FI63303B - Elektrisk ackumulator - Google Patents

Description

-I rftl KUULUTUSJULKAISU s ~7 Γ\

JwA [] (11) UTL AGG N I NGSSKRI FT 6θ303 5¾¾ C Patentti oy3nnc 11> 10 C5 1903 ” Patent meddelat (51) K,.»W3 H 01 M 10/34 SUOMI—FINLAND 01) PttenttlhftiufMM — PKancantMuiini 752778 (22) Htkemtapilvl — AmMcninpdaf 03.10.75 ' ' (23) Alkupilvt —GlMglMtadac 03.10.73 (41) Tullut |utklMkal — Bllvtc offmcllg Ol. 0U. 76

Patentti- ja rekisterihallitus ¢44) NlhUvUulptnon |t kuuL|ulkaiaun pvm. —

Patent- och ragistarstyralten ' 7 AmMim utl**d oeh utL*krlft*n publicmd 31.01.83 (32)(33)(31) Pyydetty «tuoHcni· -4«|*rd prlorltac 03.10.7h

Ruotsi-Sverige(SE) 7^12505~5 (71) ΛΒ Olle Lindström, Lorensviksv. lU , 18363 Täby, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Olle Lindström, Täty, Ruotsi-Sverige (SE) (7*0 Oy Borenius & C:o Ab (5^) Sähköakku - Elektrisk ackumulator Sähköisen ja elektronisen teknologian kehittyminen on luonut kysyntää uusista sähköakuista, joilla eräissä suhteissa on toisenlaiset ominaisuudet kuin nykyään käytetyillä tavanomaisilla sähkökemiallisilla tehon-lähteillä. Niinpä suuri tehontiheys on tärkeä, kun on kysymys kuulolaitteista, elektronisista laskimista, jne. Tällaisten tehonlähteiden on lisäksi oltava täysin suljettuja ja niiden on voitava toimia missä tahansa asennossa sijaitsevina.

N.s. elohopeakenno, jonka keksijä on Samuel Ruben (US-patentti 2.542.

575 ja muut), täyttää jossain määrin tällaiset vaatimukset, ja se on saavuttanut laajaa käyttöä monilla edellä mainituilla aloilla, mutta ei kuitenkaan avaruuskäytössä. Elohopeakenno aiheuttaa kuitenkin ympäristöongelmia syystä, että loppuunkäytetyt paristot usein joutuvat jätteidenkäsittelyjärjestelmien polttouuneihin, joista elophopea siirtyy ympäristöön. Nämä paristot ovat lisäksi vain jossain määrin uudelleen varattavia, joten niiden kehittämä teho on suhteellisen kallista. Tästä syystä on näihin käyttöihin kehitetty samankaltaisia pitkäikäisempiä paristoja, jotka perustuvat kadmium/nikkelioksidijärjestelmään, jossa käytetään alkalielektrolyyttiä, ja jotka rakenteeltaan ovat suljettuja. N.s. nikkeli/kadmiumakkujen tehontiheys on esim. nappikennonmuotoisina paljon pienempi kuin vastaavien elohopeaparistojen. Tämä on suuri haitta usein suoritettavien vaihtojen takia.

2 63303 N.s. sintratuilla elektrodeilla varustettuja suljettuja nikkeli/ kadmiumparistoja käytetään niiden suhteellisen pienestä tehontihey-destä huolimatta usein enemmän vaativissa käyttötapauksissa, esim. lentokoneissa sekä avaruus· ja puolustusteknologiassa. On tehty lukuisia yrityksiä tämäntapaisten paristojen, kuten hopea / sinkki pariston ominaisuuksien parantamiseksi tai näihin tarkoituksiin soveltuvien täysin uusien rakenteiden, kuten nikkeli/vetyparistojen kehittämiseksi. Nämä yritykset eivät kuitenkaan vielä ole johtaneet käytännöllistä merkitystä omaaviin tuloksiin.

Keksinnön mukainen uusi tehonlähde, joka on kehitetty edellä mainittuja käyttötarkoituksia varten, perustuu rauta/hopeaoksidijärjestelmään, johon tähän asti on kiinnitetty sangen pientä huomiota. Nyt on todettu voitavan saavuttaa sangen tärkeitä ja odottamattomia etuja sijoittamalla tämä elektrodi järjestelmä täysin suljettuihin kennoihin ja paristoihin. Uuden tehonlähteen tehontiheys on sangen suuri, samaa suuruusluokkaa kuin hopea/sinkkipariston tehontiheys, mutta sillä on lisäksi nikkeli/kadmiumparistojen hyvät uudelleen-varausominaisuudet. Koska uudessa tehonlähteessä ei käytetä elohopeaa, on elohopeakennojen aiheuttama ympäristöongelma saatu radi-kaalisesti poistetuksi. Uusi tehonlähde voidaan suunnitella soveltamalla mitä tahansa alkaliparistoissa käytettyä suljettua rakennetta, ks. esim. julkaisua U. Falk ja A. Salkind "Alkaline Storage batteries”, John Wiley and Sons Inc. (1969), esim. napin kaltaisia kennoja, prismakennoja tai lieriökennoja. Tämän keksinnön kohteena on uudelleen varattava sähkökemiallinen kenno tai tällaisia kennoja sisältävä sähköakku, jossa kennossa on positiivinen elektrodi, jonka aktiivimateriaali täysin varatussa tilassa sisältää pääasiallisesti hopeaoksideja ja täysin puretussa tilassaan sisältää pääasiallisesti metallista hopeaa, elektrolyyttinä on alkalisesti reagoiva vesi-liuos, sekä negatiivinen elektrodi, jonka aktiivimateriaali, sen ollessa varattuna, pääasiallisesti on metallista rautaa, samoin kuin muita laitteita, jotka ovat tarpeen kennon toiminnan kannalta. Tämä kenno tunnetaan siitä, että se on suljettu siten, että siinä kehittyvät kaasut joutuvat kosketukseen sekä negatiivisen että positiivisen elektrodin kanssa, jolloin negatiivisen elektrodin ekvivalenttien määrän ja positiivisen elektrodin ekvivalenttien määrän suhde on rajoissa 1,50...0,50, positiivisen elektrodin aktiivimateriaalin ollessa täysin varatussa tilassa pääasiallisesti hopea(II)oksidia ja 3 63303 negatiivisen elektrodin aktiivimateriaalin ollessa täysin puretussa tilassa pääasiallisesti rauta(III)oksidia.

Tämän alan tekniikasta on jo kauan tunnettu alkaliparistoja, jotka positiivisena elektrodimateriaalina sisältävät hopeaoksideja, samoin kuin alkaliparistoja, joissa on negatiiviset rautaelektrodit.

Nikkeli/kadmium-, hopea/kadmium-, hopea/sinkki- ja elohopea/sinkki-paristoja on jo kauan valmistettu suljettuina rakenteina, katso kirjaa Falk ja Salkind, sivut 14, 190, 375 ja 408. Nykyisen tekniikan mukaisissa suljetuissa hopeaparistoissa käytetään negatiivista elektrodimateriaalia ylimäärin, ja täysin purkautunut hopea-elektrodi on pääasiallisesti metallista hopeaa. Vastaavaa hopea/ rautaparistoa ei toisaalta ole koskaan suunniteltu, todennäköisesti otaksuttavissa olevien kaasunmuodostusvaikeuksien takia. Hopea/ rautaparistoja on kuitenkin valmistettu tuuletettuja rakenteita käyttäen, jolloin ylivarauksen aikana kehittyneet kaasut tuuletetaan ympäristään. On myös yritetty valmistaa suljettuja hopea/rauta-paristoja, joiden positiivisen elektrodin aktiivimateriaali täysin purkautuneena pääasiallisesti on hopeaoksidia (Ag20) sangen stabiilin ja suuren kennojännitteen saavuttamiseksi tehontiheyden kustannuksella (saksalainen kuulutusjulkaisu 1,177,225). Tässäkään keksinnössä ei ole pidetty mahdollisena valmistaa sellaista kaasun-pitävää kennoa, jossa täysin käytetään hyödyksi hopeaoksidimateri-aalia niin, että saataisiin tämän keksinnön kohteena oleva erittäin suuren tehontiheyden omaava suljettu kenno.

