IT8149424A1 - Batteria al piombo per applicazioni saltuarie - Google Patents

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

SIB 82895

? ? M-ATJT-3007

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Batteria al piombo per applicazioni saltuarie? della ditta statunitense GOULD INC.

con sede a HOLDING MEABCWS, Illinois- U.S.A.

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.RIASSUNTO

Viene descritta una batteria al piombo, sigillata, senza manutenzione, in cui l?elettrolito ? assorbito e immobilizzato in un separatore poroso. La batteria fornisce energia di picco superiore a regimi relativamente elevati di scarica per i brevi periodi di tempo riscontrati in varie applicazioni saltuarie,ha caratteristiche di prestazione soddisfacenti, funziona efficacemente a pressione interne basse e pu? utilizzare contenitori di plastica, a pareti sottili, impiegati convenzionalmen te.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a batterie al piombo e, pi? in particolare, a batterie al piombo sigillate, senza manutenzione, atte all?uso per applicazioni saltuarie come nell?impiego per l?avviamento di automobili, illuminazione e accensione.

Per molte applicazioni, l?orientamento della tecnologia delle batterie al piombo ? di fornire batterie che sono esenti da manutenzione, cio?, un tipo di batteria che pu? essere fatta funzionare senza giungere acqua allElettrolito durante la sua durata prevista. La dureta di tali batterie ? limitata dalla perdita di acqua dovute allo sviluppo di gas e, pertanto deve essere usato elettrolito in eccesso per compensare la perdita di acqua che si verifica in modo da fornire una durata soddisfacente.

Tipicamente, in tali batterie ? state resa minima la perdita di acqua usando leghe di griglia aventi un elevato sovrapotenziale da idrogeno. Possono venire impiegate griglie rigide, autoportanti, e talvolta rinforzate strutturalmente, fatte da una variet? di leghe di piombo senza antimonio o a basso tenore in antimonio. Esempi di sistemi di leghe di griglia usati includono calcio-piombo, calcio-stagno-piombo, cadmio-antimon?o-piombo , seleniorantimonio-stagno-piombo con vari ingredienti leganti facoltativi come argento e arsenico nonch? combinazioni di queste leghe.

Inoltre, sono note batterie al piombo in cui l'elettrolito ? immobilizzato sotto forma di gel-Tali batterie possonofornire non solo caratteristiche di assenza di manutenzione sa anche di assenza di versamento, cio?, la batteria pu? venire usata in qualsiasi posizione senza perdita di elettrolito. Tuttavia, le incrinature che si sviluppano nel gel durante la carica, bench? essenziali per il trasporto di ossigeno, danno luogo a condizioni che possono influenzare in maniera negativa la prestazione desiderata* Inoltre, tali batterie sono invariabilmente caratterizzate de una resistenza interna pi? alta e, quindi, non possono venire usate in applicazioni in cui la capacit? di scarica a regime elevato costituisce un requisito, come, per esempio, una batteria di avviamento di automobile, illuminazione ed accensione?

Per fornire un modello sigillato e nello stesso tempo evitare problemi di potenziale con elettroliti sotto forma di gel, sono stati utilizzati sistemi sigillati in cui l?elettrolito viene immobilizzato e assorbito in speciali separatori. I separa tori non vengono saturati completamente ed i gas sviluppati dirante la sovraccarica o in altri momenti pu? diffondersi rapidamente da un elettrodo all*al tr?. Cosi, nelle giuste condizioni, l'ossigeno che si sviluppa in corrispondenza dell'elettrodo positivo pu? diffondersi all'elettrodo negativo in cui esso viene fatto rapidamente reagire con piombo attivo. Efficacemente? tale reazione scarica parzialmente l?elettrodo negativo impedendo che l'elettrodo negativo raggiunga la sua condizione di carica completa cos? da rendere minimo lo sviluppo di idrogeno. Tale sequenza d? luogo a ci? che ? stato chiamato un "ciclo a ossigeno". Mentre il regime di ricombinazione di ossigeno ? maggiore del regime di ossigeno che viene prodotto in corrispondenza dell?elettrodo positivo* la perdita di acqua e lo sviluppo di pressione debbono essere minime.

Attualmente, sistemi el piombo sigillati di questo tipo sono stati disponibili in commercio solo in dimensioni di piccola capacit? di ampereora. L?impiego ? stato pertanto generalmente confinato in applicazioni di riserva come illuminazione di emergenza? sistemi di allarme ed apparecchi portatili con durata di ciclo limitata come televisione, lanterne e attrezzi da giardino.

Il brevetto U.S.A* 5*962.861 ? un esempio di configurazione di cella che ricombina ossigeno usando pressioni interne relativamente alte- Si ritiene cos? che la cella incrementi il regime di ricombinazione funzionando sotto una pressione aumentata. Per tale ragione, viene usata una valvola di scarico che deve essere tarata in modo da scaricai1? ad una pressione quanto pi? alta possibile? Viene descritta una valvole ?i scarico di tipo bunsen atta a trattenere almeno fino a 6,8 kg di pressione interna. l'ale tipo di batteria pu? venire usata in applicazioni saltuarie ed in applicazioni a ciclo profondo in cui ? accettabile una durata limitata.

Una batteria avepte un contenitore prismatico ? descritta in Progress in Batteries and Solar Cella, volume 2, 1979, pp? 16? - ITO, ed ? un tipo che manifestamente funziona s pressioni interne relativamente basse, l'ale tipo viene usato principalmente per applicazioni saltuarie.

Un altro tipo di batter?a ? riportato nello International Symposium on Batteries, Cetober 21 - 2$, 1958. Come descritto, in termini generali, 1? batterie vengono prodotte formando una catasta ?i pia*-stre e ai separatori :piatti, piuttosto molli, la catasta, dopo compressione, venendo inserita in un idoneo contenitore^ In tale catasta o blocco di pia stre e separatori, il materiale attivo delle piastre ? completamente supportato dai separatori. Il blocco, dopo compressione, deve avere una porosit? sufcientem??te elevata da consentirgli di assorbire e tratt?nere tutto l?elettrolito necessario per un funzionamento efficace ed economico. I separatori sono fatti di terra diatomacee. Vengono deecritte batterie adatte per applicazioni di avviaiento di automobili, illuminazione ed accensione, i vantaggi descritti essendo di resistenza a vibrazioni, mancanze d? versamento, e aumentata prestazione ad alti regimi a temperature normali e basse.

Bench? la relazione precisi che la vasta introduzione sul mercato ? stata limitata in ragione di considerazioni commerciali piuttostoch? di prestazione o di qualit?, si ritiene che le caratteristiche di prestazioni non soddisfano i requisiti presenti per tali applicazioni. A presc?ndere, il tipo di batteria descritto non ha ottenuto un diffuso impiego e non ha avuto un buon successo commerciale.

Ancora inoltre, ? stato suggerito che un sistema al piombo sigillato, pu? essere ingrandito fino a dimensioni di capacit? maggiori di ampereora di quelle che vengono attualmente'usate in commercio (Engineering, October, 197S* The Age of th? sealed Battery, pp- 1020 - 1022).

E? stato, in verit?, asserito che le caratteristiche del sistema sigillato di batteria dovrebw-? be essere particolarmente vantaggioso per un?applicazione SLI in automobili (cio? avviamento, illuminazione e accensione).

In aggiunta a ci?, vi sono un certo numero di applicazioni che possono essere chiamate "ad impulsi fluttuanti" (cio? un sistema atto a fornire una energia di picco relativamente elevata a regimi di scarica abbastanza alti per brevi periodi di tempo) in cui le caratteristiche attribuite ad un sistema sigillato semprerebbero rendere tale sistema desiderabile all'uso. Batterie per motociclette, avviamento di motori fuoribordo e per energie di riserva per calcolatori sono esempi che ricadono nella categoria. Applicazioni che richiedono una forma relativamente pura di corrente continua hanno anche esi^ genze similari. Batterie per tali applicazioni richiedono almeno capacit? di 15 ampere-ora o anche 25 ampere-ora e sostanzialmente maggiori.

Ancora, per qualsiasi ragione, sistemi sigillati di tali dimensioni capacitive non sono divenute in alcun modo commercialmente disponibili. Ci? pu? ben essere semplicemente per il fatto che non si e riusciti a fornire le necessarie caratteristiche di prestazione. Si pu? pertanto ritenere che si ? dimostrato difficile ottenere al meglio la caps_ cita e durata necessarie per tali applicazioni. Inoltre, si pu? pensare che un contenitore di batteria pi? robusto, pi? rigido sia necessario per resistere alle elevate pressioni interne ritenute necessarie per fornire una soddisfacente efficacia di ricombinazione di ossigeno e che ci? sia particolarmente critico in batterie di dimensioni capacitive relativamente grandi. L?uso di tali contenitori di batteria pi? robusti darebbero luogo naturalmente ad un peso aumentato della batteria-Ci? sarebbe particolarmente nocivo nel campo delle automobili poich? l'orientamento presente ? di fornire sistemi di batterie in cui il peso possa essere diminuito quanto pi? possibile-Principale scopo della presente invenzione ? di conseguenza fornire una batteria al piombo si- ? gillata, senza manutenzione, che ? atta a fornire caratteristiche di prestazione soddisfacenti nell'uso in applicazioni ad impulsi saltuari.

Un altro e pi? specifico scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piomno sigillata atta a prestazioni che eguaglino o superino le caratteristiche richieste da batterie per applicazioni di avviamento, illuminazione ed accensione di automobili.

Un ulteriore scopo si trova nella fornitura di una batteria al piombo sigillate caratterizzata da una migliore densit? di energia volumetrica e gravimetrica.

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piombo sigillata che pu? essere formata con dimensioni che variano da capacit? piccole ad estremamente alte.

Ancora un altro scopo si trova nella fornitura di una batteria al piombo sigillata atta a venire prodotta con un?attrezzatura standard usata per la produzione di convenzionali batterie ad impulsi saltuari.

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piombo sigillata atta ad usare i convenzionali contenitori di plastica a pareti sottili spesso impiegati per batterie ad impulsi saltuari.

Un altro scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piombo sigillata atta a funzionare a pressione interna estremamente bassa pur fornendo caratteristiche di assenza di manutenzione per una durata prolungata.

Altri' scopi e vantaggi della presente invenzione potranno essee rilevati dalla descrizione seguente e dai disegni-? in cui:

la figura 1 ? una vista in prospettive di una batteria formata secondo la presente invenzione? con parti asportate per mostrare la configurazione interna;

la figura 2 ? una vista in elevazione laterale? in sezione, in esploso, ed illustra la disposizione delle piastre e dei separatori della batteria della presente invenzione;

la figura 3 ? una vista in sezione eseguita generalmente lungo la linea 3-3 della figura 1, e che mostra inoltre la configurazione interna della batteria ;

la figura 4 ? un diagramma della tensione rispetto al tempo e che mostra la prestazione migliorata di avviamento a freddo con una batteria al piombo sigillata fatta secondo la presente invenzione in confronto ad una batteria senza manutenzione del commercio; e

la figura 5 ? un diagramma che illustra la prestazione di una batteria al piombo, sigillata, della presente invenzione in una prova di durata di ciclo industriale.

Bench? la presente invenzione sia suscettibile di varie modifiche e forme strutturali alternative, verranno mostrate nei disegni e verranno qui descrit- li ?

te in dettaglio le realizzazioni preferite. Va tuttavia compreso che non si intende limitare la invenzione alle forme strutturali specifiche descritte- Al contrario, si intende comprendere tutte le modifiche e forme .strutturali alternative ricadenti nello spirito e nel campo della pre sente invenzione. Pertanto, bench? la presente invenzione verr? principalmente descritta in relazione ad una applicazione di avviamento, illuminazione ed accensione per automobili, va rilevato che la presente invenzione pu? essere utilizzata per qualsiasi altra applicazione ad impulsi saltuari? Inoltre, l'invenzione ? ovviamente, applicabile nella stessa maniera s?a ad una batteria che ad una singola cella. Inoltre, bench? la pres?nte invenzione venga descritta con riferimento a batterie di dimensioni capacitive maggiori, va rilevato che essa ? ugualmente utile prevedendo piccole dimensioni capacitive. Parimenti, bench? non si potranno ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione, si pu? impiegare, se desiderato, un contenitore pi? rigido di quello richiesto dalle pressioni interne, sviluppate in servizio.

In generale, la presente invenzione ? basata sulla scoperta che una batteria al piombo sigillata, senza manutenzione? atta a varie applicazioni saltuarie come, per esempio, un'applicazione di avviamento, illuminazione ed accensione di automobili pu? essere fornita imraobilizzando l'elettrolito in separatori altamente assorbenti, funzionando a pressioni interna estremamente basse che consentono l'uso di convenzionali contenitori a pareti sottili. La batteria della presente invenzione fornir? una energia di picco superiore a regimi di scarica relativamente alti in confronto alle batterie del tipo ricolmo di elettrolito convenzionalmente usate, soddisfacendo nello stesso tempo le altre caratteristiche di prestazione richieste.

Con riferimento ora ai disegni, le figure 1 e 2 mostrano la batteria IO secondo la presente invenzione. La batteria 10 ha un contenitore 12, separato in celle individuali da divisori interni 1^. In ciascuna cella, numerosi elettrodi positivi 16 ed elettrodi negativi 18 sono separati da separatori 20 assorbenti.

I collegamenti elettrici necessari possono essere eseguiti mediante una qualsiasi delle diverse maniere che sono note nella tecnica. La particolare tecnica impiegata non forma parte della presente invenzione. Come mostrato, piattine conduttrici 22 uniscono gli elettrodi uno all?altro ed i collegamenti tra celle sono mostrati nella figura 3? Le piattine 22 delle celle terminali sono collegate a terminali esterni 24 con mezzi convenzionali? Come si osserva nelle figure 1 e 3? ? previsto uno sfogo di scarico attraverso collettori 26 tramite valvole di scarico automatiche a bassa pressione come, per esempio, valvole bunsen 38? Bench? sia illustrato lo scarico attraverso un collettore, le singole celle potrebbero essere fornite ciascuna di una valvola di scarico se desiderato. D'altro canto, potrebbe essere usato uri unico collettore per le sei celle mostrate o s? possono utilizzare pi? di due collettori*

Gli elettrodi 16 e 13 ed i separatori 20 debbono essere adattati con precisione nelle celle, cio? gli elettrodi e separatori debbono rimanere in condizione assemblata quando il contenitore viene rovesciato. Gli elettrodi possono pertanto essere dimensionati fino a circa le dimensioni interne delle celle. Per eliminare la possibilit? di cortocircuiti ?, tuttavia, desiderabile dimensionare i separatori usati in maniera tale che i bordi si estendano leggermente oltre tutti i bordi degli elettrodi, come ? mostrato in figura 2. Un mezzo per ottenere ci? in corrispondenza della parte inferiore degli elettrodi ? di ripiegare i separatori attorno all'elettrodo con una piega a U come illustrato in figura 2.

E' ovviamente cos? dimostrato l'uso alternante efficace dell'interno del contenitore. Tuttavia, se desiderato, si potrebbero impiegare mezzi distanziatori, per esempio spessori, se le celle impiegate sono sovradimensionate per qualsiasi ragione.

Considerando la presente invenzione in maggior dettagli?, le griglie usate come griglie positive e negative possono essere costituite da qualsiasi fra le diverse leghe di griglia note usate per convenzionali batterie senza manutenzione* Come esempio, ? pertanto conveniente utilizzare una lega di calcio-stagno in cui il ten?re in calcio ? da circa 0,06 fino a 0,20 % e lo stagno ? nel campo di 0,1 fino 80,5 ^ (preferibilmente 0,2?*-0,3), entrambe le percentuali essendo in base al peso totale della lega. Le leghe usate debbono es sere atte a fornire griglie autoportanti. Le griglie possono essere formate con qualsiasi fra le tecniche note, come colata diretta o metallo espanso

Vi sono diverse difficolt? associate ella fornitura di una struttura interna soddisfacente per un sistema sigillato. Una tale difficolt? insorge dalla necessit? di fornire una capacit? assorbente del sistema tale da assicurare che elettrolito sufficiente verr? trattenuto in modo da fornire la capacit? desiderata. A ci? pu? essere provveduto fino ad una certa misura usando separatori pi? spessi di quelli che sarebbero necessari per un sistema ricolmo di elettrolito. Tuttavia, ci? non potr? costituire in generale una risposta -completa allorch? la resistenza interna aumenter? quando aumenta il distanziamento delle piastre. Vi ? pertanto un limite pratico nell'alternanza di caratteristiche di prestazione che potr? verificarsi. Alcuni benefici si possono ottenere usando un elettrolito con peso specifico alquanto maggiore di quello dei sistemi convenzionali ricolmi; ma? anche in ci?? vi ? un limite pratico superiore dovuto a fattori come il verificarsi della diminuizione di conduttivit?- Un'altra possibilit? ? ovviamente

di diminuire la densit? delle paste di materiale attivo. Poich? si debbono evitare, o rendere almeno sostanzialmente minimi, la formazione di muffa sul materiale attivo negativo e lo sfaldamento del materiale attivo positivo, con il preciso adattamento degli elettrodi nei separatori assorbenti utilizzati, la riduzione della densit? del materiale di pasta attivo dovrebbe essere concettualmente possibile- Tuttavia, anche qui, vi sono limitazioni a causa dei problemi di trattamento che insorgono con tali densit? ridotte quando vengono impiegate convenzionali macchine impastatrici, come in una applicazione per automobili.

Un'altra difficolt? insorge dal ritiro del materiale attivo negativo che si verifica in batterie esposte a condizioni fluttuanti, come ? noto. Ci? pu? costituire un modo principale di avaria, che riduce notevolmente la durata utile di una batteria-Ef per questa ragione che i produttori di batterie hanno convenzionalmente usato vari espansori per mantenere la desiderata porosit? nonch? l^area superficiale di materiale attivo ?elle piastre negative. Si ? riscontrato che tale difficolt? ? particolarmente grave in sistemi sigillati per applicazioni saltuarie.

Di conseguenza, per ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione, si preferisce utilizzare paste di materiale attivo che hanno capacit? as~ sobente aumentata e che possono venire facilmente trattate con attrezzature convenzionali e fornire un sistema con caratteristiche di durata e di prestazione soddisfacenti- A questo fine? le dea sita di pasta dei materiali attivi positivi sono inferiori alle densit? di pasta usate per batterie al piombo ricolme di elettrolito convenzionali che impiegano materiali di ossido di piombo di lunga durata, come quelli ottenuti da un crogiolo di Barton. E1 stato cos? trovato opportuno utilizzare densit? di piastra nel campo da circa 2,9 fino a 4,1 g/cm5 per il materiale attivo positivo non formato, indurito. On campo di densit? di 3,0 fino 7,

a 4,2 g/cm" per il materiale attivo positivo formato ed indurito ? accettabile.

Per fornire le desiderate propriet? di trattenuta di ?lettrolito, si preferisce incorporare

un agente di trattenuta di elettrolito come silice colloidale nella pasta. E' stato trovato idoneo un incorporamento di silice colloidale in una quantit? da circa 0,05 - 1,0%, in base al peso del materiale attivo positivo non formato. Sono noti altri materiali di trattenuta di elettrolito che possono essere utilizzati similarmente come sostituti, in tutto o in parte, della silice- Desiderabilmente, l'agente di trattenuta di elettrolito deve anche funzionare come agente ammassante, cio? aumentare la consistenza della pasta bagnata cos? da migliorare la maneggiabilit?. La silice colloidale soddisfa tale funzione.

Secondo un ulteriore aspetto preferito della presente invenzione, le caratteristiche del materiale attivo negativo vengono migliorate non solo per aumentare la capacit? assorbente ma anche per compensare gli effetti di ciclo poco profondo in modo da fornire caratteristiche di durata e prestazione soddisfacenti. A questo fine, la pasta attiva negativa include preferibilmente una combinazione di additivi di pasta convenzionalmente usati al di sopra dei livelli tipicamente usati.

Come primo componente si preferisce utilizzare un convenzionale espansore organico ad un livello da circa 0,5 fino a circa 1,4 %, in base al peso della pasta non formata secca? Sono noti e sono idonei vari ligno-solfonati come, per esempio, ligno-solfona. to di sodio. Inoltre, si preferisce utilizzare un a? ditivo che serve a minimizzare il consolidamento fisico dei cristalli di solfato di piombo formati durante il ciclo in cristalli pi? grandi e alla fine in uno strato essenzialmente solido con porosit? minima ehe d? luogo ad avaria della batteria. Cellulosa in fiocco serve a questo scopo e pu? essere us.a to un livello di circa 0,3 fino a circa 1,0% in peso.

Hon si ritiene che i benefici massimi potranno essere ottenuti utilizzando solo un tipo di espansore quando le funzioni sono considerate differenti. In qualche maniera, l'espansore organico influisce sulla morfologia della struttura del solfato di piombo in modo da ritardare la perdita di porosit?. L?additivo che ritarda il consolidamento si ritiene che serva,in effetti, come mezzo di distanziamento fisico.

Preferibilmente, gli additivi di pasta utilizzati debbono parimenti funzionare come agenti ammassanti della pasta. Cellulosa in fiocco e ligno-solfonato di sodio assolvono entrambi a questa funzione.

Si preferisce un miscuglio di 0,75 % di ligno-solfon?to di sodio e 0,6 % di cellulosa in fiocco, entrambe le percentuali essendo in base al peso della pasta non formata secca- L?uso di tale miscuglio sembra fornire la desiderata durata di ciclo.

La densit? di pasta indurita, ma non formata, per il materiale attivo negativo, deve desiderabil-? mente essere neleaupo di circa 3,5 fino a 4-,4?g/cm -Un campo di densit? di circa 3,2 fino a 4,1 g/cm3 per il materiale attivo negativo indurito e formato ? soddisfacente? Bench? gli additivi di pasta di negativo descritti in precedenza servano a ritardare la perdita di porosit? e pertanto a mantenere la capacit? assorbente* si preferisce inoltre incorporare nella pasta di negativo un agente di trattenuta di elettrolito come silice colloidale. Sono adatte quantit? nel campo da circa 0,05 fino a 1*0%, in base al peso della pasta non formata* secca?

In modo caratteristico ? stato ritenuto essenziale, come esposto nel brevetto U.S.A. 5-862*861, utilizzare in un sistema sigillato un eccesso di materiale attivo negativo rispetto al materiale attivo positivo in modo di ottenere il richiesto ciclo di oss?geno. Secondo un aspetto della presente invenzione, si ? trovato che un soddisfacente ciclo di ossigeno pu? venir ottenuto anche se la quantit? di materiale attivo negativo ? minore di quella di materiale attivo positivo. Si di conseguenza ? preferito utilizzare un rapporto ponderale fra materiale attivo negativo e materiale attivo positivo compreso da circa 0,75 a circa 0,92 o simili. Il risultato ? non soltanto un peso ridotto ma anche una minor spesa senza effetti dannosi sulla prestazione.

Il materiale impiegato dei separatori 20 deve essere stabile nell'elettrolita acido solforico impiegato, res?stente all'ossidazione da parte di FbO^ e non liberare materiali nell'elettrolita che potrebbero influire dannosamente sulla prestazione della batteria. Inoltre, il materiale dovrebbe essere altamente poroso per esempio almeno 70-75%? meglio fino a 90% o simile e dovrebbe essere sufficientemente comprimibile per adattarsi almeno sostanzialmente alle variabili forme degli elettrodi durante lo assemblaggio ed il servizio. Inoltre, il diametro medio dei pori dovrebbe essere sufficientemente piccolo per impedire la propagazione di dentriti dalla placca negativa e riparare il materiale attivo dalla placca positiva. Il diametro medio dei pori dovrebbe comunque essere sufficientemente grande per essere facilmente bagnato dall'elettrolita e non cos? piccolo da comportare una impedenza interna indebitamente elevata. Il materiale,per separatori deve pure essere in grado di ritenere l'elettrolita per la altezza desiderata del separatore.

