催化剂在备用阀控式铅酸电池中的使用制造技术

阀控式铅酸（ＶＲＬＡ）电池在稍微超过电池开路电压值的充电电压值下充电，在正极和负极分别产生预定量的氧气和氢气，并且在充电期间的延长时间期间上负极趋于放电，该改进包括通过例如使用位于电池中的催化剂把部分氧气和部分该预定量的氢气催化转化成水来控制电池中的氧气量，从而抑制充电期间负极放电的趋势。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请是1997年11月12日提交的国际申请No.PCT/US97/20445的部分继续申请，它要求1996年11月12提交的美国临时申请No.60/030854的权益。背景1．专利
本专利技术涉及用催化剂提高备用阀控式铅酸(VRLA)电池的使用寿命，并且涉及一种催化剂装置，该装置可应用于最好是把过量氧与电池中产生的氢复合的其它电池。2．相关技术VRLA电池的结构在附图说明图1中示意表示。类似于通常的流量电池(flooded cell)，有至少两个电极或极板正极板和负极板。每个极板由收集电流的板栅和存储能量的活性材料构成。然而，VRLA电池在两个方面与流量电池不同。首先，没有将极板浸入在电解质的液体浴槽中，而是将极板夹在固化的电解质中，该电解质在极板之间提供氧传输的气体通道。在一种VRLA电池中，电解质固化在海绵状隔板中，该隔板通常由吸收性的玻璃纤维制成。多数电解质吸收在隔板中。这种VRLA电池被称为“吸收玻璃网”型或AGM电池。另一种示例的VRLA电池称为“胶体电池”，其中用胶体电解质代替传统流量电池中使用的该类液体电解质。本专利技术也可应用于这种VRLA电池。已期望使用液体电解质的第三种阀控式电池，它是在此引用供参考的U.S.专利申请No.08/738160的主题。这种新的电池被称为“半流量”电池以区别于流量电池和传统的VRLA电池。认为本专利技术可应用于这种电池以及意图使过量氧和氢复合的其它电池。然而，为清楚起见，下面的描述仅根据AGM电池。VRLA电池和流量电池之间的第二个区别是通过简单的喷嘴使流量电池的出口通到大气，而通过单向阀使VRLA电池排气。单向阀的目的是使气体能够从电池逸出以防止电池过压并且防止空气侵入，空气中的氧会氧化负极板并使负极板放电。(注意，流量电池的负极板通过浸入在酸性电解质中受到保护，但是VRLA电池的负极板暴露出并且很容易受电池中的自由氧损坏)。至于充电时的任何铅酸电池中，正极板上产生氧，一些氧腐蚀正极板栅。这是铅酸电池的基本特性且不能避免。正极板栅的腐蚀速率是VRLA电池中必须平衡或补偿的两个关键反应之一以便防止使用寿命短的问题。该速率取决于电池设计。例如，两个薄板栅由于其较大的表面积而比相同容量的单个厚板栅腐蚀更快。不同的合金也有不同的腐蚀速率。负极板栅受阴极保护而通常不会腐蚀。然而，构成负极的材料在电池设计中起重要作用，这是因为如果电池搁置在开路中，该材料具有自放电的固有趋势。该放电伴随着氢形成。自放电反应速率表现为VRLA电池中必须平衡以避免寿命问题的第二个关键反应。对于电池用户，VRLA电池比传统流量电池有重要好处。一个好处是玻璃网隔板固定的电解质即使外壳或箱漏泄或倒置也不会从电池中泄漏。另一好处是电池的水消耗降低，因此降低了相关的维护成本。VRLA电池在许多备用的应用方面很成功地代替了传统的“流量”电池，例如，在电话和计算机系统中作为不中断供电的电源。这种成功在很大程度上是基于制造商的断言，即VRLA电池将提供整个20年的使用而无需添加任何水。然而，从两年多的深入实验室实验收集的证据表明该断言过度理想化。这在较高的工作温度下尤其正确，例如在90°F(32℃)下多数VRLA电池在更短的时间期间内趋于失效。该问题在下面将更详细描述。首先，通过
技术介绍
注意到VRLA电池按照被称为“氧循环”的公知原理工作，“氧循环”使电池能够在水消耗量降低的情况下工作。图1示意表示充电中的VRLA电池。正极板产生的氧气渗透到玻璃网隔板而与负极板直接接触(例如，由此产生的大部分氧气能从正极板迁移到负极板。)，而不是象在流量电池中那样在电解质表面起泡并且离开电池。结果是负极立即“去极化”，即，负极板电压降低至接近于开路值。该低电压使负极板产生更少的氢，这样，实际上氧循环抑制了产生的氢量。然而，并不能排除氢的产生(正如错误认为的那样)，但尽可能将其降低到最小值即开路值，例如约20-约80cc/天/100安培小时(在30℃)。在负极板表面上，氧与来自电解质的氢离子(加上必要的电子，为清楚起见没有示出)复合，重新形成水。因此，电池的水消耗量降低很多。基于该模型，工业为许多应用制造了成千上万的VRLA电池。在许多这些应用中，该电池成功地运行并被其用户接受。然而，令人惊奇的是，在一些商业应用中，高质量、大功率的电池出现容量降低和寿命短的严重问题。这些电池包括装备有高耐蚀性正极板栅的被设计成寿命较长的那些电池。问题的程度是设计成20年使用寿命的电池可能在少至5年或甚至更短的时间内失效(规定为80％或更小的容量)。各个电池制造商企图把该失败(包括本领域中已观察到的失败)的责任归咎于制造缺陷或消费者滥用。当该失败仍在继续时，研究已表明对于该失败存在其它原因。本专利技术涉及在VRLA电池的设计和运行方面的改进，并且可应用于期望复合氧的其它类型的电池。专利技术概述按照本专利技术提供一种在充电电压值稍微超过电池的开路电压值下对阀控式铅酸(VRLA)电池充电的方法。该电池包括间隔开的正极和负极以及夹在其间的包含电解质的隔板装置，其中，在电池充电期间，在正极和负极分别产生预定量的氧气和氢气，部分氧气趋于通过含电解质的隔板装置迁移到负极并且导致其去极化，并且其中在正极也形成氢离子，氢离子迁移到负极形成量小于所述预定量的氢气，该负极在充电期的延长时间上趋于放电。该改进包括通过把部分氧气和部分该预定量的氢气催化转化成水来控制电池中的氧气量，从而抑制充电期间负极放电的趋势。按照本专利技术的另一方面，提供一种具有密封外壳和其内有气体空间的电池。相互间隔开的正极和负极位于外壳内。电解质与正极和负极接触。减压阀使气体从外壳内逸出并且防止来自外壳外部的氧气接触负极。把氧气和外壳内产生的氢气转化成水的催化剂定位成与外壳内的气体空间以气体方式连通。本专利技术的另一实施例提供一种具有催化剂装置的电池，催化剂装置具有位于电池内的、与其内的气体相连通的透气性催化剂容器。该容器由灭火材料构成，该材料具有适当大小的微孔以使气体通过该微孔，同时该材料是防火层。该容器包围在透气性的疏水性涂层内以防液体通过。把氧气和氢气转化成水的催化剂布置在催化剂容器内。该催化剂装置与易于插入且能从密封电池外壳中撤卸的减压阀结合。本专利技术的研究起源于实验，实验表明工业质量VRLA电池具有备用浮动使用的共同问题。该问题是它们连续地损失容量－甚至在充电时也是如此。而且，该问题与电池的制造商和制造电池的工艺无关。如上所述，设计成20年使用寿命的电池在少至5年或甚至更少年内就失效。从本专利技术下面的详细描述可以预料本专利技术提供一种改进的电池，它能克服与现有技术VRLA电池相关的上述问题。VRLA电池使用催化剂提供的优越效果包括1)降低到达负极的氧量，由此使负极稍稍极化；2)降低电池的水损失；以及3)降低每个电池所需的浮动电流。图8A表示图8所示组件的横截面图。图8B表示图8所示排气主体的横截面图。专利技术详述A．催化剂的使用参见图1，本专利技术的VRLA电池具有密封外壳10，外壳10设有减压(单向)阀12。具有活性材料的正极14位于外壳10内。具有活性材料的负极16也位于外壳10内并且与正极间隔开。这些电极大体呈板状。含电解质的隔板装置18夹在正极和负极之间并且电解质20包含在隔板装置中。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括： 密封外壳； 位于外壳内的正极； 位于外壳内与正极相互间隔开的负极； 在所述外壳内与所述正极和负极接触的电解质； 所述外壳内的气体空间； 减压阀，该减压阀使气体从外壳内逸出并且防止来自外壳外部的氧气接触所述负极； 与所述气体空间形成气体连通的透气性催化剂容器，所述容器由具有适当大小微孔的灭火材料构成，以使气体能够通过，同时该材料是防火层，所述容器包围在透气性疏水涂层内；以及 布置在所述催化剂容器内用于把氧气和在外壳内产生的氢气转化成水的催化剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉EM琼斯，HA瓦纳斯，J克拉珀，CE萨波塔，EF普里斯，
申请(专利权)人：威廉EM琼斯，
类型：发明
国别省市：BS[巴哈马]