Keksinnön mukainen kenno edustaa tästä syystä täysin yllätyksellistä havaintoa. Keksinnön mukainen kenno näyttää toimivan toisella mekanismilla kaasujen poistamiseksi kuin ennestään tunnetut suljetut aikaiikennot, mikä asettaa uuden tehonlähteen toiseen tekniseen luokkaan. Reaktio tapahtuu todennäköisesti toisella tavoin, mikä myös johtaa siihen, että uusi tehonlähde voidaan mitoittaa ja suunnitella osittain erilaisten ja entistä edullisimpien periaatteiden mukaan kuin nykyisen tekniikan mukaiset suljetut aikaiikennot. Keksinnön mukaisella suljetulla hopea/rautakennolla on täten paljon parempi suorituskyky, esim. sen kestoikään nähden, verrattuna samankaltaiseen kennoon, jossa käytetään avointa tuuletettua rakennetta. Suoritettaessa samanlaisen nikkeli/kadmiumpariston suljetun vast, avoimen rakenteen vertailu todetaan suljettu rakenne epäedullisemmaksi.

4 63303

Uuden kemiallissähköisen kennon elektrodireaktiot ovat negatiivisen elektrodin kohdalla normaaleissa olosuhteissa samat kuin tavanomaisessa rauta/nikkelioksidialkalikennossa, vastaavasti positiivisen elektrodin kohdalla samat kuin tavanomaisessa sinkki/ropter-alkalikennoesa. Täten rauta-elektrodi ensin purkautuu ferrotilaan (Fe++) ja sitten ferritilaan (Fe+++). Ei vielä täysin tunneta positiivisen elektrodin reaktiokaavaa, ks. julkaisua Falk ja Salkind, sivu 156. Nettoreaktio voidaan yhteenvetona esittää seuraavasti: 2Fe + 3 AgO + 3H?0 —> 2Fe(QH)^+ 3Ag, kun purkaus tapahtuu ferritilaan asti. Kennonjännite on yleensä rajoissa 0,7...1,4 V, ja se riippuu elektrodien varaustilasta, virrantiheydestä, jne.

Suljettujen kennojen ongelmat eivät kuitenkaan aiheudu normaalikäytön aikana esiintyvistä olosuhteista, vaan riippuvat pääasiallisesti tai kokonaan niistä olosuhteista, jotka vallitsevat ylivarauksen, syvän purkauksen, itsepurkauksen ja kennon vaihtumisreaktion aikana. Näissä olosuhteissa kennossa kehittyy vetyä ja/tai happea, ja nämä kaasut on poistettava, jotta kenno ei murtuisi kaasunpaineen takia.

Suljettujen nikkeli/kadraium-, hopea/sinkki- ja hopea/kadmiumparistojen nykyisen tekniikan taso on selitetty edellä mainitussa kirjassa (Falk ja Salkind). Vedyn kehittyminen vältetään käyttämällä negatiivista elektrodinateriaalia, kuten kadmiumia ja sinkkiä ylimäärin. Ylivarauksen aikana kehittyy positiivisen elektrodin luona happea, joka saadaan poistetuksi siten, että se reagoi elektrolyytin peittämän negatiivisen elektrodin kadmium- ja sinkkimetallin kanssa. Kennon vaihtumisreaktion aikana tapahtuvaa kaasunkehitystä voidaan hidastaa ns. antipolaaristen materiaalien avulla, joilla tarkoitetaan vastakkaisen napaisuuden omaavaa elektrodimateriaalia, ks. julkaisua Falk ja Salkind, s. 191.

