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Materiales de alto rendimiento para baterías avanzadas de plomo-ácido

NEGROS DE HUMO ESPECIALES

Cabot Corporation es una compañía global de materiales de rendimiento que se esfuerza en ser el socio favorito de sus clientes. Hace más de 130 años que somos un fabricante líder de negro de humo y otros químicos especiales. Nuestro alcance global nos permite asociarnos de manera estrecha con nuestros clientes para cumplir con las normas más estrictas de rendimiento, calidad y servicio. Cabot es un actor clave en el suministro de materiales y tecnología de alto rendimiento para muchos sectores de la industria energética; nuestra red de producción global les brinda a nuestros clientes capacidades de servicio así como las últimas innovaciones técnicas. Tenemos 43 centros de fabricación globales, que incluyen plantas en la región de Asia Pacífico.

Brindar rendimiento de la batería mediante la pericia en la ciencia de partículas

A medida que aumenta la demanda de baterías avanzadas de plomo-ácido en aplicaciones automotrices, industriales y de almacenamiento en red, los fabricantes de baterías buscan que compañías de materiales de rendimiento como Cabot hagan posible la próxima generación de baterías de plomo-ácido.

Cabot brinda profundidad tecnológica y a escala sin precedentes al asistir a nuestros clientes con una amplia gama de carbonos y otros materiales en partícula, como óxidos metálicos y compuestos. Las capacidades de Cabot abarcan la gama completa de tamaños de partícula de carbono, morfologías y propiedades de superficie que necesitan los fabricantes de baterías e incluye la habilidad de controlar propiedades claves de forma independiente, lo que permite que nuestros productos ofrezcan las propiedades funcionales específicas para la aplicación del cliente.

Mejore sus baterías

OH

O

OH

Propiedad Función

Conductividad Conductividad eléctrica, conductividad iónica, conductividad térmica, almacenamiento de carga, resistencia de contacto, aislamiento.

ReológicaDispersión, viscosidad en pasta y carga sólida, interacción de aglomerante, capacidad de almacenamiento de electrolito, eficiencia de espesamiento.

Mecánica Densidad de electrodo, flexibilidad, compresibilidad, adhesión, rigidez, dureza, estabilidad del separador y porosidad.

Propiedades de la superficie

Adsorción de humedad, adhesión, estabilidad de oxidación, inercia, estabilidad de electrolito, capacidad de almacenamiento de electrolito.

Característica

Tamaño de la partícula

Tamaño del agregado

Estructura de poros

Química de la superficie

Grafitización de la superficie

Partícula

Figura 1: Los aditivos de carbono especiales diseñados de manera precisa por Cabot ofrecen una amplia variedad de tamaños de partícula, morfologías y propiedades de superficie que brindan funcionalidades específicas.

2

Las baterías de plomo-ácido son la tecnología de batería más madura y reciclable y continúan siendo las más utilizadas en una variedad de aplicaciones de almacenamiento de energía. Actualmente, más del 99 % de los vehículos de consumidores y comerciales utilizan baterías de plomo-ácido para brindar la funcionalidad básica de arranque, iluminación e ignición (SLI). Las motos eléctricas, populares en China, son energizadas con baterías de plomo-ácido. Los montacargas, las torres de telecomunicaciones y una variedad de aplicaciones de almacenamiento de energía y respaldo utilizan baterías de plomo-ácido como la solución de batería más práctica y asequible. Dichas aplicaciones existentes y las nuevas presionan a los fabricantes de baterías de plomo-ácido a ofrecer productos avanzados con mayores niveles de rendimiento y durabilidad, que reduzcan el costo total del sistema al mismo tiempo. Los ingenieros y diseñadores de baterías avanzadas de plomo-ácido pueden usar los aditivos de carbono para mejorar la durabilidad y el rendimiento y reducir el costo de fabricación de baterías para microvehículos eléctricos híbridos, motos eléctricas, montacargas, respaldo de las telecomunicaciones y almacenamiento de electricidad en red.

Los aditivos de carbono PBX™ de Cabot son más adecuados para la industria de baterías de plomo-ácido líder e ideales para uso en aplicaciones automotrices, de motos eléctricas, almacenamiento de energía, fijas e industriales. Nuestros aditivos PBX tienen propiedades únicas que permiten:

◆ una mayor aceptación de carga dinámica (DCA);

◆ una mayor vida útil en condiciones de estado de carga parcial;

◆ buena dispersabilidad y facilidad de uso en preparación en pasta;

◆ mejor fabricación y uniformidad de batería.

Rendimiento de las baterías de plomo-ácido

◆ Los aditivos de carbono pueden mejorar la conductividad y morfología de la placa negativa.

