DE2101829B2 - Thermalbatterle aus in Reihe geschalteten Zellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Thermalbatterie aus in Reihe geschalteten 2ellen mit übereinander gestapelter« Bestandteilen und einer mit allen zi zündenden Elementen in Verbindung stehenden Zündvorrichtung.

Eine solche Thermalbatterie ist beispielsweise aus der DT-OS 1 815 819 bekannt. Die einzelnen Elemente der darin beschriebenen Thermalbatterien, die in einem Behälter zusammengefaßt sind, stehen mit einer Zündvorrichtung in Verbindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Thermalbatterie der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einen besonders einfachen Aufbau hat und dadurch die durch Kriechströme bedingten Fehler vermindert und die eine besonders große Leistung pro Masseneinheit aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend von einer Thermalbatterie der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß jede Zelle aufeinanderfolgend aus folgenden Schichten aufgebaut ist: einer die positive Ableitung bildenden leitenden Platte, einer Platte aus depolarisierendem Material, einem isolierenden, mit einer festen elektrolytischen Substanz imprägnierten Block, einer Platte einer pyrotechnischen Mischung und einem isolierenden Block, der mit einer fe- SS iten elektrolytischen Substanz der gleichen Zusammensetzung wie die des ersten Blocks imprägniert ist, und einer Platte aus negativem Material, wobei die beiden isolierenden Blöcke und die platte mit pyrotechnischer Mischung ta einem einzigen Teil vereinigt sind.

Eitle besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet steh dadurch aus, daß auch die Platte aus depolarisierendem Material, die leitende Platte und die Platte aus negativem Material zu einer bipolaren Elektrode verbunden sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben: in dieser zeigt

Fig.] einen Axialschnitt eines Teils einer zylindri

schen thermischen Batterie gemäß der Erfindung, die zwei Zellen umfaßt, und

Fig,2 ein Betriebsdiagramm einer zylindrischen Thermalbatterie gemäß der Erfindung,

Nach Fig. 1 umfaßt eine Zelle einer thermischen Batterie eine die positive Ableitung 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 bildet, während ihre andere Fläche mit einer Schicht 3 eines leitenden Feststoffmaterials bedeckt ist, die die negative Elektrode bildet; die Scheibe 1 ist 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 Substanz imprägniert ist und zwischen die eine Platte 6 einer zusamnenp^setzten pyrotechnischen Masse bzw. einer pyrotechnischen Mischung eingesetzt ist; der Elektrolyt steht einerseits mit der negativen Elektrode 3 durch die Platte 4 und andererseits mit der Schicht der oxidierenden Mischung 2¹. 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 der thermischen Batterie.

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 beibehalten, um Batterien zu bilden, deren Anzahl an grundlegenden Zellen nach Belieben variiert werden kann und bei denen unabhängig von der Zahl der Zellen die äußeren Teile Platten wie 1 und Γ sind. In F i g. 1 ist beispielsweise ein Teil einer Batterie dargestellt, die zwei nebeneinander angeordnete Zellen umfaßt von denen die homolugen Teile bis auf die Striche die gleichen Bezugsziffern aufweisen. Bei einem Element, das durch diesen Teil mit zwei Zellen gebildet würde, wäre der negative Pol die Platte I₁ während der positive Pol die Platte 1" wäre; dabei würde die Verbindung in Reihe der zwei Zellen durch die direkte Berührung zwischen der Platte Γ der ersten Zelle und der negativen Elektrode 3' 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 Reihe direkt durch die Platten wie 1 und Γ verbunden; es ist infolgedessen nicht erforderlich, die negative Elektrode einer Zelle mit der positiven Elektrode der folgenden durch die konventionellen Mittel elektrisch zu verbinden.

Wie bei den bekannten Batterien kann die elektromotorische Kraft der Thermalbatterie gemäß der Erfindung, die ein Vielfaches der elektromotorischen Kraft einer jeder) Zelle ist, auf jedem gewünschten Wert eingestellt werden. Ebenso kann die Leistung einer jeden Zelte und folglich die der von einer vorbestimmten Anzahl von Zellen gebildeten Batterie gewählt werden, indem der Oberfläche der Teile jeder geeignete Wert und jede geeignete Form gegeben wird und/oder indem Batterien oder Zellen gleicher elektromotorischer Kraft richtig parallel geschaltet werden. Die Elektroden und folglich die fertiggestellte Batterie können eine Kontur besitzen, die jede geeignete Form ebenso

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bei der Unterbringung der Elemente in den Verwendungsorganen und -einrichtungen wie in den Lagerungsorten oder -gesteuert bekleidet.

Pie Anfertigung einer erfindungsgemäßen Thermalbatterie ist beachtlich vereinfacht in bezug aul die Anfertigung von bekannten Thermalbatterien. Es genügt, die grundlegenden Teile der Zellen in einem Rohr oder einer HQIIe 7 zu stapeln, die aus einem nichtleitenden geeigneten feuerfesten bzw. hochschmelzenden Material besteht und dessen fazw. deren innere Kontur die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie die sichtbare Kontur der verschiedenen Teile aufweist, um schnell diese Batterie zu erhalten. Das Anfertigungsverfahren kann noch vereinfacht werden, indem vorher bei der Herstellung der elektrolytischen Platten 4 und 5 diese letzteren mit de; 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 Elements erforderlich, die nur wechselweise in dem Umhöllungsrohr 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 Elements zu erhalten, wird auf die gleiche Weise wie bei den bekannten thermischen Batterien 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 der Batterie die Platten wie 1 und Γ entweder aus Nickel oder aus Gold oder aus einem mit einer Goldschichl überzogenen Metall; das negative Material wird von Kaizium, der' Depolarisator von Kalziumchromat oder Ferrisulfat, der Elektrolyt von einem eutektischen Gemisch aus Lithiumchlorid und Kaliumchlorid und die pyrotechnische Mischung von einer reduzierenden oxidierenden Mischung von Zirkonium-Barium-Chromat gebildet. Das nicht leitende feuerfeste bzw. hochschmelzende Material, aus dem das Rohr oder die Hülle 7 zur Stapelung der Elements be

ίο steht, ist Siliziumdioxid oder Glas oder auch Phenolharz.

In F i g. 2 ist ein Teil der Funktionskurve C einer Thermalbatterie gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform dargestellt, dessen Durchmes-

ser 34 mm und dessen Länge einschließlich der Klemmen 40 mm beträgt und das mit einem Widerstand von 20 Ohm belastet ist Die Batterie, deren 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 einer solchen Batterie beträgt :.,40 Watt pro g während die einer bekannten Batterie nur 0,26 Watt pro g beträgt, was einer Massenleistungssteigerung von 54%

entspricht. Die Zünddauer, die in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 Sekunden liegt, ist in bezug auf die übliche« thermischen Zeilen um 0,05 bis 0,1 Sekunden vermindert. Die Betriebskurve Czeigt die Änderungen der Spannung an den Klemmen U\r\ Volt auf der Ordinate

aufgetragen in Abhängigkeit von der Zeit in Sekunden auf der Abszisse aufgetragen. Die Betriebsdauer eines solchen Elements liegt in der Größenordnung von 60 Sekunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

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   Patentansprüche:

   1,Thermalbatterie aus in Reihe gescheiteten Zel-Jen mit übereinander gestapelten Bestandteilen und «iner mit allen zu zündenden Elementen in Verbindung stehenden Zündvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle aufeinanderfolgend aus folgenden Schichten aufgebaut ist: einer die positive Ableitung bildenden leitende Platte (1), to einer Platte (2) aus depolarisierendem Material, einem isolierenden, mit einer festen elektrolytischen Substanz imprägnierten Block (5), einer Platte (6) einer pyrotechnischen Mischung und einem isolierenden Block (4), der mit einer festen elektrolytischen Substanz der gleichen Zusammensetzung wie die des ersten Blocks (4) imprägniert ist, und einer Platte (3) aus negativem Material, wobei die beiden isolierenden Blöcke (4, 5) und die Platte (6) mit pyrotechnischer Mischung zu einem einzigen Teil vereinigt sina
2. 2. Thermalbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Platte (2) aus depolarisierendem Material, die leitende Platte (1) und die Platte (3) aus negativem Material zu einer bipolaren Elektrode verbunden sind.