E per ultimo ma importante, il materiale del separatore deve possibilmente fornire in servizio un volume di vuoto sostanzialmente uniforme attraverso tutto il separatore* Il separatore fornisce cos? di preferenza un volume di vuoto sufficiente per sopportare il tasso di trasporto di ossigeno necessario per la pressione interna desiderata per la batteria. Si ritiene che il volume vuoto sia ottenuto tramite alcuni dei pori i quali hanno le loro pareti coperte con una pellicola di elettr?lita mentre la porzione centrale del foro ? esente da elettrolita? Una soddisfacente efficienza di ricombinazione di ossigeno per alcune applicazioni pu? venir ottenuta anche quando il separatore ? completamente bagnato con elettrolita. L'adattabilit? da questo punto di vista pu? venir determinata mediante misurazioni di perdita di peso (acqua) effettuate durante l'operazione ciclica. Se il materiale ? adatto non si dovrebbe avere una perdita di acqua eccessivamente elevata Lo spessore del separatore sar? determinato in generale dalla capacit? della batteria e dal previsto tasso cooperativo della particolare applicazione. Da questo punto di vista, lo spessore di separatore impiegato non deve in pratica riferire da quelli trovati adatti per altri tipi di batteria al piombo impiegati per .la particolare applicazione di uso finale.

Si ? trovato adatto impiegare un materiale di vetro al borosilicato costituito da microfibre di vetro e da trecce mozzate. Materiali di questo tipo sono disponibili in commercio e sono stati in precedenza utilizzati per accumulatori al piombo sigillati. Uno di tali materiali (C.H. Dexter, Division, The Dexter Corporation, Windsor Locks, Connecticut, "Grade 225B") che ? stato trovato soddisfacente, re-? senta le seguenti propriet? caratteristiche: spessore nominale di 300 ?, permeabilit? all'aria (ASTKD

2

737-75) di 15,1 litr?/min/100 cm a 12,7 mm di acqua ? P (Prazier Permeometer), una dimensione media di pori di 16,6 ? ed una porosit? (per infiltrazione di mercurio) di 1,2 m /g. Si preferisce utilizzare almeno uno stratodel materiale di vetro al borosilicato adiacente agli elettrodi. Altri strati di altri materiali possono venir impiegati come per esempio per rinforzo per migliorare la maneggiabilit? nel trattamento. Come esempio di illustrazione, si possono vantaggiosamente impiegare fogli, disponibili in commercioinon tessuti,di polietilene, di polipropilene e di poliestere. Tali materiali posseggono la desiderata ritenzione di elettrolita ed inoltre permettono di ridurre le spese nonch? migliorare la resistenza meccanica. Un tale sistema laminare di separatore pu? venire impiegato per dare la necessaria resistenza meccanica per una introduzione relativamente facile di separatori del tipo a tasca e piegati a U nelle tecniche di assemblaggio di batterie SLI ad alimentazione elevata convenzionalmente impiegate.

Per una data applicazione, il peso specifico a carica completa dell'elettrolita richiesto pu? vebnir facilmente calcolato. In particolare pesi specifici a carica completa nell'intervallo di 1,255-1,320 possono essere soddisfacenti, ? preferito 1'intervallo 1,285-1,220. Particolari applicazioni possono richiedere l'impiego di pesi specifici dell1acido un poco pi? elevati oppure pi? bassi.

La formazione degli elettrodi impastati pu? venire effettuata mediante tecniche note. In questo modo, prima dell'assemblaggio nel contenitore, gli elettrodi possono venir forn ati mediante convenzionale formazione in vaeca. Quando questa tecnica viene impiegata gli elettrodi formati dovrebbero venire essiccati per eliminare l'elettrolita residuo.

Opportunamente, gli elettrodi non formati ed

i separatori vengono disposti nel contenitore, vengono fatte le necessarie connessioni elettriche, il coperchio viene sigillato al contenitore, si aggiunge il necessario elettrolita attraverso l'apertura nel coperchio per la valvola di sfiato e la valvola viene poi messa in posizione di servizio. La formazione viene poi effettuata impiegando condizioni adeguate per la formazione convenzionale in una sola

fase della batteria al piombo. Pu? essere tuttavia utile impiegare condizioni di finitura di formazione un pochino meno gravose di quelle convenzionalmente impiegate. Pu? essere pure opportuno di raffreddare inizialmente ad un certo grado l'elettrolita di formazione.

Si osserver? del pari che quando la formazione viene impiegata in sito, l'inizio di formazione deve verificarsi entro 1/2 fino a 1 ora o simili dopo che l?elettrolita ? stato immesso. Ritardi maggiori possono comportare condizioni che in definitiva creeranno cortocircuiti interni.

La Quantit? di elettrolita impiegata dovrebbe di preferenza fare in modo che i materiali assorbenti della batteria vengano completamente saturati, cio? la batteria dovrebbe essere in una condizione di carenza di elettrolita. Hentre la batteria in servizio ? autoregolabile, lina condizione di completa saturazione potrebbe comportare una svantaggiosa formazione di gas durante gli stadi iniziali di carica durante l'operazione ciclica. Inoltre, l'operazione raggiunger? uno stato diequilibrio in cui viene realizzato un efficiente ciclo di ricombinazione di ossigeno. La formazione di gas alguanto pi? elevata che si verifica durante gli stadi iniziali pu? venir sostanzialmente eliminata determinando il particolare volume vuoto richiesto per efficiente ricombinazione di ossigeno. Tuttavia si ? trovato opportuno addizionare elettrolita sufficiente per saturare la capacit? assorbente del sistema fino ad"un livello di circa 90%.

Si deve stare attenti ad evitare elettrolita libero nel sistema. Cospicue quantit? di elettrolita libero (cio? non immobilizzato nell?elettrolita e nei separatori) pu? avere effetti negativi sulla Prestazione-Secondo un aspetto della presente invenzione, viene previsto uno sfiato mediante una valvola di sfiato auto-sigillante la quale rompe la tenuta nel caso di pressioni interne estremamente basse. A questo scopo viene impiegata una valvola che rompe la 2 tenuta per pressioni interne da circa 0,035 kg/cm

2

fino a circa 0,21 kg/cm . Ih effetti si preferisce utilizzare pressioni operative interne non superio-

. 2

ri a circa 0,07 o forse 0,14 kg/cm in modo di poter impiegare i contenitori plastici a pareti sottili normalmente adoperati. I seguenti esempi illustrano ulteriormente la presente invenzione ma non ne sono una limitazione. Se non altrimenti specificato, tutte le percentuali sono in peso.

ESEMPIO 1

Questo esempio illustra la prestazione della batteria al piombo sigillata della presente invenzione in confronto ad una batteria convenzionale allagata senza manutenzione.

Sono state assemblate batterie di una capacit? nominale di circa 71 ampere/ora in contenitori di ebanite. Ogni'batteria conteneva 17 placche per cella. Le leghe impiegate per le griglie di entrambe le batterie erano calcio-stagno-piombo avente una composizione nominale di 0,09% di calcio, 0,3% di stagno ed il rimanente piombo? Le densit? della pasta impiegata erano 4,0 g/cm" per il positivo e 4,4 per il negativo, entrambe riferite al peso secco di pasta non formata. Le paste sono state trattate per esposizione a 60?C per circa 16 ore in una atmosfe ra ad umidit? relativa 100%, e successivamente mediante esposizione a 60?C ad una atmosfera ad umidit? relativa 0% per un periodo di circa 48 ore o s?mili. Ogni elettrodo della batteria della presente invenzione ? stato avvolto con separatore a due strati comprendente uno strato interno di un materiale di vetro al borosilicato di nominali 0,35 mm come descr?tto in precedenza ? di uno strato estern o di 0,33 mm di un materiale polipropilenico non tessuto legato per punti, piegato a U attorno all *elettrodo come rappresentato in figura 2. Un convenzionale separatore di cloruro di polivinile avente uno spessore nominale di 0,94 mm con un velo sul retro di 0,3 mm ? stato impiegato per la batteria convenzionale senza manutenzione.

Altri dett?gli costruttivi sono esposti in tabella li

TABELLA 1

Parametro Batteria Batter?a sigillata convenzionale Spessore di griglia positiva,mni 1,05 1 ,05 Spessore di griglia negativa,mm 0,99 0,99 Peso secco di pasta di positivo

per placca, g 110 110 Peso secco di pasta di negativo

per placca, g 101 101 Rapporto in peso di pasta di positivo/griglia 70/40 70/40 Rapporto in peso di pasta di negativo/griglia, g 62,5/38,5 62, 5/58, 5 Peso specifico di elettrolita 1,285 1 ,285 Distanziatura interplacca, mm 0,56 0, 94 Altri particolari delle batterie nel loro complesso sono esposti in tabella 2.

TABELLA 2

Parametro Batteria Batteria sigillata convenzionale Peso totale, pasta positiva, kg 3>35 3,35 Peso totale, pasta negativa, kg 3,37 3,37 Peso totale, griglie positive,kg 1,92 1,92 Peso totale, griglie negative,kg 2,08 2,08 Peso totale, piombo entro elemento, kg 10,73 10,73 Peso totale di elettrolita, kg 2,61 6,94

Le placche ed i separatori sono stati disposti

nei contenitori? sono state fatte le necessarie connessioni elettriche ed ? stato aggiunto l'acido di formazione del peso specifico 1,200 raffreddato a -17?8?C. Si ? impiegato un regime di carica di 7 ampere per 16,5 ore, seguito da 4 ampere per 5 ore e 2 ampere per 2 ore. Sono stati poi messi in posizione i coperchi. La batteria sigillata includeva una normale valvola di sfiato Bunsen che toglieva la tenuta a 0,035

2

kg/cm . Le batterie sono state poi controllate e la prestazione viene esposta in tabella 3:

TABELLA 3

Prova Batteria Batteria sigillata convenzio-. naie Avviamento a freddo a -17,8?C,

tensione dopo 30 secondi, 550 A 8,05 7,60 Resistenza elettrica relativa,

-17,8?C 9,9 11,2 Capacit? di riserva, scarica a

25 ampere, minuti 78 124

Come si pu? vedere, la batteria sigillata della presente invenzione presenta una migliore potenza di avviamento a freddo della convenzionale batteria senza manutenzione. La figura 4 mostra pure questa migliorata prestazione oltre i 60 secondi di scarica alla quale ogni batteria ? stata sottoposta, la curva contrassegnata con 1 essendo il sistema sigillato e la curva 2 valendo per la batteria convenzionale senza manutenzione.

Tuttavia, come si pu? vedere da tabella 3> la capacit? di riserva della batteria sigillata della presente invenzione era sostanzialmente inferiore a quella della batteria convenzionale senza manutenzione.Si osserver? che le paste di materiale attivo non sono state modificate come in precedenza descritto ed i risultati chiariscono in questo modo la necessit? di una opportuna modifica per ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione.

La batteria sigillata ? stata sottoposta ad un ciclo unificato SLI di 12 minuti, regime J240 e non ha pi? funzionato a circa 4500 cicli,il che ? sostanzialmente inferiore a quello tipicamente conseguito dalla prestazione di batterie senza manutenzione disponibili in commercio. Tuttavia si ritiene che la messa fuori servizio sia dovuta ad un difetto di progettazione nelle speciali griglie positive impiegate.

ESEMPIO 2

Questo esempio illustra la prestazione effettuata in grado di venir ottenuta mediante una batteria sigillata costruita secondo la presente invenzione.

E1 stata assemblata una batteria di prova avente una capacit? nominale in ampere-ora di circa 67 la quale conteneva 13 placche per cella. Le leghe impiegate avevano la stessa composizione come esposta nell'esempio 1. Le densit? della pasta indurita, non formata erano circa 4,4 g/cm^ per il materiale attivo negativo e circa 3*9 per il materiale attivo positivo. La pasta negativa ? stata fatta da una formulazione che includeva, in parti, 1200 g di litargirio al piombo, 50 g di una convenzionale miscela di espanditore e circa 0,3% di silice colloidale riferiti al peso secco non formato della pasta.