◆ Para aplicaciones de batería de plomo-ácido regulada por válvula (VRLA) que necesitan aceptación de carga extrema, considere el aditivo de carbono PBX 51.

◆ Para lograr equilibrio entre la aceptación de carga, la vida útil y las propiedades secundarias, considere el aditivo de carbono PBX 09 para baterías VRLA y los aditivos de carbono PBX 135 y PBX 55 para baterías de inmersión.

Facilidad de uso y beneficios de formulación

◆ Cabot ofrece experiencia en productos y formulación que puede abordar algunos de los intercambios entre el rendimiento, la facilidad de procesamiento, el rendimiento de sobrecarga y otros requisitos.

◆ Cabot también ofrece aditivos que pueden reemplazar los actuales negros de humo tradicionales utilizados para brindar funcionalidad básica en baterías de plomo-ácido.

PBX 51Alta

potencia

PBX 09 Potencia yvida útil

PBX 55Ciclo de

vida

Acep

taci

ón d

e ca

rga

Facilidad de uso

Arranque en frío

Pérdida de agua

Más difícil

Menor

Mayor

Más fácil

Mayor

Menor

PBX 135

Aditivos de Cabot para baterías avanzadas de plomo-ácido

MATERIALES DE ALTO RENDIMIENTO PARA BATERÍAS AVANZADAS DE PLOMO-ÁCIDO

3

Nuevo mercado de microautomóviles híbridos para las baterías de plomo-ácido

Los microautomóviles híbridos que presentan funcionalidad inicio/parada pueden lograr:

◆ de 5 a 15 % de ahorro en combustible;

◆ cumplir con requisitos más exigentes de emisiones de CO2.

En el 2013, 10 millones de microvehículos híbridos se energizaron con baterías avanzadas de plomo-ácido. Se espera que este número aumente a 34 millones en el 2015. Como muestra la Figura 2, hasta el 2020 la cuota de mercado de los vehículos con inicio/parada se incrementará a más de 65 %.

Las baterías VRLA y las baterías avanzadas de inmersión (EFB) se utilizan con éxito en la aplicación del microautomóvil híbrido.

Las baterías utilizadas en microautomóviles híbridos necesitan:

◆ una alta aceptación de carga;

◆ una mayor vida útil en estado de carga parcial;

◆ un buen rendimiento a baja temperatura;

◆ una solución rentable.

Beneficios de los aditivos de carbono PBX:

◆ Facilidad para incorporarse a formulaciones de pasta negativas.

◆ Casi duplicar la aceptación de carga dinámica (DCA) y mejorar la vida útil varias veces con carga baja (0,25 % - 1,0 %). Ver Figuras 3 y 4.

◆ Necesitan que se agregue menos agua.

◆ Brindan mayor densidad de pasta.

◆ Buena integridad de los electrodos negativos.

Microautomóvil híbrido

0

20

40

60

80

100

0 2000 4000 6000 8000 10 000

Mej

ora

en D

CA

(% v

s. c

ontr

ol)

Números de ciclos en PSoC

DCA: Aceptación de carga dinámicaPSoC: Estado de carga parcial PBX 51

PBX 09

Con

trol

0

20

40

60

80

100

0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000

Impr

ovem

ent

in D

CA

(% v

s. c

ontr

ol)

Number of Cycles at PSoC

DCA: Dynamic Charge AcceptancePSoC: Partial State of Charge

PBX51

PBX09

Con

trol

2,1

2,05

2

1,95

1,9

1,85

1,8

1,750 500 1000 1500 2000

Tens

ión

fina

l de

desc

arga

(V)

N.º de ciclo


PBX51PBX09

1 % PBX 55_mezcla seca

1 % PBX 55_prehúmedo

1 % PBX 135_mezcla seca

1 % PBX 55_prehúmedo

Control

!"#

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(!!"#

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)*+,-./0+1#234-513##67+*7867/9#234-513#

#

:;2# # ;2<=:;2# #

EV/PHEV

HEV

Vehículo con inicio/parada

Vehículo tradicional

EV/PHEV

HEV

Start-Stop Vehicle

Traditional Vehicle

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2010 2015 2020Previsión de la cuota de mercado de los

vehículos con inicio/parada (UE/EE. UU./China)


PBX51

PBX09

Figura 3: DCA y vida útil con aditivos de rendimiento PBX de Cabot vs.

electrodo de control.

Figura 4: Los aditivos de carbono PBX 55 y PBX 135 están diseñados para

usarse en baterías extendidas de inmersión en las cuales el principal objetivo

es la prevención de la estratificación del ácido. En pruebas de ciclo continuas

a 17,5 % de profundidad de descarga, incluso a cargas bajas de 0,5 % -1 %, los

aditivos de carbono PBX pueden mejoran sustancialmente la vida útil.

Figura 2: Crecimiento de la adopción en el

mercado de los autos con inicio/parada.


4

Aplicaciones fijas e industriales

Los ingenieros y diseñadores de baterías avanzadas de plomo-ácido para telecomunicaciones, respaldo, almacenamiento de electricidad en red y montacargas pueden usar los aditivos de carbono para mejorar la durabilidad, el rendimiento y el costo de fabricación de las baterías. Los nuevos requisitos de las baterías de telecomunicaciones utilizadas en áreas de red poco fiable incrementan la demanda por mejor estabilidad y vida útil. El mayor uso de fuentes de energía renovable, como la solar y eólica, también aumenta la demanda por mejores sistemas de batería de plomo-ácido con mejor vida útil y uniformidad. Además, el creciente mercado de montacargas movidos a batería también se puede beneficiar de la mejor tecnología de la batería de plomo-ácido.

Las baterías fijas y para montacargas necesitan:

◆ una mayor vida útil para el funcionamiento y la operación de respaldo;

◆ descarga profunda;

◆ buena uniformidad de secuencia de la batería;


Productos PBX de Cabot para un rendimiento superior

Los aditivos de carbono PBX de Cabot permiten que los fabricantes de baterías de plomo-ácido obtengan el mayor rendimiento de cada material activo, lo que amplía la vida útil y la aceptación de carga de las baterías de plomo-ácido. Los aditivos PBX poseen una amplia gama de propiedades del carbono y se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones y modos de operación. Para obtener más información y ayudarlo a seleccionar el mejor producto para su aplicación específica de batería de plomo-ácido, comuníquese con su representante Cabot.

Telecomunicaciones, almacenamiento de energía y montacargas

Figura 5: Los productos PBX pueden mejorar la uniformidad en una

secuencia de celdas de batería.

Figura 6: Ciclo de descarga profunda de las baterías de inmersión.

Cell to cell uniformity

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

PBX Batteries

30% lower tablet weight variation


Cell 1 Cell 2 Cell 3 Cell 4

Start-Stop Vehicle

Traditional Vehicle

0%2010

Start-Stop Vehicle market share forecast(EU/US/China)

N.º

de

unid

ades

con

cic

lo m

otri

z

Control

0,5% PBX 135

1,0% ABG1010

0,5% PBX 135 +

1,0% ABG1010

0,5% PBX 135 +

1,0% PBX 10

1

Uniformidad celda a celda

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0Baterías estándar Baterías integradas

PBX



Celda 1 Celda 2 Celda 3 Celda 4

Start-Stop Vehicle

Traditional Vehicle

0%2010


Tens

ión

norm

aliz

ada

5

Aplicaciones para motos y vehículos eléctricos (EV) de las baterías de plomo-ácidoLas baterías de plomo-ácido se usan ampliamente en aplicaciones para motos eléctricas en China y otras regiones. En China, la demanda del mercado por motos eléctricas es de más de US$ 30 millones por año y sigue creciendo. Como resultado, hay una mayor demanda por una mejor vida útil y rendimiento general de las baterías de plomo-ácido a fin de permitir la expansión de las aplicaciones de motos eléctricas y ampliar el uso de baterías de plomo-ácido para vehículos únicamente eléctricos en toda Asia.

Las baterías para motos y vehículos eléctricos necesitan:

◆ una mayor vida útil, especialmente en condiciones de descarga profunda;

◆ un buen rendimiento a baja temperatura;


Productos PBX de Cabot para un rendimiento superiorLos aditivos de carbono PBX de Cabot permiten mejoras en la fabricación al reducir la variabilidad entre las celdas de batería usadas para elaborar conjuntos de baterías para motos o vehículos eléctricos. Los aditivos de carbono PBX también pueden mejorar la vida útil al reducir la sulfatación de la placa negativa y brindar nuevas opciones de formulación para mejorar el rendimiento a baja temperatura. Para obtener más información y ayudarlo a seleccionar el mejor producto para su aplicación específica de batería de plomo-ácido, comuníquese con su representante Cabot.

Motos y vehículos eléctricos

Figura 8: Efecto de los aditivos de carbono de Cabot en el área de superficie

de electrodo negativo.

BET te

órico

Microporosidad

1%PBX 51

Área de superficie de carbono teórica (m2/g)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16


NAM

BET

med

ido

(m2/

g)

0,5%PBX 51

0,25%PBX 51

1%PBX 09

Figura 7: Distintas aplicaciones necesitan distintos aditivos de carbono.

Tasa-C (h1-)

20

5

0

10

0

0.1 1 10


VRLA De inmersión VRLA, EFB VRLAVRLA


Start-Stop Vehicle

Traditional Vehicle

Fija

Motos eléctricas

Motriz

Inicio/p

arada

HR

PS

oC

0%2010


Esta

do d

e ca

rga

(%)


6

Además de su estructura y morfología, los productos PBX de Cabot presentan propiedades de superficie, que varían desde altamente hidrofílicas a altamente hidrofóbicas (como muestra la Figura 9). Las propiedades de la superficie de los aditivos de carbono pueden afectar la dispersabilidad y el rendimiento en varias condiciones de prueba. Aunque los aditivos PBX son adecuados para una variedad de procesos de mezcla de pasta utilizados por los fabricantes de baterías (adición seca, dispersión húmeda o prehúmedo), el método para incorporar algunos aditivos PBX a la mezcla de pasta negativa puede afectar sustancialmente el grado de mejora. Cabot puede asistir a los fabricantes de baterías y brindarles el procedimiento sugerido de mezcla de carbono para cada producto PBX a fin de maximizar los beneficios de rendimiento.

Figura 9: Los aditivos de carbono PBX tienen propiedades de superficie que varían de hidrofílicas a altamente hidrofóbicas.

Hidrofílica Hidrofóbica

PROPIEDADES TÍPICAS DE LOS ADITIVOS DE RENDIMIENTO PBX

PBX 09 PBX 51 PBX 135 PBX 55

BET [m2/g] 210 - 260 1300 - 1550 120 - 180 45 - 60

OAN [ml/100 g] 100 - 130 140 - 200 150 - 180 120 - 150

Fe [ppm] ‹20 ‹40 ‹20 ‹20

Carga sugerida

Telecomunicaciones, ES, UPS 0,5-1 %

Inicio/parada, motos eléc-tricas, EV ácido-plomo 0,2 %

- 0,5 % pueden necesitar prehúmedo y

ajustar el vanisperse.

EFB probar múltiples cargas

entre 0,5-1 %

EFB probar múltiples cargas

entre 0,5-1 %

Los datos de la tabla anterior son valores de prueba típicos y solo pretenden ser de orientación, no son especificaciones del

producto. Las especificaciones del producto se pueden solicitar al representante Cabot.

Además de los aditivos de alto rendimiento PBX, Cabot también ofrece varios aditivos de carbono (PBX 7 y otros productos) que

pueden reemplazar los actuales negros de humo tradicionales utilizados para brindar funcionalidad básica en baterías de plomo-

ácido.

7

El nombre PBX es una marca registrada de Cabot Corporation.

Los datos y las conclusiones aquí contenidas se basan en un trabajo considerado confiable, sin embargo, Cabot no puede, ni afirma, garantizar que otros obtendrán resultados o conclusiones similares. La información se suministra por conveniencia y solo tiene finalidad informativa. No se brinda ni implica ningún aval o garantía en relación con esta información, o producto al cual esté relacionada. Esta información puede contener imprecisiones, errores u omisiones y CABOT NO SE HACE RESPONSABLE DE NINGUNA GARANTÍA, EXPRESA O IMPLÍCITA, INCLUYENDO GARANTÍAS DE COMERCIABILIDAD E IDONEIDAD A UN PROPÓSITO ESPECÍFICO DE (i) TAL INFORMACIÓN, (ii) CUALQUIER PRODUCTO O (iii) VIOLACIÓN A PROPIEDAD INTELECTUAL. En ningún caso, Cabot es responsable de cualquier daño con relación al uso o confianza en esta información o en cualquier producto relacionado, y Cabot no acepta y por la presente rechaza la responsabilidad de dichos daños.

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R03 7/15

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JAPÓNCabot Specialty Chemicals Inc.Sumitomo Shiba-Daimon Bldg. 3F2-5-5 Shiba Daimon,Minato-kuTokio 105-0012JapanTel.: +81 3 6820 0255Fax: +81 3 5425 4500

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El compromiso de Cabot con la energía

El mundo depende de la energía para impulsar la industria, respaldar el comercio y atender a las comunidades. El consumo de energía mundial sigue aumentando, a pesar de las iniciativas planificadas para el ahorro energético. Satisfacer esta demanda, mientras se hace un esfuerzo por crear un entorno sustentable, no solo exigirá una producción y distribución de energía confiables y seguras a partir de la tecnología actual, sino también soluciones novedosas para mejorar nuestra generación, almacenamiento, transmisión y consumo de energía para el mundo del mañana.

Cabot está comprometida en respaldar esa meta; mantenemos programas de desarrollo con entidades de la industria, institutos y universidades en todo el mundo. Cabot seguirá utilizando su experiencia en la ciencia de partículas pequeñas para brindar soluciones que atiendan las necesidades energéticas de hoy y los desafíos del mañana.

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