DE1671486A1

DE1671486A1 - Plates for electrochemical devices, plate assembly and device using the plate assemblies

Info

Publication number: DE1671486A1
Application number: DE19661671486
Authority: DE
Inventors: Jost Ernest Maria
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1965-10-24
Filing date: 1966-10-06
Publication date: 1971-11-18

Description

Platten für elektrochemische Einriehtungen/Plattenbau# gruppe und Einrichtung unter Verwendung der Plattenbaugruppe'a Die Erfindung bezieht sich auf Plattenfür elektrochemische Einrichtengen und Plattenbaugruppen und Einrichtungen unter Verwendung dieser Plattenbaugruppen. Die positiven und negativen Platten einer elektrochemischen Einrichtung erfordern beim Zusammenbau Verbindungen zwischen diesen, die bis jetzt in bekannter Weinre durch Verbindungen zwinahen vorstehenden Lappen geschaffen worden sind. Diese Lappen und ihre Verbindungen benötigen in den Behältern einen verhältnibmänoig grossen Platz.Plates for electrochemical devices / plate assemblies and Device Using the Disk Assembly The invention relates to Plates for electrochemical equipment and plate assemblies and devices using these plate assemblies. The positive and negative plates one electrochemical devices require connections between them when assembling, which up to now in known vineyards by connections between protruding lobes have been created. These flaps and their connections need in the containers a relatively large square.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Platte und eine Verbindung an dieser zum. Äncchlusa an eine benachbarte Platte zu schaffen, die wenig Platz erfordert, insbesondere den Umfang der Platte nicht vergrössert. Diese Aufgabe wird bei Platten für eine elektrochemische Einrichtung mit einer Tafel aus leitendem Material, die an einer Stelle des Haudes ein Anschlussglied für eine benachbarte Platte aufweist@gemäas der Erfindung dadurch gelöst, dass die Platte an einer Stelle des Randes eine Ausnehmung und an einer Stelle am Rand im Abstand hiervon, insbesondere an einer entgegengesetzten Stelle, ein Loch hat, an dessen Rand an entgegengesetzten Seiten ein Kontaktglied zur Bildung einer die Platte durohdringenden a..The invention is based on the object, a plate and a Connection to this to. Äncchlusa to a neighboring one plate to create that requires little space, especially not the size of the plate enlarged. This task is performed with plates for an electrochemical device with a board made of conductive material, which is a connection link at one point of the house for an adjacent plate has @ according to the invention solved in that the Plate at one point of the edge a recess and at one point on the edge in the Distance therefrom, in particular at an opposite point, has a hole on the edge of which on opposite sides a contact member to form a plate penetrating a ..

-`und.ee.idseits vorstehenden, leitenden Kontaktvorrichtung --a*ngebracht ist, wobei die Ausnehmung so gross ist, dass sie eine Kontaktvorrichtung einer benachbarten ähnlichen Platte ,chne .Berührung umgibt. Hierdurch sind alle Verbindungsteile innerhalb des Plattenrandes in Draufsicht gesehen angeordnet, so dass man den Behälter in günstiger Weise ohne grossen Zwischenraum der Plattenform anpassen kann. Damit ergibt sich'gleiches Behältervolumen vorausgesetzt, eine grössere Plattenfläche bei Verwendung der erfindungsgemässen Platten und damit ein grösserer Energieausgang, Ferner sind gemäss der Erfindung Mittel vorgeseheh, um mehrere Stapel in einfacher Weise für verschiedene Arten von elektrischen Verbindungen zwischen ihnen anzuordnen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigens Fig.l eine Draufsicht auf eine einzelne, dünne Platte gemäss der Erfindung, Fig.2 eine Seitenansicht gemäse Pig.l.-`und.ee.projecting conductive contact device on both sides is, the recess is so large that it is a contact device of an adjacent similar plate, chne .touch surrounds. This means that all connecting parts are inside of the plate edge, seen in plan view, so that the container can be seen in can adapt favorably without a large gap of the plate shape. So that results Assuming that the container volume is the same, a larger plate surface when used the plates according to the invention and thus a greater energy output, Further are provided according to the invention means to several stacks in a simple manner for arranging different types of electrical connections between them. Further advantages and features of the invention emerge from the following description in connection with the drawing containing exemplary embodiments of the invention. In the drawing, Fig.l shows a plan view of a single, thin plate according to of the invention, Figure 2 is a side view according to Pig.l.

