DE2101829A1 - Elektrische Batterie vom Typ der thermischen Batterie - Google Patents
Elektrische Batterie vom Typ der thermischen BatterieInfo
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- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
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Description
DR. MÜLLER-BOR6 Dl PL-Hn\ S. DR. MANITZ DIPL CHEM. DR. OEUFEL
DIPL-ING. FINSTERWALD DI PL-I NG. G RÄMKO W O 1 η 1 Q O Q
PATENTANWÄLTE
Hl/bg - S 2228 15. JAN. 1971
SOCIETE ÜTATIOHALE HmUSTRIELLE AEHOSPATIALE
37» Boulevard de Montmorency
Paris 16, Frankreich
Elektrische Batterie vom Typ der thermischen Batterie
Die Erfindung "bezieht sich auf eine elektrische Batterie bzw. ein elektrisches Element vom Typ
der thermischen Batterie bzw. des thermischen Elementes und auf ein Anfertigungsverfahren.
Die bekannten thermischen Elemente bestehen aus einer Gesamtheit von gleichen Elementarzellen,
von denen jede die Form eines zylindrischen Gehäuses aufweist,dessen Umhüllung die Kathode bildet
und die elektrisch in Reihe verbunden sind. Die Anode jeder Zelle ist in der Mitte des Gehäuses
angeordnet und elektrisch mit einer Kathodenmetallscheibe
verbunden, die den Deckel des Gehäuses der
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lelelon (0531) ΓΜΛ!
Telefon {Ü8I!) 2251 10, 221569, lelex 522050 mbptil MarklilraOe 3, Telefon (0/11) 567261
folgenden Zelle bildet. Die Anode ist von dem Kathodenbehälter durch eine Stapelung von Folien
getrennt, die aus einem isolierenden Material bestehen und mit einem Elektrolyten imprägniert sind.
Die thermische Aktivierung erfolgt mittels Scheiben, die aus einer pyrotechnischen Mischung bestehen
und entweder zwischen den Elektroden einer gleichen Zelle oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Zellen angeordnet sind, die im allgemeinen übereinandergelegt/ung elextriscTi isoliert sind.
Ein von einer Gesamtheit solcher elektrisch in Reihe verbundener Zellen gebildetes Element weist im
allgemeinen eine Sperrigkeit auf, die die Handhabung schwierig gestaltet; weiterhin ist dessen
Morfege schwierig. Es ist insbesondere, um die Bildung von Streuströmen bzw. Kriechströmen zu vermeiden,
erforderlich,einerseits eine perfekte Zentrierung der Anode und des Gehäuses und andererseits zwischen
der Anode und dem Deckel des folgenden Gehäuses eine so perfekte elektrische Verbindung wie möglich
herzustellen, die gegenüber dem Gehäuse, das sie durchquert, isoliert ist. Darüberhinaus bereitet
das Anordnen all der elektrisch vorher miteinander verbundenen Zellen in dem Element oft einige
Schwierigkeiten und es treten öfters aufgrund dieser Schwierigkeiten Montagefehler auf, die so eine
Verminderung der Betriebssicherheit dieses Elementetyps nach sich zieh/?nDarüberhinaus beeinflussen
diese gleichen Montageschwierigkeiten zu einem nicht vernachlässigbaren Teil die Herstellungskosten die-
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ser Elemente.
Andererseits hat eine detailierte Studie der von den Metallmassen ausgeführten Punktionen, die in
die Punktion/solcher-Elemente eingehen, gezeigt, dass etwa 36 ^ der die-Kathode und die elektrische
Verbindung zwischen den Elektroden bildenden Metallmasse elektrochemisch keine Bedeutung hat; daraus
folgt eine weitere erhebliche Steigerung des Herstellungspreises, da die bei der Herstellung dieser
Elemente erforderlichen Metalle Edelmetalle g sind, deren Preis hoch ist.
Schliesslich Is.t es für die Isolierung zwischen
den Zellen erforderlich, schwere und sperrige isolierende Platten zu verwenden, was nochmals zur
Erhöhung des Herstellungspreises beiträgt.
