sviluppata da numerosi inventori, come John Frederic Danieli, Felix Lalande, Georges Chaperon e Thomas Edison che, grazie alle ottime proprietà conduttive dell'ossido di rame, li utilizzarono in celle galvaniche sufficientemente efficienti da poter essere utilizzate per alimentare le prime centrali telegrafiche e i primi prototipi di sommergibili marini. Queste prime celle galvaniche erano in grado di avere una densità energetica di pochi Wattora (Wh) per chilogrammo (dove 1 Wh = 3,6 kJ), in quanto le reazioni chimiche su cui si basavano erano limitate ad ossidare le materie attive solo parzialmente ed ai primi stadi. The technology of copper and zinc was developed by numerous inventors, such as John Frederic Danieli, Felix Lalande, Georges Chaperon and Thomas Edison who, thanks to the excellent conductive properties of copper oxide, used them in galvanic cells efficient enough to be used to power the first telegraph stations and the first prototypes of marine submarines. These first galvanic cells were able to have an energy density of a few Watt hours (Wh) per kilogram (where 1 Wh = 3.6 kJ), as the chemical reactions on which they were based were limited to oxidizing the active materials only partially and in the early stages.

In proposito, la potenzialità dello zinco come materiale per l'accumulo dell'energia è da sempre stata in competizione con il litio, perché lo zinco è in grado di cedere due elettroni, mentre il litio solamente uno. Questo pone, seppur con un voltaggio superiore, un limite intrinseco alla capacità che può avere una normale batteria al litio. In this regard, the potential of zinc as a material for the accumulation of energy has always been in competition with lithium, because zinc is able to release two electrons, while lithium only one. This places, albeit with a higher voltage, an intrinsic limit to the capacity that a normal lithium battery can have.

Un ulteriore inconveniente del litio è dovuto all'impossibilità di depositare il litio in forma metallica in base acquosa e all'instabilità del litio che, se viene a contatto con acqua o aria, si incendia spontaneamente. Ciò rende le batterie al litio pericolose perché nelle celle il litio viene utilizzato in solventi organici infiammabili, unici materiali in grado di contenere l'instabilità del litio. Tuttavia, la sua leggerezza ha reso le batterie al litio una delle migliori e più diffuse tecnologie attuali in termini di rapporto peso-potenza. A further drawback of lithium is due to the impossibility of depositing lithium in metallic form in aqueous base and to the instability of lithium which, if it comes into contact with water or air, ignites spontaneously. This makes lithium batteries dangerous because in the cells lithium is used in flammable organic solvents, the only materials capable of containing the instability of lithium. However, its light weight has made lithium batteries one of the best and most popular technologies today in terms of weight-to-power ratio.

Nella tecnica anteriore è stato sperimentato l'uso dello zinco in un elettrolita acquoso. Tuttavia, la diffusione dell'uso dello zinco nelle batterie ricaricabili è stata resa difficile, se non impossibile, dal problema della formazione di dendriti di zinco sulle piastre che costituiscono gli elettrodi. Infatti, con il progressivo aumento del numero di cicli di ricarica, la consistenza di dendriti aumenta fino a cortocircuitare le piastre delle batterie ricaricabili con zinco della tecnica anteriore, rendendo inservibile la cella. In particolare, le migliori batterie allo zinco della tecnica anteriore sono composte da ossido di zinco pressato su piastre, contrapposto ad elettrodi di idrossido di nichel o rame ed immerse in un elettrolita di idrossido di potassio. Inizialmente, una batteria allo zinco della tecnica anteriore funziona correttamente, ma dopo pochi cicli di scarica, poiché l'ossido di zinco è solubile nell'idrossido di potassio, l'elettrodo si disgrega sciogliendosi nell'elettrolita e, durante la ricarica, lo zinco disciolto nell'elettrolita si rideposita in forma metallica sulle piastre formando le dendriti che, nel tempo, cortocircuitano gli elettrodi facendo terminare la vita della batteria. In the prior art, the use of zinc in an aqueous electrolyte has been experimented with. However, the widespread use of zinc in rechargeable batteries has been made difficult, if not impossible, by the problem of the formation of zinc dendrites on the plates that make up the electrodes. In fact, with the progressive increase in the number of recharge cycles, the consistency of dendrites increases until the plates of the zinc rechargeable batteries of the prior art are short-circuited, rendering the cell useless. In particular, the best zinc batteries of the prior art are composed of zinc oxide pressed onto plates, opposed to nickel or copper hydroxide electrodes and immersed in a potassium hydroxide electrolyte. Initially, a prior art zinc battery works correctly, but after a few discharge cycles, as zinc oxide is soluble in potassium hydroxide, the electrode disintegrates dissolving in the electrolyte and, during charging, the zinc dissolved in the electrolyte, it re-deposits in metallic form on the plates forming dendrites which, over time, short-circuit the electrodes, ending the life of the battery.

Nella tecnica anteriore si è cercato di risolvere tale problema introducendo nell'elettrolita un composto che minimizzasse la solubilità dell'ossido di zinco. Tuttavia, tali soluzioni non sono state efficaci e, pur se più lentamente, le dendriti hanno sempre avuto formazione a causa della solubilizzazione, anche se minimizzata, dello zinco, che è impossibile da eliminare completamente. In the prior art an attempt has been made to solve this problem by introducing a compound into the electrolyte which minimizes the solubility of the zinc oxide. However, these solutions have not been effective and, albeit more slowly, the dendrites have always formed due to the solubilization, even if minimized, of the zinc, which is impossible to completely eliminate.

Alcune batterie ricaricabili della tecnica anteriore che utilizzano zinco sono descritte nei documenti US 5196275 A, WO 95/31011 A1, WO 2007/059687 A1, WO 2009/123888 A1, WO 2012/012558 A2, US 2014/0248532 A1. Some prior art rechargeable batteries using zinc are described in US 5196275 A, WO 95/31011 A1, WO 2007/059687 A1, WO 2009/123888 A1, WO 2012/012558 A2, US 2014/0248532 A1.

Inoltre, le batterie ricaricabili della tecnica anteriore sono inquinanti, poiché i materiali di cui sono composte non possono essere facilmente riciclati o smaltiti. In proposito, nelle batterie ricaricabili della tecnica anteriore è usuale utilizzare mercurio in amalgama con lo zinco, per migliorarne le prestazioni e ridurne l'autoscarica. Furthermore, the rechargeable batteries of the prior art are polluting, since the materials of which they are composed cannot be easily recycled or disposed of. In this regard, in rechargeable batteries of the prior art it is usual to use mercury in amalgam with zinc, to improve their performance and reduce their self-discharge.

Lo scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di consentire di avere una batteria ricaricabile affidabile, efficiente, sicura, facilmente riciclabile, economica e semplice da fabbricare e trasportare, e che abbia una elevata densità energetica e dunque capacità, ed un alto numero di cicli vita e lungo tempo di vita. The purpose of the present invention is therefore to allow to have a reliable, efficient, safe, easily recyclable, cheap and simple rechargeable battery to manufacture and transport, and which has a high energy density and therefore capacity, and a high number of life cycles and long life times.

Forma oggetto specifico della presente invenzione un elettrodo negativo, di cella di batteria ricaricabile, sul quale avviene un'ossidazione durante un processo di scarica della batteria ricaricabile ed una riduzione durante un processo di carica della batteria ricaricabile, formato da almeno una piastra negativa comprendente una struttura di supporto a rete metallica sulla quale è applicato uno strato di lana d'acciaio costituita da una pluralità di filamenti d'acciaio, in cui detti filamenti d'acciaio sono rivestiti di stagno. The specific object of the present invention is a negative electrode, of a rechargeable battery cell, on which an oxidation occurs during a process of discharging the rechargeable battery and a reduction during a charging process of the rechargeable battery, formed by at least one negative plate comprising a metal mesh support structure on which a layer of steel wool consisting of a plurality of steel filaments is applied, in which said steel filaments are coated with tin.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, detti filamenti d'acciaio possono avere diametro variabile da 10 a 100 micrometri, opzionalmente variabile da 15 a 50 micrometri, più opzionalmente variabile da 20 a 35 micrometri, ancora più opzionalmente pari a 25 micrometri, e detto strato di lana d'acciaio può avere una porosità comprendente spazi vuoti in una porzione di volume variabile dal 60% al 98%, opzionalmente variabile dal 75% al 95%, più opzionalmente variabile dal 80% al 90%. According to another aspect of the invention, said steel filaments can have a diameter ranging from 10 to 100 micrometers, optionally ranging from 15 to 50 micrometers, more optionally ranging from 20 to 35 micrometers, even more optionally equal to 25 micrometers, and said The steel wool layer can have a porosity comprising empty spaces in a portion of variable volume from 60% to 98%, optionally variable from 75% to 95%, more optionally variable from 80% to 90%.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, detto strato di lana d'acciaio può avere uno spessore variabile da 2 millimetri a 10 millimetri, opzionalmente variabile da 4 millimetri a 7 millimetri, più opzionalmente pari a 5 mm. According to a further aspect of the invention, said layer of steel wool can have a thickness ranging from 2 millimeters to 10 millimeters, optionally ranging from 4 millimeters to 7 millimeters, more optionally equal to 5 mm.

Secondo un aspetto aggiuntivo dell'invenzione, detta struttura di supporto a rete metallica può essere realizzata in ferro nichelato e/o ferro e/o rame e/o acciaio inox. According to an additional aspect of the invention, said metal mesh support structure can be made of nickel-plated iron and / or iron and / or copper and / or stainless steel.

Forma, inoltre, oggetto specifico della presente invenzione un procedimento per la fabbricazione di un elettrodo negativo di cella di batteria ricaricabile come appena descritto, comprendente le seguenti fasi: Furthermore, a specific object of the present invention forms a process for the manufacture of a negative electrode of a rechargeable battery cell as just described, comprising the following steps:

avere a disposizione un elettrodo di stagno, have a tin electrode available,

applicare uno strato di lana d'acciaio costituita da una pluralità di filamenti d'acciaio su una struttura di supporto a rete metallica, apply a layer of steel wool consisting of a plurality of steel filaments on a metal mesh support structure,

immergere detto elettrodo di stagno e detta struttura di supporto a rete metallica su cui è applicato detto strato di lana d'acciaio in un bagno galvanico contenente una soluzione acquosa di cloruro stannoso (SnCl2) e acido cloridrico (HCl), in cui detto elettrodo di stagno opera da anodo e detta struttura di supporto a rete metallica su cui è applicato detto strato di lana d'acciaio opera da catodo, e immerse said tin electrode and said metal mesh support structure on which said layer of steel wool is applied in a galvanic bath containing an aqueous solution of stannous chloride (SnCl2) and hydrochloric acid (HCl), in which said tin acts as an anode and said metal mesh support structure on which said layer of steel wool is applied acts as a cathode, and

applicare nel bagno galvanico una corrente dall'anodo al catodo avente densità variabile da 80 mA/cm<2 >a 120 mA/cm<2 >per un intervallo di tempo variabile da 15 a 25 minuti. apply in the galvanic bath a current from the anode to the cathode having a density ranging from 80 mA / cm <2> to 120 mA / cm <2> for a time interval ranging from 15 to 25 minutes.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, detta densità di corrente può essere pari a 100 mA/cm<2 >e detto intervallo di tempo può essere pari a 20 minuti. According to another aspect of the invention, said current density can be equal to 100 mA / cm <2> and said time interval can be equal to 20 minutes.

Forma ancora oggetto specifico della presente invenzione una batteria ricaricabile formata da una o più celle, ognuna delle quali comprende un contenitore in cui è alloggiato un elettrodo negativo di cella di batteria ricaricabile come precedentemente descritto ed un elettrodo positivo, sul quale avviene una riduzione durante un processo di scarica della batteria ricaricabile ed un'ossidazione durante un processo di carica della batteria ricaricabile, in cui detto elettrodo positivo è formato da almeno una piastra positiva, in cui detto elettrodo negativo e detto elettrodo positivo sono immersi in un elettrolita comprendente o consistente di tetraidrossizincato di potassio (K2Zn(OH)4). Another specific object of the present invention is a rechargeable battery formed by one or more cells, each of which comprises a container housing a negative electrode of a rechargeable battery cell as described above and a positive electrode, on which a reduction occurs during a discharge process of the rechargeable battery and an oxidation during a charging process of the rechargeable battery, in which said positive electrode is formed by at least one positive plate, in which said negative electrode and said positive electrode are immersed in an electrolyte comprising or consisting of potassium tetrahydroxyzincate (K2Zn (OH) 4).

