CS198501B1 - Elektrochemický Slánek zinek-vzduch - Google Patents

Description

Vynález ee týká elektrochemického zdroje zinek-vzduch, který se skládá ze vzduchové katody, zinkové anody, alkaliokého elektrolytu, proudových kolektorů elektrod a konstrukčních součástí, zajišťujících mechanickou integritu článku jako celku.

Dosud známá konstrukční řešení využívají obvykle deskové vzduchové katody, při jejichž použití je nutné řešit článek v prizmatiokém uspořádání. Většina elektriokých spotřebičů však využívá váloové Slánky. Použití deskových vzduchových katod, které tvoří v případě váloovýoh článků ploohé dno nebo víčko váloového článku, vede k nutnosti ©mezit výšku válcového Slánku s ohledem na využitelnost zinkové anody, která roste s její klesajíoí tloušťkou. To potom vede ke konstrukci nízkých váloovýoh článků, které také nelze využít pro napájení většiny spotřebičů, vyžadujících standardní rozměrové typy zakotvené v normě IEC. Zároveň je možné při tomto konstrukčním uspořádání vyrábět pouze články s nízkou elektrochemickou kapacitou.

Uvedené nevýhody se odstraní elektrochemickým článkem zinek - vzduch podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jeho vzduohová katoda má tvar válcové dutinky tvořící váloovou stěnu článku a anodový kolektor zinkové anody je tvořen plechem ve tvaru pláště váloe, který je uzavřen horní a dolní uzavírací mističkou a je opatřen otvorem pro průchod plynů. Přitom vzduohová katoda může být svinuta do tvaru válcové dutinky z ploohé katody a spoj přesahujících plooh slepen alkalivzdorným lepidlem nebo tmelem.

198 501

198 501

Výhodou elektrochemického Slánku podle vynálezu je využití tenké gelové zinkové anody i při konstrukoi článků, v nichž tvoří vzduchová katoda váloovou stěnu Slánku. Další výhodou je vytvoření volného prostoru v anodovém kolektoru, do něhož je vtlaSován elektrolyt při korozi nebo elektrochemioké oxidaci zinku. Významná je také možnost přípravy vzduchové katody v ploché formě a její dodatečné svinutí do tvaru pláště válce.

Vynález bude dále podrobně popsán na příkladném provedení elektrochemického článku podle vynálezů za pomooi přiloženého výkresu, na němž je pohled v řezu na tento článek.

Mechanickou integritu článku zajišťuje kovová nádobka χ, v jejímž dýnku je vytvořen kladný pól £ článku a otvory 2 P^r° přístup vzduchu ke vzduchová katodě. Nádobka 2 může být zhotovena například z antikorozní ooeli, niklu, poniklované ooeli, mosazi, zinku nebo hliníku. Při použití nádobky z kovů, které nejsou ohemioky stabilní ve styku s alkalickým elektrolytem, je výhodné potáhnout je oboustranně alkalivzdorným lakem, jako je například asfaltový lak, vodná disperze polymerů kyseliny akrylové a jejích derivátů nebo roztok polystyrenu v některém organiokém rozpouštědle. Pro vytvoření souvislé ochranné vrstvy lze použít techniky namáčení a sušení nebo jiná techniky, obvyklé v lékařském průmyslu. Pro vytvoření spodního dýnka £ katodové dutinky se do kovové nádobky 1 vpraví odměřené množství roztavené alkalivzdorné hmoty, do níž se před zatuhnutím vsune komplet vzduchové katody, sestávající z praoovní katalytické vrstvy £, hydrofóbní krycí vrstvy 2, p.roudového kolektoru £ katody, separační vrstvy 2» kontaktu 8 katody a rozvodné vrstvy 10 vzduohu. Jako zalévací hmoty js použito asfaltu, parafinu nebo jiných alkalivzdorných materiálů. K vytvoření spodního dýnka 4 katodová dutinky lze také použít dvousložkových zalévaoích hmot, jako jsou například epoxidové nebo metylmetakrylátové zalévaoí hmoty. Vzduchová katoda je složena z praoovní katalytické vrstvy £, proudového kolektoru £ katody, hydrofobní kryoí vrstvy 2 a z páskového nebo drátového kontaktu Q katody, který je odporově přibodován na proudový kolektor é, katody a přibodován nebo připájen ke kovové nádoboe 2· Pracovní katalytická vrstva 2 vzduchové katody je tvořena například aktivním uhlím částečně hydrofobizovaným polystyrenem, polyetylénem nebo polytetrafluoretylenem. Aktivní uhlí může být aktivováno kovy nebo sloučeninami, katalyzujíoími elektrochemickou redukci kyslíku. Hydrofobní kryoí vrstva 2 da tvořena mikroporézním polyetylénem, polytetrafluoretylenem, polytrlfluoretylenem nebo kopolymerem hexafluorpropylenu s tetrafluoretylenem. Proudový kolektor & katody je tvořen poniklovanou ooelovou nebo niklovou síťkou. Katoda se připraví v ploohá formě slisováním praoovní katalytické vretvy proudového kolektoru £ katody a hydrofobní kryoí vrstvy 2» a pro vytvoření dutinky es na její kratší stranu v dálce oca 1/10 dálky katody oboustranně nanese vrstva například roztaveného ataktiokého polypropylenu, který slouží jako alkalivzdorný tmel a spojovaoí prostředek při rolování katody do tvaru dutinky. Lze použít i jiných termoplastických materiálů, jako například polyetylénu, polystyrénu nebo alkalivzdorných lepidel, jako jsou například epoxidová nebo metylmetakrylátové zalévaoí hmoty. Je výhodná současně s katodou rolovat i separační vrstvu 2 ^a rozvodnou vrstvu 10 vzduohu. Jako separační vrstvu lze použít například netkaného polyamidu, polypropylenu nebo jinýoh porézních materiálů, odolných vůči působení alkalického elektrolytu. Fo zatuhnutí spodního dýnka 4 katodové dutin3

198 SOI

Isy se připájí nebo přiboduje kontakt g katody ke kovové nádobce χ, vnitřek katodová dutinky ee naplní vhodným množstvím gelová zinková anody XX, složená z práškového zinku a alkalického KOH elektrolytu e gelovaoí přísadou, jako je například Škrob, karboxymetyloelulóza, kyselina polyakrylová, nebo jejioh směs. Do zinková gelová anody ee veune anodový kolektor 12 složený z kolektorového pleohu svinutého do tvaru dutinky, která je na jednom konoi vsunuta do dolní uzavírací mističky 13 a na druhém konoi obepíná horní uzavírací mlátičku

14. Anodový kolektor 12 může být například z mosazného nebo bronzového plechu, nebo ooelováho bezporézně oínovaného pleohu. Dolní uzavírací mistička 13 a horní uzavírací mistička 14 mohou být z téhož materiálu jako anodový kolektor 12. nebo z plastioká hmoty, jako například polyetylén nebo polystyren. Uvnitř anodového kolektoru 12 je umístěn absorpční materiál

15. který pohlcuje a kapilárními silami váže elektrolyt vytlačený vlivem ohjemovýoh změn anody během elektrochemické oxidaoe něho samovolné vodíková koroze zinku z gelové zinková anody χχ. Součástí anodového kolektoru je mezikruží a anodový kontakt 17. elektrioký spojený s anodovým kolektorem 12. Mezikruží 16 obepíná těsně anodový kolektor 12 a vnějěí průměr má takový, aby jej bylo možná volně zasunout do katodová dutinky se separační vrstvou g. Po zasunutí kompletu anodového kolektoru do zinkové anody 11 s gelovým elektrolytem ae vytvoří zalitím horní dýnko 18 katodové dutinky. K jeho vytvoření je možné použít etejnýoh materiálů, kterýoh bylo použito k tvorbě spodního dýnka g katodová dutinky.

Po zatuhnutí použitého materiálu se na kovovou nádobku X nasadí izolační mezikruží 19. která elektrioký izoluje kovovou nádobku X a dýnko 20 článku, tvoříoí záporný pól článku.

Před odporovým nabodováním anodového kontaktu 17 na dýnko 20 článku se do prostoru mezi . horní iýako 18 katodová dutinky a dýnko 20 článku vloží několik vrstev stejného absorpčního materiálu 25. který byl použit do dutinky anodového kolektoru Xg. Pro tento účel lze použít například buničitou vatu, filtrační papír, a podobně. Dýnko 20 článku je k nádobce X staženo přes izolační mezikruží 19 smršťovací hadičkou 21· s otvory 22. která těsně obepíná kovovou nádobku χ buS přímo, nebo přes hydrofilní porézní vrstvu 23. V době skladování článku j sou otvory g pro přístup vzduchu a otvory 22 ve smršťovací hadičce 21 zaslepeny neporézní samolepicí páskou 24. která se strhává až před uvedením článku do činnosti.

Výhodou konstrukčního řešení podle vynálezu je vytvoření volného prostoru v dutině anodového kolektoru Xg, do nějž může pronikat elektrolyt, vytlačovaný ze zinková gelová anody 11 vlivem zvětšení objemu anody, která je způsobeno vznikajícím vodíkem při samovolné korozi zinku v alkalickém elektrolytu nebo vlivem objemových změn anody během elektrochemická oxidaoe zinku.

Elektrolyt je absorbován v absorpčním materiálu Xg, umístěném v dutině anodového kolektoru 'Xg, přičemž vzduch z této dutiny může opouštět článek oestou mezi horní uzavírací mističkou 14 a anodovým kolektorem Xg, a dále mezi izolačním mezikružím Xg, dýnkem gg článku a smršťovací hadičkou 21. Tímto je zabráněno vzniku přetlaku uvnitř článku. Případný únik elektrolytu z dutiny anodového kolektoru 12 je jištěn několika vrstvami absorpčního materiálu gg, který zamezí úniku elektrolytu z článku. Limitní proud článku lze ovládat počtem, rozmístěním a plošným průřezem otvorů g pro přístup vzduohu v kovová nédoboe X, přičemž otvory 22 ve smršťovací hadičce 21 jsou rozmístěny tak, aby jejioh středy souhlasily ee středy

198 501 otvorů 2 v kovové nádobce i a jejloh plošný průřez je stejný nebo větší než plošný průřez otvorů 2 ▼ kovové nádobce

Elektroohemloký článek zinek-vzduoh velikosti R 20 podle normy IEC o průměru 31 nm a výěoe 62 mm poskytuje při nepřetržitém vybíjení přee odpor 5 až 15Λkapacitu 18 až 22 Ah při průměrném napětí 1,1 až 1,2 V, oož odpovídá měrné kapaoltě 380 až 470 Ah/dm\ Při hmotnosti článku 95 g to odpovídá měrné kapacitě 190 áž 230 Ah/kg.

Konetrukol elektrochemického článku zlnek-vzduoh podle vynálezu lze použít i pro Jiné typy váloovýoh článků podle normy ISO.

Claims (6)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Elektroohemloký článek zinek-vzduoh, vyznačený tím, že jeho vzduchová katoda má tvar váloové dutinky tvoříoí válcovou stěnu článku a anodový kolektor (12) zinkové anody je tvořen plechem ve tvaru pláště válce, který je uzavřen horní uzavírací mističkou (14) a dolní uzavírací mističkou (13) a je opatřen otvorem pro průchod plynů.
2. 2. Elektroohemloký článek podle bodu 1, vyznačený tím, že jeho vzduchová katoda je svinuta do tvaru válcová dutinky z ploché katody, přičemž spoj přesahujících plooh je elepen alkalivzdorným lepidlem nebo tmelem.
3. 3. Elektrochemický článek podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že dutina anodového kolektoru (12) zinkové anody je vyplněna absorpčním materiálem (15).
4. 4. Elektroohemloký článek podle bodů 1 až 3, vyznačený tím, že spodní dýnko (4) katodové dutinky a horní dýnko (18) katodové dutinky jeou vytvořena z litého alkalivzdorného materiálu, přičemž horním dýnkem (18) katodové dutinky prochází anodový kolektor (12).
5. 5. Elektroohemloký článek podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že mezi hydrofobní krycí vrstvou (7) vzduchové katody a kovovou nádobkou (1) Je rozvodná vretva (10) vzduohu.
6. 6. Elektroohemloký článek podle bodů 1 až 5, vyznačený tím, ,že v kovové nádoboe (1) jeou otvory (3) pro přívod vzduohu, jejichž středy ee kryjí ee středy otvorů (22) ve emršťovaoí hadičce (21), které mají alespoň stejně velký plošný průřez jako ptvory (3) v kovové nádoboe (1), přečemž počtem, rozmístěním a plošným průřezem otvorů je regulovatelný- limitní elektrioký proud.