Le paste sono state indurite come descritto in esempio 1. Le placche positive sono state avvolte con due strati del materiale al borosilicato come descritto in precedenza e le placche negative sono state avvolte con uno s?lo stato di quel materiale.

Le placche ed i separatori sono stati collocati in un contenitore di plastica a pareti sottili secondo norme SLI impiegato per batterie commerciali senza manutenzione, modificato per ridurre sensibilmente il peso degli appoggi nel fondo del contenitore. Montaggio e formazione sono stati eseguiti come genericamente descritti nell?esempio 1, il regime specifico di formazione richiedendo carica a 7 ampere per 18 ore, seguita da 4 ampere per 6 ore e 2 ampere per 2 ore.

Altri dettagli costruttivi sono esposti in tabella 4,avendo incluse per confronto le specifiche per una convenzionali batteria senza manutenzione:

TABELLA 4

Parametro Batteria Specifica sigillata convenzionale

Spessore griglia positiva, mm 1,9 1,62 Spessore griglia negativa, mm 1,5 1,2 Peso secco placca positiva, g 148 149 Peso secco placca negativa, g 104 106 Rapporto in peso pasta positiva/

griglia, g 89,8/58,5 87/62 Rapporto in peso pasta negativa/

griglia, g 63,5/40,2 66/41 Peso specifico dell'elettrolito 1,290 1,265 La tabella 5 espone i particolari della batteria assemblata, le specifiche per la batteria convenzionale riferite congiuntamente con tabella 4

cio? qui incluse:

Parametro Batteria Specifica sigillata convenzio _ _____ naie Peso totale? pasta positiva, kg 3,23 3?13 Peso totale, pasta negativa, kg 2,6? 2,7? Peso totale, griglie positive,kg 2,46 2,23 Peso totale, griglie negative,kg 1,69 1,71 Peso totale entro elementi, kg 10,05 9,85 Peso totale di elettrolita, kg circa circa 3,13 5,26 Peso totale di "batteria, kg 14,6 17?14? E' stata sottoposta a prove la batteria sigillata e la tabella 6 espone i risultati in confronto alle specifiche per batteria convenzionale qui descritta.

TABELLA 6

Prova Batteria Specifisigillata ca convenzionale Avviamento a freddo a -17*8?C,

Volt a 30 sec.? scarica a 500 A 7*84- 7,2 Capacit? di riserva, 25 A, minuti 91 102 Come si pu? vedere dalla tabella 6, la batteria sigillata della presente invenzione fornisce lo stesso avviamento a freddo migliorato come mostrato nell'esempio 1. Dunque pur non essendo lo stesso della batteria convenzionale? la modifica alle griglie negative unitamente con maggiorata distan2iatura di interplacca ha dato un miglioramente in relazione

al confronto mostrato in esempio 1. Un ulteriore miglioramento da questo punto di vista lo si pu? ottenere modificando ulteriormente le paste di materiale attivo, come descritto in precedenza*

La batteria sigillata ? stata sottoposta alla prova di durata J240, descritta in esempio 1, ed ha realizzato circa 8000 cicli. Durante questo regime di prova, la batteria ? stata scaricata a 500 ampere; sono state determinate le tensioni a 5 secondi ed a 30 secondi. La figura 5 riporta i risultati, la curva 3 essendo le tensioni a 5 secondi e la curva Riessendo le tensioni a 30 secondi. Il mancato funzionamento si ? verificato in conseguenza della corrosione alle griglie positive; considerata essere un difetto di progettazione in tali griglie.

In maniera significativa, per la durata della prova J240 la batteria sigillata della presente invenzione ha perso soltanto 0,07 kg di acqua (+.0,05 di precisione nella misura) il che ? considerato essere attorno ad un ordine di grandezza minore di quello prevedibile da una batteria convenzionale

senza manutenzione.

Come si ? visto* la "batteria della presente invenzione fornisco dunque tutti i vantaggi di un sistema sigillato ed in particolare realizza migliorata potenza di picco a velocit? relativamente elevate per brevi tempi incontrati in un'ampia variet? di applicazioni discontinue. In un avviamento di motore, applicazioni per accensione ad illuminazione, questa invenzione fornisce quindi potenza di avviamento a freddo nettamente superiore. Questa prestazione viene ottenuta pur mantenendo le altre caratteristiche di prestazione richieste* L'efficiente tasso di ricosabinazione di ossigeno anche per pressioni interne estremamente basse offre superiori caratteristiche delprodotto senza manutenzione. L?impiego di basse pressioni interne permette in maniera analoga la utilizzazione di convenzionali contenitori in plastica a parete sottili,! un aspetto di grande utilit? nelle applicazioni automobilistiche in cui il peso ridotto sta diventando sempre pi? importante. Effettivamente la densit? di energia per volume relativamente elevata, in grado di venir ottenuta* pu? permettere l'impiego di contenitori di dimensioni an che pi? piccole senza che ne faccia le spese la prestazione.

RIVENDICAZIONI

1. Batteria al piombo senza manutenzione avente caratteristiche adatte per impiego in applicazioni non continuative,comprendente:

un contenitore sigillato diviso in numerose celle di suddivisione interna; numerose placche positive contenute in ogni cella, ognuna di dette placche comprendendo una griglia autoportante e materiale attivo positivo impastato su detta griglia,

numerose placche negative contenute in ogni cella, ognuna di dette placche comprendendo una griglia auto-portante e materiale attivo negativo impastato su detta griglia,

almeno uno strato di un materiale di separatore assorbente e trattenente l?elettrolita intimamente a contatto e in separazione in dette placche positive e negative,

elettrolita acido?solforico assorbito in dette placche e separatori, dette placche e separatori essendo sufficientemente porosi per trattenere elettrolita sufficiente per fornire una capacit? di almeno circa 25 ampere/ora, e

detto contenitore avendo almeno una valvola di sfiato normalmente chiusa in grado di sfiatare gas dal contenitore all*atmosfera quando la pressione entro detto contenitore si trova nel campo di circa

2

0, 035 f ino a 0,2l kg/cm .

2. Batteria della rivendicazione 1, in cui almeno una delie griglie positive e negative sono di una lega calc?o-st?gno-piomho.

5. Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo positivo ha una densit? da circa 5>0 a 4,2 g/cm'\

4. Batter?a della rivendicazione i, in cui il materiale attivo positivo contiene circa 0,05 fino a 1?(?? in peso d? un agente che trattiene l'elettrolita.

5. Batter?a della rivendicazione 4, in cui dett? agente che trattiene l?elettrolita ? silice colloidale.

6. Batter?a della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo negativo ha una densit? di circa 3>^ fino a 4,1 g/cm^.

7- Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo negativo contiene circa 0,05 fino a !,(?? in peso di un agente che trattiene l?elettrolita.

8. Batteria della rivendicazione 7? in cui detto agente che trattiene l'elettrolita ? silice colloidale.

9. Batteria della rivendicazione 1, in cui detto materiale attivo negativo contiene un espanditore organico presente in una quantit? di circa 0,5 fino a circa 1,0% in peso.

10. Batteria della rivendicazione 1, in cui detto materiale attivo negativo contiene un additivo il quale riduce al minimo la consolidazione dei cristalli di solfato di piombo durante l?operazione ciclica ed ? presente in una quantit? di circa 0,3 fino a circa 1% in peso.

11. Batteria della rivendicazione 1, in cui il rapporto ponderale tra materiale attivo negativo e materiale attivo positivo ? minore di 1,0.

12. Batteria della rivendicazione 10, in cui detto rapporto ponderale si trova nel campo di circa 0,75 fino a 0,92.

13- Batteria della rivendicazione 1, in cui detto materiale di separatore che trattiene ed assorbe elettrolita ? un materiale di vetro al borosilicato.

14? Batteria della rivendicazione 12, in cui vi sono almeno due strati di detto materiale che trattiene ed assorbe elettrolita e lo strato adiacente a dette placche ? un materiale di vetro al borosilicato.

15- Batteria della rivendicazione 1, in cui un collettore comune collega una molteplicit? di dette ce,l *1

le a detta valvola di sfiato.

16. . Batteria come sostanzialmente qui descritta,

p.p. GOIILD , IlfC.

SOCfEM ?A BREVETTI S.pj?

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Numero di serie Data di deposito Ilumero di brevetto 195569 5/10/80

Numero di data ai Classe Sotto-jlasse i?Unit? tecnica Esaminaserie deoosito ! ai gruppo tore 6/195-569 5/10/80 429

Richiedenti: PURUSHOTHAMA RAO, EAGAN MN; FREDERICK L. MARSH,

FRIDLEY, MN.

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xx Dati .di continuazione ..verificaLi

xx Domande estere/P'CT verifica Lo

Rivendicate ocura priorit? e- ? come d_e stalo tavole1riv. r?v. tassa pr si i_jno positato?o cor-dise- tot_a indi'dep. doc. stere.Adem ? si U no i tea li peri , ricev .numeropite le con M-AUT-dizioni 35 MN 16

USC 119 2 / 87 8007

Augustus J. Hipp

Indirizzo

Gould Ine. PAT. DEPT.

P.O. Box 43140

St . Paul MN. 55164

Titola: "Batterie al piombo, sigillate, senza manutenzione

per applicazioni saltuarie"

La presente sta a certificare che l'annessa ? una copia fedele delle Registrazioni dell'Ufficio Brevetti degli Stati Uniti della domanda come depositata origina-

sigillo riamente e che ? indicata sopra.

Per autorizzazione del Commissario dei Brevetti e March 1 -to: C.W. Smitt.

Data 17 settembre 1981 Ufficiale certificante

o-o-o iooo?

H-AUT?3007

/ E?SC.R1?IQI?~ dell*invenzione?induotriola dal titolcH ?Settario al piombo? "por -opplioozioni aslbuoria"? dalie ?luta-otatunitc-noc? GQUL3? IMO?

een aedo o ?QU.51ffS- KBAJOWS , Illinoio , U.&?*.

o-o -o-o-o-o-o-o

CLiQ-t*- ?-??t-'iVS- >0>^e- d,?? 1^ ^

Viene descritta una batteria al piombo, sigillata, senza manutenzione, in cui l?elettrolito ? as sorbito e immobilizzato in un separatore poroso-La batteria fornisce energia di picco superiore a regimi relativamente elevati di scarica per i brevi periodi di tempo riscontrati in varie applicazioni saltuarie,ha caratteristiche di prestazione soddisfacenti, funziona efficacemente a pressione interne basse e pu? utilizzare contenitori di plastica, a pareti sottili, impiegati convenzionalmente.

La presente invenzione si riferisce a batterie al piombo e, pi? in particolare, a batterie al piombo sigillate, senza manutenzione, atte all?uso per applicazioni saltuarie come nell?impiego per l?avviamento di automobili, illuminazione e accensione-Per molte applicazioni, l'orientamento della

teenologia delle batterie al piombo ? di fornire batterie che sono esenti da manutenzione, cio?? un tipo di batteria che pu? essere fatta funzionare senza giungere acqua all *elettrolito durante la sua durata prevista, la darate di tali batterie ? limitata dalla perdita di acqua dovuta allo sviluppo di gas e, pertanto deve essere usato elettrolito in eccesso per compensare la perdita di acque che si verifica in modo da fornire una durata soddisfacente?

Tipicamente, in tali batterie ? stata resa minima la perdita di acqua usando leghe di griglia aventi un elevato sovrapotenziale da idrogeno. Possono venire impiegate griglie rigide, autoportanti, e talvolta rinforzate strutturalmente, fatte da una variet? di leghe di piombo senza antimonio o a basso tenore in antimonio. Esempi di sistemi di leghe di griglia usati includono calcio-piombo, calcio-stagno-piombo, cadmio-antimonio-piombo , seleniorantiraonio-stagno?piombo con vari ingredienti leganti facoltativi come argento e arsenico nonch? combinazioni di queste leghe?

