DE2942681A1

DE2942681A1 - Batterie mit einem fluessigelektrolyten

Info

Publication number: DE2942681A1
Application number: DE19792942681
Authority: DE
Inventors: Ronald Ira Klootwyk
Original assignee: Continental Group Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1978-10-30
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1980-05-14
Also published as: NO150860B; CA1147800A; AU5165079A; BE879699A; ES485545A1; AR221250A1; ZA795360B; GB2035669B; MX147139A; FR2440621B1; NL7907971A; SE7908394L; IT1124680B; US4360577A; FR2440621A1; NO793454L; NO150860C; JPS55166869A; BR7907008A; AU531400B2

Description

Anmelder: ΪΗΕ CONTINENTAL GROUP, INC. NEW YORK, New York 10017, USA

Priorität: USA 30. Okt.1978 Ser.No. 955 566 Bezeichnung: Batterie mit einem FlUssigelektrolyten

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Flüssigelektrolyten, bestehend aus einem rechteckigen Gehäuse mit in Abstand vom Deckel und vom Boden im Gehäuse angeordneten gelochten Parallelwänden, die mit dem Deckel bzw. Boden einen Ab- bzw. ZufUhrkanai für den Elektrolyt begrenzen, sowie mindestens je einer zwischen diesen Parallelwänden stehend angeordneten Kathode und einer sich verzehrenden Anode, die unter Druck gegeneinander anliegen.

Es sind betriebsfähige Batterien bekannt, die aus Lithium oder dgl. Metall bestehende, sich verzehrende Anoden aufweisen, wobei die Zwischenschicht zwischen der sich verzeh renden Fläche der Anode und der sich nicht verzehrenden Fläche der Kathode als Sieb ausgebildet 1st. Ein derartiges Sieb hat ein nichtgesteuertes offenes Geflecht, in dem es außerordentlich schwer ist, eine gleichförmige Elektrolytströmung über der Fläche der Anode herbeizufuhren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gleichmäßige Beströmung der Anodenfläche mit Elektrolyt gewährleistet, und gleichzeitig eine gute Berührung zwischen Anode und Kathode gewährleistet wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß jede Kathode aus einer Stirn- und einer rückwärtigen Platte besteht, die dicht aufeinander Hegen, daß die Stirnplatte auf Ihrer Vorderseite eine Vielzahl an die Anode ansetzbarer Rippen und dazwischen Hegender Nuten aufweist, daß in der Rückseite der

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Stirnplatte eine Vielzahl die Nuten schneidender» nutenartiger Ein- und Auslaßkanäle angeordnet 1st, daß die Summe der Tiefenabmessungen der Nuten und der Ein- und Auslaßkanäle größer 1st als die Dicke der Stirnplatte und daß die Ein- und Auslaßkanä'ie die Nuten zwischen den Rippen in die Strömung des Elektrolyten steuernden Schützen schneiden.

Durch diese Ausbildung fließt der Elektrolyt unter kontrollierten Bedingungen Über die Anode.

Vorteflhaft 1st vorgesehen, daß die Strinplatte und die Ein- und Auslaßkanäle auf ihrer Rückseite lotrecht und die Nuten auf der Vorderseite waagerecht angeordnet sind.

Hierdurch, hat der Elektrolyt nicht nur eine parallel, sondern auch eine senkrecht zur Anode gerichtete Strömungskomponente, so daß sich eine bessere Energieumwandlung ergibt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind 1n den Übrigen Ansprüchen angegeben.

Nachstehend 1st die Erfindung beispielsweise angand der Zeichnung näher erläutert und zwar zeigen:

Flg. 1 eine perspektivische Explosionsansicht der Kathode und Flg. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Batterie mit einer zweistöckigen Kathode.

Flg. 1 zeigt eine zwe1stlick1ge Kathode 5 gemäß der Erfindung, mit einer Stirnplatte 6 und einer rückwärtigen Platte 7.

Die Stirnplatte 6 hat eine Vorderseite 8 und eine Rückseite 10. Die Vorderseite 8 kann in üblicher Welse durch Walzen oder dgl. ausgebil« det sein und aus einer Vielzahl sich waagerecht erstreckender Rippen 11 bestehen, die durch ebenfalls waagerechte Nuten 12 voneinander ge trennt sind.Der Querschnitt

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det sein und eine Vielzahl sich waagerecht erstreckender Rippen 11 aufweisen, die durch ebenfalls waagerechte Nuten 12 voneinander getrennt sind. Der Querschnitt der Rippen 11 kann nach Wunsch verändert werden, es 1st lediglich erforderlich, daß die Rippen 11 Selten haben, die an der zugeordneten Anode angreifen um eine ständige Berührung mit der Anode zu bewirken. Gleichermaßen 1st der Querschnitt der Nuten 12 teilweise abhängig vom Querschnitt der Rippen 11 und teilweise vom Abstand der Rippen 11, um eine gleichmäßige Elektrolytströmung herbeizuführen.