Vaikeudet hallita vedyn kehittymistä yksinkertaisin keinoin sellaisissa suljetuissa kennoissa, joissa käytetään nikkelioksidikatodeja, ovat ilmeisesti olleet esteenä rauta-anodien kokeiluille suljetuissa kennoissa, koska rauta-anodit kehittävät vetyä itsepurkauksen takia. Keksinnön mukaisten tehonlähteiden yhteydessä on kuitenkin todettu, että hopeaoksidielektrodi reagoi helposti vedyn kanssa niissä olosuhteissa, jotka vallitsevat keksinnön mukaisissa tehonlähteissä. Tätä käytetään hyödyksi keksinnön eräässä erikoisen edullisessa suoritusmuodossa, joka tunnetaan siitä, että aktiivirautaa, ferritilassa lasket- 5 63303 tuna, ei ole läsnä ylimäärin, verrattuna aktiiviseen hopeaoksidimateri-aaliin, vaan sen sijaan päinvastoin tiettynä mutta yleensä pienenä ali-määränä. Tämä edustaa suljettujen kennojen uutta periaatetta, joka on päinvastainen kuin suljettujen kennojen ennestään tunnettu periaate, jonka mukaan negatiivista materiaalia olisi oltava läsnä ylimäärin vedyn kehittymisen välttämiseksi. Koska paristot vasta ylivarauksen aikana kehittävät vetyä (joka pelkistää positiivisen elektrodin hopea-peroksideja, mikä estää hapen kehittymistä), saavutetaan joukko tärkeitä etuja. Hiinpä vety diffundoituu helposti toisesta elektrodista toiseen, verrattuna happeen. Tästä syystä voidaan käyttää elektrodien välistä suurempaa etäisyyttä ja tehokkaampia erottimia kuin nykyisen tekniikan mukaisissa suljetuissa kennoissa. Nämä ongelmat on esitetty edellä mainitussa kirjassa (Falk ja Salkind) esim. sivulla 203 ja luvussa 3.

Erottimen kestoikää voidaan lisätä "status nascendi"-tilassa esiintyvän hapen puuttumisen sekä agressiivisten hopeaperoksidien pienemmän määrän ansiosta. Nämä odottamattomat olosuhteet, jotka antavat keksinnön mukaisille tehonlähteille sangen hyviä ominaisuuksia, parantavat erittäin merkityksellisesti hopeakennojen heikointa kohtaa, nimittäin niiden kestoikää. Näyttää myös siltä, että rautaelektrodeilla on suoraan kestoikää lisäävää vaikutusta itse hopeaoksidielektrodiin. Tämän kestoikää lisäävän vaikutuksen selittäminen on vaikeaa, mutta se voisi johtua vedyn ja/tai kolloidisten rautayhdisteiden vaikutuksesta hopeaoksidi-elektrodin rakenteeseen varauksen aikana.

Suurella virrantiheydellä suoritettu ylivaraaminen voi kuitenkin johtaa hapen määrättyyn kehittymiseen positiivisen elektrodin luona. Tässä tapauksessa tulee suoraa uudelleenyhtymistä tapahtumaan positiivisen elektrodin luona, ja samalla negatiivisen elektrodin aktiivimateriaalin määrättyä kemiallista ja/tai sähkökemiallista hapettumista.

Rautaelektrodin itsepurkaus ei aiheuta ongelmia. Kehittynyt vety purkaa pelkistämällä positiivista elektrodia siten, että molempien elektrodien välinen tasapaino säilyy. Kennon vaihtumisreaktion yhteydessä rauta-elektrodin luona kehittyy happea, joka sitten pelkistyy sähkökemialli-sesti hopeaelektrodin luona, joka täten on tehokas happielektrodi.

Kennon vaihtumisreaktion tapahtuessa suurella virrantiheydellä voi hopeaelektrodi joutua tilaan, jossa kehittyy vetyä, joka tässä tapauksessa tulee kemiallisesti yhtymään uudelleen.

6 63303

Edellä on esitetty joukko keksinnön mukaiselle suoritusmuodolle tunnusomaisia yllätyksellisiä etuja, jotka ovat erikoisen arvokkaita siinä tapauksessa, että positiivista elektrodiraateriaalia käytetään pienin ylimäärin. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu vain tähän suoritusmuotoon. Keksinnön mukaisilla tehonlähteillä saavutetaan muitakin etuja, ennen kaikkea pitkä kestoikä, kun negatiivista elektrodimateriaalia käytetään ylimäärin, verrattuna vastaaviin tuuletettuihin rakenteisiin. Tässä tapauksessa happea kehittyy ylivarauksen aikana kuten tavanomaisessa suljetussa alkalikennossa. Näyttää kuitenkin siltä, että happi ei reagoi Fe°;n kanssa samalla tavoin kuin kadmiumelektrodeja käytettäessä, vaan pikemminkin Fe++ :n kanssa, joka hapettuu tilaan Fe+++, ja sitten jälleen sähkökemianisesti pelkistyy Fe++-tilaan. Kennon vaihtumis-reaktion yhteydessä positiivisen elektrodin luona kehittyy vetyä, joka sitten sopivasti reagoi negatiivisen elektrodimateriaalin Fe+++:n kanssa. Näiden molempien suoritusmuotojen, joissa siis käytetään negatiivista elektrodimateriaalia ylimäärin, vast, alimäärin, yhteisenä tunnusmerkkinä on, että kennon vaihtumisreaktio voi tapahtua ilman, että käytetään antipolaarisiä massoja. Tämä johtuu rauta/hopeaoksidi-järjestelmän ainutlaatuisista ominaisuuksista. Suoritusmuodolla, jossa negatiivista rautamateriaalia käytetään ylimäärin, on ilmeisesti myös samanlainen suora kestoikää lisäävä vaikutus hopeaoksidielektrodiin kuin on selitetty sen suoritusmuodon yhteydessä, jossa negatiivista materiaalia käytetään alimäärin.