Inoltre, sono note batterie al piombo in cui l'elettrolito ? immobilizzato sotto forma di gel-Tali batterie possonofornire non solo caratteristiche di assenza di manutenzione ma anche d? assenza di versamento, cio?, la batteria pu? venire usata in qualsiasi posizione senza perdita di elettrolito. Tuttavia, le incrinature che si sviluppano nel gel durante la carica, bench? essenziali per il trasporto di ossigeno, danno luogo a condizioni che possono influenzare in maniera negativa la prestazione desiderata. Inoltre, tali batterie sono invariabilmente caratterizzate da una resistenza interna pi? alta e, quindi, non possono venire usate in applicazioni in cui la capacit? di scarica a regi- -me elevato costituisce un requisito, come, per esempio, una batteria di avviamento di automobile, illuminazione ed accensione-Per fornire un modello sigillato e nello stesso tempo evitare "problemi di potenziale con elettroliti sotto forma di gei, sono stati utilizzati sistemi sigillati in cui M *elettrolito viene immobilizzato e assorbito in speciali separatori. ? separa tori non vengono saturati completamente ed i gas sviluppati dirante la sovraccarica o in altri momenti pu? diffondersi rapidamente da un elettrodo all'altro- Cos?, nelle giuste condizioni, l'ossigeno che si sviluppa in corrispondenza dell'elettrodo positivo pu? diffondersi all'elettrodo negativo in cui esso viene .fatto rapidamente reagire con piombo attivo? Efficacemente? ta3.e reazione scarica parzialmente 1*elettrodo negativo impedendo che l'elettrodo negativo raggiunga la sua condizione di carica completa cos? da rendere minimo lo sviluppo di idrogeno. Tale sequenza d? luogo a ci? che ? stato chiamato un "ciclo a ossigeno". Mentre il regime di ricombinazione di ossigeno ? maggiore del regime di ossigeno che viene prodotto in corrispondenza dell'elettrodo positivo? la perdite di acqua e lo sviluppo di pressione debbono essere minime.

Attualmente? sistemi al piombo sigillati di questo tipo sono stati disponibili in commercio solo in dimensioni di piccola capacit? di ampereora. L'impiego ? stato pertanto generalmente confinato in applicazioni di riserva come illuminazione di emergenza? sistemi di allarme ed apparecchi portatili con durate di ciclo limitata come televisione? lanterne e attrezzi da giardino.

Il brevetto U.S.A* 862-861 ? un esempio di configurazione di cella che ricombina ossigeno usando pressioni interne relativamente alte- Si ritiene cos? che la cella incrementi il regime di ricombinazione funzionando sotto una pressione aumentata. Per tale ragione? viene usata una valvola d? scarico che deve essere tarata in modo da aca-vi. "??<?*???? rd?? 3jv?s.??.tv'.je ou.v.nvw> piu cita possibi-:s:- '?'v - vivivi tvu? 'rivoli di sferico d? tipo toaaexx atua *s vraitensre s?lf?eso 4,> l'ino a StP ?rg il prassi?ne .Ir.*;?.!*?* .i?la tipo ai batteria pu? venire usata 'in ^.pplice'/i-orvi eaictiax?e ed in appi.l-?.a?ioni a ciclo pr?ioado in cui ? accettabile ans aurata licitata*

'Una batterle avente an contenitore prismatico ? ioscrltia in Progress in Batteries and Colar Calle, ooiame 2, 1^79, pp? .167 - 17? , ?a ? au tipo che marilesiancata funa lima a pressioni xafcei-na rslati? duomi?Jbasse? ? 1K tipo viene usato px?incipa...?e:nfce ;> -vr applicazioni saltuarie.?

? i altro tipo ?i batterie ? riportato sello

Intornat io 1 Syssposium ou Bat?orlas? Octo?ber 21 - 22, 1??63. Gc.ae descritto, in t-arsini generali? le batterie vengono pr?dotte fonasndo una catasta dx pias?re e di separatori piatti, piuttosto molli, la catasta,' dopo compressione, venendo inserita in un idoneo contenitore- In tale catasta o blocco ?i pie s?re -e separatori, di materiale attivo delie piastre e compietamente supportato osi separatori? Il blocco, dopo compressione? deve avere una porosit? sni> eie?-semente elevata da cocsaat'ii'gli eli assorbire a tratt,an?vs tutto 1*elettrolito necessario per un funzionamento efficace ed economico. I separatori sono fatti di terra diatomecea. Vengono descritte batterie adatte per applicazioni di avvisaento di automobili, illuminazione ed accensione, i vantaggi descritti essendo di resistenza a vibrazioni, mancanza di versamento, e aumentata prestazione ad alti regimi a temperature normali e basse.

Bench? la relazione precisi che la vasta introduzione sul mercato ? stata limitata in ragione di considerazioni commerciali piuttostoch? di prestazione o di qualit?? si ritiene che le caratteristiche di prestazioni non soddisfano i requisiti presenti per tali applicazioni. A prescindere, il tipo di batterie descritto non ha ottenuto un diffuso impiego e non ha avuto un buon successo commerciale.

Ancora inoltre, ? stato suggerito che un sistema al piombo sigillato, pu? essere ingrandito fino a dimensioni di capacit? maggiori di ampereora di quelle che vengono attualmente usate in commercio (Engineering, October, 197S* 3?h? Age of th? sealed Battery, pp. 1020 ~ 1022).

E? stato, in verit?, asserito che le caratteristiche del sistema sigillato di batteria dovreb*-be essere particolarmente vantaggioso per un1applicezione SLI in automobili (cio? avviamento, illuminazione e accensione)?

In aggiunta a ci?, vi sono un certo numero di applicazioni che possono essere chiamate nad impulsi fluttuanti? (cio? un sistema atto a fornire una energia di picco relativamente elevata a regimi di scarica abbastanza alti per brevi periodi di tempo) in cui le caratteristiche attribuite ad un sistema sigillato semprerebbero rendere tale sistema desiderabile all?uso. Batterie per motociclette, avviamento di motori fuoribordo e per energie di riserva per calcolatori sono esempi che ricadono nella categoria- Applicazioni che richiedono una forma relativamente pura di corrente continua hanno anche es.i genze similari. Batterie per tali applicazioni richiedono almeno capacit? di 15 ampere-ora o anche 25 ampere-ora e sostanzialmente maggiori.

Ancora, per qualsiasi ragione, sistemi sigillati di tali dimensioni capacitive .non sono divenute in alcun modo commercialmente disponibili. Ci? pu? ben essere semplicemente per il fatto che non si ? riusciti a fornire le necessarie caratteristiche di prestazione. Si pu? pertanto ritenere che si ? dimostrato difficile ottenere al meglio la capa, cit? e durata necessarie per tali applicazioni. Inoltre* s? pu? pensai'e che un contenitore di batteria pi? robusto* pi? r?gido sia necessario per resistere alle elevate pressioni interne ritenute necessarie per fornire una soddisfacente efficacia di ricombinasione di ossigeno e che ci? sia particolarmente critico in batterie di dimensioni capacitive relativamente grandi? L?uso di tali contenitori di batteria pi? robusti darebbero luogo naturalmente ad un peso aumentato della batteria? Ci? sarebbe particolarmente nocivo nel campo delle automobili poich? l?orientamento presente ? di fornire sistemi?di batterie in cui il peso possa essere diminuito guanto pi? possibile.

Principale scopo della presente invenzione ? di conseguenza fornire una batteria al piombo si- h gillata* senza manutenzione* che ? atta a fornire caratteristiche di prestazione soddisfacenti nell?uso in applicazioni ad impulsi saltuari.

Un altro e pi? specifico scopo della presente invenzione ? di fornire una batter?a al piomno si-

* gillata atta a prestazioni che eguaglino o superino le caratteristiche richieste da batterie per appliv cazioni di avviamento, illuminazione ed accensione di automobili.

Un ulteriore scopo si trova nella fornitura di una batteria al piombo sigillata caratterizzata da una migliore densit? di energia volumetrica e gravimetrica?

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piombo sigillata che pu? essere formata con dimensioni che variano da capacit? piccole ad estremamente alte? Ancora un altro scopo si?trova nella fornitura di una batteria al piombo sigillata atta a venire prodotta con un'attrezzatura standard usata per la produzione di convenzionali batterie ad impulsi saltuari*

Ancora un ulteriore scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria al piombo sigillata atta ad usare i convenzionali contenitori di plastica a pareti sottili spesso impiegati per batterie ad impulsi saltuari.

Un altro scopo della presente invenzione ? di fornire una batteria si piombo sigillata atta a funzionare a pressione interna estremamente bassa purfornendo caratteristiche d? assenza di manutenzione per una durata prolungata.

Altri" scopi e vantaggi della presente invenzione potranno essee rilevati dalla descrizione seguen te e dei disegni, in chi:

la figura 1 ? una vista in prospettiva di una batteria formata secondo la presente invenzione? con parti asportate per mostrare la configurazione interna;

la figura 2 ? una vista in elevazione laterale, in sezione, in esploso, ed illustra la disposizione delle piastre^e dei separatori della batteria della presente invenzione;

la figura ? ? una vieta in sezione eseguita gfineralmente lungo la linea 3-3 della figura 1, e che mostra inoltre la configurazione interna della batteria;

la figura 4 ? un diagramma della tensione rispetto al tempo e che mostra la prestazione migliorata di avviamento a freddo con una batteria si piombo sigillata fatta secondo la presente invenzione in confronto ad una batteria senza manutenzione del commercio; e

la figura 5 ? un diagramma che illustra la prestazione di una batteria al piombo? sigillata? della presente invenzione in una prova di durata di ciclo industriale?

Bench? Is presente invenzione sia suscettibile di varie modifiche e forme strutturali alternative, verranno mostrate nei 6 isegni e verranno qui descrit te in dettaglio le realizzazioni preferite. Va tuttavia compreso che non si intende limitare la invenzione alle forme strutturali spec?fiche descritte. Al contrario, si intende comprendere tutte le modifiche e forme .strutturali alternative ricadenti nello spirito e nel campo della pre sente invenzione. Pertanto,-bench? le? presente invenzione verr? principalmente descritta in relazione ad una applicazione di avviamento, illuminazione ed accensione per automobili, va rilevato che la presente invenzione pu? essere utilizzata per qualsiasi altra applicazione ad impulsi saltuari.

Ino.ltre, l?invenzione ? ovviamente, applicabile nella stessa maniera sia ad una batteria che ad una singola cella. Inoltre, bench? la presente invenzione venga descritta con riferimento a batterie di dimensioni capacitive maggiori, ve rilevato che essa ? ugualmente utile prevedendo piccole dimensioni capacitive. Parimenti, bench? non si potranno ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione, si pu? impiegare, se desiderato, un contenitore pi? rigido di quello richiesto dalle pressioni interne, sviluppate in servizio.

In generale, la presente invenzione ? basata sulla scoperta che una batteria al piombo sigillats, senza manutenzione, atta a varie applicazioni saltuarie come, per esempio, un'applicazione di avviamento, illuminazione ed accensione di automobili pu? essere fornita immobilizzando l'elettrolito in separatori altamente assorbenti, funzionando a pressioni interna estremamente basse che consentono l?uso di convenzionali contenitori a pareti sottili. La batteria della presente invenzione fornir? una energia di picco superiore a regimi di scarica relativamente alti in confronto alle batterie del tipo ricolmo di elettrolito convenzionalmente usate, soddisfacendo nello stesso tempo le altre. caratteristiche di prestazione richieste.

Con riferimento ora ai disegni, le figure 1 e 2 mostrano la batteria 10 secondo la presente invenzione. La batteria 10 ha un contenitore 12, separato in celle individuali da divisori interni ?A. In ciascuna cella, numerosi elettrodi positivi 16 ed elettrodi negativi 18 sono separati da separatori 20 assorbenti.

I collegamenti elettrici necessairi possono essere eseguiti mediante un? qualsiasi delle diverse maniere che sono note nella tecnica. La particolare tecnica impiegata aon forma parte della presente invenzione. Come mostrato, piattine conduttrici 22 uniscono gli elettrodi uno all?altro ed i collegamenti tra celle sono mostrati nella figura 3? Le piattine 22 delle celle terminali sono collegate a terminali esterni 2*5-con mezzi convenzionali-Come si osserva nelle figure 1 e 3? ? previsto uno sfogo di scarico attraverso collettori 26 tramite valvole di scarico automatiche a bassa pressione come* per esempio* valvole bunsen 38? Bench? sia illustrato lo scarico attraverso un collettore* le singole celle potrebbero essere fornite ciascuna di una valvola di scarico se desiderato. D?altro canto* potrebbe essere usato uri unico collettore per le sei celle mostrate o si possono utilizzare pi? di due collettori*

Gli elettrodi 16 e 13 ed i separatori 20 debbono essere adattati con precisione nelle celle? cio? gli elettrodi e separatori debbono rimanere in condizione assemblata quando il contenitore viene rovesciato. Gli elettrodi possono pertanto essere dimensionati fino a circa le dimensioni interne delle celle. -Per eliminare la possibilit? di cortocircuiti ?* tuttavia* desiderabile dimensionare i separatori usati in maniera tale che i bordi si estendano leggermente oltre tutti i bordi degli elettrodi? come ? mostrato in figura 2. Un mezzo per ottenere ci? in corrispondenza della parte inferiore degli elettrodi ? di ripiegare i separatori attorno allElettrodo con una piega a U come illustrato in figura 2.

E* ovviamente cosi dimostrato l'uso altamente efficace dell'interno del contenitore. Tuttavia, se desiderato, si potrebbero impiegare mezzi distanziatori, per esempio spessori, se le celle impiegate sono sovradimensionate per qualsiasi ragione.

Considerando la presente invenzione in maggior dettagli?, le griglie usate come griglie positive e negative possono essere costituite da qualsiasi fra le diverse leghe di griglia note usate per convenzionali batterie senza manutenzione. Come esempio, ? pertanto conveniente utilizzare una lega di calcio-stagno in cui il ten?re in calcio ? da circa 0,06 fino a ?,??) % e lo stagno ? nel campo di 0,1 fino a 0,5 % (preferibilmente 0,2-0,3), entrambe le percentuali essendo in base al peso totale della lega- Le leghe usate debbono es sere atte a fornire griglie autoportanti- Le griglie possono essere formate con qualsiasi fra le tecnicbe note, come colata diretta o metallo espanso ?

Vi sono diverse difficolt? associate alla forniture di una struttura interna soddisfacente per un sistema sigillato- Una tale difficolt? insorge dalla necessit? di fornire una capacit? assorbente del sistema tale da assicurare che elettrolito sufficiente verr? trattenuto in modo da fornire la capacit? desiderata- A ci? pu? essere provveduto fino ad una certa misura usando separatori pi? spessi di quelli che sarebbero necessari per un sistema ricolmo di elettrolito. Tuttavia? ci? non potr? costituire in generale una risposta ? completa allorch? la resistenze interna aumenter? quando aumenta il distanziamento delle piastre- :Vi ? pertanto un limite pratico nell*alternanza di caratteristiche di prestazione che potr? verificarsi- Alcuni benefici si possono ottenere usando un elettrolito con peso specifico alquanto maggiore di quello dei sistemi convenzionali ricolmi; ma? anche in ci?? vi ? un limite pratico superiore dovuto a fattori come il verificarsi della diminuizioae di conduttivit?- Un?altra possibilit? ? ovviamente

di diminuire la densit? delle paste di materiale attivo. Poich? si debbono evitare? o rendere almeno sostanzialmente minimi? la formazione di muffa sul materiale attivo negativo e lo sfaldamento del materiale attivo positivo, con il preciso adattamento degli elettrodi nei separatori assorbenti utilizzati, la riduzione della densit? del materiale di pasta attivo dovrebbe essere concettualmente possibile? Tuttavia, anche qui, vi sono limitazioni a causa dei problemi di trattamento che insorgono con tali densit? ridotte quando vengono impiegate convenzionali macchine impastatrici, come in una applicazione per automobili. .

Un'altra difficolt? insorge dal ritiro del materiale attivo negativo che si verifica in batterie esposte a condizioni fluttuanti, come ? noto. Ci? pu? costituire un modo principale di avaria, che riduce notevolmente la durata utile di una batteria. E' per questa ragione che i produttori di batterie hanno convenzionalmente usato vari espansori per mantenere la desiderata porosit? nonch? l^area superficiale di materiale attivo delle piastre negative.

Si ? riscontrato che tale difficolt? ? particolarmente grave in sistemi sigillati per applicazioni saltuarie.

Di conseguenza, per ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione, si preferisce utilizzare paste di materiale attivo che hanno capacit? assobente aumentata e che possono venire facilmente trattate con attrezzature convenzionali e fornii re un sistema con caratteristiche di durata e di prestazione soddisfacenti. A questo fine? le dea sita di pasta dei materiali attivi positivi sono inferiori alle densit? di pasta usate per battei rie al piombo ricolme di elettrolito convenzionali che impiegano materiali di ossido di piombo di lunga durata, come quelli ottenuti de un crogiolo di Barton. ?' stato cos? trovato opportuno utilizzare densit? di piastra nel campo da circa 2,9 fino a 4,-1 g/cm' per il materiale attivo positivo non formato, indurito, ?? campo di densit? di 3,0 fino a 4,2 g/cm' per il materiale attivo positivo formato ed indurito ? accettabile.

Ber fornire le desiderate propriet? di trattenuta di elettrolito, si preferisce incorporare

un agente di trattenuta di elettrolito come silice colloidale nella pasta? E* stato trovato idoneo un incorpo raraento di silice colloidale in una quantit? da circa 0,05 - 1,0%, in base al peso del materiale attivo positivo non formato. Sono noti altri materiali di trattenuta di elettrolito che possono essere utilizzati similarmente come sostituti, in tutto o in parte, della silice. Desiderabilmente, l?agente di trattenuta di elettrolito deve anche funzionare come agente ammassante, cio? aumentare la consistenzs della pasta bagnata cos? da migliorare la maneggisbilit?? La silice colloidale soddisfa tale funzione.

Secondo un ulteriore aspetto preferito della presente invenzione, le caratteristiche del materiale attivo negativo vengono migliorate non solo per aumentare le capacit? assorbente ma anche per compensare gli effetti di ciclo poco profondo in modo da?fornire caratteristiche di durata e prestazione soddisfacenti. A questo fine, la pasta attiva negativa include preferibilmente una combinazione di additivi di pasta convenzionalmente usati al di sopra dei livelli tipicamente usati.

Come primo componente si preferisce utilizzare un convenzionale espansore organico ad un livello da circa 0,5 fino a circa 1,4 in,base al peso della pasta non formata secca- Sono noti e sono idonei vari ligno-solionati come, per esempio, ligno-solfona. to di sodio. Inoltre, si preferisce utilizzare un ad ditivo che serve a minimizzare il consolidamento fisico dei cristalli di solfato di piombo formati durante il ciclo in cristalli pi? grandi e alle fine in uno strato essenzialmente solido con porosit? minima ehe d? luogo ad avaria della batteria. Cellulosa in fiocco serve a questo scopo e pu? essere usa

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to un livello di circa 0,3 fino a circa 1,0% in peso.

Bon si ritiene che i benefici massimi potranno essere ottenuti utilizzando solo un tipo di espansore quando le funzioni sono considerate differenti. In qualche maniera, l'espansore organico influisce sulla morfologia della struttura del solfato di piombo in modo da ritardare la perdita di porosit?. L?additivo che ritarda il consolidamento si ritiene che serva,in effetti, come mezzo di distanziamento fisico.

Preferibilmente, gli additivi di pasta utilizzati debbono parimenti funzionare ?ose agenti ammassanti della pasta. Cellulosa in fiocco e ligno-solfdnsto di sodio assolvono entrambi a questa funzione.

Si preferisce un miscuglio di 0,75 % di iigno-solfon?to di sodio e 0,6 % di cellulosa in fiocco, entrambe le percentuali essendo in base al peso della pasta non formata secca- L?uso di tale miscuglio sembra fornire la desiderata durata ai ciclo -La densit? di pasta indurita, ra? non formata, per il materiale attivo negativo, deve des?dersb?lmente essere neleagpo d? circa 3,5 fino a 4,4 g/cm*-Un campo di densit? di circa 3,2 fino a 4,? g/cm per il materiale attivo negativo indurito e formato ? soddisfacente" Bench? gli additivi di pasta di negativo descritti in precedenza servano a ritardare la perdita di porosit? e pertanto a mantenere la capacit? assortente? si preferisce inoltre incorporare nella pasta di negativo un agente di trattenuta di elettrolito come silice colloidale. Sono adatte quantit? nel campo da circa 0,05 fino a 1,0%, in base al peso della pasta non formata, secca?

In modo caratteristico ? stato ritenuto essenziale* come esposto nel brevetto U.S,A. 5.862,861, utilizzare in un sistema sigillato un eccesso di materiale attivo negativo rispetto al materiale attivo positivo in modo di ottenere il richiesto ciclo di ossigeno. Secondo un aspetto della presente invenzione, si ? trovato che un soddisfacente ciclo di ossigeno pu? venir ottenuto anche se la quantit? di materiale attivo negativo ? minore di quella di materiale attivo positivo. Si di conseguenza ? preferito utilizzare un rapporto ponderale fra materiale attivo negativo e materiale attivo positivo compi'eso da circa 0,75 a circa 0,92 o simili. Il risultato ? non soltanto un peso ridotto ma anche ima minor spesa senza effetti dannosi sulla prestazione.

Il materiale impiegato dei separatori 20 deve essere stabile nell'elettrolita acido solforico impiegato, resistente all?ossidazione da parte di PbO^ e non liberare materiali nell'elettrolita che potrebbero influire dannosamente sulla prestazione della batteria- Inoltre, il materiale dovrebbe essere altamente poroso per esempio almeno 70-75%* meglio fino a 9 o simile e dovrebbe essere sufficientemente comprimibile per adattarsi almeno sostanzialmente alle variabili forme degli elettrodi durante lo assemblaggio et? il sev izio. Inoltre, il diametro medio dei pori dovrebbe essere sufficientemente piccolo per impedire la propagazione di dentriti dalla placca negativa e riparare il materiale attivo dalla placca positiva. Il diametro medio dei pori dovrebbe comunq?ne essere sufficientemente grande per essere facilmente bagnato dall'elettrolita e non cos? piccolo da comportare una impedenza interna indebitamente elevata. Il materiale per separatori deve pure essere in grado di ritenere l'elettrolita per la altezza desiderata del separatore-E per ultimo ma importante, il materiale del separatore deve possibilmente fornire in servizio un volume di vuoto sostanzialmente uniforme attraverso tutto il separatore. Il separatore fornisce cos? di preferenza un volume di vuoto sufficiente per sopportare il tasso di trasporto di ossigeno necessario per la pressione interna desiderata per la batteria. Si ritiene che il volume vuoto sia ottenuto tramite alcuni dei pori i quali hanno le loro pareti coperte con una pellicola di elettr?lita mentre la porzione centrale del foro ? esente da elettrolita* Una soddisfacente efficienza di ricombinazione di ossigeno per alcune applicazioni pu? venir ottenuta anche quando il separatore ? completamente bagnato con elettrolita. L'adattabilit? da questo punto di vista pu? venir determinata mediante misurazioni di perdita di peso (acqua) effettuate durante l'operazione ciclica. Se il materiale ? adatto non si dovrebbe avere una perdita di acqua eccessivamente elevata Lo spessore del separatore sar? determinato in generale dalla capacit? della batteria e dal previsto tasso cooperativo della particolare applicazione. Da questo punto di vista, lo spessore di separatore impiegato non deve in pratica riferire da quelli trovati adatti per altri tipi di batteria al piombo impiegati per la particolare applicazione di uso finale.

Si ? trovato adatto impiegare un materiale di vetro al borosilicato costituito da aicrofibre di vetro e da trecce mozzate. Kafceriali di questo tipo sono disponibili in commercio e sono stati in precedenza utilizzati per accumulatori al piombo sigillati. Uno di tali materiali (C.H. Dexter, Bivision, The Dexter Corporation, Windsor Locks, Connecticut, 5TGrade 225B") che ? stato trovato soddisfacente, resenta le seguenti propriet? caratteristiche: spessore nominale di 300 ?, permeabilit? all'aria (ASTMD 757-75) di 15/1 litri/min/100 cm^ a 12,7 M di acqua ? P (Fraeier Permeometer), una dimensione media di pori di 16,6 ? ed una porosit? (per infiltrazione di - ?i\ _

mercurio) di 1,2 m /g. Si pre.feri<?ce utilizzare almeno uno stratodel materiale di vetro al borosilicato adiacente agli elettrodi. Altri strati di altri materiali possono venir impiegati come per esempio per rinforzo per migliorare la maneggiabilit? nel trattamento. Come esempio di illustrazione, si possono vantaggiosamente impiegare fogli, disponibili in commercio^non tessuti,di polietilene, di polipropilene e di poliestere. Tali materiali posseggono la desiderata ritenzione di elettrolita ed inoltre permettono di ridurre le spese nonch? migliorare la resistenza meccanica. Un tale sistema laminare di separatore pu? venire impiegato per dare la necessaria resistenza meccanica per una introduzione relativamente facile di separatori del tipo a tasca e piegati a U nelle tecniche di assemblaggio di batterie SLI ad alimentazione elevata convenzionalmente impiegate .

Per una data applicazione, il peso specifico a carica completa dell'elettrolita richiesto pu? ve?nir facilmente calcolato. In particolare pesi specifici a carica completa nell'intervallo di 1,255-1,320 possono essere soddisfacenti, ? preferito l'intervallo 1,285-1,220. Particolari applicazioni possono richiedere l'impiego di pesi specifici dell'acido - <r'5

un poco pi? elevati oppure pi? bassi.

La formazione degli elettrodi impastati pu? venire effettuata mediante tecniche note. In questo modo? prima dell'assemblaggio nel contenitore, gli elettrodi possono venir formati mediante convenzionale formazione in vasca. Quando questa tecnica viene impiegata gli elettrodi formati dovrebbero venire essiccati per eliminare l?elettrolita residuo.

Opportunamente , gli elettrodi non formati ed

i separatori vengono disposti nel contenitore, vengono fatte le necessarie connessioni elettriche, il coperchio viene sigillato al contenitore, si aggiunge il necessario elettrolita attraverso l?apertura nel coperchio per la valvola di sfiato e la valvola viene poi messa in posizione di servizio. La formazione viene poi effettuata impiegando condizioni adeguate per la formazione convenzionale in una sola

fase della batteria al piombo. Pu? essere tuttavia utile impiegare condizioni di finitura di formazione un pochino meno gravose di quelle convenzionalmente impiegate. Pu? essere pure opportuno di raffreddare inizialmente ad un certo grado l?elettrolita di formazione .

Si osserver? del pari che quando la formazione viene impiegata in sito, l?inizio di formazione deve verificarsi entro 1/2 fino a 1 ora o simili dopo che l?elettrolita ? stato immesso. Ritardi maggiori possono comportare condizioni che in definitiva creeranno cortocircuiti interni.

La Quantit? di elettrolita impiegata dovrebbe di preferenza fare in modo che i materiali assorbenti della batteria vengano completamente saturati, cio? la batteria dovrebbe essere in una condizione di carenza di elettrolita. Mentre la batter?a in servizio ? autoregolabile, una condizione d? completa saturazione potrebbe comportare una svantaggiosa formazione di gas durante gli stadi iniziali di carica durante l?operazione ciclica. Inoltre, l?operazione raggiunger? uno stato diequilibrio in cui viene realizzato un efficiente ciclo di ricombinazione di ossigeno. La formazione di gas alquanto pi? elevata che si verifica durante gli stadi iniziali pu? venir sostanzialmente eliminata determinando il particolare volume vuoto richiesto per efficiente ricombinazione di ossigeno. Tuttavia si ? trovato opportuno addizionare elettrolita sufficiente per saturare la capacit? assorbente del sistema fino ad un livello d? circa 9G%.

Si deve stare attenti ad evitare elettrolita l?bero nel sistema. Cospicue quantit? di elettrolita libero (cio? non immobilizzato nell'elettrolita e nei separatori) pub avere effetti negativi sulla prestazione.

Secondo un aspetto della presente invenzione, viene previsto uno sfiato mediante una valvola di sfiato auto-sigillante la quale rompe la tenuta nel caso di pressioni interne estremamente basse- A questo scopo viene impiegata una valvola che rompe la 2 tenuta per pressioni interne da circa 0,035 kg/cm

2

fino a circa 0,2l kg/cm . In effetti si preferisce utilizzare pressioni operative interne non superio-

2

ri a circa 0,07 o forse 0,14-kg/cm in modo di poter impiegare i contenitori plastici a pareti sottili normalmente adoperati. I seguenti esempi illustrano ulteriormente le presente invenzione ma non ne sono una limitazione. Se non altrimenti specificato, tutte le percentuali sono in peso.

ESEMPIO 1

Questo esempio illustra la prestazione della batteria al piombo sigillata della presente invenzione in confronto ad una batteria convenzionale allagata senza manutenzione.

Sono state assemblate batterie di una capacit? nominale di circa 71 ampere/ora in contenitori di ebanite. Ogni"batteria conteneva 17 placche per cella. Le leghe impiegate per le griglie di entrambe

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le batterie erano calcic-stagno-piorabo avente una composizione nominale di 0,09% di calcio, 0, 3% di stagno ed il rimanente piombo. Le densit? della pasta impiegata erano 4,0 g/cm> per il positivo e 4,4 per il negativo, entrambe riferite al peso secco di pasta non formata. Le paste sono state trattate per esposizione a 60?C per circa 16 ore in una atmosf^ ra ad umidit? relativa 100%, e successivamente mediante esposizione a 60?C ad una atmosfera ad umidit? relativa 0% per un periodo di circa 48 ore o s?mili. Ogni elettrodo della batter?a della presente invenzione ? stato avvolto con separatore a due strati comprendente uno strato intern o di un materiale di vetro al boros?licato di nominali 0,33 mm come descritto in precedenza e di uno strato esterno di 0,33 mm di un materiale polipropilenico non tessuto legato per punti, piegato a U attorno all'elettrodo come rappresentato in figura 2. Un convenzionale separatore di cloruro di polivinile avente uno spessore nominale di 0,94 mai con un velo sul retro di 0,3 mm ? stato impiegato per la batteria convenzionale senza manutenzione.

Altri dettagli costruttivi sono esposti in tabella 1:

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TABELLA 1

Parametro Batteria Batteria convenzionale Spessore di griglia positiva,mia 1,05 1 ,05 Spessore di griglia negativa,mm 0,99 0, 99 Peso secco di pasta di positivo

per placca, g 110 110

Peso secco di pasta di negativo

per placca, g 101 101 Rapporto in peso di pasta di positivo/griglia 70/40 70/40 Rapporto in peso di pasta di negativo/griglia, g 62, 5/38,5 62, 5/58, 5 Peso specifico di elettrolita 1,285 1,285 Distanziatura interplacea, mia 0,56 0,94 Altri particolari delle batterie nel loro complesso sono esposti in tabella 2,

TABELLA 2

Parametro Batteria Batteria sigillata convenzionale Peso totale, pasta positiva, kg 5,35 3,35 Peso totale, pasta negativa, kg 3,37 3,37 Peso totale, griglie positive,kg 1,92 1,92 Peso totale, griglie negative,kg 2,08 2,08 Peso totale, piombo entro elemento, kg 10,73 10,73 Peso totale di elettrolita, kg 2,61 6,94

Le placche ed i separatori sono stati disposti

nei contenitori, sono state fatte le necessarie connessioni elettriche ed ? stato aggiunto l?acido d? formazione del peso specifico 1,200 raffreddato a ~?7s8?C. Si ? impiegato un regime di carica di 7 ampere per 16,5 ore, seguito da 4 ampere per 3 ore e 2 ampere per 2 ore. Sono stati poi messi in posizione i coperchi* La batteria sigillata includeva una normale valvola d? sfiato Bunsen che toglieva la tenuta a 0,035 kg/cm ?. Le batterie sono state poi controllate e la prestazione viene esposta in tabella 5:

TABELLA 3

Prova Batteria Batteria sigillata convenzio ^ naie Avviamento a freddo a -17,8?C,

tensione dopo 30 secondi, 550 A 8,05 7? 60 Sesistenza elettrica relativa,

-17,8?C 9,9 11,2 Capacit? di riserva, scarica a

2^ ampere, minuti 78 124?

Come si pu? vedere, la batteria sigillata della presente invenzione presenta una migliore potenza fii avviamento a freddo della convenzionale batteria senza manutenzione. La figura 4 mostra pure questa migliorata prestazione oltre i 60 secondi di scarica alla quale ogni batteria ? stata sottoposta, la curva contrassegnata con 1 essendo il sistema sigil

31

lato e la curva 2 valendo per la batteria convenzionale senza manutenzione?

Tuttavia, come si pu? vedere da tabella 3? la capacit? di riserva della batteria sigillata della presente invenzione era sostanzialmente inferiore a quella della batteria convenzionale senza manutenzione.Si osserver? che le paste di materiale attivo non sono state modificate come in precedenza descritto ed i risultati chiariscono in questo modo la necessit? di una opportuna modifica per ottenere tutti i vantaggi della presente invenzione?

La batteria sigillata ? stata sottoposta ad un ciclo unificato SLI di 12 minuti, regime J240 e non ha pi? funzionato a circa 4500 cicli,il che ? sostanzialmente inferiore a quello tipicamente conseguito dalla prestazione d? batterie senza manutenzione disponibili in commercio. Tuttavia si ritiene che la messa fuori servizio sia dovuta ad un difetto di progettazione nelle speciali griglie positive impiegate.

ESEMPIO 2

Questo esempio illustra la prestazione effettua-? ta in grado di venir ottenuta mediante una batteria sigillata costruita secondo la presente invenzione.

E* stata assemblata una batteria di prova aven

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te una capacit? nominale in ampere-ora di circa 67 la quale conteneva.13 placche per cella. Le leghe impiegate avevano la stessa composizione come esposta nell'esempio 1. Le densit? della pasta indurita,

3

non formata erano circa 4,4 g/cm per il materiale attivo negativo e circa 3*9 per il materiale attivo positivo. La pasta negativa ? stata fatta da una. formulazione che includeva, in parti, 12QG g di litargirio al piombo, 50 g di una convenzionale miscela di espanditore e circa 0,3% di silice colloidale riferiti al peso secco non formato della pasta.

Le paste sono state indurite come descritto in esempio 1. Le placche positive sono state avvolte con due strati del materiale al horosilicato come descritto in precedenza e le.placche negative sono state avvolte con uno s?lo stato di quel materiale.

Le placche ed i separatori sono stati collocati in un contenitore di plastica a pareti sottili secondo norme SLI impiegato per batterie commerciali senza manutenzione, modificato per ridurre sensibilmente il peso degli appoggi nel fondo del contenitore. Montaggio e formazione sono stati eseguiti come genericamente descritti nell'esempio 1? il regime specifico di formazione richiedendo carica a 7 ampere per 18 ore, seguita da 4 ampere per 6 ore e

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2 ampere per 2 ore.

Altri dettagli costruttivi sono esposti in tabella 4,attendo incluse per confronto le specifiche per una convenzionali batteria senza manutenzione:

TABELLA 4

Parametro Batteria Specifica sigillata convenzionale

Spessore griglia positiva, mm 1,9 1,62 Spessore griglia negativa, ram 1,3 1,2 Peso secco placca positiva, g 148 149 Peso secco placca negativa, g 104 106 Rapporto in peso pasta positiva/

griglia, g 89 s8/58,5 87/62 Rapporto in peso pasta negativa/

griglia, g 63,5A 0,2 66/41 Peso specifico dell'elettrolito 1,290 1,265 La tabella 5 espone i particolari della batter?a assemblata, le specifiche per la batteria convenzionale riferite congiuntamente con tabella 4

cio? qui incluse:

Parametro Batteria Specifica sigillata coznrenziij naie Peso totales pasta positiva, kg 3,23 3?13 Pes? totale, pasta negativa, kg 2,67 2,77 Peso totale, griglie positive,kg 2,46 2,23 Peso totale, griglie negative,kg 1,69 1,71 Peso totale entro elementi, kg 10,03 9,85 Peso totale di elettrolita, kg circa circa 3,13 5,26 Peso totale di batteria, kg 14,6 17,14 E' stata sottoposta a prove la batteria sigillata e la tabella 6 espone i risultati in confronto alle specifiche per batteria convenzionale qui descrit ta.

TABELLA 6

Prova Batteria Specifisigillata ca conc_ _ _ __ venzionale Avviamento a freddo a -17?8?C,

Volt a 30 see. , scarica a 500 A 7,84 7,2 Capacit? di riserva, ?5 A, minuti 91 102 Come si pu? vedere dalla tabella 6, la batter?a sigillata della presente invenzione fornisce lo stesso avviamento a freddo migliorato come mostrato nell'esempio 1. Dunque pur non essendo lo stesso della batteria convenzionale ? la modifica alle griglie negative unitamente con maggiorata distanziatura di interplaeca ha dato un miglioramente in relazione

al confronto mostrato in esempio 1. Un ulteriore miglioramento da questo punto di vista lo si pu? ottenere modificando ulteriormente le paste di materiale attivo, come descritto in precedenza*

La batteria sigillata ? stata sottoposta alla prova di durata J240, descritta in esempio 1, ed ha realizzato circa 8000 cicli. Durante questo regime di prova, la batteria ? stata scaricata a 500 ampere; sono state determinate le tensioni a 5 secondi ed a 30 secondi. La figura 5 riporta i risultati, la curva 3 essendo le tensioni a 5 secondi e la curva 4 essendo le tensioni a 30 secondi. Il mancato funzionamento si ? verificato in conseguenza della corrosione alle griglie positive; considerata essere un difetto di progettazione in tali griglie.

In maniera significativa, per la durata della prova J240 la batteria sigillata della presente invenzione ha perso soltanto 0,0? kg di acqua (,+ 0,05 di precisione nella misura) il che ? considerato essere attorno ad un ordine,di grandezza minore di quello prevedibile da una batteria convenzionale

senza manutenzione.

Come si ? visto? la batteria della presente invenzione .fornisce dunque,tutti i vantaggi <31 un sistema sigillato ed in particolare realizza migliorata potenza di picco a velocit? relativamente elevate per brevi tempi Incontrati in un'ampia variet? di applicazioni discontinue. In un avviamento di motore, applicazioni per accensione ed illuminazione: questa invenzione fornisce quindi potenza di avviamento a freddo nettamente superiore. Questa prestazione viene ottenuta pur mantenendo le altre caratteristiche di prestazione richieste,, L?efficiente tasso di ricombinazione di ossigeno anche per pressioni interne estremamente basse offre superiori caratteristiche delprodotto senza manutenzione . L?impiego di basse pressioni interne permette in maniera analoga la utilizzazione di convenzionali contenitori in plastica a parete sottili, un aspetto di grande utilit? nelle applicazioni automobilistiche in cui il peso ridotto sta diventando sempre pi? importante. Effettivamente la densit? di energia per volume relativamente elevata* in grado di venir ottenuta, pu? permettere l?impiego di contenitori di dimensioni an che pi? piccole senza,che se faccia le spese la prestazione.

???? ?gfrEHDI0A2ieg?-1. Batteria al piombo senza manutenzione avente caratteristiche adatte per impiego in applicazioni non continuative, comprendente:

un contenitore sigillato diviso in numerose celle di. suddivisione interna; numerose placche positive contenute in ogni cella, ognuna di dette placche comprendendo una griglia autoportante e materiale attivo positivo impastato su detta griglia!?

numerose placche negative contenute in ogni cella, ognuna di dette placche comprendendo una griglia auto-portante e materiale attivo negativo impastato su detta griglia,

almeno uno strato di un materiale di separatore assorbente e trattenente l?elettrolita intimamente a contatto e in separazione in dette placche positive e negative,

elettrolita acido-solforico assorbito in dette placche e separatori, dette placche e separatori essendo sufficientemente porosi per trattenere elettrolita sufficiente per fornire una capacit? d? almeno circa 25 ampere/ora, e

detto contenitore avendo almeno una valvola di sfiato normalmente chiusa in grado di sfiatare gas dal contenitore all'atmosfera quando la pressione entro detto contenitore si trova nel campo di circa

2

0,035 fino a 0,2l lvg/cm .

2. Batteria della rivendicazione I, in cui almeno una d?lie griglie positive e negative sono di una lega calcio-stagno-piombo.

3? Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo positivo ha una densit? da circa 3*0 a z

4,2 g/em''.

4* Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo positivo contiene circa 0,05 fino a 1,0% in peso d? un agente che trattiene l?elettrolita. 5V Batter?a della rivendicazione 4, in cui detto ag?nte che trattiene l?elettrolita ? silice colloidale.

6. Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo negativo ha una densit? di circa 3*^ fino a 4,1 g/cm".

7- Batteria della rivendicazione 1, in cui il materiale attivo negativo contiene circa 0,05 fino a 1,0% in peso di tua agente che trattiene l?elettrolita.

8. Batteria della rivendicazione 7, in cui detto agente che trattiene l?elettrolita ? silice colloidale.

9. Batter?a della rivendicazione 1, in cui detto ma

39

teriale attivo negativo contiene un espanditene organico presente in una quantit? di circa 0*3 fino a circa 1,0% in peso.

10. Batteria della rivendicazione 1, in cui detto materiale attivo negativo contiene un additivo il quale riduce al minimo la consolidazione dei cristalli di solfato di piombo durante l'operazione ciclica ed ? presente in una quantit? di circa 0,3 fino a circa 1% in peso.

11. Batteria della z*ivendicazione 1, in cui il rapporto ponderale tra materiale attivo negativo e materiale attivo positivo ? minore di 1,0.

12. Batteria della rivendicazione 10, in cui detto rapporto ponderale si trova nel campo di circa 0,75 fino a 0,92.

13? Batteria della rivendicazione 1, in cui detto materiale d? separatore che trattiene ed assorbe elettrolita ? un materiale di vetro al borosilicato? 14? Batteria della rivendicazione 12, in cui vi sono almeno due strati di detto materiale che trattiene ed assorbe elettrolita e lo strato adiacente a dette placche ? un materiale di vetro al borosilicato?

15* Batteria della rivendicazione 1, in cui un collettore comune collega una molteplicit? di dette cel^ vQ -

le a detta valvola di sfiato.

16. Batteria come sostanzialmente qui descritta. ^ V-_ ?W.r\TTTT>_ TT.T^r_

djtsu. a ^ ' \> i

DICHIARAZIONE E PROCURA - N? di ine.

Domanda originale dell1agente

Come inventore nominato in appresso, Io con ci? dichiaro che:

la mia residenza, l'indirizzo postale e citta? dinanza sono come indicati in appresso dopo il mio nome;

Io in verit? ritengo di essere l'originale, primo e solo inventore (se solo un nome ? elencato in appresso in 201) od un inventore congiunto (se numerosi inventori sono nominati in appresso in 201-203) dell'invenzione intitolata: " Batterie al piombo sigillate, senza manutenzione, per applicazioni saltuarie"; che ? descritta e rivendicata nella trattazione attaccata;

Io non sono a conoscenza e non ritengo che la invenzione sia mai stata nota od usata negli Stati Uniti d'America prima della mia o nostra invenzione di essa;

Io non sono a conoscenza e non ritengo che la invenzione sia mai stata brevettata o descritta in

* qualsiasi pubblicazione stampata in qualsiasi paese

prima della mia o nostra invenzione di essa e pi? di un anno prima di questa domanda;

Io non sono a conoscenza e non ritengo che la invenzione sia stata in uso pubblico od in vendita

negli Stati Uniti d?America pi? di un anno prima di

questa domanda;

Io conosco il mio dovere di fornire una informazione di cui Io sia a conoscenza e sia importante

per l?esame di questa domanda;

l?invenzione non ? stata brevettata o fatta oggetto di un certificato di inventore rilasciato prima della data della presente domanda in alcun paese

fuori dagli Stati Uniti d'America in seguito a domanda depositata da me o dai miei legali o rappresentanti o cessionari pi? di dodici mesi prima di questa

domanda; e

per quanto riguarda domande per:brevetti o certificato di inventore sulla invenzione depositata in

qualsiasi paese fuori dagli Stati Uniti d?America

prima di questa domanda da me o da miei legali rappresentanti o cessionari,

? nessuna tale domanda ? stata depositata o

Q tali domande sono state depositate come segue:

?manda (domande) estere precedenti, se vi sono, depositata entro 12 mesi prima di questa domanda

PAESE N? di domanda Data di Data di Priorit? deposito rilascio rivendi-(giorno, (giorno, cata sotmese,anno) mese, anno) to 35 U.S..C.119

SI NO SI NO

Tutte le domande estere, se vi sono, depositate pi? di dodici mesi prima di questa domanda

Procura: come inventore nominato, Io con ci? incarico il segu?nte legale(i) e, oppure agente(i) a far proseguire questa domanda e trattare tutti gli affari connessi ad essa nell?Ufficio Brevetti e Marchi di impresa (elencare e n? di registrazione):

Augustus J. Hipp, Reg. n? 25093 e

Edward E. Sachs, Reg.n? 204-57

Inviare la corrispondenza a: Chiamate telefoniche August J. Hipp dirette a:

Gould Ine., Patent Dept. Augustus J. Hipp

P.O. Box 4-314-0 (612) 681-54-17 o

ST. Paul, Minnesota 55164- 681-5000

Nome completo dell?inventore

Cognone J Primo Nome Dato Secondo nome dato RAO ? PURUSHOTHAMA

Residenza e cittad:Lnanza

Citt? Stato o Paese di cittadinanza Paese estero

Eagan Minnesota U.S.A.

Indirizzo Postale

Indirizzo Postale Citt? Stato e Codice Postale/

Paese

1210 Carlson I^ake jane Eagan MN 55123/U.S.A.

44

Rome completo dell'inventore

Cognome Primo nome dato Secondo nome dato

cu MARSH FREDERICK LEON Residenza e cittadinanza

Citt? Stato o Paese di cittadinanza Paese estero

FRIDLEY MINNESOTA U.S.A.

Indirizzo Postale

Indirizzo Postale Citt? Stato e Codice Pocu stale/Paese

1523 Windemere Drive Fridley Mn 55421/U.S.A.

Nome completo dell'inventore

Cognome Primo nome dato Secondo nome dato ??

Residenza e cittadinanza

O Citt? Stato o Paese Paese di cittadinanza estero

Sfato e Codice Po-C\J Indirizzo Postale

Indirizzo Postale Citt? stale/Paese

Io con ci? dichiaro che tutte le affermazioni

qui fatte per mia propria conoscenza sono vere e che

tutte le affermazioni fatte in seguito ad informazio-

ne e convenzione sono ritenute essere vere; inoltre

che queste affermazioni sono fatte con la conoscenza

Claims (2)

1. che affermazioni false volontarie e simili cos? fatte sono punibili mediante ammenda o prigione od entrambi, sotto la sezione 1001 del Titolo 18 del Codice degli Stati Uniti, e che tali affermazioni false volontarie possono pregiudicare la validit? della domanda o di qualsiasi brevetto rilasciato per esso

   Firma dell*in Firma dello Firma dell'inventoventore 201 inventore 202 re 205 PURUSHOTHAMA RAO FREDERICK MARSH

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2. 2 OTTOBRE 1980 2 Ottobre 1980

   (per traduzione conforme)

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