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, l'elettrolita può comprendere o consistere di tetraidrossizincato di potassio, esaidrossistannato di potassio (K2Sn(OH)6), idrossido di potassio (KOH) e acqua, in cui opzionalmente un peso di tetraidrossizincato di potassio varia da 7% a 10%, un peso di esaidrossistannato di potassio varia da 1% a 5%, un peso di idrossido di potassio varia da 15% a 25%, ed un peso di acqua varia da 58% a 78%. According to a further aspect of the invention, the electrolyte may comprise or consist of potassium tetrahydroxyzincate, potassium hexahydroxystannate (K2Sn (OH) 6), potassium hydroxide (KOH) and water, where optionally a weight of potassium tetrahydroxyzincate varies from 7% to 10%, a weight of potassium hexahydroxystannate varies from 1% to 5%, a weight of potassium hydroxide varies from 15% to 25%, and a weight of water varies from 58% to 78%.

Secondo un aspetto aggiuntivo dell'invenzione, l'elettrolita può comprendere o consistere di tetraidrossizincato di potassio, tetraidrossizincato di sodio (Na2Zn(OH)4), tetraidrossizincato di litio (Li2Zn(OH)4), esaidrossistannato di potassio (K2Sn(OH)6), idrossido di potassio, silicato di potassio (K2SiO3), glicole etilenico (C2H6O2) e acqua, in cui l'elettrolita opzionalmente comprende altresì esaidrossistannato di sodio (Na2Sn(OH)6), esaidrossistannato di litio (Li2Sn(OH)6), in cui più opzionalmente un peso di tetraidrossizincato di potassio varia da 7% a 10%, un peso di tetraidrossizincato di sodio varia da 10% a 30%, un peso di tetraidrossizincato di litio varia da 1% a 5%, un peso di esaidrossistannato di potassio varia da 1% a 5%, un peso di idrossido di potassio varia da 5% a 15%, un peso di silicato di potassio varia da 0,1% a 1%, un peso di glicole etilenico varia da 0,1% a 1% ed un peso di acqua varia da 44% a 66%. According to an additional aspect of the invention, the electrolyte may comprise or consist of potassium tetrahydroxyzincate, sodium tetrahydroxyzincate (Na2Zn (OH) 4), lithium tetrahydroxyzincate (Li2Zn (OH) 4), potassium hexahydroxystannate (K2Sn (OH) 6), potassium hydroxide, potassium silicate (K2SiO3), ethylene glycol (C2H6O2) and water, wherein the electrolyte optionally also includes sodium hexahydroxystannate (Na2Sn (OH) 6), lithium hexahydroxystannate (Li2Sn (OH) 6 ), where more optionally a weight of potassium tetrahydroxyzincate ranges from 7% to 10%, a weight of sodium tetrahydroxyzincate ranges from 10% to 30%, a weight of lithium tetrahydroxyzincate ranges from 1% to 5%, a weight of of potassium hexahydroxystannate ranges from 1% to 5%, a weight of potassium hydroxide ranges from 5% to 15%, a weight of potassium silicate ranges from 0.1% to 1%, a weight of ethylene glycol ranges from 0 , 1% to 1% and a weight of water varies from 44% to 66%.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, detta almeno una piastra positiva che forma detto elettrodo positivo può essere realizzata in uno o più ossidi metallici selezionati dal gruppo comprendente o consistente di: According to another aspect of the invention, said at least one positive plate which forms said positive electrode can be made of one or more metal oxides selected from the group comprising or consisting of:

ossidi di rame, opzionalmente miscelati con polvere metallica di nichel e/o grafite, più opzionalmente con un peso di polvere metallica di nichel e/o grafite variabile da 5% a 40%; copper oxides, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 5% to 40%;

ossidi di argento, opzionalmente miscelati con polvere metallica di nichel e/o grafite, più opzionalmente con un peso di polvere metallica di nichel e/o grafite variabile da 5% a 40%; silver oxides, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 5% to 40%;

idrossido di nichel, opzionalmente miscelato con polvere metallica di nichel e/o grafite, più opzionalmente con un peso di polvere metallica di nichel e/o grafite variabile da 30% a 50%; nickel hydroxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 50%;

ossido di cobalto e/o idrossido di cobalto, opzionalmente miscelato con polvere metallica di nichel e/o grafite, più opzionalmente con un peso di polvere metallica di nichel e/o grafite variabile da 30% a 50%; e cobalt oxide and / or cobalt hydroxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 50%; And

biossido di manganese, opzionalmente miscelato con polvere metallica di nichel e/o grafite, più opzionalmente con un peso di polvere metallica di nichel e/o grafite variabile da 30% a 70%. manganese dioxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 70%.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, il contenitore può avere una base configurata per poggiare su un piano di supporto, detto elettrodo negativo può essere formato da un'unica piastra negativa poggiata sulla base del contenitore, e detto elettrodo positivo può essere formato da un'unica piastra positiva arrangiata nel contenitore ad un'altezza dalla base maggiore rispetto alla piastra negativa. According to a further aspect of the invention, the container can have a base configured to rest on a support surface, said negative electrode can be formed by a single negative plate resting on the base of the container, and said positive electrode can be formed by a only positive plate arranged in the container at a higher height from the base than the negative plate.

Secondo un aspetto aggiuntivo dell'invenzione, il contenitore di ogni cella può essere chiuso da un tappo, che è opzionalmente amovibile, in cui il tappo è realizzato in ceramica porosa ed è configurato per lasciar defluire eventuali gas generati internamente al contenitore e per evitare che aria esterna al contenitore entri in contatto con l'elettrolita. According to an additional aspect of the invention, the container of each cell can be closed by a cap, which is optionally removable, in which the cap is made of porous ceramic and is configured to allow any gases generated inside the container to flow out and to prevent air outside the container comes into contact with the electrolyte.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il contenitore di ogni cella può essere chiuso da un tappo, che è opzionalmente amovibile, in cui il tappo è un tappo comprendente due membrane di grafite rivestite di platino o nichel separate tra loro da un setto poroso di ceramica o polietilene sinterizzato, in cui detto setto poroso è imbevuto dell'elettrolita, ed in cui una membrana di grafite è posta a contatto con aria esterna ed un'altra membrana di grafite è posta a contatto con gas interni alla cella, in cui: According to another aspect of the invention, the container of each cell can be closed by a cap, which is optionally removable, in which the cap is a cap comprising two graphite membranes coated with platinum or nickel separated from each other by a porous septum of ceramic or sintered polyethylene, in which said porous septum is soaked in the electrolyte, and in which a graphite membrane is placed in contact with external air and another graphite membrane is placed in contact with gases inside the cell, in which:

le due membrane di grafite sono cortocircuitate tra loro, oppure the two graphite membranes are short-circuited to each other, or

le due membrane di grafite sono configurate per essere collegate ad un dispositivo di segnalazione e/o ad un circuito di sicurezza configurato per interrompere un processo di carica della batteria ricaricabile. the two graphite membranes are configured to be connected to a signaling device and / or to a safety circuit configured to interrupt a charging process of the rechargeable battery.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, il contenitore di ogni cella può essere provvisto di un cireolatore configurato per rimescolare l'elettrolita durante un processo di carica della batteria ricaricabile, in cui il cireolatore opzionalmente comprende un motore elettrico configurato per mettere in rotazione palette ad elica. According to a further aspect of the invention, the container of each cell can be provided with a cyreolator configured to remix the electrolyte during a charging process of the rechargeable battery, in which the cyreolator optionally comprises an electric motor configured to rotate blades to propeller.

Secondo un aspetto aggiuntivo dell'invenzione, il circolatore può essere configurato per essere alimentato dalla cella. According to an additional aspect of the invention, the circulator can be configured to be powered by the cell.

La batteria ricaricabile secondo l'invenzione è un innovativo accumulatore con bassissima resistenza interna che sfrutta, per il suo funzionamento, materie attive a basso costo, quali rame, zinco, nichel, stagno, carbonio (eventualmente nella forma di grafene) e litio. In particolare, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione, contrariamente agli approcci adottati nelle soluzioni della tecnica anteriore, sfrutta la solubilizzazione dello zinco nell'elettrolita, secondo specifiche reazioni chimiche, ed il deposito di zinco metallico su una spugna di acciaio (o ferro) rivestita di stagno di cui è provvisto lo specifico elettrodo negativo che riceve lo zinco. The rechargeable battery according to the invention is an innovative accumulator with very low internal resistance which uses, for its operation, low-cost active materials, such as copper, zinc, nickel, tin, carbon (possibly in the form of graphene) and lithium. In particular, the rechargeable battery according to the invention, contrary to the approaches adopted in the solutions of the prior art, exploits the solubilization of zinc in the electrolyte, according to specific chemical reactions, and the deposition of metallic zinc on a steel (or iron) sponge coated with tin which is provided with the specific negative electrode that receives the zinc.

La batteria ricaricabile secondo l'invenzione offre numerosi vantaggi. Innanzitutto, anche se il peso dello zinco è superiore a quello del litio, la possibilità di poter essere utilizzato in un elettrolita acquoso e la capacità di poter cedere il doppio degli elettroni del litio fanno sì che la batteria ricaricabile secondo l'invenzione abbia densità energetiche superiori a quelle delle batterie al litio e con costi assai inferiori. In altre parole, la densità energetica della batteria ricaricabile secondo l'invenzione è elevatissima, superiore a quella delle batterie agli ioni di litio della tecnica anteriore, consentendo l'ottenimento di elevate capacità. The rechargeable battery according to the invention offers numerous advantages. First of all, even if the weight of zinc is higher than that of lithium, the possibility of being able to be used in an aqueous electrolyte and the ability to be able to release double the electrons of lithium ensure that the rechargeable battery according to the invention has energy densities. higher than those of lithium batteries and with much lower costs. In other words, the energy density of the rechargeable battery according to the invention is very high, higher than that of the lithium-ion batteries of the prior art, allowing to obtain high capacities.

Inoltre, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione ha una bassissima resistenza interna ed un alto numero di cicli vita ed un lungo tempo di vita. Furthermore, the rechargeable battery according to the invention has a very low internal resistance and a high number of life cycles and a long life time.

Ulteriormente, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione risulta affidabile, efficiente, sicura, facilmente riciclabile, economica e semplice da fabbricare e trasportare. Furthermore, the rechargeable battery according to the invention is reliable, efficient, safe, easily recyclable, economical and simple to manufacture and transport.

Ancora, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione può essere caricata in tempi di carica ridotti e può essere scaricata con alte correnti di scarica. Furthermore, the rechargeable battery according to the invention can be charged in short charging times and can be discharged with high discharge currents.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle Figure dei disegni allegati, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the Figures of the attached drawings, in which:

la Figura 1 mostra una vista laterale, in cui sono visibili i componenti interni, di una cella di una prima forma di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione; Figure 1 shows a side view, in which the internal components are visible, of a cell of a first embodiment of the rechargeable battery according to the invention;

la Figura 2 mostra una vista frontale di una prima porzione della cella di Figura 1; e Figure 2 shows a front view of a first portion of the cell of Figure 1; And

la Figura 3 mostra una vista frontale di una seconda porzione della cella di Figura 1. Figure 3 shows a front view of a second portion of the cell of Figure 1.

Nelle Figure numeri di riferimento identici saranno utilizzati per elementi analoghi. In the Figures identical reference numbers will be used for similar elements.

Con riferimento alle Figure dei disegni allegati, si può osservare che una prima forma di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione è formata da una o più celle, ognuna delle quali comprende un contenitore 100 in cui sono alloggiati un elettrodo negativo ed un elettrodo positivo immersi in un elettrolita. L'elettrodo negativo è formato da tre piastre (negative), aventi una specifica configurazione ed arrangiate (verticalmente) nel contenitore 100 in modo che due piastre negative 200S sono laterali ed una piastra negativa 200C è centrale. L'elettrodo positivo è formato da due piastre 300 (positive) ognuna interposta tra una piastra negativa laterale 200S e la piastra negativa centrale 200C. With reference to the figures of the attached drawings, it can be observed that a first embodiment of the rechargeable battery according to the invention is formed by one or more cells, each of which comprises a container 100 in which a negative electrode and a positive electrode are housed immersed in an electrolyte. The negative electrode is formed by three (negative) plates, having a specific configuration and arranged (vertically) in the container 100 so that two negative plates 200S are lateral and one negative plate 200C is central. The positive electrode is formed by two plates 300 (positive) each interposed between a lateral negative plate 200S and the central negative plate 200C.