Ziel der Erfindung ist die,Schaffung eines thermischen Elementes, das von vereinfachter Konstruktion ist, wodurch insbesondere die Wahrscheinlichkeit
für Montagefehler herabgesetzt und somit die Betriebssicherheit erhöht wird, das eine geringe
relative Sperrigkeit und eine an seine Umgebung an- M
passbare Form aufweist und bei dem die Mengen der Edelmetalle, die keine elektrochemische Bedeutung
haben, merklich verringert sind, wodurch insbesondere in einem erheblichen Mass seine Energie pro Masseneinheit
erhöht und seine Aktivierungszeit vermindert wird. A-
Erfindungsgemäss ist bei einem thermischen Element
des Typs mit einer Gesamtheit von identischen Zellen,
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die übereinandergestapelt und elektrisch in
Reihe verbunden sind, vorgesehen, dass in jeder Zelle die grundlegenden Elemente Teile mit
der Form von aktiven Platten oder Blöcken sind, die alle die gleiche sichtbare Kontur aufweisen
und einesüber dem anderen und eines in Berührung
mit dem anderen in einer vorbestimmten Reihenfolge gestapelt sind, und dass jede der
Zellen aufeinanderfolgend umfasst eine Platte aus einem depolarisierendem Material, eine die
Kathode bildende leitende Platte, eine Platte mit einer anodischen Mischung, einen isolierenden
Block, der mit einer festen elektrolytischen Substanz imprägniert ist, eine Platte mit einer
pyrotechnisehen Mischung und einen isolierenden Block, der mit einer festen elektrolytischen
Substanz der gleichen Zusammensetzung wie die des ersten Blocks imprägniert ist; der letztere
Block steht mit seiner äusseren Querfläche in Berührung mit der Aussenflache der Platte mit
depolarisierendem Material der folgenden Zelle und die elektrische Verbindung zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Zellen erfolgt durch die direkte Berührung der Platte mit der anodischen
Mischung.der einen mit der Kathodenplatte der anderen.
Bevorzugt sind die Platten mit depolarisierendem Material, die die Kathode bildende leitende
Platte und die Platte mit anodischer Mischung in einem einzigen feil vereinigt, dass von einer die
Kathode bildenden leitenden Platte gebildet wird,
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die auf einer ihrer Flächen mit einem depolarisierendem Material und auf der anderen Fläche
mit einem anodischen Material "bedeckt ist.
Bei dem Verfahren zur Anfertigung eines erfindungsgemässen
thermischen Elementes werden durch direkte Stapelung und mit der gleichen Ausrichtung die aufeinanderfolgenden Teile der
verschiedenen Zellen eines auf das andere folgend und eines in Berührung mit dem anderen in einem
Rohr angeordnet, dessen innere sichtbare Kontur a
gleich der den verschiedenen Teilen gemeinsamen sichtbaren Kontur ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser
zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt eines Teils einer zylindrischen thermischen Batterie bzw.
eines zylindrischen thermischen Elementes gemäss der Erfindung, der zwei Zellen umfasst,
und
Fig. 2 ein Betriebsdiagramm eines zylindrischen
thermischen Elementes gemäss der Erfin- J
dung.
Nach Fig. 1 umfasst eine Zelle eines thermischen Elementes eine eine Kathode bildende metallische
Scheibe 1, deren eine der Flächen mit einem Belag bzw. einer Schicht 2 einer oxidierenden zusammengesetzten
Feststoffmasse bzw. einer oxidierenden
Feststoffmischung bedeckt ist, die den Depolarisator
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bildet, während ihre andere Fläche mit einer Schicht 3 eines leitenden Feststoffmaterials
bedeckt ist, die die Anode bildet; die Scheibe 1 iat von der Scheibe 1' der folgenden Zelle, die
der Scheibe 1 gleicht und in der gleichen Weise wie diese ausgerichtet ist, durch einen Elektrolyten
getrennt, der von zwei isolierenden Platten 4 und 5 gebildet wird, von denen jede mit
einer festen elektrolytischen Subat^n., imprägniert
ist und zwischen die eine Platte 6 einer zusammengesetzten pyrotechnischen Masse bzw.
einer pyrotechnischen Mischung eingesetzt ist; der Elektrolyt steht einerseits mit der Anode 3
durch die Platte 4 und andererseits mit der Schicht der oxidierenden Mischung 2', mit der die
Scheibe 1' bedeckt ist, durch die Platte 5 in Berührung. Die Gesamtheit, die von den obigen Teilen
gebildet wird, die aneinanderstossend bzw. lückenlos in der gleichen dargestellten Ordnung
und Richtung übereinander gestapelt sind, bildet eine Zelle des thermischen Elementes, deren negative
Platte, im konventionellen Sinn des Ausdrucks, von der Scheibe 1' und deren positive Platte von
dem anodischen Überzug 3 der Scheibe 1 gebildet wird.