Fig.3 eine Draufsicht auf einen Separator zur Anordnung zwischen den Platten der Fig.l und 2, Fig.4 eine isometrische Ansicht von zusammengebauten Platten und Separatoren zur Verwendung bei der Herstellung einer elektrochemischen Zelle Fig.5 und 6 schematische Darstellungen zur Erläuterung von Parallel- und Reihenverbindungen mehrerer _ Plattenbaugruppen9 Pig.7 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle gemäss der Erfindung.3 shows a plan view of a separator for arrangement between the Plates of Figures 1 and 2, Figure 4 is an isometric view of assembled plates and separators for use in making an electrochemical cell 5 and 6 are schematic representations for explaining parallel and series connections several _ plate assemblies9 Pig.7 a schematic representation of an electrochemical Cell according to the invention.

Der Ausdruck "elektrochemische Zelle" bzw. "Einrichtung", wie er hier verwendet wird, schliesst die Verwendung für elektrische Batterien, Brennstoffzellen und dergl, ein, die positive und negative Platten benutzen.The term "electrochemical cell" or "device" as used herein is used, excludes the use for electric batteries, Fuel cells and the like using positive and negative plates.

In Fig.l und 2 ist mit 1 eine dünne Platte oder Elektrode dargestellt, die die allgemeine Form einer rechtwinkligen Tafel hat. Beispielsweise kann diese ein übliches Träger-Metallgitter 2 aufweisen, das in bekannter Weise mit leitendem porösem Material ausgefüllt ist, das aus gesintertem Metallpulver besteht. Dieses wird dann mit Aktivierungsmaterial in bekannter weise imprägniert Die Erfindung befasst sich nun mit der Art, in welcher derartige dünne Platten mit Anschlüssen versehen werden, um so ein enges und dichte, Aufeinanderpacken mit den dazwischenliegenden Separatoren zu erreichen.In Fig.l and 2 is shown with 1 a thin plate or electrode, which has the general shape of a rectangular board. For example, this have a conventional carrier metal grid 2, which in a known manner with conductive porous material is filled, which consists of sintered metal powder. This is then impregnated with activation material in a known manner. The invention now deals with the way in which such thin plates with terminals be provided so as to be tight and dense, packing one on top of the other with the intervening To achieve separators.

Alle Platten 1, gleichgültig ob sie positiv oder negativ sind, haben im wesentlichen die gleiche Form und Grösse, Jede einzelne hat, wie bei 3 dargestellt, an der Ecke einen Abschnitt. An der diagonal entgegengesetzten Ecke ist ein Loch 5 vorgesehen. An den gegenüberliegenden Stirnseiten des Lochrandes sind koaxiale, metallische ümfassungselemente in Form von Ringscheiben 7 vorgesehen. Da das Plattenmaterial leitend ist, sind diese Ringe miteinander elektrisch leitend verbunden. Damit ergibt sich auf der Platte an diesem Loch eine leitende Eingruppe 10, die mit dem übrigen Teil der Platte elektrisch leitend verbunden ist. Die Ringgruppe ist vorzugsweise rund, wie in der Zeichnung dargestellt, doch kann sie auch andere Umfangsformen aufweisen. Zum Festhalten der Ringe in ihrer Zage können verschiedene Verfahren benützt werden, beispielsweise kann dies durch Anschweissen der Ringe an den entgegengesetzten Stirnseiten der leitenden Platte (a.Fig.2) fluchtend mit dem Loch, wie dargestellt, geschehen.All plates 1, regardless of whether they are positive or negative, have essentially the same shape and size, each individual has, as shown at 3, a section at the corner. A hole 5 is provided at the diagonally opposite corner. On the opposite end faces of the edge of the hole, coaxial, metallic encasing elements in the form of annular disks 7 are provided. Since the plate material is conductive, these rings are connected to one another in an electrically conductive manner. This results in a conductive assembly 10 on the plate at this hole, which is connected in an electrically conductive manner to the remaining part of the plate. The group of rings is preferably round, as shown in the drawing, but it can also have other circumferential shapes. Various methods can be used to hold the rings in place, for example by welding the rings onto the opposite end faces of the conductive plate (a.Fig.2) in alignment with the hole, as shown.

In Fig.3 ist ein isolierender Separator 9 dargestellt, der vorzugsweise die gleiche Umfangsform, oder mindestens eine ähnliche, wie die Platten 1 hat. An entgegengesetzten Ecken ist er mit Löchern 11 versehen, die einen solchen Durchmesser haben, dass sie die Ringscheibe 7 umgeben können. Die Stärke der Ringscheiben und der Separatoren ist ungefähr gleich, wobei vorzugsweise die Separatoren etwas dünner sind. Das Material der Separatoren kann von üblicher Art sein und ist vorzugsweise ein übliches, flexibles Ieolationamaterial, wie diese allgemein zu diesem Zweck benutzt werden.In Figure 3, an insulating separator 9 is shown, which is preferably the same circumferential shape, or at least a similar one, as the plates 1 has. At opposite corners it is provided with holes 11, which have such a diameter have that they can surround the annular disk 7. The strength of the washers and the separators is approximately the same, with the separators preferably being somewhat thinner are. The material of the separators can be of the usual type and is preferred a common flexible leolation material such as these generally for this purpose to be used.

pig.4 zeigt einen Stapel von positiven und negativen Platten gemäss Fig.l, wobei zwischen diesen Separatoren gemäss der Pig.3 angeordnet sind. Zur Identifizierung sind in Fig.4 die positiven Platten mit 1-P und die negativen Platten mit 1-N bezeichnet. Sie sind in ihrer Form identisch und unterscheiden sich nur in ihrer chemischen Zusamme nsetzung entsprechend ihrem positiven oder negativen Verhalten. Alle positiven Platten sind in der gleichen Weise orientiert. Die negativen Platten sind um 1800 relativ zu den positiven Platten versetzt. Dies wird während des Stapelns dadurch erzielt, dass die dazwischenliegenden Separatoren 9 zwischen entgegengesetzt orientierten positiven und negativen Platten 1-P und 1-N anEleordnet werden.Pig.4 shows a stack of positive and negative plates according to Fig.l, with separators according to Pig.3 being arranged between these. For identification purposes, the positive plates in FIG. 4 are labeled 1-P and the negative plates are labeled 1-N. They are identical in shape and only differ in their chemical composition according to their positive or negative behavior. All positive plates are oriented in the same way. The negative plates are offset by 1800 relative to the positive plates. This is achieved during stacking by arranging the intermediate separators 9 between oppositely oriented positive and negative plates 1-P and 1-N.

Damit sind alle positiven Platten 1 der gleichen Polarität in elektrischer Berührung durch einen Stapel von Ringscheiben 7 an der einen Ecke des Stapels. Alle nega tiven Platten 1 der gleichen Polarität sind in elektristh4er Berührung durch einen Stapel von Ringscheiben 7 an der diagonal entgegengesetzten Ecke des Stapels.So that all positive plates 1 are of the same polarity in electrical Contact by a stack of ring disks 7 at one corner of the stack. All Negative plates 1 of the same polarity are in electrical contact through a stack of washers 7 at the diagonally opposite corner of the stack.

Es ergibt sich so, dass die Abschnitte 3 der Platten einer Polarität im Stapel so angeordnet sind, dass die Ringscheiben 7 der andern Platten des Stapels dort untergebracht werden können. Zwischen benachbarten positive und negativen Platten sind Separatoren 9 so angeordnet, dass ihre Löcher 11 die entgegengesetzt angeordneten Ringscheiben benachbarter positiver und negativer Platten umgeben.It follows that the sections 3 of the plates have one polarity are arranged in the stack so that the annular disks 7 of the other plates of the stack can be accommodated there. Between adjacent positive and negative plates separators 9 are arranged so that their holes 11 are opposite to those arranged annular disks surrounded by adjacent positive and negative plates.

Es ergibt sich so, dass das Stapeln beispielsweise so vorgenommen werden kann, dass eine Platte einer bestimmten Polarität, beispielsweise eine Platte 1-N, aufgelegt und dann darauf ein Separator 9 angeordnet wird, wobei ein Loch 11 desselben die Ringscheibe 7 dieser Platte umgibt, während das andere Loch sich an einem Abschnitt 3 befindet. Dann wird eine Platte der entgegengesetzten Polarität, beispielsweise eine Platte 1-P, auf den Separator in Bezug auf die Zage der erstgenannten Platte 1-N uLi 1800 gedreht aufgelegt. Dadurch kommt ihr Abschnitt 3 an' der Ringscheibe 7 der positiven Platte 1 zu liegen 1und ihre Ringscheibe 7 ist im entgegengesetzten Loch 11 des Beparators 9 angeordnet. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis ein Stapel der gewünschten Höhe aufgebaut ist (s.beispielsweise Fig.4). Damit sind an entgegengesetzten Ecken des Stapels übereinandergestapelte, elektrisch leitende Ringscheiben 7 angeordnet, die sich durch die Löcher 11 der Separatoren 9 erstrecken. An einer Ecke des Stapels sind die Ringscheiben in Verbindung mit den positiven Platten, jedoch im Hinblick auf die Abschnitte 3 dieser negativen Platten ausser Verbindung mit den negativen Platten. An der anderen Ecke des Stapels sind die Ringscheiben wegen der Abschnitte 3 der positiven Platten in-Verbindung mit den negativen Platten, jedoch ausser Verbindung mit den positiven Platten. Zwischen den einsel# nen.positiven und negativen Platten liegt ein Separator 9,. dessen Löcher 11 die entgegengesetzt angeordneten Ringscheiben 7 umgeben. Anstatt Löcher, wie bei 11 in den Separatoren 9 zu verwenden, können auch Abschnitte, wie bei 3 angebracht werden. The result is that the stacking can be carried out, for example, by placing a plate of a certain polarity, for example a plate 1-N, and then placing a separator 9 on it, a hole 11 of which surrounds the annular disk 7 of this plate, while the other hole is at section 3. Then a plate of the opposite polarity, for example a plate 1-P, is placed on the separator rotated with respect to the position of the first-mentioned plate 1-N uLi 1800. As a result, its section 3 comes to rest on the annular disk 7 of the positive plate 1 and its annular disk 7 is arranged in the opposite hole 11 of the separator 9. These processes are repeated until a stack of the desired height has been built up (see, for example, Fig. 4). Electrically conductive annular disks 7, which are stacked on top of one another and extend through the holes 11 of the separators 9, are thus arranged at opposite corners of the stack. At one corner of the stack, the ring disks are in connection with the positive plates, but with regard to the sections 3 of these negative plates out of connection with the negative plates. At the other corner of the stack, because of the sections 3 of the positive plates , the annular disks are in connection with the negative plates, but out of connection with the positive plates. A separator 9 is located between the positive and negative plates. the holes 11 of which surround the oppositely arranged annular disks 7. Instead of using holes, as at 11 in the separators 9 , sections, as at 3, can also be made.

Nachdem der Zus-mmenbau bei miteinander fluchtenden Löchern vollständig durchgeführt ist, werden die aufeinandergestapelten Ringe an entgegengesetzten Ecken miteinan- der verschweisst. Gegebenenfalls kann auch das Sohweissen :Schritt für Schritt zwischen den benachbarten Platten'beim Aufbau des Stapels durohgeftthrt werden. Nach der Sohweissung ergibt sich eine selbsthaltende Plattenbaugruppe 13, die nun in den Elektrolyt eines die Zelle bildenden Behältern eingetaucht werden kann. Ein solcher Behälter ist bei 4 in--gig.7 dargestellt. Er hat geeignete elektrisch isolierende Wände, die die leitenden Zellanechlüsse 6 und B halten. After the assembly has been completed with the holes aligned, the rings stacked on top of one another are welded to one another at opposite corners. If necessary, the welding can also be carried out step by step between the adjacent plates when building the stack . After welding, a self- retaining plate assembly 13 results, which can now be immersed in the electrolyte of a container forming the cell. Such a container is shown at 4 in FIG . 7. It has suitable electrically insulating walls that hold the conductive cell terminals 6 and B.

Diese können die form von Stangen oder Rohren haben, die durch Öffnungen in der Wand des Behälters 4 und durch die Stapel von Ringgruppen 10 nach Einsetzen der Platten. baugruppe in den Behälter 4 eineteokbar sind. Nach dem Einfüllen von Elektrolyt in den Behälter 4 ergibt sich so eine diehtgeetapelte, elektrochemische Zelle mit den Anschlüssen 6 und B. Der Deutlichkeit halber sind in Fig.7 die Platten 1-P, 1-N und die Isolatoren durch Linien dargestellt. Die Ringgruppen 10 sind als Hülsen dargestellt5 eine Form, die durch diese Ringgruppen und das dazwischenliegende Loch zwischen den Platten gebildet wird. Manchmal ist es erwünscht, mehrere Plattenbaugruppen, wie bei 13 dargestellt, parallel oder auch in Reihe zu verbinden. Mittel, um dies zu bewerkstelligen, sind in dem einen Fall in dem Blockdiagramm nach Fig.5 und im anderen Fall nach Fig.6 dargestellt. These can be in the form of rods or tubes which pass through openings in the wall of the container 4 and through the stacks of ring groups 10 after the plates have been inserted. assembly are eineteokbar in the container 4 . After filling the container 4 with electrolyte, a die-stacked, electrochemical cell with the connections 6 and B results. For the sake of clarity, the plates 1-P, 1-N and the insulators are shown in FIG. 7 by lines. The ring groups 10 are shown as sleeves5 a shape which is formed by these ring groups and the hole in between the plates . Sometimes it is desirable to connect several plate assemblies, as shown at 13, in parallel or in series. Means for accomplishing this are shown in the one case in the block diagram according to FIG. 5 and in the other case according to FIG.

Um eine Parallelverbindung gemäss Fig.5 zu erreichen, sind die Plattenbaugruppen 13 so orientiert, dass ihre Stapel aus positiv polarisierten Ringscheiben 7 und ihre Stapel aus negativ polarisierten Ringscheiben 7 miteinander fluchten. Wenn nun die Plattenbaugruppen 13 zusammengebracht werden, ergeben sich Verbindungen + mit + und -mit -, wie bei A angedeutet, sodass nun die gewünschte Parallelanordnung vorhanden ist. In order to achieve a parallel connection according to FIG. 5 , the plate assemblies 13 are oriented such that their stacks of positively polarized annular disks 7 and their stacks of negatively polarized annular disks 7 are aligned with one another. If the plate assemblies 13 are now brought together, connections + with + and -with - result, as indicated at A, so that the desired parallel arrangement is now present.

Auch eine Reihenverbindung kann ohne weiteres gemäss Fig.fi dadurch erzielt werden, dass ein positiver Stapel von Rin.scheiben 7 mit einem negativen Stapel von Ringscheiben an den betreffenden Ecken zum-Fluchten gebracht wird. Diese positiven und negativen Stapel von Ringscheiben werden nun zwischen benachbarten Plattenbaugruppen, wie bei B angedeutet, miteinander verbunden. Bei C kann jedoch dadurch keine Verbindung hergestellt werden, dass eine der leitenden Ringscheiben ? zwischen den Plattenbaugruppen weggelassen wird und dafür ein Isolierring, wie beispielsweise bei 21 angedeutet, angebracht wird. A series connection can easily be achieved according to FIG. These positive and negative stacks of ring disks are now connected to one another between adjacent plate assemblies, as indicated at B. At C, however, no connection can be made because one of the conductive washers? is omitted between the plate assemblies and an insulating ring, as indicated for example at 21, is attached .

In beiden Figuren 5 und 6 sind vorteilhafterweise die durch die Plattenbaugruppen hindurchgehenden Träger bzw. Anechlüsse, wie beispielsweise 6 und 8, aus Isoliermaterial, wobei die äusseren Anschlüsse unmittelbar an den entsprechend freiliegenden Ringscheiben angebracht werden können.In both FIGS. 5 and 6, the supports or connections passing through the plate assemblies, such as 6 and 8, are advantageously made of insulating material, with the outer connections being able to be attached directly to the correspondingly exposed annular disks.

Es ergibt sich ferner, dass die Abschnitte 3 auch die Form von Löchern, wie bei 11, haben können und dass die Löcher 11 auch die Form von Abschnitten besitzen können, beide können daher allgemein als Ausnehmungen bezeichnet werden.It also emerges that the sections 3 also have the shape of holes, as with 11, and that the holes 11 also have the shape of sections can, both can therefore generally be referred to as recesses.

Claims

Patent claims: 1. Plate for an electrochemical device with a board made of conductive material which has a connection element for an adjacent plate at one point on the edge, characterized in that the plate (1) has a recess (3) at one point on the edge. and at a point on the edge at a distance therefrom, in particular at an opposite point, has a hole (5), at the edge of which a contact member (7) is attached on opposite sides to form a conductive contact device (10) penetrating the plate and protruding on both sides is, wherein the recess (3) is so large that it surrounds a contact device (20) of an adjacent similar plate (1) without touching.

2. Plate according to claim 1, characterized in that the contact device (10) and the recess (3) arranged at opposite corners of a substantially rectangular plate (1) are.

3. Plate according to claim 1 or 2, characterized in that the contact members Are ring disks (7).

4. Plate according to one of the preceding Claims, characterized in that the contact members (?) Are welded on.

5. Plate according to one of the preceding claims, characterized in that the recess has the shape of an outwardly open section (3) "

6. plate assembly formed by assembling at least two plates according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjacent plates (1-P, 1-N) against each other corresponding to the contact devices (10) and the recesses (3), for example around 180o, are offset. A plate assembly according to claim 6, characterized in that a separator (9) is arranged in the adjacent plates (1-2,1-N), which is an extension corresponding to the contact devices (10), preferably at opposite corners in the case of a rectangular shape (11), each of which receives a contact member (10). B. plate assembly according to claim 6 or 7, characterized in that at least two pairs of oppositely polarized plates (1-P91-N) are present and the contact members (7) of the plates (1) of the same polarity are connected to one another, device with a container , in which at least one plate assembly according to claims 6-8 is arranged, characterized in that one contact rod (6, 8) each extends through the contact devices (10) of the positive and negative plates (1-P, 1-N) and preferably extend through the container walls to form connectors. "O. Device according to claim 9, characterized in that when a plurality of plate assemblies (13) are arranged in the container (4), the identical outer contact members (7) of adjacent plate assemblies (13) are connected to one another. 11, device according to claim 9, characterized in that characterized in that when a plurality of plate assemblies (13) are arranged in the container (4), the outer contact members (7) are connected to one another at one point and are insulated from one another at the other point.