Come detto, l'elettrodo negativo della batteria ricaricabile è l'elettrodo sul quale avviene, in fase di carica, una riduzione, più in particolare la riduzione da tetraidrossizincato di potassio (più comunemente chiamato zincato di potassio -K2Zn(OH)4) e esaidrossistannato di potassio (più comunemente chiamato stannato di potassio - K2Sn(OH)6) in zinco metallico e stagno metallico, rispettivamente, e, in fase di scarica, un'ossidazione, più in particolare l'ossidazione da zinco metallico e stagno metallico a tetraidrossizincato di potassio (più comunemente chiamato zincato di potassio) e esaidrossistannato di potassio (più comunemente chiamato stannato di potassio), rispettivamente. L'elettrodo positivo della batteria ricaricabile è l'elettrodo sul quale avviene, in fase di carica, un'ossidazione durante la fase di carica, più in particolare l'ossidazione da uno o più tra rame metallico, idrossido di nichel, idrossido di cobalto, ossiidrossido di manganese, argento metallico, in uno o più tra ossido di rame, ossiidrossido di nichel, ossiidrossido di cobalto, biossido di manganese, ed ossido di argento, rispettivamente, e, in fase di scarica, una riduzione, più in particolare da uno o più tra ossido di rame, ossiidrossido di nichel, ossiidrossido di cobalto, biossido di manganese, ossido di argento in uno o più tra rame metallico, idrossido di nichel, idrossido di cobalto, ossiidrossido di manganese, argento metallico, rispettivamente. As mentioned, the negative electrode of the rechargeable battery is the electrode on which a reduction occurs during the charging phase, more particularly the reduction from potassium tetrahydroxyzincate (more commonly called potassium zincate -K2Zn (OH) 4) and potassium hexahydroxystannate (more commonly called potassium stannate - K2Sn (OH) 6) into metallic zinc and metallic tin, respectively, and, in the discharge phase, an oxidation, more specifically the oxidation from metallic zinc and metallic tin to potassium tetrahydroxyzincate (more commonly called potassium zincate) and potassium hexahydroxystannate (more commonly called potassium stannate), respectively. The positive electrode of the rechargeable battery is the electrode on which, during the charging phase, an oxidation occurs during the charging phase, more particularly the oxidation by one or more of metallic copper, nickel hydroxide, cobalt hydroxide , manganese oxyhydroxide, metallic silver, in one or more of copper oxide, nickel oxyhydroxide, cobalt oxyhydroxide, manganese dioxide, and silver oxide, respectively, and, in the discharge phase, a reduction, more particularly by one or more of copper oxide, nickel oxyhydroxide, cobalt oxyhydroxide, manganese dioxide, silver oxide in one or more of metallic copper, nickel hydroxide, cobalt hydroxide, manganese oxyhydroxide, metallic silver, respectively.

In proposito, la batteria ricaricabile è configurata per ricevere, e quindi immagazzinare, una corrente nella fase di carica, e per erogare una corrente verso un carico esterno durante la fase di scarica. In this regard, the rechargeable battery is configured to receive, and therefore store, a current in the charging phase, and to deliver a current to an external load during the discharge phase.

In generale, una cella di altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione ha l'elettrodo negativo che è formato da una o più piastre negative e l'elettrodo positivo che è formato da una o più piastre positive, in cui ogni piastra negativa è affacciata ad almeno una piastra positiva (ed analogamente ogni piastra positiva è affacciata ad almeno una piastra negativa). In general, a cell of other embodiments of the rechargeable battery according to the invention has the negative electrode which is formed from one or more negative plates and the positive electrode which is formed from one or more positive plates, in which each plate negative faces at least one positive plate (and similarly each positive plate faces at least one negative plate).

In particolare, l'elettrodo negativo, che è rivestito da uno strato di stagno, ha una specifica geometria, illustrata in maggiore dettaglio più avanti, che impedisce la formazione di dendriti di zinco. L'elettrodo positivo e l'elettrodo negativo sono provvisti di due rispettivi collettori 350 e 250 configurati per essere collegati ai collettori di un elettrodo negativo ed un elettrodo positivo, rispettivamente, di altre celle adiacenti e/o ad operare come morsetti della batteria ricaricabile. In particolare, facendo riferimento al collettore 250 dell'elettrodo negativo mostrato in Figura 3, i collettori sono connessi ad una estremità metallica 260 di sommità dell'elettrodo negativo (o dell'elettrodo positivo), ad esempio mediante un accoppiamento a vite che interagisce con un foro 265 dell'estremità metallica 260. Il contenitore 100 della cella è chiuso da un tappo 400 opzionalmente amovibile. In particular, the negative electrode, which is coated with a tin layer, has a specific geometry, illustrated in more detail below, which prevents the formation of zinc dendrites. The positive electrode and the negative electrode are provided with two respective collectors 350 and 250 configured to be connected to the collectors of a negative electrode and a positive electrode, respectively, of other adjacent cells and / or to operate as terminals of the rechargeable battery. In particular, referring to the collector 250 of the negative electrode shown in Figure 3, the collectors are connected to a metal end 260 at the top of the negative electrode (or of the positive electrode), for example by means of a screw coupling which interacts with a hole 265 in the metal end 260. The container 100 of the cell is closed by an optionally removable cap 400.

L'elettrolita è un sale alcalino composto da tetraidrossizincato di potassio (K2Zn(OH)4) (più comunemente chiamato zincato di potassio). Inoltre, l'elettrolita della prima forma di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione comprende altresì esaidrossistannato di potassio (K2Sn(OH)6) (più comunemente chiamato stannato di potassio) e idrossido di potassio (KOH). Ulteriormente, l'elettrolita di una cella della prima forma di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione comprende tetraidrossizincato di sodio (Na2Zn(OH)4) (più comunemente chiamato zincato di sodio), silicato di potassio (K2SiO3), glicole etilenico (C2H6O2) e tetraidrossizincato di litio ((Li2Zn(OH)4) (più comunemente chiamato zincato di litio). The electrolyte is an alkaline salt composed of potassium tetrahydroxyzincate (K2Zn (OH) 4) (more commonly called potassium zincate). Furthermore, the electrolyte of the first embodiment of the rechargeable battery according to the invention also comprises potassium hexahydroxystannate (K2Sn (OH) 6) (more commonly called potassium stannate) and potassium hydroxide (KOH). Further, the electrolyte of a cell of the first embodiment of the rechargeable battery according to the invention comprises sodium tetrahydroxyzincate (Na2Zn (OH) 4) (more commonly called sodium zincate), potassium silicate (K2SiO3), ethylene glycol ( C2H6O2) and lithium tetrahydroxyzincate ((Li2Zn (OH) 4) (more commonly called lithium zincate).

In fase di produzione, un esempio di elettrolita contenente i composti sopra citati, partendo da materie prime di facile reperibilità sul mercato, può essere ottenuto miscelando in un litro di acqua distillata, 100g di idrossido di potassio (KOH), 400 g di idrossido di sodio (NaOH) e 100g di idrossido di litio (LiOH), aggiungendo poi (tenendo la miscela in agitazione) in ordine preciso, 150g di ossido di zinco (ZnO), 5g di ossido di stagno (Sn02), 2g di silicato di potassio (K2SiO3) e infine 2g di glicole etilenico (C2H6O2). L'elettrolita deve essere composto rispettando tempi di reazione precisi, prima vanno disciolti idrossido di potassio, idrossido di sodio e idrossido di litio in acqua, quando tutti e tre i composti sono disciolti allora si procede aggiungendo l'ossido di zinco, quando anche questo è completamente disciolto si aggiunge l'ossido di stagno, e quando infine anche questo è disciolto, si procede aggiungendo in ordine prima il silicato di potassio e poi il glicole etilenico. During the production phase, an example of an electrolyte containing the compounds mentioned above, starting from raw materials easily available on the market, can be obtained by mixing in a liter of distilled water, 100g of potassium hydroxide (KOH), 400 g of hydroxide of sodium (NaOH) and 100g of lithium hydroxide (LiOH), then adding (while stirring the mixture) in precise order, 150g of zinc oxide (ZnO), 5g of tin oxide (Sn02), 2g of potassium silicate (K2SiO3) and finally 2g of ethylene glycol (C2H6O2). The electrolyte must be composed respecting precise reaction times, first potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide must be dissolved in water, when all three compounds are dissolved then proceed by adding zinc oxide, when this too is completely dissolved the tin oxide is added, and when finally this is also dissolved, one proceeds by adding in order first the potassium silicate and then the ethylene glycol.

Questo metodo di produzione dell'elettrolita avrà in soluzione (a batteria completamente scarica) come composti finali, tetraidrossizincato di potassio (K2Zn(OH)4), tetraidrossizincato di sodio (Na2Zn(OH)4), tetraidrossizincato di litio (Li2Zn(OH)4), esaidrossistannato di potassio (K2Sn(OH)6), esaidrossistannato di sodio (Na2Sn(OH)6), esaidrossistannato di litio (Li2Sn(OH)6), silicato di potassio (K2SiO3), glicole etilenico (C2H6O2), idrossido di potassio libero (KOH) e acqua (H2O). This method of electrolyte production will have in solution (with completely discharged battery) as final compounds, potassium tetrahydroxyzincate (K2Zn (OH) 4), sodium tetrahydroxyzincate (Na2Zn (OH) 4), lithium tetrahydroxyzincate (Li2Zn (OH) 4), potassium hexahydroxystannate (K2Sn (OH) 6), sodium hexahydroxystannate (Na2Sn (OH) 6), lithium hexahydroxystannate (Li2Sn (OH) 6), potassium silicate (K2SiO3), ethylene glycol (C2H6O2), hydroxide of free potassium (KOH) and water (H2O).

Tuttavia, si deve tenere presente che altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione possono avere l'elettrolita che comprende idrossido di sodio (NaOH) in alternativa a od in combinazione con l'idrossido di potassio, rimanendo sempre neN'ambito di protezione della presente invenzione. However, it should be borne in mind that other embodiments of the rechargeable battery according to the invention may have the electrolyte comprising sodium hydroxide (NaOH) as an alternative to or in combination with potassium hydroxide, always remaining within the scope of protection of the present invention.

Inoltre, si deve tenere presente che altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione possono avere l'elettrolita costituito solo da tetraidrossizincato di potassio, oppure solo da tetraidrossizincato di sodio, tetraidrossizincato di potassio, esaidrossistannato di potassio (in cui opzionalmente il peso di tetraidrossizincato di potassio varia da 7% a 10%, il peso di tetraidrossizincato di sodio varia da 10% a 30%, il peso di esaidrossistannato di potassio varia da 1% a 5%, ed il peso di acqua varia da 58% a 78%) ed almeno uno tra idrossido di potassio, idrossido di sodio e idrossido di litio (in cui opzionalmente, nel caso in cui ci sia solo idrossido di potassio, il suo peso varia da 15% a 25%, mentre nel caso in cui ci siano anche idrossido di sodio e idrossido di litio, il peso complessivo varia da 15% a 25%), rimanendo sempre neN'ambito di protezione della presente invenzione. Furthermore, it should be borne in mind that other embodiments of the rechargeable battery according to the invention may have the electrolyte consisting only of potassium tetrahydroxyzincate, or only sodium tetrahydroxyzincate, potassium tetrahydroxyzincate, potassium hexahydroxystannate (where optionally the weight of potassium tetrahydroxyzincate varies from 7% to 10%, the weight of sodium tetrahydroxyzincate varies from 10% to 30%, the weight of potassium hexahydroxystannate varies from 1% to 5%, and the weight of water varies from 58% to 78%) and at least one of potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide (in which optionally, in the case in which there is only potassium hydroxide, its weight varies from 15% to 25%, while in the case in which there are also sodium hydroxide and lithium hydroxide, the total weight varies from 15% to 25%), always remaining within the scope of protection of the present invention.

Il tetraidrossizincato di potassio, il tetraidrossizincato di sodio e il tetraidrossizincato di litio sono i sali che contengono tutto lo zinco disciolto che va a costituire la materia attiva negativa durante la ricarica, ovvero lo zinco metallico. Potassium tetrahydroxyzincate, sodium tetrahydroxyzincate and lithium tetrahydroxyzincate are the salts that contain all the dissolved zinc that forms the negative active matter during recharging, i.e. metallic zinc.

L'esaidrossistannato di potassio è in grado di controllare la cristallizzazione dei cristalli di zinco, ovvero l'arrangiamento degli atomi di zinco nella formazione dei cristalli di zinco metallico durante il deposito nella fase di carica della batteria ricaricabile. In particolare, l'esaidrossistannato di potassio fa sì che i cristalli di zinco metallico crescano compatti ed in forma nanometrica contribuendo ad evitare, insieme alla specifica geometria dell'elettrodo negativo, la formazione delle dendriti. Infatti, lo zinco, grazie allo stannato, cresce senza ramificazioni anche con correnti di carica elevate. Si deve tenere presente che nell'esempio di composizione dell'elettrolita illustrata sono presenti anche l'esaidrossistannato di sodio e l'esaidrossistannato di litio, che si comportano nello stesso modo dell'esaidrossistannato di potassio, in cui un peso dell'assieme di esaidrossistannato di potassio, esaidrossistannato di sodio e esaidrossistannato di litio varia da 1% a 5%. Potassium hexahydroxystannate is able to control the crystallization of zinc crystals, i.e. the arrangement of the zinc atoms in the formation of metallic zinc crystals during storage in the charging phase of the rechargeable battery. In particular, potassium hexahydroxystannate causes the metallic zinc crystals to grow compact and in nanometric form, helping to avoid, together with the specific geometry of the negative electrode, the formation of dendrites. In fact, zinc, thanks to the stannate, grows without branches even with high charge currents. It should be borne in mind that sodium hexahydroxystannate and lithium hexahydroxystannate are also present in the example of the electrolyte composition illustrated, which behave in the same way as potassium hexahydroxystannate, in which one weight of the hexahydroxystannate assembly of potassium, sodium hexahydroxystannate and lithium hexahydroxystannate ranges from 1% to 5%.

Durante il riposo della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, lo stagno metallico, presente insieme allo zinco metallico sull'elettrodo negativo, rallenta considerevolmente lo scioglimento dello zinco metallico, che spontaneamente tenderebbe a solubilizzarsi nell'idrossido di potassio. Inoltre, lo stagno, depositandosi insieme nei cristalli di zinco durante la fase di carica della batteria ricaricabile, crea "un'amalgama" in modo simile all'aggiunta di mercurio impiegata nelle soluzioni della tecnica anteriore, la quale è meno attaccabile e quindi più resistente all'azione degli idrossidi di metalli alcalini, come l'idrossido di potassio, e crea altresì una pellicola protettiva sullo zinco, proteggendolo dall'azione corrosiva dell'idrossido di potassio. During the rest of the rechargeable battery according to the invention, the metallic tin, present together with the metallic zinc on the negative electrode, considerably slows down the dissolution of the metallic zinc, which would spontaneously tend to dissolve in the potassium hydroxide. Furthermore, the tin, depositing together in the zinc crystals during the charging phase of the rechargeable battery, creates an "amalgam" similar to the addition of mercury used in the solutions of the prior art, which is less attackable and therefore more resistant. to the action of alkali metal hydroxides, such as potassium hydroxide, and also creates a protective film on zinc, protecting it from the corrosive action of potassium hydroxide.

In proposito, grazie alle ottime proprietà conduttive dello stagno che è presente nei cristalli di zinco metallico, quest'ultimo resta elettrochimicamente attivo ed è sufficiente iniziare a scaricare la batteria ricaricabile secondo l'invenzione, anche con una bassa corrente di scarica, per rompere i frammenti di stagno metallico (presenti nei cristalli di zinco) e per farli disciogliere tornando in soluzione. In this regard, thanks to the excellent conductive properties of tin which is present in the metallic zinc crystals, the latter remains electrochemically active and it is sufficient to start discharging the rechargeable battery according to the invention, even with a low discharge current, to break the fragments of metallic tin (present in the zinc crystals) and to make them dissolve returning to solution.

Lo stagno, essendo un catalizzatore che favorisce le ossidazioni, favorisce, una volta innescato il processo di scarica, la solubilizzazione dello zinco nell'elettrolita, favorendo la formazione del tetraidrossizincato di potassio. Tin, being a catalyst that promotes oxidation, promotes, once the discharge process has been triggered, the solubilization of the zinc in the electrolyte, favoring the formation of potassium tetrahydroxyzincate.

Il tetraidrossizincato di sodio consente di incrementare la densità energetica dell'elettrolita, aumentando notevolmente la quantità di zinco che è possibile introdurre nell'elettrolita. Dunque, in uno stato iniziale di batteria ricaricabile completamente scarica, lo zinco risulta disciolto in tre sali: il tetraidrossizincato di potassio, il tetraidrossizincato di sodio ed il tetraidrossizincato di litio. Sodium tetrahydroxyzincate increases the energy density of the electrolyte, significantly increasing the amount of zinc that can be introduced into the electrolyte. Therefore, in an initial state of completely discharged rechargeable battery, zinc is dissolved in three salts: potassium tetrahydroxyzincate, sodium tetrahydroxyzincate and lithium tetrahydroxyzincate.

Il silicato di potassio contribuisce anch'esso a minimizzare la solubilizzazione dello zinco durante la fase di riposo della batteria ricaricabile, creando sui cristalli di zinco metallico in "amalgama" con lo stagno una pellicola protettiva di silicato di zinco ((ZnSiO3)) che protegge i cristalli dall'azione corrosiva dell'idrossido di potassio. Questa sottile pellicola di silicato di zinco, come per lo stagno, durante la fase di scarica reagisce dissolvendosi nuovamente in silicato di potassio, liberando lo zinco metallico e tornando quindi in soluzione. Il silicato di potassio può essere utilizzato in abbinamento con lo stagno per ottenere una bassa autoscarica durante i periodi di lungo riposo della batteria ricaricabile. Potassium silicate also helps to minimize zinc solubilization during the rest phase of the rechargeable battery, creating a protective film of zinc silicate ((ZnSiO3)) on the metallic zinc crystals in "amalgam" with tin. crystals from the corrosive action of potassium hydroxide. This thin zinc silicate film, like tin, reacts during the discharge phase by dissolving again in potassium silicate, releasing the metallic zinc and then returning to solution. Potassium silicate can be used in conjunction with tin to achieve low self-discharge during long rest periods of the rechargeable battery.

Il glicole etilenico contribuisce anch'esso al rallentamento dello scioglimento dello zinco metallico favorendo la formazione della pellicola protettiva di silicato di zinco da parte del silicato di potassio. Ethylene glycol also contributes to slowing down the dissolution of metallic zinc by favoring the formation of the protective film of zinc silicate by the potassium silicate.

L'idrossido di potassio, presente in abbondanza, è la base alcalina che permette la solubilizzazione dello zinco e la conseguente formazione del tetraidrossizincato di potassio, oltre a permettere, con una sua concentrazione elevata, una bassissima resistenza elettrica dell'elettrolita e quindi una bassissima resistenza interna della batteria ricaricabile. Potassium hydroxide, present in abundance, is the alkaline base that allows the solubilization of zinc and the consequent formation of potassium tetrahydroxyzincate, as well as allowing, with its high concentration, a very low electrical resistance of the electrolyte and therefore a very low internal resistance of the rechargeable battery.

Il tetraidrossizincato di litio concorre ad incrementare la densità energetica della batteria ricaricabile, giocando un ruolo importante (sebbene non essenziale) sulla tensione della cella e sulla sua stabilità. Il tetraidrossizincato di litio viene formato durante la scarica della batteria ricaricabile quando lo zinco metallico, cedendo elettroni, si solubilizza nell'elettrolita contenente idrossido di litio (LiOH) formando un terzo sale: il tetraidrossizincato di litio. Infatti, si deve notare che, diversamente da quanto avviene per quasi tutte le batterie ricaricabili della tecnica anteriore in cui, durante la scarica, la tensione scende in maniera significativa, le celle della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, grazie anche all'uso del tetraidrossizincato di litio, riescono a mantenere la tensione pressoché costante durante la fase di scarica. Questo porta ad avere una tensione nominale superiore al normale, e quindi una densità energetica più alta. Durante la carica della batteria ricaricabile, il tetraidrossizincato di litio diventa idrossido di litio e zinco metallico, lasciando dunque il litio sempre in soluzione acquosa. In altre parole, quando la batteria ricaricabile è scarica contiene tetraidrossizincato di potassio, tetraidrossizincato di sodio e tetraidrossizincato di litio; quando la batteria ricaricabile è carica contiene zinco metallico, idrossido di potassio, idrossido di sodio e idrossido di litio. The lithium tetrahydroxyzincate helps to increase the energy density of the rechargeable battery, playing an important (although not essential) role on the cell voltage and its stability. The lithium tetrahydroxyzincate is formed during the discharge of the rechargeable battery when the metallic zinc, by releasing electrons, is solubilized in the electrolyte containing lithium hydroxide (LiOH) forming a third salt: the lithium tetrahydroxyzincate. In fact, it should be noted that, unlike what happens for almost all the rechargeable batteries of the prior art in which, during discharge, the voltage drops significantly, the cells of the rechargeable battery according to the invention, thanks also to the use of the lithium tetrahydroxyzincate, they are able to keep the voltage almost constant during the discharge phase. This leads to a higher than normal rated voltage, and therefore a higher energy density. During charging of the rechargeable battery, the lithium tetrahydroxyzincate becomes lithium hydroxide and metallic zinc, thus leaving the lithium always in aqueous solution. In other words, when the rechargeable battery is discharged it contains potassium tetrahydroxyzincate, sodium tetrahydroxyzincate and lithium tetrahydroxyzincate; when the rechargeable battery is charged it contains metallic zinc, potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide.

E' ovvio che nelle fasi intermedie di carica/scarica tutte le speci sono presenti. It is obvious that in the intermediate charging / discharging phases all the species are present.

In altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, l'idrossido di potassio è sostituito con idrossido di sodio (NaOH). In tali forme di realizzazione, la solubilità dello zinco risulta essere molto più alta del caso in cui l'elettrolita comprende idrossido di potassio. In particolare, aumenta di circa quattro volte la solubilità dell'ossido di zinco (che, come detto sopra, è un composto primario utilizzabile in fase di preparazione dell'elettrolita), ma diminuisce la corrosione spontanea dello zinco metallico. Questo porta ad avere una migliore densità energetica dell'elettrolita ed una minore auto-scarica della cella. Di contro, l'idrossido di sodio nel tempo crea delle incrostazioni sia nell'elettrolita che sulle pareti interne del contenitore 100 della cella e con il passare del numero di cicli si potrebbero accumulare polveri metalliche che potrebbero mandare in corto circuito l'elettrodo positivo e l'elettrodo negativo. Per ovviare a ciò, è possibile miscelare l'idrossido di sodio e l'idrossido di potassio in una percentuale del 65% e del 35%, rispettivamente. In other embodiments of the rechargeable battery according to the invention, the potassium hydroxide is replaced with sodium hydroxide (NaOH). In such embodiments, the solubility of the zinc turns out to be much higher than in the case where the electrolyte comprises potassium hydroxide. In particular, the solubility of zinc oxide (which, as mentioned above, is a primary compound that can be used in the preparation of the electrolyte) increases by about four times, but the spontaneous corrosion of metallic zinc decreases. This leads to a better energy density of the electrolyte and a lower self-discharge of the cell. On the other hand, the sodium hydroxide over time creates deposits both in the electrolyte and on the internal walls of the container 100 of the cell and with the passing of the number of cycles metal powders could accumulate which could short-circuit the positive electrode and the negative electrode. To remedy this, it is possible to mix sodium hydroxide and potassium hydroxide in a percentage of 65% and 35%, respectively.

Così facendo, si ottengono una serie di effetti tecnici vantaggiosi. Innanzitutto, si evitano le incrostazioni. Inoltre, si incrementa la densità energetica dell'elettrolita, creando due sali attivi, segnatamente il tetraidrossizincato di potassio (K2Zn(OH)4) e il tetraidrossizincato di sodio (Na2Zn(OH)4). Ulteriormente, si riduce l'auto-scarica della cella, creando un corretto equilibrio fra i vari fattori. By doing so, a series of advantageous technical effects are obtained. First of all, encrustations are avoided. Furthermore, the energy density of the electrolyte is increased, creating two active salts, namely potassium tetrahydroxyzincate (K2Zn (OH) 4) and sodium tetrahydroxyzincate (Na2Zn (OH) 4). Further, the self-discharge of the cell is reduced, creating a correct balance between the various factors.

Questi fattori possono poi essere cambiati in base alle necessità ed ai diversi equilibri che si vogliono ottenere. These factors can then be changed according to the needs and the different balances that are to be obtained.

In una seconda forma di realizzazione della batteria secondo l'invenzione l'elettrolita comprende: In a second embodiment of the battery according to the invention, the electrolyte comprises:

tetraidrossizincato di potassio variabile dal 7% al 10%, opzionalmente pari a circa 8,5%, potassium tetrahydroxyzincate ranging from 7% to 10%, optionally equal to about 8.5%,

tetraidrossizincato di sodio variabile dal 10% al 30%, opzionalmente pari a circa il 20%, sodium tetrahydroxyzincate ranging from 10% to 30%, optionally equal to about 20%,

tetraidrossizincato di litio variabile dal 1% al 5%, opzionalmente pari a circa il 3%, lithium tetrahydroxyzincate ranging from 1% to 5%, optionally equal to about 3%,

esaidrossistannato di potassio variabile dal 1% al 5%, opzionalmente pari a circa il 3%, potassium hexahydroxystannate ranging from 1% to 5%, optionally equal to about 3%,

silicato di potassio variabile da 0,1% a 1%, opzionalmente pari a circa lo 0,5%, glicole etilenico variabile da 0,1 a 1%, opzionalmente pari a circa lo 0,5%, idrossido di potassio variabile dal 5% al 15%, opzionalmente pari a circa il 10%, e potassium silicate varying from 0.1% to 1%, optionally equal to about 0.5%, ethylene glycol varying from 0.1 to 1%, optionally equal to about 0.5%, potassium hydroxide varying from 5 % to 15%, optionally equal to about 10%, e

acqua variabile dal 44% al 64%, opzionalmente pari a circa il 54,5%. water variable from 44% to 64%, optionally equal to about 54.5%.

La specifica configurazione di ogni piastra negativa (200S e 200C) che forma l'elettrodo negativo è stata appropriatamente sviluppata per permettere un corretto deposito degli ioni di zinco evitando la formazione di dendriti e contribuendo in maniera considerevole alla leggerezza della batteria ricaricabile secondo l'invenzione. In proposito, ogni piastra negativa che forma l'elettrodo negativo comprende una struttura di supporto a rete metallica, a maglie vantaggiosamente molto strette, opzionalmente realizzata in ferro, e/o in ferro nichelato, e/o in rame, e/o in acciaio inox, sulla quale è applicato uno strato di lana d'acciaio costituita da una pluralità di filamenti pressati insieme aventi diametro nell'ordine dei centesimi di millimetro, opzionalmente variabile da 10 a 100 micrometri, più opzionalmente variabile da 15 a 50 micrometri, ancora più opzionalmente variabile da 20 a 35 micrometri, persino più opzionalmente pari a 25 micrometri, ed avente una porosità comprendente spazi vuoti in una porzione opzionalmente variabile dal 60% al 98% del volume, più opzionalmente variabile dal 75% al 95% del volume, ancora più opzionalmente variabile dal 80% al 90% del volume. Tale lana d'acciaio è simile a quella utilizzata per altri scopi, come la levigazione del legno nel restauro. Lo strato di lana d'acciaio applicato sulla struttura di supporto a rete metallica ha uno spessore opzionalmente variabile da 2 millimetri a 10 millimetri, più opzionalmente variabile da 4 millimetri a 7 millimetri, ancora più opzionalmente pari a circa 5 mm. The specific configuration of each negative plate (200S and 200C) that forms the negative electrode has been appropriately developed to allow a correct deposit of the zinc ions avoiding the formation of dendrites and contributing considerably to the lightness of the rechargeable battery according to the invention. . In this regard, each negative plate that forms the negative electrode comprises a metal mesh support structure, with advantageously very narrow meshes, optionally made of iron, and / or nickel-plated iron, and / or copper, and / or steel stainless steel, on which a layer of steel wool is applied consisting of a plurality of filaments pressed together having a diameter in the order of hundredths of a millimeter, optionally variable from 10 to 100 micrometers, more optionally variable from 15 to 50 micrometers, even more optionally variable from 20 to 35 micrometers, even more optionally equal to 25 micrometers, and having a porosity comprising empty spaces in an optionally variable portion from 60% to 98% of the volume, more optionally variable from 75% to 95% of the volume, again more optionally variable from 80% to 90% of the volume. Such steel wool is similar to that used for other purposes, such as wood sanding in restoration. The steel wool layer applied to the metal mesh support structure has an optionally variable thickness from 2 mm to 10 mm, more optionally variable from 4 mm to 7 mm, even more optionally equal to about 5 mm.

In particolare, la lana d'acciaio (come anche la struttura di supporto a rete metallica) dell'elettrodo negativo è vantaggiosamente rivestita di stagno. Ciò consente di depositare una grande quantità di zinco metallico sull'elettrodo negativo; inoltre, lo stagno del rivestimento presente sulla lana di acciaio, avendo un potenziale vicino allo zero (a differenza dell'acciaio nudo che è a circa -0,88 Volt), fa crollare immediatamente il voltaggio a 0 Volt appena tutto lo zinco si è dissolto nell'elettrolita, preservando così l'acciaio della lana. Per rivestire la lana d'acciaio (come anche la struttura di supporto a rete metallica) dell'elettrodo negativo di stagno, la struttura di supporto a rete metallica su cui è applicato lo strato di lana d'acciaio è immersa in un bagno galvanico contenente una soluzione acquosa di cloruro stannoso (SnCl2) e acido cloridrico (HCI), dove costituisce l'elettrodo negativo della cella di formazione galvanica, mentre un elettrodo di stagno puro costituisce l'elettrodo positivo del bagno, e viene applicata una corrente avente densità variabile da 80 mA/cm<2 >a 120 mA/cm<2>, opzionalmente pari a circa 100 mA/cm<2>. Dopo un intervallo di tempo variabile da 15 a 25 minuti, opzionalmente pari a 20 minuti, gli esili filamenti di acciaio della lana sono rivestiti dello strato di stagno purissimo e la formazione dell'elettrodo negativo della cella della batteria ricaricabile è completa. In particolare, il valore indicato della densità di corrente applicata nel bagno galvanico fa sì che i cristalli di stagno non crescano compatti ma aghiformi, aumentando la superficie di stagno esposta sull'elettrodo negativo rendendo il deposito dello zinco durante la ricarica della batteria secondo l'invenzione regolare ed uniforme. In particular, the steel wool (as well as the metal mesh support structure) of the negative electrode is advantageously coated with tin. This allows a large amount of metallic zinc to be deposited on the negative electrode; furthermore, the tin of the coating present on the steel wool, having a potential close to zero (unlike bare steel which is at about -0.88 Volt), immediately drops the voltage to 0 Volt as soon as all the zinc has been dissolved in the electrolyte, thus preserving the steel of the wool. To coat the steel wool (as well as the wire mesh support structure) of the negative tin electrode, the wire mesh support structure on which the steel wool layer is applied is immersed in a galvanic bath containing an aqueous solution of stannous chloride (SnCl2) and hydrochloric acid (HCI), where it constitutes the negative electrode of the galvanic formation cell, while a pure tin electrode constitutes the positive electrode of the bath, and a current with variable density is applied from 80 mA / cm <2> to 120 mA / cm <2>, optionally equal to approximately 100 mA / cm <2>. After a time interval ranging from 15 to 25 minutes, optionally equal to 20 minutes, the thin steel filaments of the wool are coated with the layer of pure tin and the formation of the negative electrode of the rechargeable battery cell is complete. In particular, the indicated value of the current density applied in the galvanic bath causes the tin crystals not to grow compact but needle-like, increasing the surface of tin exposed on the negative electrode making the zinc deposit during battery charging according to the regular and uniform invention.

Una composizione tipica del bagno galvanico può essere considerata la seguente: A typical composition of the galvanic bath can be considered as follows:

acqua (H2O) variabile dal 60% al 70%, tipicamente pari al 65%, water (H2O) variable from 60% to 70%, typically equal to 65%,

cloruro stannoso (SnCl2) variabile dal 25% al 30%, tipicamente pari al 27,5%, e acido cloridrico (HCl) variabile dal 5% al 10%, tipicamente pari al 7,5%. Stannous chloride (SnCl2) varying from 25% to 30%, typically equal to 27.5%, and hydrochloric acid (HCl) varying from 5% to 10%, typically equal to 7.5%.

Si deve tenere presente che altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione possono avere la lana d'acciaio (come anche la struttura di supporto a rete metallica) dell'elettrodo negativo priva del rivestimento di stagno; in tal caso, l'acciaio utilizzato è vantaggiosamente acciaio inox 316. It should be borne in mind that other embodiments of the rechargeable battery according to the invention may have the steel wool (as well as the wire mesh support structure) of the negative electrode devoid of the tin coating; in this case, the steel used is advantageously 316 stainless steel.

In altre parole, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione sfrutta, per il suo funzionamento, gli ioni di zinco, stagno e litio che partecipano alle reazioni elettrochimiche della cella della batteria ricaricabile secondo l'invenzione. Gli ioni di zinco e stagno si depositano in forma metallica sulla lana di acciaio stagnata, sebbene lo stagno, avendo un potenziale prossimo allo zero, non contribuisce alla forza elettromotrice (f.e.m.) finale della cella della batteria ricaricabile secondo l'invenzione. Come detto, gli ioni di litio restano sempre in forma liquida, passando dall'idrossido di litio al tetraidrossizincato di litio durante il processo di scarica. In other words, the rechargeable battery according to the invention exploits, for its operation, the zinc, tin and lithium ions which participate in the electrochemical reactions of the cell of the rechargeable battery according to the invention. The zinc and tin ions are deposited in metallic form on the tinned steel wool, although tin, having a potential close to zero, does not contribute to the final electromotive force (f.e.m.) of the rechargeable battery cell according to the invention. As mentioned, lithium ions always remain in liquid form, passing from lithium hydroxide to lithium tetrahydroxyzincate during the discharge process.

Grazie all'innovativo elettrolita utilizzato nella cella, le due piastre 300 che formano l'elettrodo positivo possono essere realizzate in vari ossidi metallici, ottenendo diversi risultati in termini di voltaggio e capacità della cella. Opzionalmente, i metalli nei cui ossidi possono essere realizzate le due piastre 300 dell'elettrodo positivo sono selezionati dal gruppo comprendente o consistente di rame, nichel, manganese, cobalto e argento. Thanks to the innovative electrolyte used in the cell, the two plates 300 that form the positive electrode can be made of various metal oxides, obtaining different results in terms of voltage and capacity of the cell. Optionally, the metals in whose oxides the two plates 300 of the positive electrode can be made are selected from the group comprising or consisting of copper, nickel, manganese, cobalt and silver.

Utilizzando l'ossido di rame (segnatamente l'ossido rameico CuO e l'ossido rameoso Cu2O) come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo si ottiene la miglior batteria in termini di bassi costi e bassa resistenza interna. L'ossido di rame è un semiconduttore naturale che non ha bisogno di agenti droganti per aumentare la sua conducibilità, che può essere al più incrementata miscelando l'ossido di rame con una percentuale di peso di polvere metallica di nichel e/o di grafite variabile dal 5% al 40%, che consente di aumentarne anche la porosità (in particolare, con una percentuale bassa di grafite si incrementa la capacità e quindi la densità energetica della batteria ricaricabile, mentre una percentuale alta di grafite favorisce le scariche con forti correnti). Con questa combinazione una cella della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, comprendente rame, zinco, stagno e litio, ha un voltaggio di 0,8 Volt ed una capacità assai elevata, pari a circa 619 ampere-ora per chilogrammo (Ah/Kg, dove 1 Ah = 3600 Coulomb) per l'elettrodo positivo formato dalle due piastre 300 in ossido di rame e 800 Ah/Kg per l'elettrodo negativo. Utilizzando il rame come elettrodo positivo, si ottiene la più particolare curva di scarica, durante la quale il voltaggio, anziché scendere o restare costante, tende a salire anche di diversi decimi di Volt. Questo è possibile grazie alla riduzione in rame metallico dell'ossido di rame che, durante la scarica, trasformandosi in rame metallico, migliora ulteriormente la conduttività dell'elettrodo positivo, abbattendo ancora la resistenza interna della cella con un conseguente aumento del voltaggio durante la scarica. In particolare, durante le fasi di carica e scarica il rame e l'ossido di rame partecipano alle seguenti reazioni: Using copper oxide (in particular cupric oxide CuO and cuprous oxide Cu2O) as the material of the two plates 300 of the positive electrode, the best battery is obtained in terms of low cost and low internal resistance. Copper oxide is a natural semiconductor that does not need doping agents to increase its conductivity, which can be increased at the most by mixing the copper oxide with a variable weight percentage of nickel and / or graphite metal powder. from 5% to 40%, which also increases its porosity (in particular, with a low percentage of graphite the capacity and therefore the energy density of the rechargeable battery are increased, while a high percentage of graphite favors discharges with strong currents) . With this combination, a rechargeable battery cell according to the invention, comprising copper, zinc, tin and lithium, has a voltage of 0.8 Volt and a very high capacity, equal to about 619 ampere-hours per kilogram (Ah / Kg, where 1 Ah = 3600 Coulomb) for the positive electrode formed by the two plates 300 in copper oxide and 800 Ah / Kg for the negative electrode. Using copper as a positive electrode, the most particular discharge curve is obtained, during which the voltage, instead of falling or remaining constant, tends to rise even by several tenths of a Volt. This is possible thanks to the reduction of the copper oxide in metallic copper which, during the discharge, transforming itself into metallic copper, further improves the conductivity of the positive electrode, further reducing the internal resistance of the cell with a consequent increase in voltage during the discharge. . In particular, during the charging and discharging phases, copper and copper oxide participate in the following reactions:

Utilizzando l'ossido di argento (segnatamente nelle due forme Using silver oxide (in particular in the two forms

come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo si ottiene la miglior batteria in termini di densità energetica, superando di gran lunga le attuali migliori batterie al litio di circa il 30-40%. Opzionalmente, l'ossido di argento è miscelato con una percentuale di peso di polvere metallica di nichel e/o di grafite variabile dal 5% al 40%. Il comportamento della cella è praticamente uguale a quello della cella avente l'elettrodo positivo in ossido di rame, ma con voltaggio doppio, pari a 1,6 Volt nominali. La capacità è ancora pari a circa 619 Ah/Kg per l'elettrodo positivo formato dalle due piastre 300 in ossido di rame e 800 Ah/Kg per l'elettrodo negativo. Anche in questo caso la cella presenta l'andamento di salita della tensione sotto carico, per via della riduzione in argento metallico dell'ossido di argento. In particolare, durante le fasi di carica e scarica l'argento e l'ossido di argento partecipano alle seguenti reazioni: as the material of the two 300 plates of the positive electrode the best battery in terms of energy density is obtained, far surpassing the current best lithium batteries by about 30-40%. Optionally, the silver oxide is mixed with a weight percentage of nickel and / or graphite metal powder ranging from 5% to 40%. The behavior of the cell is practically the same as that of the cell having the positive electrode in copper oxide, but with double voltage, equal to 1.6 Volt nominal. The capacity is still equal to about 619 Ah / Kg for the positive electrode formed by the two plates 300 in copper oxide and 800 Ah / Kg for the negative electrode. Also in this case the cell shows the rising trend of the voltage under load, due to the reduction of the silver oxide in metallic silver. In particular, during the charging and discharging phases, silver and silver oxide participate in the following reactions:

L'ossido di rame e l'ossido di argento consentono una elevata capacità per l'elettrodo positivo grazie al doppio legame che rame ed argento hanno con l'ossigeno, fornendo un doppio stadio di ossidazione (+1 e 2). Copper oxide and silver oxide allow a high capacity for the positive electrode thanks to the double bond that copper and silver have with oxygen, providing a double oxidation stage (+1 and 2).

In proposito, il rame e l'argento non hanno trovato nel corso della storia degli accumulatori un largo uso, a causa della loro solubilità nei composti alcalini. Questo ne ha sempre limitato l'uso alle batterie primarie non ricaricabili, in quanto la loro solubilità si manifesta soltanto durante le fasi di carica ma non in quelle di scarica. Nella batteria ricaricabile secondo l'invenzione è possibile, invece, utilizzare questi metalli senza incorrere nel problema della solubilità, grazie allo speciale elettrolita, che passiva i metalli come rame e argento quando tendono a solubilizzarsi passando in soluzione, e grazie a diversi catalizzatori che vengono aggiunti agli ossidi dell'elettrodo positivo. In this regard, copper and silver have not found a wide use throughout the history of accumulators, due to their solubility in alkaline compounds. This has always limited their use to non-rechargeable primary batteries, as their solubility is manifested only during the charging phases but not in the discharge phases. In the rechargeable battery according to the invention it is possible, on the other hand, to use these metals without incurring the problem of solubility, thanks to the special electrolyte, which passivates metals such as copper and silver when they tend to dissolve, passing into solution, and thanks to various catalysts that are added to the oxides of the positive electrode.

Utilizzando l'idrossido di nichel (Ni(OH)2) come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo, la cella acquista il miglior equilibrio tra prestazioni, densità energetica e basso costo delle materie prime. In questo caso, la cella ha 1,65 Volt nominali ed una capacità pari a circa 250 Ah/Kg per l'elettrodo positivo in idrossido di nichel e 800 Ah/Kg per l'elettrodo negativo. In questo accoppiamento si sfrutta un solo salto di ossidazione del nichel da 2 a 3, dove durante la ricarica della batteria l'idrossido di nichel viene trasformato in ossi-idrossido di nichel (NiO(OH)): By using nickel hydroxide (Ni (OH) 2) as the material of the two 300 plates of the positive electrode, the cell acquires the best balance between performance, energy density and low cost of raw materials. In this case, the cell has a nominal 1.65 Volts and a capacity of approximately 250 Ah / Kg for the positive nickel hydroxide electrode and 800 Ah / Kg for the negative electrode. In this coupling, a single oxidation step of nickel from 2 to 3 is exploited, where during the recharging of the battery the nickel hydroxide is transformed into nickel oxyhydroxide (NiO (OH)):

Dato che l'idrossido di nichel non viene ridotto a nichel metallico, questa configurazione non presenta la salita di tensione e per questo è vantaggioso arricchire l'idrossido di nichel con una percentuale variabile dal 30% al 50% di peso di polvere metallica di nichel e/o grafite, nessuno dei quali prende parte alle reazioni chimiche, ma entrambi i quali fungeranno esclusivamente da conduttori, migliorando di molto la resistenza interna dell'elettrodo positivo. Since the nickel hydroxide is not reduced to metallic nickel, this configuration does not present the voltage rise and for this reason it is advantageous to enrich the nickel hydroxide with a variable percentage from 30% to 50% by weight of nickel metallic powder. and / or graphite, neither of which takes part in the chemical reactions, but both of which will act exclusively as conductors, greatly improving the internal resistance of the positive electrode.

Utilizzando l'ossido di cobalto (CO3O4) e/o l'idrossido di cobalto Co(OH)2 come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo, la cella ha prestazioni molto simili a quelle della cella in cui l'elettrodo positivo è realizzato in idrossido di nichel, sebbene con un costo di materia prima più elevato. Tuttavia, la leggera solubilità dell'ossido di cobalto nell'elettrolita lo rende leggermente più reattivo in termini di scariche veloci. Vantaggiosamente, l'aggiunta del 5-10 % di ossido di cobalto all'idrossido di nichel come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo favorisce e catalizza, nella fase di carica, il passaggio da idrossido di nichel a ossi-idrossido di nichel migliorando quindi le prestazioni della cella; in tal caso, le piastre 300 dell'elettrodo positivo sono molto simili alle piastre utilizzate nelle convenzionali batterie nichel-cadmio della tecnica anteriore. Opzionalmente, l'ossido di cobalto e/o l'idrossido di cobalto è miscelato con una percentuale variabile dal 30% al 50% di peso di polvere metallica di nichel e/o grafite. By using cobalt oxide (CO3O4) and / or cobalt hydroxide Co (OH) 2 as the material of the two 300 plates of the positive electrode, the cell has very similar performance to that of the cell where the positive electrode is made of nickel hydroxide, albeit with a higher raw material cost. However, the slight solubility of cobalt oxide in the electrolyte makes it slightly more reactive in terms of fast discharges. Advantageously, the addition of 5-10% of cobalt oxide to the nickel hydroxide as material of the two plates 300 of the positive electrode favors and catalyzes, in the charging phase, the passage from nickel hydroxide to nickel oxyhydroxide thus improving the performance of the cell; in this case, the plates 300 of the positive electrode are very similar to the plates used in conventional nickel-cadmium batteries of the prior art. Optionally, cobalt oxide and / or cobalt hydroxide is mixed with a percentage ranging from 30% to 50% by weight of nickel and / or graphite metal powder.

Utilizzando il biossido di manganese (Mn02) come materiale delle due piastre 300 dell'elettrodo positivo, si ottiene, come per l'ossido di rame, una cella con bassi costi di materia attiva, ma con una resistenza interna superiore rispetto al rame. Inoltre, la cella ha un voltaggio più alto, pari a circa 1,5 Volt. Opzionalmente, il biossido di manganese è miscelato con una percentuale variabile dal 30% al 70% di peso di polvere metallica di nichel e/o grafite. La capacità dell'elettrodo positivo in biossido di manganese è pari a 250 Ah/Kg, mentre quella dell'elettrodo negativo è ancora pari a 800 Ah/kg. L'utilizzo del biossido di manganese in una batteria ricaricabile è un'importante innovazione, in quanto il suo utilizzo nelle batterie secondarie è sempre stato ostacolato dalla sua forte solubilità, durante la ricarica, negli elettroliti acquosi. Nella batteria ricaricabile secondo l'invenzione questo fenomeno viene risolto grazie alla particolare composizione dell'elettrolita che è arricchito da alcuni catalizzatori. Il biossido di manganese, seppur non presentando la stessa vita dell'idrossido di nichel, in termini di numero di cicli, ha un costo molto basso che ne consente vari usi, come l'accumulo stazionario di backup, o addirittura l'accumulo stagionale stazionario. Come per l'idrossido di nichel, anche il biossido di manganese, durante la scarica, non arriva a trasformarsi nella fase metallica, fermandosi ad una fase intermedia, l'ossi-idrossido di manganese: By using manganese dioxide (Mn02) as the material of the two plates 300 of the positive electrode, we obtain, as for copper oxide, a cell with low costs of active material, but with a higher internal resistance than copper. In addition, the cell has a higher voltage, approximately 1.5 volts. Optionally, manganese dioxide is mixed with a percentage varying from 30% to 70% by weight of nickel and / or graphite metal powder. The capacity of the positive electrode in manganese dioxide is equal to 250 Ah / Kg, while that of the negative electrode is still equal to 800 Ah / kg. The use of manganese dioxide in a rechargeable battery is an important innovation, as its use in secondary batteries has always been hindered by its strong solubility, during recharging, in aqueous electrolytes. In the rechargeable battery according to the invention this phenomenon is solved thanks to the particular composition of the electrolyte which is enriched by some catalysts. Manganese dioxide, although not having the same life as nickel hydroxide, in terms of number of cycles, has a very low cost that allows for various uses, such as backup stationary storage, or even stationary seasonal storage. . As for the nickel hydroxide, also the manganese dioxide, during the discharge, does not get to transform into the metal phase, stopping at an intermediate phase, the manganese oxyhydroxide:

In base all'accoppiamento dell'elettrodo negativo con questi vari ossidi metallici si ottengono diverse combinazioni di voltaggio, amperaggio e quindi densità energetica. Nella versione più prestante in cui l'elettrodo positivo è realizzato in ossido di argento, si può avere una densità energetica fino a circa 200 Wh/Kg, mentre con gli altri ossidi la densità energetica è variabile da circa 70 a circa 110 Wh/kg. Based on the coupling of the negative electrode with these various metal oxides, different combinations of voltage, amperage and therefore energy density are obtained. In the more performing version in which the positive electrode is made of silver oxide, it is possible to have an energy density up to about 200 Wh / Kg, while with the other oxides the energy density is variable from about 70 to about 110 Wh / kg .

Altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione possono avere l'elettrodo positivo realizzato con una combinazione di due o più degli ossidi illustrati sopra, ottenendo versioni ibride di elettrodo positivo. Other embodiments of the rechargeable battery according to the invention can have the positive electrode made with a combination of two or more of the oxides illustrated above, obtaining hybrid versions of positive electrode.

Grazie allo specifico elettrolita, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione può essere ricaricata e scaricata rapidamente con una corrente fino a 5C (i.e. con una corrente pari a 5 volte la capacità della cella: nel caso di una batteria ricaricabile avente capacità pari a 10 ampere-ora, la corrente di carica o scarica in 5C è pari a 50 ampere). In tal modo, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione può essere ricaricata in 15-20 minuti, permettendo così la ricarica rapida in caso, ad esempio, di applicazioni su auto elettriche (e, più in generale, su veicoli elettrici). Thanks to the specific electrolyte, the rechargeable battery according to the invention can be quickly recharged and discharged with a current up to 5C (i.e. with a current equal to 5 times the cell capacity: in the case of a rechargeable battery having a capacity of 10 amperes - now, the charge or discharge current in 5C is equal to 50 amps). In this way, the rechargeable battery according to the invention can be recharged in 15-20 minutes, thus allowing rapid recharging in the case, for example, of applications on electric cars (and, more generally, on electric vehicles).

Concentrando in maniera considerevole l'idrossido di potassio (e/o l'idrossido di sodio) è possibile raggiungere valori della corrente di scarica anche più elevati. By considerably concentrating potassium hydroxide (and / or sodium hydroxide) it is possible to reach even higher discharge current values.

Vantaggiosamente, la cella comprende un numero di piastre positive che formano l'elettrodo positivo inferiore al numero di piastre negative che formano l'elettrodo negativo per ottenere una migliore densità energetica. Nel caso in cui il numero di piastre positive che formano l'elettrodo positivo sia superiore al numero di piastre negative che formano l'elettrodo negativo, si incrementa la potenza istantanea della batteria ricaricabile. Nella prima forma di realizzazione mostrata nelle Figure, le piastre positive sono due e vi sono tre piastre negative che formano l'elettrodo negativo. Advantageously, the cell comprises a number of positive plates forming the positive electrode lower than the number of negative plates forming the negative electrode in order to obtain a better energy density. If the number of positive plates forming the positive electrode is greater than the number of negative plates forming the negative electrode, the instantaneous power of the rechargeable battery is increased. In the first embodiment shown in the Figures, the positive plates are two and there are three negative plates which form the negative electrode.

Il tappo 400 della cella è vantaggiosamente un tappo in ceramica porosa configurato per lasciar defluire eventuali gas che si generano durante la sovraccarica, ed allo stesso tempo per evitare il contatto fra aria ed elettrolita impedendo che la componente di anidride carbonica (CO2) dell'aria contamini l'elettrolita trasformando gli idrossidi in carbonati. The cap 400 of the cell is advantageously a porous ceramic cap configured to allow any gases generated during the overload to flow out, and at the same time to avoid contact between air and electrolyte, preventing the carbon dioxide (CO2) component of the air contaminate the electrolyte by transforming the hydroxides into carbonates.

La ricarica della cella (e di conseguenza della batteria ricaricabile secondo l'invenzione) è molto semplice perché, grazie agli ioni di zinco disciolti nell'elettrolita, la tensione resta praticamente costante fin quando sono presenti gli ioni in soluzione. Quando tutti gli ioni di zinco si sono depositati in forma metallica, la tensione sale rapidamente, permettendo di individuare facilmente lo stato di fine carica. Se si continua a fornire energia alla cella, si genera elettrolisi con produzione di gas, che in ogni caso non rovina le materie attive, lasciandole semplicemente depositate nello stato finale di carica. Charging the cell (and consequently the rechargeable battery according to the invention) is very simple because, thanks to the zinc ions dissolved in the electrolyte, the voltage remains practically constant as long as the ions are present in solution. When all the zinc ions are deposited in metallic form, the voltage rises rapidly, allowing you to easily identify the state of end of charge. If you continue to supply energy to the cell, electrolysis is generated with the production of gas, which in any case does not damage the active materials, simply leaving them deposited in the final state of charge.

L'inventore ha condotto una serie di test sperimentali su una cella della batteria ricaricabile mostrata nelle Figure 1-3 avente 50 ampere-ora nominali e tensione nominale 1.65V. Il protocollo di ciclazione utilizzato durante i test è stato il seguente: The inventor conducted a series of experimental tests on a rechargeable battery cell shown in Figures 1-3 having a nominal 50 amp-hours and a nominal voltage of 1.65V. The cycling protocol used during the tests was the following:

carica completa della batteria per una durata di 10 ore a corrente costante di 8 ampere, full charge of the battery for a duration of 10 hours at a constant current of 8 amperes,

scarica completa della batteria (raggiungimento di una tensione minima di 1.2V) con corrente costante 8 ampere. complete discharge of the battery (reaching a minimum voltage of 1.2V) with constant current 8 amperes.

La sensoristica utilizzata comprende sensori a effetto hall (LAS 50TP) per la rilevazione della corrente e convertitore ana logico-digitali per la lettura della tensione. The sensors used include hall-effect sensors (LAS 50TP) for detecting the current and ana-logic-digital converter for reading the voltage.

Nelle Figure 4-8 sono riportati i grafici con una campionatura di 1000 misurazioni al secondo. La capacità della batteria e l'energia fornita alla batteria o erogata dalla batteria è calcolata per integrazione sul tempo dei dati misurati. Figures 4-8 show the graphs with a sampling of 1000 measurements per second. The battery capacity and the energy supplied to the battery or delivered by the battery is calculated by integration over the time of the measured data.

La Figura 4 mostra il grafico di carica, in cui si nota che dopo circa 6 ore e 30 minuti, completato il processo di carica della batteria, la tensione rimane costante (anche la corrente viene mantenuta costante). In questa fase la batteria non sta più assorbendo energia e l'energia fornita viene dissipata sottoforma di elettrolisi. La batteria può continuare a dissipare energia con questa modalità per un tempo indefinito senza alcun rischio. Figure 4 shows the charge graph, in which it is noted that after about 6 hours and 30 minutes, once the battery charging process is complete, the voltage remains constant (the current is also kept constant). In this phase the battery is no longer absorbing energy and the energy supplied is dissipated in the form of electrolysis. The battery can continue to dissipate energy in this mode indefinitely without any risk.

La Figura 5 mostra il grafico di scarica. Figure 5 shows the discharge graph.

Le Figure 6 e 7 mostrano, rispettivamente, le curve combinate di tensione di carica e di tensione di scarica e la curva di potenza assorbita ed erogata. Figures 6 and 7 show, respectively, the combined charge voltage and discharge voltage curves and the absorbed and delivered power curve.

In base ai dati ottenuti dai test, l'energia e la capacità assorbite durante la fase di carica (esclusa la sovraccarica) sono state: Based on the data obtained from the tests, the energy and capacity absorbed during the charging phase (excluding overcharging) were:

Mentre l'energia e la capacità erogate sono state: While the energy and capacity delivered were:

Il rendimento energetico sul ciclo completo risulta quindi essere: The energy efficiency on the complete cycle is therefore:

Mentre il rendimento sulla capacità risulta essere: While the yield on capacity turns out to be:

La Figura 8 mostra il grafico che rappresenta la variazione di capacità delle piastre in funzione del numero di cicli di carica e scarica effettuato. Si nota che la capacità della batteria rimane superiore alla capacità nominale anche dopo 260 ciclazioni. Figure 8 shows the graph that represents the variation in the capacity of the plates as a function of the number of charge and discharge cycles performed. It is noted that the battery capacity remains higher than the nominal capacity even after 260 cycles.

In altre parole, in base ai risultati ottenuti dai test effettuati la batteria ricaricabile testata ha le seguenti caratteristiche: In other words, based on the results obtained from the tests carried out, the rechargeable battery tested has the following characteristics:

un'efficienza energetica di circa l'80% su un ciclo completo (con sovra-carica a 8A), energy efficiency of approximately 80% over a full cycle (with 8A over-charge),

un rendimento in capacità di circa il 95% su un ciclo completo, e resistenza a sovraccarica (non necessita di BMS in quanto può essere caricata o scaricata totalmente). a capacity efficiency of about 95% on a complete cycle, and resistance to overload (does not require BMS as it can be fully charged or discharged).

Inoltre, il rendimento in capacità è decisamente più alto di quello energetico, per cui esiste ancora un ampio margine di miglioramento sull'efficienza energetica. Furthermore, the efficiency in capacity is much higher than the energy efficiency, so there is still a lot of room for improvement on energy efficiency.

Grazie a queste proprietà, la batteria secondo l'invenzione non richiede alcun sistema di gestione del pacco batteria, anche noto come BMS (Battery Management System) che viene utilizzato nelle celle al litio della tecnica anteriore per eseguire il monitoraggio e la conseguente gestione del pacco batterie, garantendo la sicurezza e una maggior durata del pacco batterie e per equilibrarlo a fine carica, evitando salite di tensioni e perciò incendi ed esplosioni. E' sufficiente quindi collegare, nel banco della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, tutte le celle in serie e fornire semplicemente energia. La modalità più semplice è a corrente costante, dove al registrarsi della salita di tensione repentina, si interrompe la carica. Il risparmio del circuito BMS (indispensabile nelle celle al litio) pone la batteria ricaricabile secondo l'invenzione in una condizione ancora più sicura ed economica. Thanks to these properties, the battery according to the invention does not require any management system of the battery pack, also known as BMS (Battery Management System) which is used in the lithium cells of the prior art to perform the monitoring and the consequent management of the pack. batteries, ensuring the safety and longer life of the battery pack and to balance it at the end of the charge, avoiding voltage rises and therefore fires and explosions. It is therefore sufficient to connect all the cells in series in the bank of the rechargeable battery according to the invention and simply supply energy. The simplest mode is constant current, where charging is interrupted when the sudden voltage rise occurs. The saving of the BMS circuit (indispensable in lithium cells) places the rechargeable battery according to the invention in an even safer and more economical condition.

Opzionalmente, è anche possibile installare, come protezione addizionale, un tappo ceramico contenente platino, in modo che, in caso di rottura del caricatore, la possibile elettrolisi contenente idrogeno e ossigeno, possa essere ricombinata e ritrasformata in acqua all'interno della cella. Il tappo si presenta come una sorta di cella a combustibile comprendente due membrane di grafite rivestite di platino o nichel separate tra loro da un setto poroso di ceramica (o polietilene sinterizzato). Il setto poroso in ceramica (o polietilene sinterizzato) è imbevuto dell'elettrolita stesso della cella. Le due membrane in grafite sono poste una a contatto con l'aria e una a contatto con i gas all'interno della cella. Tale tappo ceramico consente di risolvere il problema della generazione di idrogeno all'interno della cella per sovraccarica. La prima soluzione è quella di cortocircuitare in fase costruttiva le due membrane di grafite facendo combinare l'idrogeno con l'ossigeno atmosferico per formare acqua che sarà rimandata nella cella. La seconda soluzione è quella di sfruttare la tensione prodotta dalle membrane per far accendere una spia luminosa di avviso o comandare un circuito di sicurezza che interrompa l'erogazione di corrente da parte del caricatore. Optionally, it is also possible to install, as additional protection, a ceramic cap containing platinum, so that, in the event of the magazine breaking, the possible electrolysis containing hydrogen and oxygen, can be recombined and transformed back into water inside the cell. The cap looks like a sort of fuel cell comprising two graphite membranes coated with platinum or nickel separated from each other by a porous ceramic (or sintered polyethylene) septum. The porous ceramic (or sintered polyethylene) septum is soaked in the cell's own electrolyte. The two graphite membranes are placed one in contact with the air and one in contact with the gases inside the cell. This ceramic cap allows to solve the problem of hydrogen generation inside the cell due to overload. The first solution is to short-circuit the two graphite membranes in the construction phase by combining hydrogen with atmospheric oxygen to form water which will be sent back to the cell. The second solution is to exploit the voltage produced by the membranes to turn on a warning light or command a safety circuit that interrupts the supply of current by the charger.

In proposito, tale tappo ceramico potrebbe essere utilizzato anche come dispositivo di protezione per altre celle elettrochimiche differenti da quelle della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, incluse le celle elettrochimiche della tecnica anteriore. In this regard, this ceramic cap could also be used as a protection device for other electrochemical cells different from those of the rechargeable battery according to the invention, including the electrochemical cells of the prior art.

La sicurezza della batteria ricaricabile secondo l'invenzione, superiore a quella delle più moderne tecnologie di batterie al litio della tecnica anteriore, la rende particolarmente utilizzabile in applicazioni domestiche e automotive. Grazie al suo contenuto acquoso e alla presenza di litio, zinco e stagno, le prestazioni in termini di cariche e scariche sono estremamente elevate, e la sicurezza è altrettanto alta perché, grazie al suo contenuto acquoso, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione non può esplodere né incendiarsi, ed è quindi intrinsecamente sicura. Inoltre, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione è non inquinante e molto più economica delle batterie al litio della tecnica anteriore sia per l'utilizzo di materie attive a basso costo e sia per la sua più facile realizzazione. In proposito, la sua riciclabilità la rende ecologica e rispettosa dell'ambiente, dato che i suoi componenti non sono tossici né nocivi, e risultano sempre ben separabili fra loro. Infatti, lo zinco e lo stagno si trovano nel liquido, il ferro nelle piastre negative (200S e 200C) che formano l'elettrodo negativo, e gli ossidi metallici nelle piastre positive (300) che formano l'elettrodo positivo. In fase di riciclaggio risulta dunque facile separare i componenti e riciclarli. The safety of the rechargeable battery according to the invention, superior to that of the most modern lithium battery technologies of the prior art, makes it particularly usable in domestic and automotive applications. Thanks to its aqueous content and the presence of lithium, zinc and tin, the performances in terms of charges and discharges are extremely high, and the safety is just as high because, thanks to its aqueous content, the rechargeable battery according to the invention cannot explode or catch fire, and is therefore inherently safe. Furthermore, the rechargeable battery according to the invention is non-polluting and much cheaper than the lithium batteries of the prior art both for the use of low-cost active materials and for its easier realization. In this regard, its recyclability makes it ecological and respectful of the environment, since its components are neither toxic nor harmful, and are always well separable from each other. In fact, zinc and tin are found in the liquid, iron in the negative plates (200S and 200C) which form the negative electrode, and metal oxides in the positive plates (300) which form the positive electrode. During the recycling phase, it is therefore easy to separate the components and recycle them.

Ulteriormente, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione è facile da trasportare. In proposito, le comuni batterie al litio della tecnica anteriore presentano molti problemi per il trasporto aereo pervia della loro pericolosità di incendio ed esplosioni, in quanto non possono essere trasportate secche od inattive. Diversamente, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione ha la possibilità di essere costruita e trasportata secca e inattiva, non rappresentando un problema per il trasporto via aria. Infatti, la batteria ricaricabile secondo l'invenzione può essere attivata in loco semplicemente riempiendola con l'elettrolita trasportato in taniche sigillate, anch'esso inattivo. Basterà poi caricare le batterie per renderle attive e pronte all'uso. Furthermore, the rechargeable battery according to the invention is easy to transport. In this regard, the common lithium batteries of the prior art present many problems for air transport due to their danger of fire and explosions, as they cannot be transported dry or inactive. Otherwise, the rechargeable battery according to the invention has the possibility of being built and transported dry and inactive, not representing a problem for transport by air. In fact, the rechargeable battery according to the invention can be activated on site simply by filling it with the electrolyte transported in sealed tanks, which is also inactive. Then just charge the batteries to make them active and ready for use.

Vantaggiosamente, come mostrato nelle Figure per la prima forma di realizzazione, il contenitore 100 della cella della batteria ricaricabile secondo l'invenzione è vantaggiosamente provvisto di un cireolatore 500. In particolare, poiché l'elettrolita è composto da metalli, che sono più pesanti dell'acqua, tende a stratificarsi facilmente e potrebbe compromettere il corretto deposito dello zinco. Il cireolatore 500 è configurato per rimescolare l'elettrolita contrastandone la stratificazione. Il cireolatore 500 è configurato per funzionare vantaggiosamente nella fase della ricarica, per favorire il corretto deposito dello zinco, mentre non è fondamentale nella fase di scarica. Il circolatore 500 è composto da un dispositivo elettromagnetico, e.g. comprendente un motore elettrico, completamente isolato ed immerso nel liquido della cella, che è accoppiato a palette ad elica: quando il motore elettrico viene alimentato, fa ruotare le palette ad elica che rimescolano l'elettrolita. La tensione di funzionamento può essere pari a circa 1 Volt, per cui il motore elettrico può essere alimentato dalla stessa tensione della cella in cui è installato. Advantageously, as shown in the Figures for the first embodiment, the container 100 of the rechargeable battery cell according to the invention is advantageously provided with a cyreolator 500. In particular, since the electrolyte is composed of metals, which are heavier than water tends to stratify easily and could compromise the correct zinc deposit. The cyreolator 500 is configured to remix the electrolyte, counteracting its stratification. The cyreolator 500 is configured to operate advantageously in the recharging phase, to favor the correct deposition of the zinc, while it is not essential in the discharge phase. The circulator 500 is composed of an electromagnetic device, e.g. comprising an electric motor, completely isolated and immersed in the liquid of the cell, which is coupled to propeller blades: when the electric motor is powered, it rotates the propeller blades which mix the electrolyte. The operating voltage can be approximately 1 Volt, so the electric motor can be powered by the same voltage as the cell in which it is installed.

Con riferimento alle Figure 9 e 10, si può osservare che una terza forma di realizzazione della batteria ricaricabile secondo l'invenzione ha le piastre che formano gli elettrodi positivo e negativo disposte orizzontalmente, anziché verticalmente. In particolare, il contenitore 100H ha una base 110 configurata per poggiare su un piano di supporto (non mostrato) e l'elettrodo negativo è formato da un'unica piastra negativa 200H poggiata sulla base 110 del contenitore 100 (ovvero sul fondo del contenitore 100); l'elettrodo positivo è formato da un'unica piastra positiva 300H arrangiata nel contenitore 100H ad un'altezza dalla base 110 (i.e. dal fondo del contenitore 100) maggiore rispetto alla piastra negativa 200H. Tale arrangiamento non soffre della stratificazione elettrolitica e, dunque, non necessita di alcun cireolatore: gli zincati, più pesanti dell'acqua, si stratificheranno sul fondo dove è presente la piastra negativa 200H, pronta a raccogliere completamente tutto lo zinco. La piastra positiva 300H, arrangiata ad altezza maggiore, non ha bisogno degli zincati per funzionare, per cui questo arrangiamento non ha bisogno del cireolatore, risultando la batteria ricaricabile particolarmente vantaggiosa per applicazioni automotive per la limitata altezza del contenitore 100H. With reference to Figures 9 and 10, it can be observed that a third embodiment of the rechargeable battery according to the invention has the plates forming the positive and negative electrodes arranged horizontally, rather than vertically. In particular, the container 100H has a base 110 configured to rest on a support surface (not shown) and the negative electrode is formed by a single negative plate 200H resting on the base 110 of the container 100 (i.e. on the bottom of the container 100 ); the positive electrode is formed by a single positive plate 300H arranged in the container 100H at a height from the base 110 (i.e. from the bottom of the container 100) greater than the negative plate 200H. This arrangement does not suffer from electrolytic stratification and, therefore, does not require any cyreolator: the galvanized ones, heavier than water, will stratify on the bottom where the 200H negative plate is present, ready to completely collect all the zinc. The 300H positive plate, arranged at a higher height, does not need the galvanized to work, so this arrangement does not need the cireolator, making it the particularly advantageous rechargeable battery for automotive applications due to the limited height of the 100H container.

Altre forme di realizzazione della batteria ricaricabile possono comprendere due o più piastre negative e/o due o più piastre positive arrangiate orizzontalmente (come mostrato nelle Figure 9 e 10), ed in tal caso il contenitore è provvisto di un cireolatore. Other embodiments of the rechargeable battery may comprise two or more negative plates and / or two or more positive plates arranged horizontally (as shown in Figures 9 and 10), and in this case the container is provided with a cyreulator.

In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma è da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. In the foregoing, the preferred embodiments have been described and variants of the present invention have been suggested, but it is to be understood that those skilled in the art will be able to make modifications and changes without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by the claims attached.

Claims

CLAIMS 1. Negative electrode of a rechargeable battery cell, on which an oxidation occurs during a discharge process of the rechargeable battery and a reduction during a charging process of the rechargeable battery, formed by at least one negative plate (200C, 200S) comprising a structure metal mesh support on which is applied a layer of steel wool consisting of a plurality of steel filaments, in which said steel filaments are coated with tin.

2. Negative electrode according to claim 1, wherein said steel filaments have a diameter ranging from 10 to 100 micrometers, optionally ranging from 15 to 50 micrometers, more optionally ranging from 20 to 35 micrometers, even more optionally equal to 25 micrometers, and in which said steel wool layer has a porosity comprising empty spaces in a portion of volume ranging from 60% to 98%, optionally ranging from 75% to 95%, more optionally ranging from 80% to 90%.

3. Negative electrode according to claim 1 or 2, wherein said layer of steel wool has a thickness ranging from 2 millimeters to 10 millimeters, optionally ranging from 4 millimeters to 7 millimeters, more optionally equal to 5 mm.

4. Negative electrode according to any one of the preceding claims, wherein said metal mesh support structure is made of nickel-plated iron and / or iron and / or copper and / or stainless steel.

A method for manufacturing a rechargeable battery cell negative electrode according to any one of claims 1 to 4, comprising the following steps: have a tin electrode available, apply a layer of steel wool consisting of a plurality of steel filaments on a metal mesh support structure, immerse said tin electrode and said metal mesh support structure on which said layer of steel wool is applied in a galvanic bath containing an aqueous solution of stannous chloride (SnCl2) and hydrochloric acid (HCl), in which said tin acts as an anode and said metal mesh support structure on which said layer of steel wool is applied acts as a cathode, and apply in the galvanic bath a current from the anode to the cathode having a density ranging from 80 mA / cm <2> to 120 mA / cm <2> for a time interval ranging from 15 to 25 minutes.

6. Process according to claim 5, wherein said current density is equal to 100 mA / cm <2> and said time interval is equal to 20 minutes.

7. Rechargeable battery formed by one or more cells, each of which comprises a container (100; 100H) in which is housed a negative electrode of a rechargeable battery cell according to any one of claims 1 to 4 and a positive electrode, on which there is a reduction during a discharge process of the rechargeable battery and an oxidation during a charging process of the rechargeable battery, in which said positive electrode is formed by at least one positive plate (300), in which said negative electrode and said positive electrode are immersed in an electrolyte comprising or consisting of potassium tetrahydroxyzincate (K2Zn (OH) 4).

8. Rechargeable battery according to claim 7, wherein the electrolyte comprises or consists of potassium tetrahydroxyzincate, potassium hexahydroxystannate (K2Sn (OH) 6), potassium hydroxide (KOH) and water, wherein optionally a weight of tetrahydroxyzincate of potassium ranges from 7% to 10%, a weight of potassium hexahydroxystannate ranges from 1% to 5%, a weight of potassium hydroxide ranges from 15% to 25%, and a weight of water ranges from 58% to 78%.

9. Rechargeable battery according to claim 7, wherein the electrolyte comprises or consists of potassium tetrahydroxyzincate, sodium tetrahydroxyzincate (Na2Zn (OH) 4), lithium tetrahydroxyzincate (LÌ2Zn (OH) 4), potassium hexahydroxystannate (K2Sn ( OH) 6), potassium hydroxide, potassium silicate (K2S1O3), ethylene glycol (C2H6O2) and water, wherein the electrolyte optionally also includes sodium hexahydroxystannate (Na2Sn (OH) 6), lithium hexahydroxystannate (Li2Sn (OH ) 6), where more optionally a weight of potassium tetrahydroxyzincate ranges from 7% to 10%, a weight of sodium tetrahydroxyzincate ranges from 10% to 30%, a weight of lithium tetrahydroxyzincate ranges from 1% to 5%, a weight of potassium hexahydroxystannate ranges from 1% to 5%, a weight of potassium hydroxide ranges from 5% to 15%, a weight of potassium silicate ranges from 0.1% to 1%, a weight of ethylene glycol varies from 0.1% to 1% and a weight of water varies from 44% to 66%.

Rechargeable battery according to any one of claims 7 to 9, wherein said at least one positive plate (300) forming said positive electrode is made of one or more metal oxides selected from the group comprising or consisting of: copper oxides, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 5% to 40%; silver oxides, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 5% to 40%; nickel hydroxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 50%; cobalt oxide and / or cobalt hydroxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 50%; And manganese dioxide, optionally mixed with nickel and / or graphite metallic powder, more optionally with a nickel and / or graphite metallic powder weight ranging from 30% to 70%.

Rechargeable battery according to any one of claims 7 to 10, wherein the container (100H) has a base (110) configured to rest on a support surface, said negative electrode is formed by a single negative plate (200H) resting on the base (110) of the container (100), and said positive electrode is formed by a single positive plate (300H) arranged in the container (100H) at a height from the base (110) greater than the negative plate (200H) .

Rechargeable battery according to any one of claims 7 to 11, wherein the container (100) of each cell is closed by a cap (400), which is optionally removable, wherein the cap (400) is made of porous ceramic and is configured to let any gases generated inside the container (100) flow out and to prevent air outside the container (100) from coming into contact with the electrolyte.

Rechargeable battery according to any one of claims 7 to 11, wherein the container (100) of each cell is closed by a plug, which is optionally removable, wherein the plug (400) is a plug comprising two graphite membranes coated with platinum or nickel separated from each other by a porous ceramic or sintered polyethylene septum, in which said porous septum is soaked in the electrolyte, and in which a graphite membrane is placed in contact with external air and another graphite membrane is placed in contact with gases inside the cell, in which: the two graphite membranes are short-circuited to each other, or the two graphite membranes are configured to be connected to a signaling device and / or to a safety circuit configured to interrupt a charging process of the rechargeable battery.

Rechargeable battery according to any one of claims 7 to 13, wherein the container (100) of each cell is provided with a circulator (500) configured to stir the electrolyte during a charging process of the rechargeable battery, wherein the The rotor (500) optionally comprises an electric motor configured to rotate propeller blades.

Rechargeable battery according to claim 14, wherein the circulator (500) is configured to be powered by the cell.