DE1671864B2

DE1671864B2 - Thermisch aktivierbares galvanisches element

Info

Publication number: DE1671864B2
Application number: DE19671671864
Authority: DE
Inventors: Claude Antony; Pathe Claude Clamart; Hauts de Seine; Charnay Claude Chilly-Mazarin Essonne; Nee (Frankreich). HOIm 43-06
Original assignee: Nord-Aviation Societe Nationale De Constructions Aeronautiques, Paris
Priority date: 1966-10-11
Filing date: 1967-10-10
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE1671864A1; GB1202230A; SU551000A3; US3516868A; FR1503730A; JPS4928048B1; DE1671864C3

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisch aktivierbares Lolvanisches Element mit einem metallischen Behälter als positive Elektrode, der einen Depolarisator trägt und eine negative Elektrode enthält und in weichem der Elektrolyt durch eine im Inneren der Ze!'¹-mittels einer Zündmischung erzeugte exotherme !<■ aktion zwischen einem Metall und einem Oxw!:·.· lionsmittel auf seine Schmelztemperatur gebra· '■:. wird.

Elemente dieser Art sind an sich bereits bekai; (schwedische Patentschrift 176 8S7). Die Rückstanddieser exothermen Reaktion beteiligen sich anschli·- (tend an dem elektrochemischen Prozeß, und /v. : nur teilweise, da die negative Elektrode zum größte Teil durch den in der Zündmischung enthalten* Schweiel oxydiert wird, wodurch die Leistungsfähigkeit dieser Elektrode stark herabgesetzt wird.

Die erwähnte thermische Aktivierung wird rni Hilfe einer Zündmischung erzielt, die jede Zelle 11 π = schließt. z.B. in der Weise, daß abwechselnd zylindrische Zellen und Tabletten aus der Zündmischun· aufeinander gesetzt werden. Die Zündung dieser Zündmiscluing wird mit Hilfe eines elektrischen Signals oder eines mechanischen Schlages ausgelöst.

Die Aktivierungszeit, d.h. die Zeil, die zwischen dem elektrischen oder mechanischen Signal zur Zündung und dem Zeilpunkt vergeht, an dem die Balte rie ihre maximale Leistung abgibt, hat für Batterie!: 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 C) auf eine Temperatur gebracht werden, die höher ist als seine Schmelztemperatur.

Ehe der Elektrolyt schmilzt, muß der Wärmefluß den Wärmewidersland der Wandung der metallischen Kathode und des kalhodis^hen Gitters, das mit einer Schicht des Depolarisators bedeckt ist. überwinden.

Nun besteht in bestimmten Anwendungsfällen, spezieil in der Waffentechnik, die Forderung nach möglichst kurzen Aktivierungszeiten, jedenfalls wesentlich kürzer als eine Sekunde, wie auch immer die Umgebungsbedingungen des Elementes sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Element der eingangs erwähnten Gattung derart auszubilden, daß es diesen Forderungen genügt, so daß Aktivierungszeiten weit unterhalb einer Sekunde erzielt werden, ohne dabei die Leistung oder die Kapazität der Batterie zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zündmischung von einem porösen Träger aus inerten Fasern in Plättchenform gehalten wird, der dem Depolarisator anliegt, und daß zwischen dem Träger und der negativen Elektrode ein vom Elektrolyten durchtränktes isolierendes Gewebe angeordnet ist. Durch diese Maßnahmen wird einerseits eine sehr kurze Ativierungszeit und andererseits die Bildung eines Diaphragmas auf den porösen Fasern durch die Reaktionsrückstände erreicht, das die Bewegung des Depolarisators von der positiven zur negativen Elektrode bremst, wodurch die Betriebszeit des Elements bei konstanter Ausgangsspannung erhöht wird.

Vorteilhaft besteht die Zündmischung aus 38 °/o Zirkonium, 57 ¹Vo Bariumchromat und 5 % neutralen Fasern, wobei sie einen Elektrolyten mit einem Anteil von etwa 35 Gewichtsteilen auf 100 Teile der Mischung enthalten kann, der von der gleichen Art sein

kann, wie der im Element verwendete, oder aber einen höheren Schmelzpunkt hat.

Zusälzüch zum Elektrolyten kann die Zündmischung einen Depolarisator mit einem Anteil von 5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile der Gesamtniischung, enthalten.

Erfindungsgemäß wird die Zündmischling in der Weise hergestellt, daß der Depolarisator und der Elektrolyt mit den Plättchen der Zündmischung entweder durch Beimengung während der Herstellung des Plättchens, durch Ausfüllen von Öffnungen innerhalb des Plättchens oder durch Überziehen mit einer dünnen Schicht verbunden wird.

in weiterer Ausgestaltung sind die Plättchen der Zündmischung mit Zündschnüren aus der Zündmischung versehen, die durch den Behälter des EIenients hindurehgeführt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Behälter aus Nickel, der innen mit Gold beschichtet ist und als positive Elektrode dient, wobei der Depolarisator aus Eisensulfat besteht und mit dem Behälter durch ein leitendes Gitter in Kontakt gehallen ist, ein Plättchen aus der Zündmischung mit einer Zündschnur verbunden ist und ein poröser Träger für den schmelzbaren Elektrolyten, der aus einer eutektischen Mischung aus Lithiumchlorid und Kaliumchlorid besteht, und eine zentrale negative Elektrode aus Kalzium vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der folgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnung bezieht, erläutert. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Diagramm, das den Verlauf der Spannung über der Zeit für eine bekannte und für ein erfindungsgemäß erregtes Element zeigt und

F i g. 2 eine auseinandergezogene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Elementes mit erfindungsgemäßer Erregung schematisch im Längsschnitt dargestellt.

Erfindungsgemäß wird für ein Element, das durch das Schmelzen des Elektrolyten erregt wird, eine sehr kurze Aktivierungszeit erzielt, da der Wärmefluß nicht erst den Wärmewiderstand, der durch die Wandung der metallischen positiven Elektrode und des positiven Gitters, das mit einer Schicht des Depolarisator bedeckt ist, überwinden muß und da sich die Wärme, die durch die exotherme Reaktion erzeugt wird, direkt auf den Elektrolyten und die Bestandteile des Elementes überträgt. Die Aktivierungszeit beträgt etwa 0.2 bis 0.3 Sekunden wie aus dem Diagramm in Fig. 1, in dem auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Klemmenspannung in Volt bei einem Belastungswiderstand des Elementes von R = 2.5 Ohm aufgetragen ist und in dem die Kurven I und 2 die Änderung der Klemmenspannung unter Last eines mit bekannten Mitlein erregten Elementes bzw. eines erfindungsgemäßen Elementes, deren negative Elektrode, Depolarisator, Elektrolyt und positive Elektrode identisch sind, bei gleichem Belastungswiderstand darstellen.

Die Zündmischung zur Auslösung einer exotherf. men Reaktion kann z. B. aus einer Mischung von 38 ",u Zirkonium und 57" u Bariumchromat in Pulverform bestehen, der 5" ο neutrale Fasern z.B. aus Glas oder Asbest beigegeben sein können, um ein Formen 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 Gewichtsteilen auf 100 Teile der Zündmischung beigegeben sein.

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

Eine erfindungsgemäße Batterie setzt sich aus einer uder mehreren Zellen zusammen, die aus der folgenden Schichtung bestehe

eine metallische positive Elektrodenplatte 1 (Fig. 2), auf die ein positives Gitter2 aus dem gleichen Metall aufgeschweißt ist,
eine Schicht 3 der fein zerkleinerten Mischung aus Depolarisator und Elektrolyt, die auf das

Gitter 2 gepreßt ist,

ein Plättchen der Zündmischung 4, dar, mit einem Zünder 5 ausgerüstet ist,
ein isolierendes Gewebe, das von dem Elektrolyten 6 durchtränkt ist,

ein metallisches Plättchen 7 als negative Elektrode, zu dessen beiden Seiten die obengenannten Bauelemente symmetrisch angeordnet sind.

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

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 wesentlich kürzere Betriebszeit als die erstgenannten, die jedoch ausreicht, während der Aktivierungszeit der »Doppel-Zellen« bereits Strom zu liefern, die ihrerseits dann während der erforderlichen Betriebszeit den Strom liefern. Das Zusammenschalten von Einzclzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu einer Batterie (schnelle Erregung und genügende Betriebszcil) ergibt beachtliche Einsparungen im Platzbedarf. Gewicht und Preis im Verhältnis zu heute bekannten Lösungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermisch aktivierbares galvanisches Element mit einem metallischen Behälter als positive Elektrode, der einen Depolarisator tragt und eine negative Elektrode enthält und in welchem der Elektrolyt durch eine im Inneren der Zelle mittels einer Zündmischung erzeugte exotherme Reaktion zwischen einem Metall und einem Oxydationsmittel auf seine Schmelztemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziindmischung von einem porösen Träger aus inerten Fasern in Plättchenform (4) gehalten wird, der dem Depolarisator anliegt, und daß zwischen dem Träger und der negativen Elektrode (7) ein vom Elektrolyten durehtränktes isolierendes Gev ν be (6) angeordnet ist.

2. Element nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmiscluing aus 38 "Ή Zirkonium. 57" .1 Bariumchromat und 5"·ο neutralen Fasern besteht.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß di^ Zündmischucg einen Elektrolyten mit einem Anteil von etwa 35 Gewichtsteilen luif 100 Teile der Mischung enthält, der von der gleichen Art sein kann, wie der im Element verwendete, oder aber einen höheren Schmelzpunkt hat.

4. Element nach der; Ansp.eichen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmichung außer einem Elektrolyten einen jepolarisator mit einem Anteil von 5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Teile der Gesamtmischung, enthält.

5. Element nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen (4) der Zündmischung mit Zündschnüren (S) aus der Zündrnischung versehen sind, die durch den Behälter (1) des Elementes hindurchgeführt sind.

6. Element nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Behälter aus Nickel (1), der innen mit Gold beschichtet ist und als positiver Pol dient, einen Depolarisator (3), der aus Eisensulfat besteht und mit dem Behälter durch ein leitendes Gitter (2) in Kontakt gehalten ist. ein Plättchen aus der Zündmischung (4), das mil einer Zündschnur (5) verbunden ist. einen porösen Träger für den schmelzbaren Elektiolyten (6), der aus einer eutcktischen Mischung aus Lithiumchlorid und Kalziumchlorid besteht, und durch eine zentrale negative Elektrode (7) aus Kalzium.

7. Verfahren zur Herstellung der Zündmischung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator und der Elektrolyt mit den Plättchen (4) der Zündmischung entweder durch Beimengung während der Herstellung des Plättchens, durch Ausfüllen von Öffnungen innerhalb des Plättchens oder durch Überziehen mit einer dünnen Schicht verbunden wird.