DE1671864A1 - Thermisch angeregte elektrische Batterie - Google Patents

Description

Ihr Zeichen _ Ihr Schreiben - Mein Zeichen S Ö79 Tag 7, 10. 1967

Anmelder: IJord-Aviation Societe nationale de Constructions Aeronautiques, Paris

Ü!hernis_ch_anggregte elektrische Batterie.

Me Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur thermischen Anregung elektrischer Batterien mit schmelzbarem"Elektrolyten und auf eine Torrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, ferner auf elektrische Batterien, die mit dieser Vorrichtung ausgerüstet sind.

Es sind bis heute bereits Batterien mit thermischer Anregung bekannt, die aus einzelnen Zellen bestehen, die einen metallischen Behälter umfassen, der von, einem Deckel verschlossen wird, wobei beide als Kathode dienen.

Die Anode ist in der Behältermitte angeordnet. Sie ist gegenüber diesem durch isolierende IOlien (z.B. Glasgewebe) isoliert, die mit dem Elektrolyten getränkt sind. Der Depolarisator ist in ein Gitter gepresst, das aus dem gleichen Material besteht wie der Behälter und mit diesem verschweißt ist;, wenn die Zellen, wie es tatsächlich der Pail ist, als Doppelzellen ausgebildet werden,

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sind die verschiedenen Bleut ent e symmetrisch auf beiden Selten der Anode angeordnet.

Diese Zellen arbeiten nicht, wenn sie nicht auf eine Temperatur gebracht werden, die gleich oder höher ist als die Schmelztemperatur des Elektrolyten.

Diese thermische Aktivierung wird mit Hilfe einer Zündmischung erzielt, die jede Zelle umschließt, ζ,B. In der Welse, daß abwechselnd zylindrische Zellen und Tabletten aus der Zündmlschung aufeinander gesetzt werden.

Die Zündung dieser Zündmlschung wird mit Hilfe eines elektrischen Signales oder eines mechanischen Schlages ausgelöst.

Die Aktivierungsζext, d.iu die Zeit, die zwischen dem elektrischen oder mechanischen Signal zur Zündung und dem Zeitpunkt vergeht, an dem die Batterie ihre maximale Leistung abgibt, hat für Batterien aus Doppelzellen, wie sie oben beschrieben sind, die Größenordnung von Sekunden, denn damit ein solches Element eine elektrische Leistung abgibt, muß die Temperatur der gesamten Masse des Elektrolyten von der Umgebungstemperatur (meistens etwa 20 ° G) auf eine Temperatur gebracht werden, die höher Ist, als seine Schmelztemperatur.

Ehe der Elektrolyt schmilzt, muß der Wärmefluß den Wärmewiderstand der Wandung der metallischen Kathode und des kathodischen (Jitters, das mit einer Schicht des Depolarisator bedeckt ist, überwinden. '

ÜTun besteht in bestimmten Anwendungsfällen, speziell in der Faffentechnlk, die Forderung nach möglichst kurzen Alctivi erungs sei ten, jedenfalls wesentlich kürzer als eine Sekunde, v/le auch Immer die Umgebungsbedingungen der Batterie sind* .

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Die Erfindung erlaubt es, diesen Forderungen nachzukommen und Aktivierungszeiten weit unterhalb einer Sekunde zu erzielen, ohne dabei die leistung oder die Kapazität der Batterie zu "beeinträchtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erregung einer elektrischen Batterie, deren einzelne Zellen einen metallischen Behälter haben, der"als Kathode dient, einen Depolarisator, der mit der Kathode in .Kontalrfc ist, einen schmelzbaren Elektrolyten und eine metallische Anode, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt dadurch auf seine Schmelztemperatur gebracht wird, dtvia im Inneren der Zelle zwischen Anode und Kathode eine exotherme Reaktion zwischen einem Uetall und einem Oxidationsmittel abläuft, deren Rückstände nach der Reaktion an den elektrochemischen Prozessen teilnehmen.

Die erfindun^sgemäße Torrichtung zur Durchführung diesec Verfahrens bestellt in wesentlichen aus einem Plättchen einer Züiidmischung aus einem Iletall und einem Oxidationsmittel, das 121 Inneren der Schichten, welche die Seile bilden, ,zwischen Anode und Kathode eingefügt ist. .

