DE2101829C3 - Thermalbatterie aus in Reihe geschalteten Zellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermalbatterie aus in Reihe geschalteten Zellen mit übereinander gestapeilen Bestandteilen und einer mit allen zu zündenden EIe inenten in Verbindung stehenden Zündvorrichtung.

Eine solche Thermalbatterie ist beispielsweise aus der DT-OS I 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 sten elektrolytischen Substanz der gleichen Zusammensetzung wie die des ersten Blocks imprägniert ist. und einer Platte aus negativem Material, wobei die beiden isi 'ierenden Blöcke undl die Platte mit pyrotechnischer Mischung zu einem einzigen Teil vereinigt sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich 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

F i g. I einen Axialschnitt eines Teils einer zylindrischen thermischen Batterie gemäß der Erfindung, die zwei Zellen umfaßt, und

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

Nach F i g-1 umfaßt eine Zelle einer thermischen Batterie eine die positive Ableitung bildende metallische Scheibe !.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 Räche mit einer Schicht 3 eines leitenden Feststoffmaterials bedeckt ist, die die negative Elektrode bildet; die Scheibe 1 ist von der Scheibe Γ der folgenden Zelle, die der Scheibe I 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 elektrolytisohen Substanz imprägniert ist und zwischen die eine Platte 6 einer zusammengesetzten pyrotechnische« Masse bzw. einer pyrotechnischen Mischung eingesetzt ist; der Elektrolyt steht einerseiis mit der negativen Elektrode 3 durch die Platte 4 und an dererseits mit der Schicht der oxidierenden Mischung 2*. mit der die Scheibe Γ bedeckt ist. durch die Platte 5 in berührung. Die Gesamtheit die von den obigen Tei len gebildet wird, die aneinanderstoßend bzw. lückenlos in der gleichen dargestellten Ordnung und Richtung übereinander gestapelt sind, bildet eine Zelle der iher mischen 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. I ist beispielsweise ein Teil einer Batterie dargestellt die zwei nebeneinander angeordnete Zeller umfaßt von denen die homologen 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 I. 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 verbin den.

Wie bei den bekannten Batterien kann die elektromotorische Kraft der Thermalbatterie gemäß der Erfindung, die ein Vielfaches der elektromotorischen Kraft einer jeden Zelle ist auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden. Ebenso kann die Leistung einer jeden Zelle 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 -gestellen bekleidet.

Die Anfertigung einer erfindungsgemäßen Thermalbatterie ist beachtlich vereinfacht in bezug auf die Anfertigung von bekannten Thermalbat'erien. Es genügt, die grundlegenden Teile der Zellen in einem Rohr oder einer Hülle 7 zu stapeln, die aus einem nichtleitenden geeigneten feuerfesten bzw. hochsehmelzer.den 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 diese Batterie 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 Elements erforderlich, die nur wechselweise in dem Umhüilungsrohr 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 Goldschicht überzogenen Metall; das negative Material wird von Kalzium, 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 !eilende feuerfeste bzw. hochschmelzende Material, aus dem das Rohr oder die Hülle 7 zur Stape'ung der Elemente besteht 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 0.40 Walt pro g während die einer bekannten Batterie nur 0,26 Watt pro g beträgt, was einer Massenleistungssicigerung von 54% entspricht. Die Zünddauer, die in der Größenordnung 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 Czeigt 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 Elements liegt in der Größenordnung von 60 Sekunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

21 Ol Patentansprüche:

1. Thermalbatterie aus in Reihe geschalteten Zellen mit übereinander gestapelten Bestandteilen und einer 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), 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 elektrolyrischen Substanz der gleichen Zusammensetzung wie die des ersten Blocks (4) imprägniert ist, und einer Platte (3) aus negativen· Material, wobei die beicien isolierenden Blöcke (4, 5) und die Platte (6) mit pyrotechnischer Mischung zu einem einzigen Teil vereinigt sind.

2. Thermalbatterie nach Anspruch \, 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.