ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 1997 года по МПК H01M12/06 H01M2/02 

Изобретение относится к электрохимической промышленности и может быть использовано в производстве химических источников тока (ХИТ), применяемых, в частности для питания слуховых аппаратов.

Известен химический источник с воздушным катодом и щелочным электролитом, содержащий катоды в виде пластин, скоммутированных между собой.

Недостатком этого ХИТ являются большие габариты, вследствие чего его невозможно использовать для установки в миниатюрные приборы, например слуховые заушные аппараты [1]
Известен химический воздушно-цинковый источник тока типа РР с щелочным электролитом, содержащий дисковый воздушный катод, к дисковой подложке-токосъемнику которого присоединен тонкий гидрофобный воздухопроницаемый слой со стороны дна корпуса, имеющего углубление в средней части в сторону, противоположную катоду, и отделенному от него бумажной диафрагмой, которая выполняет роль воздухораспределителя [2]
Данный ХИТ содержит анод, размещенный в крышке, отделенной от корпуса полимерной прокладкой, и сепаратор.

Герметизирован ХИТ завальцовкой края корпуса на крышку.

Недостатком данного ХИТ является нетехнологичность операций вырубки и укладки бумажной диафрагмы при серийном производстве изделий, т.к. эти операции должны быть осуществлены одновременно с операцией нанесения микродоз клея на дно корпуса, обеспечивающей равномерное распределение его по всей поверхности, что исключает попадание его в воздухозаборное отверстие диаметром не более 600 мкм.

Нетехнологичность данной операции приводит к браку изделий в количестве 2 3% и снижению производительности его сборки в 40 50 раз.

Кроме того, данный ХИТ характеризуется недостаточной герметичностью, которая связана с вытеканием электролита, проникающего под воздушный катод через место его прижима до момента завальцовки через пористую бумажную диафрагму, следствием чего является снижение доступа воздуха к катоду, карбонизация электролита и забивание воздухозаборного отверстия карбонатами. Нарушение герметичности ХИТ за счет вышеуказанных факторов приводит к снижению емкости ХИТ, уменьшению надежности против отказов и по сохраняемости.

Кроме того, за счет установки диафрагмы в углубление корпуса снижается как полезный объем элемента, так и уменьшается величина активной поверхности катода, что приводит к снижению емкости ХИТ при жестких режимах разряда.

Задача настоящего изобретения повышение емкости, надежности ХИТ против отказов и по сохраняемости, повышение технологичности и упрощение конструкции.

Указанная задача выполняется тем, что в химическом источнике тока (ХИТ) с воздушным катодом и щелочным электролитом, включающем корпус с воздухозаборными отверстиями, пористый катод с металлической подложкой, к которой присоединен гидрофобный воздухопроницаемый слой, крышку с анодом и сепаратор, с внутренней стороны дна корпуса по периферии выполнен кольцевой выступ при соотношении высоты выступа к толщине гидрофобного воздухопроницаемого слоя, равном 0,15 0,90, на расстоянии, равном соотношению внутреннего диаметра крышки к диаметру выступа, равном 1,05 - 1,30, при этом на поверхность дна корпуса нанесена сеть взаимно перекрещивающихся каналов при соотношениях ширины канала к ширине опоры, равном 0,3 0,8, глубины канала к толщине дна корпуса, равном 0,10 0,35, и диаметра воздухозаборного отверстия к шагу каналов, равном 0,8 1,5. На дне корпуса выполнен дополнительный кольцевой выступ.

На фиг. 1 изображен общий вид ХИТ; на фиг. 2 сечение воздухораспределительных каналов, исполнение определяется технологией их получения; на фиг. 3 вид дна корпуса с внутренней стороны; на фиг. 4 - увеличенное изображение места 11 вида по фиг. 3;
Предложен химический источник тока с воздушным катодом и щелочным электролитом.

В корпусе ХИТ 1, имеющего кольцевые выступы 2 и взаимоперекрещивающиеся каналы на внутренней стороне дна и воздухозаборные отверстия 4, помещены воздушный катод 5 с металлической подложкой 6, к которой присоединена гидрофобная воздухопроницаемая полимерная пленка 7, сепаратор 8, полимерная прокладка 9, крышка 10 и анод 11. Край корпуса 12 загнут на крышку ХИТ. Снаружи ХИТ на период хранения воздухозаборные отверстия заклеиваются липкой пленкой 13. При этом соотношение высоты кольцевого выступа "h" к толщине гидрофобной воздухопроницаемой пленки δ равно 0,15 0,9 при расстоянии от внутреннего диаметра крышки "Дкр" до диаметра центра кольцевого выступа "Дв", математически описываемого соотношением Дкр:Дв 1,05 1,3. Соотношение ширины канала "а" к ширине опоры "с" равно 0,3 0,8, соотношение глубины канала "в" к толщине дня корпуса "s" равно 0,1 0,35, а соотношение диаметра в воздухозаборного отверстия "d" к шагу каналов "l" устанавливают равным 0,8 - 1,5.

Изложенная совокупность признаков позволяет, например для воздушно-цинковых элементов в типоразмере PR44 повысить емкость свыше 400 мАr и резко снизить их отказы.

Наличие кольцевых выступов в сочетании с сетью каналов обеспечивают условия наилучшей герметизации элемента при максимальном использовании его активного объема.

При отсутствии кольцевых выступов возможна деформация фторопластовой пленки и самого катода при завальцовке элемента, что может привести к отказу ХИТ.

С целью повышения герметичности, целесообразно на периферии дна корпуса выполнять два кольцевых выступа. Сеть каналов исключает необходимость установи бумажной диафрагмы с вытекающими отсюда недостатками: утечка электролита, ухудшение диффузионных свойств диафрагмы, забивка карбонатами воздухозаборного отверстия, снижение емкости, мощности, вплоть до отказа.

Указанные соотношения размеров конструктивных элементов ХИТ определены экспериментально и обеспечивают наиболее оптимальные условия сохраняемости и разряда источника тока.

В таблице 1 и 2 приведены результаты экспериментальной проверки партии воздушно-цинковых элементов типоразмера PR44 в количестве по 100 шт. каждого варианта (диаметр 11,6 мм, высота 5,4 мм). Ухудшение характеристик элемента PR44 в результате испытаний при отклонении от заявленных соотношений размеров объясняется дополнительно следующими причинами:
Соотношение 0,15 0,9 обеспечивает наиболее оптимальные условия для герметизации ХИТ при максимально возможном использовании объема корпуса.

При 0,10 происходит уменьшение полезного объема ХИТ и снижение его емкости. Также степень сжатия гидрофобного слоя. Недостаточность для противодействия проникновения электролита между этим слоем и поверхностью выступа корпуса. В результате происходит разгерметизация элемента.

При 1,0 возникают случаи перерезания гидрофобного слоя выступом корпуса, что приводит к проникновению электролита в воздухораспределительные каналы с ухудшением герметичности ХИТ, вызывающими снижение емкости и снижающим надежность против отказов.

Соотношение Д_кр/Д_в 1,05 1,35 обеспечивает условия для сохранения целостности поверхности воздушного катода при завальцовке ХИТ при минимальных затратах полезного объема ХИТ на решение этой задачи.

При Д_кр/Д_в 1,0 при завальцовке элемента возникают случаи сползания периферийной части воздушного катода под воздействием передаваемого усилия в сторону оси элемента. Катод коробится и трескается, в результате чего возникают отказы по емкости и герметичности ХИТ.

При Д_кр/Д_в 1,35 снижается суммарная площадь воздухораспределительных каналов, из-за чего снижается емкость ХИТ.

При а/с 0,3 0,8 обеспечивается оптимальная скорость поступления воздуха, особенно при жестких режимах разряда.

При отношении а/с 0,2 скорость поступления воздуха снижается, падает работоспособность ХИТ.

При а/с 0,9 площадь опоры не обеспечивает равномерного прилегания гидрофобного слоя к дну корпуса, пленка вдавливается в каналы, подача воздуха снижается.

При в/s 0,05 снижается количество подаваемого воздуха, а при в/s 0,4 уменьшается прочность дна корпуса, ухудшаются условия присоединения герметизирующей липкой ленты в результате появления рельефов на внешней поверхности дна корпуса, что вызывает случаи отказов по сохраняемости ХИТ.

При d/l 0,7 уменьшается количество поступаемого воздуха, необходимого для проведения окислительных процессов, что снижает емкость элементов, а при d/l 1,6 имеет место вдавливание гидрофобизированного активного слоя в воздухозаборное отверстие и нарушение подачи воздуха с снижением емкости и возникновением отказов ХИТ.

Использование: первичные воздушно-металлические источники тока для слуховых аппаратов. Сущность изобретения: в корпус 1 с кольцевыми концентричными выступами 2 помещен воздушный катод 5 в виде металлической подложки 6 с гидрофобным воздухопроницаемым слоем 7. Катод 5 отделен сепаратором 8 от анода 11, помещенного в крышку 10, с внутренней стороны дна корпуса выполнены взаимно перекрещивающиеся каналы 3 и воздухозаборные отверстия 4. Отношение высоты кольцевого выступа 2 к толщине гидрофобного воздухопроницаемого слоя 7 равно 0,15 - 0,90, отношение внутреннего диаметра крышки 10 внутреннего выступа 2 составляет 1,05 - 1,30, отношения ширины канала 3 к расстоянию между двумя соседними каналами 3 на внутренней поверхности дна корпуса 1 равно 0,3 - 0,8, глубины канала 3 к толщине дна корпуса 1 равно 0,10 - 0,35 и диаметра воздухозаборого отверстия 4 к шагу каналов 3 равно 0,8 - 1,5. Это позволяет повысить емкость, надежность против отказов и по сохраняемости снизить брак при сборке и упростить конструкцию. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Химический источник тока, содержащий пористый воздушный катод в виде металлической подложки с гидрофобным воздухопроницаемым слоем, сепаратор, анод, помещенный в крышку, корпус с воздухозаборными отверстиями и щелочной электролит, отличающийся тем, что с внутренней стороны дна корпуса по периферии выполнен кольцевой выступ, отношение высоты которого к толщине гидрофобного воздухопроницаемого слоя равно 0,15 0,90, отношение внутреннего диаметра крышки к диаметру выступа составляет 1,05 1,30, на внутренней поверхности дна корпуса выполнены взаимоперекрещивающиеся каналы при соотношениях ширины канала к расстоянию между двумя соседними каналами на внутренней поверхности дна корпуса 0,3 0,8, глубины канала к толщине дна корпуса 0,10 0,35 и диаметра воздухозаборного отверстия к шагу каналов 0,8 - 1,5. 2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что на дне корпуса выполнен дополнительный кольцевой выступ.