Es können so viele von den obigen gleiche Zellen wie gewünscht in Reihe angeordnet werden, wobei die
homologen Teile der verschiedenen Zellen bei allen die gleiche Ausrichtung bebehalten, um Elemente
zu bilden, deren Anzahl an grundlegenden Zellen nach Belieben variiert werden kann und bei denen
unabhängig von der Zahl der Zellen die
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Teile
äusseren fiieteeEtttflt Kathodenplatten wje1 und 1' sind, von denen die eine als Aussenseite die mit der oxidierenden Mischung überzogene und die Anode des Elementes bildende Fläche und die andere die mit dem Anodenmaterial überzogene und die Kathode des Elementes bildende Fläche aufweist. In Fig. 1 ist beispielsweise ein Teil eines Elementes, dargestellt, der zwei nebeneinander angeordnete. Zellen umfasst von denen die homologen KiiatMtiflt bis auf die Striche die gleichen Bezugsziffern aufweisen. Bei einem g
äusseren fiieteeEtttflt Kathodenplatten wje1 und 1' sind, von denen die eine als Aussenseite die mit der oxidierenden Mischung überzogene und die Anode des Elementes bildende Fläche und die andere die mit dem Anodenmaterial überzogene und die Kathode des Elementes bildende Fläche aufweist. In Fig. 1 ist beispielsweise ein Teil eines Elementes, dargestellt, der zwei nebeneinander angeordnete. Zellen umfasst von denen die homologen KiiatMtiflt bis auf die Striche die gleichen Bezugsziffern aufweisen. Bei einem g
Element, das durch diesen Teil mit zwei Zellen gebildet würde, wäre die Anode die Platte 1,
während die Kathode die Platte 1" wäre; dabei würde die Verbindung in Reihe der zwei Zellen
durch die direkte Berührung zwischen der Kathodenplatte 1' der ersten Zelle und der Anode 3f der
zweiten ausgeführt. Das, was für zwei Zellen zutrifft, gilt gleichfalls für irgendeine Zahl
von diesen Zellen, die eine auf die andere folgend mit der gleichen Ausrichtung angeordnet sind;
dabei sind diese Zellen elektrisch in Heihe direkt durch die Kathoden- Anoden-Platten wie 1 und
1' verbunden; es ist infolgedessen nicht erforderlieh,
die Anode einer Zelle mit der Kathode der folgenden durch die konventionellen Mittel elektrisch
zu verbinden.
Wie bei den bekannten Elementen kann die elektromotorische Kraft des thermischen Elementes bzw.
"Thermoelementes"gemäss der Erfindung, die ein Vielfaches der elektromotorischen Kraft einer jeden
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Zelle ist, auf jeden gewünschten Wert eingestellt
werden. Ebenso kann die Leistung einer jeden Zelle und folglich die des von einer vorbestimmten
Anzahl von Zellen gebildeten Elementes gewählt werden, indem der Oberfläche der Teile jeder
geeignete Wert und jede geeignete Form gegeben wird und/oder indem Elemente oder Zellen gleicher
elektromotorischer Kraft richtig parallel geschaltet werden. Die Elektroden und folglich das
fertiggestellte thermische Element können eine Kontur besitzen, die jede geeignete Form ebenso
bei der Unterbringung der Elemente in den Verwendungsorganen und -einrichtungen wie in den Lagerungsorten
oder -gesteilen bekleidet.
Die Anfertigung eines erfindungsgemässen thermischen Elementes ist beachtlich vereinfacht in
Bezug auf die Anfertigung von bekannten thermischen Elementen. Es genügt, die grundlegenden
Teile der Zellen in einem Rohr oder einer Hülle 7 zu stapeln, die aus einem nichtleitenden geeigneten
feuerfesten bzw. hochschmelzenden Material besteht und dessen bzw. deren innere Kontur die gleiche
Form und die gleichen Abmessungen wie die sichtbare Kontur der verschiedenen Teile aufweist, um
schnell dieses Element zu erhalten. Das Anfertigungsverfahren kann noch vereinfacht werden, indem
vorher bei der Herstellung der elektrolytischen Platten 4 und 5 diese letzteren mit der Platte 6
der pyrotechnischen Mischung vorher vereinigt werden, um einen einzigen Block zu bilden; in diesem
Fall sind nur zwei Sorten von Komponenten zur Bildung des Elementes erforderlich, die nur wech3elwei-
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se in dem UmhüTlungsrohr angeordnet zu werden
brauchen, wodurch Montagefehler auf ein Minimum
reduziert werden und die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit dieser Elemente beachtlich
erhöht wird.
Das Anzünden der pyrotechnischen Mischung, um die Verschmelzung des Elektrolyten während der
Funktionszeit des Elementes zu erhalten, wird auf die gleiche Weise wie bei den bekannten thermischen
Elementen erreicht, d.h. indem die verschiedenen Platten 6 dieser Mischung mit einer
Zündschnur verbunden oder in Berührung gebracht werden, die beispielsweise in einer, Längsnut des
Rohres 7 angeordnet sein kann.'
Bevorzugt sind in dem thermischen Element die Kathodenplatten wie 1 und 1' entweder aus NiclfiL
oder aus Gold oder aus einem mit einer Goldschicht überzogenen Metall, wird das Anodenmaterial von
Kalzium, der Depolarisator von Kalziumchromat oder Ferrisulfat, der Elektrolyt von einem eutektischen Gemisch
aus Lithiumchlorid und Kaliumchlorid und die pyrotechnische Mischung von einer reduzierendenoxidierenden
Mischung von Zirkonium-Barium-Chromat gebildet. Das nicht leitende, feuerfeste bzw. hochschmelzende Material, aus dem das Rohr oder die
Hülle 7 zur Stapelung der Elemente besteht, ist entweder Siliziumoxid bzw. Siliziumdioxid oder
Glas oder auch Phenolharz.
In Fig. 2 ist ein Teil der Funktionskurve C eines thermischen Elementes gemäss der oben beschriebenen
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bevorzugten Ausführungsform dargestellt, dessen Durchmesser 34 mm und dessen Länge einschliesslich
der Klemmen 40 mm beträgt und das mit einem Widerstand von 20 Ohm belastet ist. Das
Element, dessen Gesamtgewicht 70 g beträgt, umfasst zehn in Reihe geschaltete Zellen, von
denen jede eine elektromotorische Kraft von 2,55 Volt liefert, und weist somit eine elektromotorische
Kraft von 25»5 Volt auf. Die Massenleistung eines
solchen Elementes beträgt 0,40 Watt pro g während die eines bekannten Elementes nur 0,26 Watt pro g
beträgt, was einer Massenleistungssteigerung von 54 $>
entspricht. Die Zünddauer, die in der G-rössenordnung von 0,1 bis 0,2 Sekunden liegt, ist in
Bezug auf die üblichen thermischen Zellen um 0,05 bis 0,1 Sekunden vermindert. Die Betriebskurve C
zeigt die Änderungen der Spannung an den Klemmen U in Volt auf der Ordinate aufgetragen in Abhängigkeit
von der Zeit in Sekunden auf der Abszisse aufgetragen. Die Betriebsdauer eines solchen Elementes
liegt in der Grössenordnung von 60 Sekunden.
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Claims (4)
- - 11 -Patentans-orücheTher.uisches Elenent des Typs mit einer Ges aut lieit von gleichen Zellen, die übereinandergestapelt und in Reihe verbunden sind, dadurchgekennzeichnet , daß in jeder äZelle die grundlegenden Konponenten aus Teilen zusammengesetzt sind, die die ITorm von aktiven Blocks oder Platten haben, welche alle die gleiche äußere Kontur aufweisen, übereinandergestapelt sind und in einer vorbestimmten Reihenfolge nit ein and er in Kontakt stehen, und daß jede der Zellen aufeinanderfolgend umfaßt eine Platte (2) aus depolarisierenden Material, eine die Kathode bildende leitende Hatte (1), eine Platte (3) einer anodischen Mischung, einen isolierenden Block (4), der nit einer festen elektrolytischen Substanz imprägniert ist, eine Platte (6) einer pyrotechnischen Mischung und einen isolie- "r end en Block (5)i äer ^i t einer festen elektrolytischen Substans der gleichen Zusammensetzung wie die des Blocks (4) imprägniert ist, wobei der letztere Block ,nit seiner äußeren Querfläche in Berührung nit der Außenfläche der Platte aus depolarisierenden Material der folgenden Zelle steht und die elektrische Verbindung zwischen sviei aufeinanderfolgenden Zellen durch die direkte Berührung zwischen der Platte mit anodischer Mi-109831 /U51schung der einen mit der Kathodenplatte der anderen erfolgt.
- 2. Thermisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Platte (2) aus depolarisierendem Material, die die Kathode bildende leitende Platte (1) und die Platte (3) mit anodischer Mischung in einem einzigen Teil vereinigt sind, das von einer die Kathode bildenden leitenden Platte gebildet ist, die auf einer ihrer Flächen mit einem depolarisierendem Material und auf der anderen Fläche mit einem Anodenmaterial bedeckt ist.
- 3. Thermisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die zwei isolierenden, mit einer elektrolytischen Substanz imprägnierten Blöcke (4,5) und die Platte mit pyrotechnischer Mischung (6) in einem einzigen Teil vereinigt sind, bei dem die Platte zwischen die zwei Blöcke eingesetzt ist.
- 4. Verfahren zur Anfertigung eines thermischen Elementes nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet , dass durch direkte Stapelung und mit der gleichen Ausrichtung die aufeinanderfolgenden Teile der verschiedenen Zellen aufeinanderfolgend und miteinander in Berührung stehend in einem Rohr (7) angeordnet werden, dessen innere sichtbare Kontur gleich der den verschiedenen Elementen gemeinsamen .sichtbaren Kontur ist.1 0 9 8 3 1 / U 5 1
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1970
- 1970-01-22 FR FR7002342A patent/FR2076664A5/fr not_active Expired
-
1971
- 1971-01-15 DE DE19712101829 patent/DE2101829C3/de not_active Expired
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |