Электрохимическое устройство Российский патент 2017 года по МПК H01G11/10 H01M10/05 H01M2/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов.

Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона (см. патент RU 140924, кл. H01G 11/12, опубл. 20.05.2014). Недостатками известного устройства являются невозможность поддержания избыточного внутреннего давления и высокие контактные сопротивления входящих в батарею элементов, что повышает внутреннее сопротивление электрохимического источника.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления и сборки, а также повышении КПД устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона, концевые токоотводы электрохимических элементов соединены с плоскими электропроводящими деталями, выходящими за контуры электрохимического элемента, а между указанными деталями расположены электроизоляционные рамки с эластичными краями, образующие замкнутый герметичный контур вокруг каждого электрохимического элемента и выполненные с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Электроизоляционные рамки могут быть выполнены комбинированными из жесткого и эластичного материалов или полностью быть выполнены из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, или S-образную форму. Электроизоляционные рамки могут быть снабжены дополнительными электровыводами, а также клапанами или сапунами, а на их наружной поверхности предпочтительно выполнены крепежные элементы для фиксации корпусных элементов. Корпусные элементы предпочтительно снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого электрохимического устройства;

на фиг. 2 - один из его единичных электрохимических элементов с парой электропроводящих деталей и электроизоляционной рамкой;

на фиг. 3-7 - варианты поперечного сечения полностью эластичной электроизоляционной рамки;

на фиг. 8-9 - варианты поперечного сечения комбинированной электроизоляционной рамки.

Предлагаемое электрохимическое устройство состоит из корпусных элементов (скоб 1 и концевых крышек 2) и сборного пакета единичных электрохимических элементов 3. Крышки 2 снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами 4 или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки (на чертежах не показана) для сжатия пакета единичных электрохимических элементов 3. Каждый элемент 3 выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон (на чертежах не показано) с концевыми катодным и анодным токоотводами 5 на противоположных сторонах. Концевые токоотводы 5 соединены с плоскими электропроводящими деталями 6 в виде пластин, по длине и ширине выходящих за контуры электрохимического элемента 3. Между каждой парой смежных деталей 6 расположена электроизоляционная рамка 7 с эластичными краями 8, образующая замкнутый герметичный контур вокруг элемента 3 и выполненная с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Рамка 7 может быть выполнена комбинированной с центральной жесткой вставкой 9 и эластичными краями 8 или полностью быть выполнена из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, S-образную или иную форму (см. фиг. 3-7). Для удобства и безопасности эксплуатации рамку 7 снабжают дополнительными электровыводами, а также предохранительными и/или противоаварийными и/или заправочными клапанами или сапунами (на чертежах не показаны). На наружной поверхности рамки 7 выполняют крепежные элементы для фиксации скоб 1.

Предложенная конструкция электрохимического устройства за счет оснащения перемежающимися электропроводящими пластинами и гибкими рамками позволяет воспринимать нагрузки сжатия и поддерживать внутри образованного замкнутого контура избыточное внутреннее давление от 0.01 до 1 МПа, что значительно увеличивает КПД устройства, уменьшает его внутреннее сопротивление и расширяет рабочий интервал температур на 30-40°С. При этом за счет отсутствия специальной коммутации элементов, устройство просто в изготовлении и сборке, имеет уменьшенные массогабаритные характеристики и себестоимость.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов. Электрохимическое устройство содержит корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, где каждый электрохимический элемент выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами на противоположных сторонах, при этом концевые токоотводы электрохимических элементов соединены с плоскими электропроводящими деталями, выходящими за контуры электрохимического элемента, а между указанными деталями расположены электроизоляционные рамки с эластичными краями. Рамки образуют замкнутый герметичный контур вокруг каждого электрохимического элемента и выполнены с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Изобретение позволяет упростить изготовление и сборку, а также повысить КПД устройства. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона, отличающееся тем, что концевые токоотводы электрохимических элементов соединены с плоскими электропроводящими деталями, выходящими за контуры электрохимического элемента, а между указанными деталями расположены электроизоляционные рамки с эластичными краями, образующие замкнутый герметичный контур вокруг каждого электрохимического элемента и выполненные с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа.

2. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроизоляционные рамки выполнены полностью из эластичного материала и в поперечном сечении имеют П-, С-, М-, или S-образную форму.

3. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроизоляционные рамки выполнены комбинированными из жесткого и эластичного материалов.

4. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что на наружной поверхности электроизоляционных рамок выполнены крепежные элементы для фиксации корпусных элементов.

5. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроизоляционные рамки снабжены клапанами или сапунами.

6. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроизоляционные рамки снабжены дополнительными электровыводами.

7. Электрохимическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпусные элементы снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки.