ПЕРВИЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 1995 года по МПК H01M12/06 H01M2/18 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, а более конкретно к устройству воздушно-цинковых батарей со щелочным загущенным электролитом, предназначенных для подзарядки аккумуляторов автомобилей, и может быть использовано в других отраслях техники.

Известны цинк-воздушные батареи со щелочным загущенным электролитом, в процессе разряда которых образуется окись цинка, имеющая больший объем по сравнению с исходным металлическим цинком. Увеличивающийся в объеме отрицательный электрод оказывает давление на составные части элемента, что приводит к выползанию пастовой диафрагмы (загущенного электролита), перекрытию торцов положительного электрода, а следовательно, доступа воздуха к нему, и, как следствие этого, снижению емкости батареи.

С целью компенсации изменения объема применяют либо сжимаемое тело, которое располагается между частицами цинка [1,2] либо к отрицательному электроду примыкает расширительная камера, которая заполняется по мере разряда элемента [3] Однако полностью исключить выползание пастовой диафрагмы (загущенного электролита) не удается, что ведет к уменьшению емкости батареи.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является галетная цинк-воздушная батарея со щелочным загущенным электролитом, выпускаемая промышленностью [4] Батарея состоит из последовательно соединенных элементов, помещенных в единый корпус. Каждый элемент состоит из корпуса, в котором слоями расположены отрицательный электрод, загущенный щелочной электролит и положительный электрод (галетная конструкция). Бандажировка элементов осуществляется сжимающим поливинилхлоридным кольцом.

В процессе разряда увеличивающиеся в объеме продукты электрохимического окисления цинка оказывают давление на составные части элемента, стягивающий их бандаж, который подвергается растяжению, однако полностью увеличение объема не компенсируется и торцы положительного электрода перекрываются пастовой диафрагмой, что приводит к прекращению доступа воздуха к положительному электроду. Следствием вышеуказанного является уменьшение емкости батареи.

В случае последовательно соединенных элементов, размещенных в едином корпусе, возможно замыкание по электролиту вследствие выползания загущенного электролита.

Для устранения вышеперечисленных недостатков предлагается в первичной батарее воздушно-цинковой системы со щелочным электролитом, состоящей из элементов, помещенных в корпус, при этом каждый элемент состоит из винипластового корпуса с размещенными в нем цинковым электродом, загущенным электролитом (диафрагмой) и положительным электродом, установить между положительным электродом и диафрагмой по внешнему периметру корпуса элемента рамку из электроизоляционного материала со стенками ступенчатого профиля в сечении, причем габаритные размеры рамки больше, чем у корпуса элемента в 1,1-1,2 раза.

Окно рамки обеспечивает контакт между положительным электродом и диафрагмой. Ступенчатый профиль рамки позволяет плотно фиксировать ее по всему наружному периметру корпуса. В периферийных стенках рамки имеются прорези для доступа воздуха к положительному электроду каждого элемента. Конфигурация отверстий прорезей может быть различной.

При разряде батареи рамка под давлением расширяющегося электрода сползает со стенок корпуса элемента, увеличивая его объем, предотвращая выползание загущенного электролита (пасты). Рамка, имея большие габаритные размеры, чем у корпуса элемента, предотвращает поступление загущенного электролита в сторону катода, обеспечивая тем самым доступ воздуха к катоду на весь период разряда. Увеличение объема (высоты) элементов при разряде при этом поглощается специальным компенсатором типа пружины, установленным между элементами или у боковых стенок внутри батареи.

Увеличение вышеуказанных габаритных размеров рамки приводит к ухудшению объемных удельных характеристик, уменьшение габаритных размеров рамки ухудшает необходимую циркуляцию воздуха, а следовательно, работоспособность батарей.

На фиг. 1 представлен общий вид батареи; на фиг. 2 изображена рамка, вид сбоку; на фиг. 3 рамка в плане; на фиг. 4 представлены результаты разряда батарей.

Батарея состоит из галетных элементов 1, помещенных в корпус 2. Каждый элемент состоит из винипластового корпуса 3, в котором расположены отрицательный цинковый электрод 4, диафрагма 5, положительный электрод 6. Между диафрагмой и положительным электродом расположена рамка 7 ступенчатого профиля, посаженная по внешнему периметру стенок корпуса элемента. При разряде батареи расположенная сверху пастовой диафрагмы рамка в случае выползания пасты направляет ее в противоположную сторону от торца положительного электрода, что предохраняет его от замазывания и, как следствие, уменьшения емкости батареи.

Стенки 8 рамки позволяют фиксировать элементы в корпусе на определенном расстоянии от стенок и дна. Окно 9 обеспечивает контакт положительного электрода и диафрагмы, а прорези 10 дают возможность равномерного доступа воздуха к торцам положительного электрода. Таким образом, рамка предотвращает возникновение токов утечки, а следовательно, замыкание по электролиту. Предложенная рамка позволяет увеличить емкость батарей в 1,2 раза за счет более полного использования активных веществ, повысить ее надежность.

Результаты разряда батарей контрольных (без рамки) кривая А и с применением рамки кривая Б показывают, что емкость батарей с применением рамки составляет 16 Ач, что превышает емкость контрольных батарей в 1,2 раза.

Таким образом, задача увеличения емкости достигается предохранением торцов положительного электрода от замазывания загущенным электролитом и предотвращением замыканий по электролиту.

Использование: в цинк-воздушных щелочных первичных батареях. Сущность изобретения: батарея состоит из галетных элементов 1, помещенных в общий корпус 2. Цинковый электрод 4 отделен от воздушного электрода 6 диафрагмой 5. Между диафрагмой 5 и воздушным электродом 6 помещена рамка 7 ступенчатого профиля из электроизоляционного материала. Рамка 7 посажена по внешнему периметру стенок корпуса элемента 1 и имеет габаритные размеры больше, чем у корпуса элемента 1. Это позволяет увеличить емкость и повысить надежность. 4 ил.

ПЕРВИЧНАЯ БАТАРЕЯ, содержащая помещенные в общий корпус элементы, каждый из которых содержит винипластовый корпус с отрицательным цинковым электродом, положительным воздушным электродом, диафрагмой из загущенного щелочного электролита, отличающаяся тем, что между положительным электродом и диафрагмой по внешнему периметру корпуса элемента установлена рамка ступенчатого профиля из электроизоляционного материала, имеющая габаритные размеры больше, чем у корпуса элемента.