Die RUckseite 10 weist eine Anzahl lotrechter nutenartiger Kanäle auf, die abwechselnde Einlaß- und Auslaßkanäle 13,14 bilden und deren Tiefe ausreichend und entsprechend der Dicke der Stirnplatte 6 1st, so daß sie sich zu den Nuten 12 hin öffnen. Aus Fig. 1 1st ersichtlich, daß jeder Einlaßkanal 13 in jede Nut 12 mittels eines Schlitzes 15 einmündet. In gleicher Welse mündet jeder Auslaßkanal 14 1n jede Nut 12 mittels eines Schlitzes 16. Die Breite jedes Schlitzes 15,16 1st unmittelbar abhängig von der Breite des zugehörigen Kanals 13,14, so daß der Querschnitt jedes Schlitzes 15,16 durch die Wahl der Breite des entsprechenden Kanals gegeben 1st. Insbesondere haben die Schlitze 15,16 Einlaßschlitze kontrollierte Abmessungen um einen dosierten Fluß des Elektrolyten 1n die Nuten 12 zu erzielen. Die Schlitze 16, als Auslaßschi1tze, müssen selbstverständlich einen genügend großen Querschnitt gaben um den Elektrolyt wirksam abfuhren zu können.

Die rückwärtige Platte 7 arbeitet mit der Stirnplatte 6 so zusammen, daß sie einen konstanten Elektrolytnachschub einerseits une einen konstanten Rücklauf des Elektrolyten andererseits besorgt. Die rückwärtige Platte 7 besitzt eine der Rückseite 10 der Sttrnplatte 6 zugewandte Vorderseite 17, die mit dieser dicht verbunden 1st. Die Vorderseite 17 besitzt eingeformte· abwechselnde Ein- und Auslaßkanäle 18,20,21. Die EinlaßkanKie 18 an den einander gegenüberliegenden

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Kanten der Vorderseite 17 der rückwärtigen Platte 7 haben eine geringere Breite als die mehr Im Innern angeordneten Einlaßkanäle 20. Die Einlaßkanäle 18,20 fluchten mit den Einlaßkanälen 13 der Stirnplatte 6, während die Auslaßkanäle 21 und 14 miteinander fluchten. Es 1st zu erkennen, daß die Volumina der zugeordneten Kanäle 19, 20 und 21 In Ihren Abmessungen größer sind als die Volumina der zugeordneten Kanäle 13,14, so daß keine Strömungsstauung auftreten kann.

Die Einlaßkanäle 18,20 gehen durch die Bodenseite der rückwärtigen Platte 7 und erstrecken sich 1m Wesentlichen bis kurz vor deren oberes Ende. Gleichermaßen beginnen die Auslaßkanäle 21 an einer Stelle dicht oberhalb der Bodenseite der rückwärtigen Platte 7 und gehen durch deren Oberseite. Wenn die rückwärtige Platte 7 eine Endplatte 1st, kann sie einen geeigneten Kontaktanschluß 22 (Terminal) aufweisen, an dem ein elektrischer Leiter angeschlossen werden kann.

F1g. 2 zeigt die zweistUckige Kathode 1n einer Üblichen Batterie 23. Diese besteht aus einem rechteckigen Gehäuse 24, von dem der Boden 25 und der Deckel 26 dargestellt sind. Im Gehäuse 24 1st mit Abstand vom Boden 25 eine untere Strömungsplatte 27 angeordnet, die mit den Boden 25 einen ZufUhr(verte11er)kana1 28 fUr den Elektrolyten bildet. Gleichermaßen 1st mit Abstand unterhalb des Deckels 26 Im Gehäuse 24 eine Strömungsplatte 30 angeordnet, die mit dem Deckel 26 einen Aus1aß(verte11er)kanal 31 fUr den Elektrolyt bildet.

Die Batterie 23 besitzt eine Vielzahl von Zellen, von denen jede eine Kathode 5 und eine Ancde 32 aufweist. Jede Anode 32 besteht aus sich verzehrendem Werkstoff» vorzugsweise Lithium, und 11fgt mit Ihrer Vorderseite an der rückwärtigen Platte 7 der benachbarten Kathode 5 und mit Ihrer Rückseite an der Stirnplatte 6 der anderen benachbarten Kathode an. Der Stapel abwechselnder Anoden und Kathoden wird konstant gegen ein Ende des Gehäuses 24 gedrückt, so daß zwischen den .einander benachbarten Anoden und Kathoden ein gle1chför«1-

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ger vorbestimmter Druck aufrechterhalten wird. Öle Vorderselten der Rippen 11 berühren somit die sich verzehrenden Flächen der zugeordneten Anode 32. Durch den ZufUhr(verte11er)kana1 28 wird Elektrolyt In die EinlaßkanSle 18,20 der jeweiligen rückwärtigen Platte 7 eingeführt, der dann durch Löcher 33 1n der Strömungsplatte 27 fließt. Der von den Einlaßkanälen 18,20 kommende Elektrolyt fließt dann durch die entsprechenden Einlaßkanäle 13 durch die Stirnplatte 6 und 1n die waagerechten Nuten 12, wo der Elektrolyt unmittelbar an die Zwischenschichten zwischen den Rippen 11 und der Anode 32 gelangt. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß der Elektrolyt dann durch einen Meßschlitz 15 gelangt, wobei er zuerst senkrecht zur Vorderseite der Anode 32 und dann waagerecht durch die Nut und durch den nächstgelegenen Auslaßkanal aus dieser herausfließt.

