DE2134764A1 - Aktivierbare elektrochemische Strom quelle - Google Patents

Description

Prankfurt am Main, ^den 8.OuIi 1971

- H 3Ί P 376

HONEYWELL INC, 27OI,Fourth Avenue South Minneapolis, Hiun/ü'SA " Aktivierbare elektrochemische Stromquelle

Die Erfindung betrifft eine aktivierbare elektrochemische Strainquelle mit einer wenigstens eine elektrochemische Zelle enthaltenden Zellenkammer und einem von dieser durch eine Wand getrennten, zusammendrückbaren Speieherbehälter für ein Aktivierungsmittel für die Zeit vor der Aktivierung, wobei in der Trennwand eine Öffnung vorgesehen und durch eine zerstörbare Membran verschlossen ist und an der Trennwand gegenüberliegenden Teilen des Speicherbehälters eine auf die Membran gerichtete Lanze befestigt ist, welche beim Zusammendrücken des Speicherbehälters die Membran zerstört.

Im Speicherbehälter solcher zu beliebiger Zeit aktivierbarer elektrochemischer Stromquellen befindet sich vor der Aktivierung eine Elektrolytlösung oder ein Elektrolytlösungsmittel und wird beim Zerstören der Membran mittels der Lanze durch Zusammendrücken des Speicherbehälters in die Zellenkammer befördert, um die darin befindlichen Zellen zu aktivieren. Bei bekannten Stromquellen dieser Art, wie sie beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 239 385 und 3 298 868 beschrieben sind j int die Lanze stabförmig und starr und mit einer schraubenlinienförmigen Hut versehen, damit die durch die öffnung in der Trenn·,·.'.and in die Zellenkammer hineinragende Lanze das Einströmen des Elektrolyten in die Zellenkammer nicht zu stark behindert. Die Anbringung einer solchen schraubenlinienförmigen Nut ist jedoch aufwendig. Außerdem führt eine nach der Aktivierung in die Zellenkainmer hineinragende Lanze zu der Gefahr, daß sie

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entweder selbst, sofern sie aus elektrisch leitendem Material besteht, einen Kurzschluß zwischen einzelnen Zellen bewirkt, oder sich an einer aus Isolierstoff■bestehenden Lanse Stoffe niederschlagen, welche zur Bildung von Stromwegen für Leckströme Anlaß geben. Diese Gefahr tritt zu dem Nachteil hinzu, daß die Lanze einen Teil des Durchflußquerschnitts in der öffnung der Trennwand bedeckt und damit das Einströmen des Elektrolyten bzw. des Elektrolytlösungsmittels in die Zellenkammer behindert.

fe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile bekannter aktivierbarer elektrochemischer Stromquellen der eingangs genannten Art mit möglichst einfachen Mitteln zu vermeiden.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe von einer aktivierbaren elektrochemischen Stromquelle der oben erwähnten Art ausgehend dadurch, daß die Lanze einen deformierbaren Teil aufweist und in kurzem Abstand hinter ihrer Spitze mit einem sich nach dem Zerstören der Membran gegen die Trennwand legenden Anschlagteil versehen ist. Hierdurch wird das weitere Eindringen der Lanze in die Zellenkammer verhindert und damit ^ sowohl das Entstehen von Kurzschlüssen in der Zellenkammer - als auch die Verringerung des Durchflußquerschnittes für den Elektrolyten aus dem Speicherbehälter in die Zellenkammer stark vermindert. Sobald sich das Anschlagteil gegen die Trennwand legt j wird beim v/eiteren Zusammendrücken des Speicherbehälters der deformierbare Teil der Lanze ver.formt, so daß diese nicht weiter in die öffnung der Trennwand eindringt als zur Zerstörung der Membran erforderlich ist.

Das Anschlagteil der Lanze ist zweckmäßiger Weise derart ge- ' staltet, daß es den Durchfluß des Elektrolyten durch die öffnung möglichst wenig behindert. Beispielsweise kann das Anschlagteil sich brückenartig gegen die gegenüberliegenden Kanten der öffnung legen und dabei den Mittelteil der öffnung;

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freilassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist dar deformierbare Teil der Lanze eine skelettartige,aus wenigstens zwei Stäben oder Drähten bestehende Struktur auf, wobei die Stäbe mit ihren Enden einseitig miteinander verbunden sind und die Lanzenspitse bilden, während die anderen Enden auseinandergespreizt an einem beweglichen Wandteil des Speicherbehälter befestigt sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die Lanze aus einem langgestreckte^ wenigstens einmal abgewinkelten deformierbaren Teil, welches mit dem seiner Spitze abgewandten Ende am beweglichen Wandteil des Speicherbehälters befestigt ist. Sobald das Anschlagteil sich gegen die Trennwand legt, wird die skelettartige Struktur bzw. der abgewinkelte Teil der Lanze soweit verformt, bis die Speicherkammer völlig zusammengedrückt ist und ihren Inhalt weitgehend in die Zellenkammer entleert hat.·

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnungen Bezug genommen. Hierbei zeigt

Figur 1 eine erste Ausführungsform einer aktivierbaren Stromquelle im Schnitt längs der Mittelachse und zwar im Ruhezustand,

Figur 2 einen Teilschnitt der gleichen Batterie zu Beginn der Aktivierung und

Figur 3 denselben Teilschnitt am Ende der Aktivierung.

Figur 4 zeigt den skelettartigen Aufbau der beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 verwendeten Lanze und

Figur 5 ebenfalls in perspektivischer Ansicht eine andere Ausgestaltung der Lanze.

Das Gehäuse der in den Zeichnungen dargestellten aktivierbaren Batterie besteht aus einem äußeren Zylindermantel 10, der auf

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der einen Seite durch einen Deckel Ii und auf der anderen.Seite durch eine Anschlußplatte 12 verschlossen ist. Das Gehäuse ist hermetisch verschlossen und genügend stark ausgebildet, um hohen Drücken zu widerstehen.-Eine Trennwand'14 trennt das im wesentlichen zylindrische Gehäuse in zwei Kammern, nämlich eine'Zellenkammer 15 und eine Speicherkammer 16- Die Trennwand~ist mit einer zentralen öffnung 17 versehen, welche als Durchlaß für die in der Kammer 16 gespeicherte Elektro3.ytflüssigkeit in die Zellenkammer 15 dient und im Ruhezustand mittels einer Membran 18 verschlossen ist. Letztere besteht aus einem Material, welches beim Durchstechen zerstört wird und dichtet die öffnung 17 auf W der der Speicherkammer 16 zugewandten Seite der Trennwand gegenüber der Zellenkammer 15 ab.

Innerhalb der Speicherkammer 16 ist als Speicherbehälter ein einseitig geschlossener.Balg 20 mit seiner offenen Seite an der Trennwand lh befestigt. Der der Trennwand Ik gegenüberliegende Boden 20a des Balgs ist infolge der Flexibilität der Seitenwände 20b gegenüber der Trennwand beweglich. Der Balg 20 bildet zusammen mit der Trennwand 14 einen zusammendrückbaren Speicherbehälter und enthält vor der Aktivierung eine Elektrolytlösung.

Am starren Boden 20a des Balges 20 ist in den Speicherbehälter hineinragend eine Lanze 21 befestigt, deren Spitze auf die Membran 18 gerichtet ist. Die Lanze 21 besteht aus drei Drähten 22,23 und 2h aus rostfreiem Stahl, welche am einen Ende miteinander verschweißt sind und die Lanzenspitze bilden. Ihre gegenüberliegenden Enden sind auseinandergespreizt und an drei verschiedenen Stellen mit einer Scheibe 25 verschweißt, so daß · sich insgesamt eine skelettartige Struktur in Form eines .Drei-. beins ergibt. Ein besonders deutlich aus Figur k ersichtliches Querstück 26 ist in kurzem Abstand hinter der Lanzenspitze angeschweißt und bildet einen Anschlag. Es hat eine größere seitliche Ausdehnung als der Durchmesser der öffnung 17 in der

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Trennwand lH, so daß es beim Verschieben der am Boden 20a des Balgs 20 befestigten Scheibe 25 in Richtung auf die Trennwand sich gegen die Außenkanten der Bohrung lH legt und damit das Eindringen der Lanze 21 in die Bohrung 17 und die Zellenkammer 15 begrenzt. Die Scheibe 25 ist mit dem Boden 20a des Balges 20 verschweißt oder verklebt.

In der Mitte des Deckels 11 ist ein Gaserzeuger angebracht, welcher aus einem chemischen Gasgenerator 30 besteht, der mittels einer Kappe 31 in den Deckel 11 eingeschraubt ist. Zwei Anschlußdrähte 32 sind in einen Plastikstopfen 33 eingebettet und stehen mit ihren Enden in Kontakt mit dem chemischen Gaserzeuger 30.

Die Zellenkammer 15 enthält mehrere Zellen 40, welche um ein zentrales Rohr ^l herum gleichachsig zum zylindrischen Gehäuse 10 angeordnet sind. Die Zellenkammer erstreckt sich zwischen der Trennwand lH und der Anschlußplatte 12. Mehrere radial gerichtete Löcher ¹IIa in der Wand des Rohres Hl stellen die Verbindung des Rohrinnenraums mit den einzelnen Zellen HO her und erlauben den Durchtritt des Elektrolyten in die Zellen. Die Anschlußplatte 12 ist mit zwei elektrischen Anschlußklemmen *»3 und HH versehen. Die Zellen HO sind in Reihe geschaltet und bilden einen Zellenstapel. Mittels einer An-. Schlußleitung ist die Anschlußklemme 43 mit dem oberen Ende des Zellenstapels und die Klemme HH mit dem unteren Ende des Zellenstapels verbunden.

Das Aktivieren der Zelle wird im folgenden unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben, in welchen die Batterie in verschiedenen Stadien der Aktivierung wiedergegeben ist. Zum Aktivieren wird eine elektrische Spannung an die Leitungen 32 des elektrischen Gaserzeugers gelegt, so daß dieser zündet und mit vorgegebener Geschwindigkeit abbrennt. Hierdurch erhöht sich der Druck in der Speicherkammer 16 und

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drückt den die Elektrolytlösung enthaltenden Balg 20 zusammen. Dabei bewegt sich die Lanze 21 mit ihrer Spitze gegen die Trennwand, trifft auf die Membran 18 auf und zerstört diese. Das so entstandene Loch in der Membran 18 wird durch den plötzlich einsetzenden Durchstrom der Elektrolytflüssigkeit unter erhöhtem Druck durch die Bohrung 17 in die Zellenkammer 15 erweitert, wie dies aus Figur 3 ersichtlich ist.

Beim weiteren Zusammendrücken des sich ausdehnenden Gases in der Speieherkammer 16 legt sieh das Querstück 26 der Lanze 21 gegen die umlaufende Kante der Bohrung 17 und verhindert das weitere Eindringen der Lanze 21 in die Zellenkammer. Beim weiteren Zusammendrücken des Balges 20 infolge des in der Speicherkammer 16 herrschenden Druckes werd.en die Drähte 22, 23 und 24 der Lanze in zunehmendem Maße verbogen (vgl.Pig.2), wobei die Lanze in ihrer ursprünglichen skelettartigen Struktur selbstverständlich starr genug ist, um die Membran zu zerstören. Erst wenn sich das Querstück 26 gegen die Trennwand 1*} legt biegen sich die Drähte 22, 23 und 2*} durch. Beim weiteren Zusammendrücken bricht die Lanze 21 völlig zusammen, wie dies aus Figur 3 ersichtlich ist. Hierdurch entfällt jegliche Behinderung des freien Durchflusses des Elektrolyten zur ZeI-lenkammer durch die Lanze 21. Darüberhinaus wird vermieden, daß durch in die Zellenkammer hineinragende Teile der Lanze Kurzschlüsse zwischen den Zellen oder Kriechstromwege entstehen. Anstelle eines im gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten Gasgenerators als Antriebskraft zum Zusammendrücken des Behälters für das Aktivierungsmittel können auch andere auf Flüssigkeits- oder Gasdruck ansprechende oder mechanisch betätigte Aktivierungsmittel eingesetzt werden.

Figur 5 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Lanze 51_S welche dort aus einem Metallstreifen besteht, der mit einem abgewinkelten Teil 50 am Boden 20a des Balges 20 befestigt werden kann. Das gegenüberliegende Ende des Metallstreifens 51 trägt eine Spitze 52 sowie zu beiden Seiten hiervon je eine Schulter 53·

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Die beiden Schultern bilden das Anschlagteil, welches sich beim Bewegen des Bodens 20a in Richtung auf die Trennwand 14 gegen die umlaufende Kante der Öffnung 17 legt und wie beim zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel das weitere Eindringen der Lanze in die Zellenkammer 15 verhindert. Zu diesem Zweck ist die Breite der Schultern 53 größer als der· Durchmesser der Bohrung 17 in der Trennwand I¹I. Die Schultern 53 wirken also in der gleichen Weise wie das Querstück 26 bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 4. Sie bilden vorzugsweise an ihrer Vorderseite je eine Schneide.

Im mittleren Teil ist die Lanze 51 im Bereich 5¹J abgewinkelt. Legt sich beim Zusammendrücken des Speicherbehälters 20 die Lanze mit ihren Schultern 53 gegen die Trennwand I¹I, so beginnt die Lanze 21 sich zunächst im Bereich der Abbiegung 5^ zu verformen. In der Nähe ihrer Spitze weist die Lanze 51 eine ausgestanzte Öffnung 55 auf_s welche den Strömungswiderstand verringert, den die Lanze dem durchströmenden Elektrolyten entgegensetzt.

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Claims (1)

1. 02-439-3 Ge * "

   Patentansprüche

   p..J Aktivierbare elektrochemische Stromquelle mit einer wenigstens eine elektrochemische Zelle enthaltenden Zellenkammer und einem von dieser durch eine Wand getrennten zusammendrückbaren Speicherbehälter für ein Aktivierungsmittel für die Zeit vor der Aktivierung, wobei in der Trennwand eine Öffnung vorgesehen und durch eine zerstörbare Membran verschlossen ist und an der Trennwand gegenüberliegenden Teilen des Speicherbehälters eine auf die Membran gerichtete'.Lanze befestigt ist, welche beim Zusammendrücken des Speicherbehälters die Membran zerstört, dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze einen deformierbaren Teil (22^23,2455¹O aufweist und in kurzem Abstand hinter ihrer Spitze mit einem sich nach dem Zerstören der Membran (18) gegen die Trennwand (I¹O legenden Anschlagteil (26;53) versehen ist.

   2, Stromquelle nach Anspruch 1, d a d u rch g e kennzei chnet, daß der deformierbare Teil der Lanze eine skelettartige, aus wenigstens zwei Stäben (22,23,24) bestehende Struktur aufweist, die Stäbe mit ihren Enden einseitig miteinander verbunden sind und die Lanzenspitze bilden und die anderen Enden auseinandergespreizt an einem beweglichen Wandteil (20ä) des Speicherbehälters (20) befestigt sind.

   3. Stromquelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Lanze (51) aus einem langgestreckten, wenigstens einmal abgewinkelten deformierbaren Teil besteht, welches mit dem seiner Spitze (52) abgewandten Ende (50) an einem beweglichen Wandteil (20a) des Speicherbehälters (20) befestigt ist.

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   Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet, daß der Speicherbehälter aus einem einseitig geschlossenen und mit seiner offenen Seite an der Trennwand (I¹I)-. befestigten Balg (20) besteht.

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