In einer ersten Ausführun^sform kann die Zündmischung einen Elektrolyten enthalten, der entweder beigemischt oder in Öffnungen oder Poren, die in den Plättchen vorgesehen sind, eingebracht oder als eine dünne Schicht axif ihre Oberfläche aufgebracht wird»

In einer zweiten Ausführungsform kann die Zündmischung einen Elektrolyten und einen Depolarisator enthalten.

",/eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der folgenden Beschreibung, die sich auf die

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■beiliegende Zeichnung bezieht, erläutert. In der Zeichnung ist: -

Jig. 1 ein Diagramm, <j_as gen Verlauf der Spannung über der Zeit für eine herkömmlich und für eine erfindungsgemäß erregte Batterie zeigt, und

Fig. 2 eine Explosionszeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der Batterie mit erfindungsfe gemäßer Erregung schematisch im Längsschnitt

* darstellt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird für eine Batterie, die durch das Schmelzen des Elektrolyten erregt wird, eine sehr kurze Aktivierungszeit erzielt, da der värmefluß nicht erst den Y/ärmewiderstand, der durch die Y/andung der metallischen Kathode und des kathodischen Gitters, das mit einer Schicht des Depolarisator bedeckt ist, überwinden muß und da sich die Varme, die durch die exotherme Reaktion erzeugt wird, direkt auf den Elektrolyten und die Elemente der Zelle überträgt. Die AktIvierungszeit beträgt etwa 0,2 bis 0,3 Sekunden wie aus dem Diagramm in Pig. 1, | in dem auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Klemmenspannung in Volt bei einem Belastungswiderstand der Batterie von R = 2,5 Ohm aufgetragen ist und in dem die Kurven 1 und 2 die Änderung der JClemmenspannung unter Last einer mit herkömmlichen Mitteln erregten Batterie bzw. einer erfindungsgemäßen Batterie, deren Anode, Depolarisator, Elektrolyt und Kathode iden-. tisch sind, bei gleichem Belastungswiderstand darstellen. ,

Die Zündmischung zur Auslösung einer exothermen Reaktion kann z.3. aus einer Mischung von 38 % Zirkon und 57 f° Bariumciiromat in Pulverform bestehen, ,der 5 ^ neutrale Fasern z.B.. aus Glas oder Asbest beigegeben sein können,

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"um ein lOrmen der Plättchen zu ermöglichen. Nach der Reaktion verbleiben die Rückstände, durchtränkt vom Elektrolyten, in fester form»

Dieser Mischung kann ein Elektrolyt mit z.B» 35 Gewi entstellen auf 100 Teile der Zündmischung beigegeben sein.

Dieser Mischung können wiederum 5 Seile eines Depolarisators auf 100 Teile beigegeben sein.

Diese Additive können entweder der Mischung bei der Herstellung beigegeben oder-durch Ausfüllen von Öffnungen ' " in dem Plättchen oder durch das Überziehen des Plättehens mit einer dünnen Schicht des Elektrolyten zugefügt werden. Der Zünder kann in bekannter Y/eise aus einer Art "Zündschnur" aus der Zündmischung bestehen, die aus dem Zellenbehälter herausragt.

Der beigemischte Elektrolyt kann von gleicher Art sein wie der der Batterie» In einer verbesserten Ausführungsform kann es ein Elektrolyt sein, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der-der Batterie, um eine höhere Auf— heizgeschwindigkeit der Zelle zu gewährleisten. Man kann dazu beispielsweise CaOIp benutzen. |

Eine erfindungsgemäße Batterie setzt sich aus einer oder mehreren Zellen zusammen,· die aus der folgenden Schichtung bestehen:

- eine metallische Kathoden-Platte χ (Fig. 2), auf die ein Kathodengitter 2 aus gleichem Metall aufgeschweißt ist;

- eine Schicht 3 aus der fein zerkleinerten Mischung aus Depolarisator und Elektrolyt, die auf das Gitter 2 gepresst ist;

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- ein Plättchen der Zündmischung 4-, das mit einem Zünder 5 ausgerüstet istj

- ein isolierendes öewe"be, das von dem Elektrolyten 6 durchtränkt istj

- ein metallisches Plättchen 7 als Anode, zu dessen "beiden Seiten die oben genannten Bauelemente syiaiaetrisch angeordnet sind.

Jede Zelle dieses lypes ist eine selbständige Einheit, ™ und man kann Batterien mit jeder gewünschten Spannung und Leistung durch einfache Kombination von Zellengruppen in Serien- und Parallelschaltung herstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie sind die Kathodenteile 1 und 2 aus nickel' oder einem Metall, das mit einer galvanisch aufgebrachten Groldschicht überzogen ist, der Depolarisator 3 besteht aus Eisensulfat, der Elektrolyt 6 ist eine eutektische Mischung aus Lithium chlor id und Kaliumchlorid und die Anode 7 aus Kalzium»

k Die erfindungsgemäße Batterie hat eine Aktivierungszeit in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 Sekunden und eine Betriebszeit in der Größenordnung von 20 Sekunden. Man. kann jedoch die Aktivierungszeit noch weiter verkürzen, indem man "Doppel-Zellen", wie sie oben beschrieben werden, mit "Einfach-Zellen" verbindet, deren Elemente kleiner sind und deren Temperatur folglich schneller ansteigt. Die letztgenannten Zellen haben eine wes'entlich kürzere Betriebszeit als die erstgenannten, die jedoch ausreicht, während der Aktivierungszeit der

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"Doppel-Zellen" bereits Strom zu liefern, die ihrerseits dann während der erforderlichen Betriebszeit den Strom liefern. Das Zusammenschalten von Einzelzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einer Batterie (schnelle Erregung und genügende Betriebszeit) ergibt beachtliche Einsparungen im Platzbedarf, Gewicht und Preis im Verhältnis zu heute bekannten Lösungen»

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Claims (1)

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   Ansprüche

   1λ Verfahren zur thermischen Erregung einer elektrischen Batterie durch Schmelzen des Elektrolyten, deren einzelne Zellen einen metallischen Behälter haben, der als Kathode dient, einen Depolarisator, der mit der Kathode in Kontakt ist, einen schmelzbaren Elektrolyten und eine metallische Anode, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch eine im Inneren der Zelle zwischen Anode und Kathode ablaufende W exotherme Reaktion zwischen einem Metall und einem Oxidationsmittel auf seine Schmelztemperatur gebracht wird, deren Rückstände sich nach der Reaktion an den elektrochemischen Prozessen beteiligen.

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exotherme Reaktion innerhalb einer Zündmischung abläuft, die aus 38 fo Zirkon, 57 fi Bariumchromat und 5 i° neutralen Fasern besteht.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmischung einen Elektrolyten mit einem

   ^ Anteil von ca. 35 Gewichtsteilen auf 100 Teile der ■ Mischung enthält, der von der gleichen Art sein kann, wie der" in der Batterie verwendete, oder aber einen höheren Schmelzpunkt hat,

   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmischung außer einem Elektrolyten einen Depolarisator mit einem Anteil von 5 Gewicht st eilen, bezogen auf 100 Seile der Gesa,mtmisellung, enthält.

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   7. 10. 1967 BEatt 9" IR 7"18RA ⁰¹P¹-"¹"* 6· Schltab»

   IR 7"18RA ⁰¹P¹

   das Deutsche'P at ent asii^_r München Patentanwalt

   •5· Torrichtung zur· tkemischen Erregung von elektrischen Batterien mit schmelzbarem Elektrolyten nach Verfahrens ans pru cii T_t dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmischung die !"orm von Plättchen (4) hat, die zwischen der Kathode (i) und der Anode (7) angeordnet sind ο

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Yerfalirensansprtichs 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator umä der Elektrolyt mit den Plättchen (4) der Zündelsehung entweder durch Beimengung A während der Herstellung des Plattchens, durch Aus- ^ füllen von Öffnungen innerhalb des Plättchens oder durch Überziehen mit einer dünnen Schicht verbunden wird»

   7. Vorrichtung nach. Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (4) der Zündmischung mit Hilfe von Zündsclmüren (5) aus der Zündmischung gezündet werden, äie durch den Behälter (T) der Zelle hindurchgeführt sind. -

   8. Elektrische Batterie mit thermischer Erregung nach

   den Ansprüchen 1 hds l_s gekeimzeichnet durch einen %

   Behälter aus Uiekel (1), der innen mit &old beschichtet ist und als Kathode dient, einen Depolarisator (3), der aas Eisensulfat besteht und mit der Kathode durch ein leitendes Gitter (2) in Kontakt gehalten ist, ein. Plättchen aus der Zündmischung (4), das mit einer gliaisclmur (5) verbunden ist, einen porösen Träger für Sen schmelzbaren Elektrolyten (6), der aus einer eatektisehen Mischung aus lithiumchlorid und Kalziumciilorid besteht, und durch eine zentrale Anode (7) aias Kalzium.

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