Die Strömung von den Nuten 12 erfolgt durch den Auslaßschlitz 16 1n die Auslaßkanäle 14 und von dort 1n die Auslaßkanäle 21. Von hler aus gelangt der Elektrolyt durch Köcher 34 1n der Strömungsplatte 1n den Auslaß(verte1ler)kanal 31.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Konstruktion der Kathode nicht nur eine angemessene Versorgung und Strömung des Elektrolyten sondern auch eine gesteuerte gleichförmige Verteilung des Elektrolyten Über die sich verzehrende Vorderseite der Anode bewirkt.

Die Vorderselten der Rippen 11 sind 1m Übrigen mit einer dUnnen Schicht aus geeigneten Werkstoff Überzogen, der eine Zersetzung von Hasserstpffperoxid (H₂O₂) herbeiführt. Es hat sich gezeigt, daß sich hierfUr Palladium besonders eignet. Durch die besondere Konstruktion der Rippen 11 der Stirnplatte 6 brauchen nur die aktiven Oberflächen, d.h. die Vorderselten der Rippen 11 plattiert werden, wo^ durch sich bedeutedde Einsparungen der beträchtlichen Kosten des teuren Plattierungsmetalls ergeben.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

\J Batterie mit einem Flü'jsigelektrolyten, bestehend aus einem rechteckigen Gehäuse mit in Abstand vorn Deckel und vom Soden im Gehäuse angeordneten gelochten Parallelwänden, die mit dem Deckel bin. Boden ainen Ab- bzw. Zuf iihrkanal für den Elektrolyt begrenzen, sowie mindestens je einer zwischen diesen Paralleiwäntfen stehend angeordneten Kathoda und einer sich verzehrenden Anodüj die unter Druck gegeneinander anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kathode (5) aus einer Stirn-· und einer rückwärtigen Platte (6 bzw. 7) besteht, die dicht aneinander liegen, daß die Stirnplatte (6) auf ihrer Vorderseite (8) eine Vielzahl an die Anode (32) ansetzbarer Rippen (11) und dazwischen liegende Nuten (12) aufweist,

daß in der Rückseite (10) derStirnpiatte (6) eine Vielzahl die Nuten (12) schneidender, nutenartiger Ein- und Auslaßkanäle (13,14) angeordnte ist,

daß die Summe der Tiefenabmessungen der Nuten (12) und der Ein- und Auslaßkanäle (13,14) größer ist als die Dicke der Stirnplatte (6) und

daß die Ein- und Auslaßkanäle (13₉14) die Nuten (12) zwischen den Rippen (11) in die Strömung des Elektrolyten steuernden Schlitzen (15,16) schneiden.
2. Batterie nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnplatte (6) und die Ein- und Auslaßkanäle (13, 14) auf ihrer Rückseite (10) lotrecht und die Nuten (12) auf der Vorderseite ( 8) waagerecht angeordnet sind.
3. Batterie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dia Ein- und Auslaßkanäle (13,14) einander abwechselnd angeordnet sind.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Batterie nach einem der Anspruchs 1bis3,dadurch gekennzeichnet,, dai) die Breite Jer Einlaßkanäle (13) ein costiriisflteü Meß hat und die Einlausciii itxa (15) als Meßschlitze ausgebildet sind.
-'j. tfaticrie nach einem tier Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e - k a η η ζ e i c h η e t_r daii die AuslaDknnäle (14) einen größeren Querschnitt als dis Einlaßkanäle (13) haben und daß dementsprechend chend die Auslaßschlitze (16) breite?' sind als dU Ein 1 aßschmitze (13).
6. Batterie nach einem der Anspruchs 1 bis 5, dadurch g e kennzeichnet, dnß die rückwärtige Platte (7) der Kathode (5) auf ihrer der Slirnplatta (6) zugewandten Vorderseite nutartige Ein- und Auslaßkanä'ie (18,20,21) aufweist, die mit den Ein- und Auslaükanälen (13,14) auf der Rückseite (10) der Stirnplatte (6) fluchten, jedoch ein größeres Volumen als diuse haben.
7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- n e t, daß die Ein- und Auslaßkanäle (18,20.21) in der rückwärtigen Platte (7) jeweils als zu einander gegenüberliegenden Seiten führende und mit den Zu- und AbfUhrkanälen (28₉31) der Batterie in Verbindung stehende Sackkanäle ausgebildet sind.

8'. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis !',dadurch gekennzeichne t, daP die Rippen (Ii) auf der Vorderseite (8) der Stirnplatte (6} mit eina;) Werkstoff beschichtet sind, der zur Zersetzung von H₂O^, (Wasserstoffperoxid) beiträgt.

Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) zwischen den Rippen (11) senkrecht auf die Benachbarte Anode (32) münden.

Für THE CONTINENTAL GROUP, INC.:

Ingt/Raufr 030020/0609

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ORIGINAL INSPECTED