Eräs sangen tärkeä etu on ilmeisesti se, että keksinnön mukaiset vaikutukset, siis pääasiallisesti kaasuja poistava vaikutus ja pitempi kestoikä, eivät kumoudu siinä tapauksessa, että negatiivista materiaalia on ylimäärin. Tämä lisää turvallisuutta aktiviteetin sattumanvaraisiin vaihteluihin nähden ja sallii aktiivisten elektrodimateriaalien likimain stökiometrisen tasapainon siten, että negatiivista materiaalia juuri ja juuri on pienin alimäärin. Sälikökemiallisesti aktiivisen negatiivisen ja positiivisen materiaalin suhde elektrodeissa on rajoissa 1,50...0,50, laskettu ekvivalentteina Fe° —> Fe+++ ja Ag++—^ Ag° nettoreaktioissa Fe° —> Fe+++ ja Ag++ —> Ag°, jolloin eräs erikoisen edullinen alue on 1,00...0,70 ja vieläkin edullisempi alue on 0,95·· 0,90.

Ammattimies voi soveltaa keksintöä monenlaisiin paristotyyppeihin, joissa on rinnan ja/tai sarjaan kytketyt kennot niin, että saadaan 7 63303 halutut sähköiset ominaisuudet, minkä lisäksi voidaan käyttää mitä tahansa haluttua muotoa, esim. prismaista, lieriömäistä tai nappikennon muotoa. On myös mahdollista rakentaa paristoja, joissa on kaksinapaiset elektrodit, ja jotka sisältävät rautaa ja hopeaoksidia, periaatteessa ruotsalaisen patenttihakemuksen no 7403569-2 mukaisella tavalla. Yllätyksellisen hyvän kaasunpoistovaikutuksen ansiosta voidaan keksinnön mukaiset hopea/rautakennot suunnitella pieniä kaasunpaineita varten, jotka usein ovat pienempiä kuin noin 0,5 MPa, mikä antaa tulokseksi yksinkertaisen ja halvan mekaanisen rakenteen. Haluttaessa sangen pitkää kestoikää, esim. 1000 käyttöjaksoa tai tätä suurempaa, voidaan soveltaa kaikkia niitä toimenpiteitä, joita suositellaan edellä mainitussa kirjassa (Falk & Salkind), esim. sivulla 339. Eräs erikoisen edullinen suoritusmuoto saadaan täyttämällä varsinkin huokoinen hopea-oksidielektrodi vain osittain elektrolyytillä niin, että tämä elektrodi myös tulee sisältämään kaasufaasia. Tämä voidaan toteuttaa osittain vettä hylkivällä rakenteella ja/tai elektrodin sopivia huokoshalkaisijoita käyttäen, verrattuna erottimen ja rautaelektrodin huokoshalkaisi-joihin, niin että elektrolyytti saadaan jakautumaan halutulla tavalla. Siinä suoritusmuodossa, jossa negatiivimateriaalia käytetään ylimäärin, voi myös olla eduksi järjestää kaasufaasi samalla tavoin rautaelektro-diin. Elektrolyyttimäärän minimointi kaasufaasin avulla käyttämällä erikoisesti positiivisessa elektrodissa hyödyksi osittaista vedenhylkivyyttä, lisää myös huomattavasti kestoikää. Positiivisen elektrodin elektrolyyttitilavuus voi täten olla vain noin 5...10% elektrodin koko tilavuudesta, jolloin kaasufaasin tilavuus voi olla 20...40% kokonaistilavuudesta.

On osoittautunut sopivaksi käyttää rautaelektrodissa pienempiä huokosia kuin hopeaoksidielektrodeissa, jolloin varatun negatiivisen elektrodin vapaa tilavuus tulee olemaan suurempi kuin positiivisen elektrodin vastaava tilavuus. Tätä varten elektrodit voidaan kyllästää polytetra-fluorietyleenin 5-prosenttisella vesidispersiolla, minkä jälkeen seuraa 10 minuutin pituinen lämpökäsittely 300 °C:ssa.

Hopeaoksidielektrodi voidaan valmistaa esim. soveltamalla ohjeita, jotka ovat esittäneet Andr6 (Bull.Soc.Frane. Electriciens, 1941, s. 132, Falk ja Fleicher "Zine silver oxide batteries”, s. 199,

John Y/yler & Sons 1971) tai jotka on esitetty ruotsalaisessa patentissa 360952. Suuren tehontiheyden omaavia rautaelektrodeja voidaan sopivas- 8 63303 ti valmistaa ruotsalaisen patentin 360,952 mukaisella tavalla, mutta niitä voidaan myös valmistaa käyttämällä muovisia sideaineita, ns. puristettuja elektrodeja, tai Edisonin alkuperäisten ohjeiden mukaan.

Rautaelektrodi voi sisältää lisäaineina pienen määrän kadmiumia, erikoisesti siinä tapauksessa, että negatiivirnateriaalia käytetään ylimäärin. Erotin voidaan tehdä alkalinkestävästä huokoisesta materiaalista, kuten selluloosasta, sellofaanista, nylonista, polypropyleenistä, kumista, jne., ks. julkaisua "Falk & Fleischer”. Erikoisen pitkää kestoikää haluttaessa voidaan käytää US-patentin 3,625,772 mukaisia ns. epäorgaani-siä erottimia, tai ns. kolmikerroksisia erottimia, joissa on peroksideja kestävää inerttiä materiaalia, esim. sirkoniumoksidia, magnesiumoksidia, jne. positiivisen elektrodin luona, minkä jälkeen seuraa kerros, joka estää hopean vaelluksen, esim. asbestia tai jotain muuta kuituista materiaalia, ja lopuksi rautaelektrodin luona tavanomainen erotin, joka on esim. kutomatonta nylonia tai propyleeniä.

Elektrolyyttinä käytetään sopivasti alkalihydroksidin, esim. kalium-hydroksidin vesiliuosta, jonka normaalisuus sopivasti on rajoissa 1...10 moolia. Elektrolyytti voi sisältää geelinmuodostusaineita ja sinkaattia, kuten on selitetty US-patentissa 2,542,575.

Keksintö selitetään seuraavassa lähemmin kuvion 1 perusteella, joka esittää napinkaltaista kennoa, joka vastaa em. US-patentin 2,542,575 mukaista samanlaista elohopeakennoa. Tämä suoritusmuoto on valittu, koska sen avulla keksinnön ajatus voidaan selittää yksinkertaisesti ja lyhyesti. Ammattimiehen on helppoa suunnitella ja valmistaa muuntyyppisiä paristoja, joissa on keksinnön mukaisia prismamaisia kennoja, lieriökennoja, kaksinapaisia elektrodeja, jne. Kuvion 1 näyttämässä napinkaltaisessa kennossa on kaksi tölkkiä 1 ja 2, joista toinen 1 sisältää rautaelektrodin 3 ja toinen hopeaoksidielektrodin 4. Kenno on suljettu ympäristöstä painamalla tölkin 2 reuna 5 kohti tölkkiä 1. Rämä molemmat tölkit on sähköisesti eristetty toisistaan eristys- ja tiivistysmateriaalilla 6, joka mahdollisesti myös voi toimia liimana. Erotin 7 sijaitsee molempien elektrodien välissä, ja se on lujitettu renkaalla 8. Tölkit voidaan tehdä nikkelipäällysteisestä teräslevystä, jonka kokonaispaksuus on 0,35 mm. Eristyskerros voidaan tehdä vulka-noidusta neopreenikumia olevasta pinnoitteesta tai kuumassa kovetetusta opokcihartsista. Rengas 8 voi olla e3im. polystyreeniä. Elektrodi- 9 63303 materiaalit voidaan valmistaa esim. "Falk & Fleischerin" vast. em. ruotsalaisen patentin 360,952 mukaan. Eräs erikoisen edullinen suoritusmuoto saadaan tällöin järjestämällä hopeaolcsidielektrodiin suurempia huokosia, esim. 50...100 /um, kuin rautaelektrodiin, joiden huokosten koko voi olla 15...20 yum, käyttämällä vastaavan kokoisia huokosten-muodostushiukkasia em. ruotsalaisen patentin 360,952 mukaan.

Elektrolyyttinä voi olla 5 N KOH-liuos, jota tässä erikoisen edullisessa suoritusmuodossa käytetään kennon vapaata tilavuutta vähemmän niin, että positiiviseen elektrodiin jää kaasutilaa, joka on noin 10Ji tämän positiivisen elektrodin kokonaistilavuudesta. Erotin tehdään mikro-huokoisesta nylonista, jonka huokoset ovat 5...10 yum tai tätä pienempiä. Ohut, plasmasumuttamalla muodostettu huokoinen sirkoniumoksidi-pinnoite 9 suojaa erotinmateriaalia joutumasta suoraan kosketukseen hopeaoksidielektrodin kanssa. Elektrodimateriaalit on keskenään sovitettu siten, että negatiivisen materiaalin Fe° —+ Fe+++ ja positiivisen materiaalin Ag++ —> Ag° ekvivalenttien suhde on 0,94, jolloin kennon kapasiteetti on 125 mAh, ja negatiivisen elektrodimateriaalin kapasi- •z teettitiheys on 1,1 mAh/cm, ja positiivisen materiaalin kapasiteetti on 132 mAh, mikä vastaa kapasiteettitiheyttä 0,1 mAh/cm^.

Kuvion 1 mukainen paristokenno, jonka halkaisija on 0,13 cm ja korkeus on 0,52 cm, luovuttaa täten 125 mAh purkausvirralla 2 mA, jolloin jännite on rajoissa 1,4...0,9.V. Kennoa voidaan yjlvarata ja syväpurkaa ilman, että se turmeltuu ja ilman että kaasuja tai elektrolyyttiä vuotaa ympäristöön. Kestoikä on yli 500 syväkäyttöjaksoa verrattuna vastaavan tuuletetun rakenteen vain muutamaan sataan käyttöjaksoon. Vastaavat kaupan saatavissa olevat nikkeli/kadmiumkennot antavat nappimaista tyyppiä olevina ainoastaan 20...30 mAh, mikä osoittaa uuden tehonlähteen erinomaisia ominaisuuksia. Tämä erinomaisuus voidaan myös todeta muiden kenno- ja paristomuotojen yhteydessä.

Edellä esitetty esimerkki on eräs erikoisen edullinen suoritusmuoto, kun negatiivimateriaalia käytetään pienenä alimääränä, ja hopeaoksidi-elektrodi on vain osittain täytetty elektrolyytillä siten, että anodista kehittyvä vety voi joutua kosketukseen katodimateriaalin kanssa. Kiittävä kaasunkosketus kehittyy ainoastaan keksinnön mukaisen suljetun rakenteen ansiosta, ilman että on ryhdytty erikoistoimenpiteisiin erillisen kaasufaasin muodostamiseksi. Kehittyvät kaasut kulkeutuvat täten 10 63303 elektrolyyttifaasiin ja diffundoituvat vastakkaiseen elektrodiin. On muitakin syitä, joiden takia kennon tulee valmistuksen aikana sisältää hiukan kaasua, varsinkin vetyä siinä tapauksessa, että negatiivista materiaalia on alimäärin, ja happea siinä tapauksessa, että tätä negatiivista materiaalia on ylimäärin.

Kuvion 1 näyttämä esimerkki voi toimia monien muunnosten lähtökohtana, jolloin muunnoksena voi olla esim. vettä hylkivä hopeaoksidielektrodi ja 1,2 mm erotin, mikä lisää kestoikää kohti 1000 käyttöjakson tasoa, kun kapasiteetti on noin 100 mAh. Negatiivisen materiaalin ylimäärä, joka vastaa ekvivalenttisuhdetta 1,10, antaa samoissa olosuhteissa noin 110 mAh kapasiteetin ja useiden satojen käyttöjaksojen pituisen kesto-iän.

Koska uutta tehonlähdettä voidaan pitää ammattimiesten sellaisenaan tuntemien komponenttien yhdistelmänä, ei tässä tarvitse esittää muita • esimerkkejä, jotta keksintöä voitaisiin soveltaa muuntyyppisiin kennoihin ja paristoihin kuin napinkaltaisiin kennoihin, ja täten kehittää uudelle tehonlähteelle tunnusomaisia suuria ja yllätyksellisiä etuja.

Claims (12)

1. 63303
2. 1. Uudelleenvarattava sähkökemiallinen kenno tai tällaisia kennoja sisältävä sähköakku, jossa kennossa on positiivinen elektrodi (4), jonka aktiivimateriaali täysin varatussa tilassa sisältää pääasiallisesti hopeaoksideja ja täysin puretussa tilassa sisältää pääasiallisesti metallista hopeaa, elektrolyyttinä on alkalisesti reagoiva vesiliuos, sekä negatiivinen elektrodi (3), jonka aktiivimateriaali, sen ollessa varattuna, pääasiallisesti on metallista rautaa, samoin kuin muita laitteita, jotka ovat tarpeen kennon toiminnan kannalta, tunnettu siitä, että kenno on suljettu siten, että siinä kehittyvät kaasut joutuvat kosketukseen sekä negatiivisen (3) että positiivisen (4) elektrodin kanssa, jolloin negatiivisen elektrodin (3) ekvivalenttien määrän ja positiivisen elektrodin (4) ekvivalenttien määrän suhde on rajoissa 1,50...0,50, positiivisen elektrodin (4) aktiivimateriaalin ollessa täysin varatussa tilassa pääasiallisesti hopea(II)oksidia ja negatiivisen elektrodin (3) aktiivimateriaalin ollessa täysin puretussa tilassa pääasiallisesti rauta(III)oksidia.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno tai akku , tunnettu siitä, että negatiivisen elektrodin (3) ekvivalenttien määrä ei ole suurempi kuin positiivisen elektrodin (4) ekvivalenttien määrä.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että negatiivisen elektrodin (3) ekvivalenttien määrän ja positiivisen elektrodin (4) ekvivalenttien määrän suhde on rajoissa 1,00...0,70.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että negatiivisen elektrodin (3) ekvivalenttien määrän ja positiivisen elektrodin (4) ekvivalenttien määrän suhde on rajoissa 0,95...0,90.
6. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että positiivinen elektrodi (4) on vettä hylkivä.
7. 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että negatiivinen elektrodi (3) on vettä hylkivä. 63303
8. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että negatiivisen elektrodin (3) huokoset ovat pienempiä kuin positiivisen elektrodin (4) huokoset.
9. 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että negatiivisen elektrodin (3) huokoset ovat keskimäärin pienemmät kuin positiivisen elektrodin (4) huokoset.
10. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno tai akku, tunnettu siitä, että elektrolyytti sisältää sinkaattia.
11. 10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno tai akku, tunnet-t u siitä, että negatiivinen elektrodi (3) sisältää lisäaineena kadmiumia.
12. 1. Ateruppladdningsbar kemisk-elektriek cell eller elektrisk ackumulator omfattande dylika celler, som innehaller en positiv elektrod (4), där det aktiva materialet i sitt tulit uppladdade tillständ i huvudsak utgörs av silveroxider och i sitt tulit ur-laddade tillständ i huvudsak av metalliskt silver, en elektrolyt som bestir av en vattenlösning med alkali sk reaktion, samt en negativ elektrod (3) i vilken det aktiva materialet i sitt uppladdade tillständ i huvudsak utgörs av metalliskt järn, ävensom andra medel som ertordras för cellens funktion, kännetecknad av, att cellen är tätt tillsluten, sä att de gaser som alstras inom cellen bringas i kontakt med säväl den negativa (3) som den positive (4) elektroden, varvid förhällandet mellan antalet ekvivalenter i den negativa elektroden (3) och antalet ekvivalenter i den positive elektroden (4) är inom gränserna 1,50...0,50 dä aktivmaterialet i den positiva elektroden (4) i tulit uppladdat tillständ huvudsakli-gen bestär av silver(11)oxid och aktivmaterialet i den negativa elektroden (3) i tulit urladdat tillständ huvudsakligen bestär av järn(III)oxid.