Воздушно-металлическая электрохимическая батарея Советский патент 1993 года по МПК H01M12/06 H01M2/20 

На фиг. 1 показан вид на верхнюю часть батареи сбоку (со снятой контактной коробкой); на фиг. 2 - сечение А-А; на фиг, 3 - рисунок катодной рамки; на фиг. 4 - анод; на фиг, 5 - разрез анода по сечению Б-Б; на фиг. 6 - изображение омегообразного контакта; на фиг. 7 - поперечное сечение катодной рампы с вставленным в ее полость анодом.

Батарея состоит из набора последовательно соединенных гальванических топливных элементов с водосолевым электролитом. Основные элементы - анод и катод.

Анод содержит анодную металлическую пластину 1, выполненную из электрохимически активного легкого металла или сплава, например, магниевого сплава, боковой выступ 2 с контактной заклепкой 3 на основе меди или ее сплава, сепарационные сетки 4, обеспечивающие электрическую изоляцию и накопления продуктов окисления металла анода. Катодная сборка состо- ит из двух гидрофобных 1катодов5 и 6 на основе сеток из никеля его сплава, заключенных в пластмассовую литую рамку 7. Рамка 7 имеет в верхней части паз для анода. Катоды и рамка образуют полость, пред-, назначенную для размещения анода и электролита, например водного раствора поваренной соли. На катоды со стороны электролита нанесена каталитическая масса на основе активированного углерода и связующего компонента, например, тетраф- торэтилена. Со стороны окислителя-воздуха на катод нанесена тетрафторэтиленовая газодиффузионная пленка. Катодная сборка имеет в рамке 7 паз 8 для размещения контактной пружины, имеющей форму омегооб- разной пластины 9. Дополнительные кольцевые пружинные элементы 10 охватывают своими торцовыми, частями суженные участки пластин 9. При этом диаметр кольца

10 не превышает толщины катодной сборки, а пластины 9 выполнены из бронзы. Нижние части омегообразных пластин 9 снабжены проводниками 11с боковыми выступами - токосъемниками 12 и 13 сеток соседней катодной сборки.

Элементы 10, пластины 9, проводники

11 и выступы 2, 12, 13 размещены во внутренней полости контактной коробки 14, закрепленной на боковых поверхностях катодных сборок (на фиг. 2 показана упрощенная конструкция коробки 14). Для фиксации пружинных элементов 10 на боковых поверхностях катодных сборок имеются уступы-фиксаторы 15. Фиксация пластин 14 в пазе 8 выполнена за счет отогнутых усиков 16 и 17. Выступы-токосъемники 12 и 13 облужены и соединены внахлест, Пластины 9 изготовлены, например, из бериллевой бронзы типа Бр.Б2 с содержанием марганца 6,5 ... 7,5%, бериллия 1,8 .,. 2,1%. Диаметр

нижней части омегообразной пластины 9 составляет 0,1 ... 0,4 диаметра кольцевого пружинного элемента 10.

При заполнении внутренних полостей катодных сборок электролитом - водным

раствором поваренной соли и подключении внешнего потребителя тока начинается электрохимическая реакция, в результате которой металл анода постепенно превращается в гидроокись магния, выделяется водород, а по коммутационным связям течет электроток.

При расходовании активной зоны пластин анода они извлекаются из полостей катодных сборок. Если это необходимо контактные поверхности пластин 9 очищаются от продуктов коррозии и электролита. Установка сменных анодов в полости катодов позволит продолжить использование, батареи.;

Предложенное техническое решение обеспечивает надежный электрический контакт сменяемого расходуемого анода со стационарными устройствами коммутации. Применение дополнительных пружинных

элементов 10 создает дополнительное усит лие на контактных поверхностях пружины, имеющих форму омегообразных пластин. Кроме того - выполнение на выступах 2 анодов контактных заклепок из меди и изготовление пластин 9 из бронзы повышает долговечность этой контактной группы, а применение обладающей пружинными свойствами бериллевой бронзы для изго- товления пластин 9 повышает надежность

прилегания пластин 9 к заклепкам 3 анодов. Оптимальный диапазон диаметра нижней части омегообразной пластины (0,1 ... 0,4 от диаметра кольцевого пружинного элемента) получен в результате экспериментальной отработки макетов устройства.

Данное устройство позволяет упростить конструкцию батареи, т. к. исключаются токоотводящие панели, представляющие из себя сложные металлоемкие узлы, которые одновременно приводили бы к росту линейных габаритов батареи.

Предложенная конструкция позволяет упростить эксплуатацию батареи, т. к, узлы коммутации располагаются на боковой поверхности батареи под контактной коробкой, Упрощается процесс замены анодов после их выработки, при котором возможна профилактическая зачистка контактов пластин 9.

Предложенная компоновка контактных узлов позволяет при снятой контактной коробке иметь свободный доступ к деталям узлов (пластины 9, элементы 10, проводники 11, контактные выступы 12; 13 катодов).

При необходимости длительного действия батареи со сменяемыми анодами обеспечивается возможность достаточно простой смены пластин 9, размещаемых в пазах 8 рамок 7.

Уступы-фиксаторы 15 обеспечивают фиксацию элементов 10 относительно контактных деталей. Боковое расположение контактных выступов предотвращает интенсивное аэрозольное осаждение электролита на контакты, а соединение контактных выступов катодов внахлест позволяет обеспечить одновременную работу двух катодов одной катодной сборки с одним анодом и. одновременно обеспечивает удовлетворительную компоновку узлов коммутации во внутренней полости контактной коробки 14.

Таким образом, технические преимущества предложенного устройства заключаются в упрощении конструкции батареи. Это одновременно упрощает эксплуатацию, что особенно важно при использовании предложения в товарах народного потребления - в бытовых источниках тока. Кроме того, повышает надежность батареи и, в частности, долговечность ее достаточно напряженного узла - контактной группы.

Естественно, предложенное устройство имеет и недостаток - снижение по сравне- нию с базовым образцом-прототипом площади контактного участка узлов коммутации. Однако этот недостаток может быть смягчен выполнением узлов коммутации и контактных выступов на одной боковой поверхности батареи, а на двух поверхностях. В этом случае удельные токовые нагрузки на контакты уменьшаются в два раза. Кроме того, следует учитывать область использования подобных устройств - батареи с водоактивируе- мыми расходуемыми анодами из легких металлов. Известно, что такие батареи характеризуются незначительными узельными электроэнергетическими характеристиками, малой плотностью тока, но при этом - дешевые и обеспечивают возможность длительного по времени разряда. С учетом этого указанный недостаток не является препятствием использования .предложенной конструкции батареи.

Эффект от использования предлагаемой более простой конструкции батареи заключается в снижении металлоемкости, упрощении обслуживания, сокращении ли- 5 нейного габарита, повышение надежности батареи.

Формула изобретения Воздушно-металлическая электрохимическая батарея на основе набора из после0 довательно соединенных гальванических элементов с нейтральным водосолевым электролитом, содержащая катодные сборки, выполненные в виде коробчатых конструкций, содержащих гидрофобные катоды.

5 представляющие собой сетки на основе сплава никеля, заключенные в пластмассовые рамки и имеющие в верхней части боковые токосьемные выступы, с нанесенной на . поверхность сеток со стороны электролита

0 каталитической массой на основе активированного углерода и связующего компонента, а с другой стороны - катоды с нанесенной тетрафторэтиленовой газодиффузионной пленкой, помещенные во внутренней поло5 сти катодных сборок пластины анода из электрохимически активного легкого металла или сплава, имеющие в верхней части боковые токосъемные выступы, взаимодей ствующие с пружинными контактами, вы0. полненными в-виде омегообразных пластин, например, из бронзы, и охватывающие боковые выступы пластин анода, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, боковые выступы пластин ано5 да снабжены в районе электрического контакта контактными заклепками, пружинные. контакты в виде омегообразных пластин снабжены дополнительными кольцевыми пружинными элементами, взаимодействую0 щими своими торцовыми частями с суженными участками омегообразных пластин, нижние части омегообразных пластин снабжены проводниками, припаянными к боковым выступам сеток соседней катодной

5 сборки, дополнительные кольцевые пружины, пружинные контакты, проводники и боковые выступы анодов и катодов размещены во внутренней полости контактной коробки, за крепленной на боковых поверхностях катод- 0 ных сборок батареи, причем диаметр нижней части омегообразной пластины составляет 0,1 - 0,4 диаметра кольцевого пружинного элемента, а боковые выступы катодов, входящих в одну и ту же катодную сборку, об- 5 лужены и соединены пайкой внахлест.

/М

Сущность изобретения: воздушно-металлическая батарея из последовательно соединенных гальванических элементов с нейтральным водоголевым электролитом, содержащая катодные сборки, выполненные в виде коробчатых конструкций с гидрофобными катодами из сетки на основе никелевого сплава, заключенной в пластмассовые рамки, имеющие в верхней части боковые токосъемные выступы. На поверхность сеток со стороны электролита нанесе- на каталитическая масса на основе активированного углерода и связующего, с Изобретение относится к химическим источникам тока, преимущественно к воздушно-металлическим батареям с расходуемым металлическим анодом, нейтральным водосолевым электролитом и гидрофобным другой стороны нанесена тетрафторэтиле- новая газодиффузионная пленка. Во внутренних полостях катодных сборок размещаются анодные пластины из электрохимически активного легкого металла или сплава, имеющие в верхней части боковые токосъемные выступы, взаимодействующие и пружинными контактами, выполненными в виде снегообразных пластин, например из бронзы, и охватывающие боковые выступы пластин анода. Выступы пластин анода снабжены в районе электрического контакта контактными заклепками, а омегообраз- ные пластины снабжены дополнительными кольцевыми пружинными элементами, взаимодействующими своими торцевыми частями с суженными . участками омегообразных пластин. Диаметр нижней части пластины составляет 0,1 - 0,4 диаметра кольцевого пружиненного элемента. Нижние части омегообразных пластин снабжены проводниками, припаянными к боковым выступам сеток соседней катодной сборки, а боковые выступы одной сборки облужены и соединены пайкой внахлест. Пружинные -контакты, кольцевые пружинные элементы, проводники и боковые выступы анодов и катодов размещены во внутренней полости контактной коробки,1 закрепленной на боковых поверхностях катодных сборок батареи. 7 ил: . катодом на основе угольной каталитической массы, нанесенной на металлическую сетку.1 Целькгпредложенного технического ре-; шения является устранение недостатка прототипа - упрощение конструкции батареи. И С со О ю со со со

Ри-. 2.

Гиг. 6