JP6737797B2 - ホールエルーセルのためのカソード集電体 - Google Patents
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Description
カソード集電体の中央セクションにおける高導電性金属のバーは、直接炭素カソードに電気的に接触するか、又は炭素カソードに接着可能である。それは、例えば、高導電性コネクタバーの表面にわたって適用されるフレキシブルなフォイル又はシートによって接着又は固定されることができる溝又はホール内に埋め込まれることができる。接着剤は、典型的には、導電性炭素系2成分の接着剤である。
本発明は、集電バー設計及びセルの磁気流体力学的安定性へのその効果に関する十分な研究を通じて、カソードの下の陥凹マッチングシート(recessed matching seat)の中に導電性のバーを埋め込むことによって、好ましくは特定の距離にわたって炭素カソードとの直接接触によって、集電バー(銅又はその他のもの)としてより優れ且つより安価な技術を高導電性材料の実施に用いる実現性がある、という洞察に基づく。機械的な保持力及び収容は、バーを含有するU字型プロファイルを下から用いることによって実現されてもよい。機械的保持力は、また、カソード内のスルーホールの中に高導電性金属のバーを挿入することによって実現されることができる。
高導電性集電バーの使用は、液体金属2及び集電バーの末端部からの電圧降下を減少させることができる。U字型プロファイル14若しくはサポートビーム14bを有するか又は有さない銅又は他の高導電性材料15は、また、特定のエネルギー消費の減少を可能にするアノードからカソードまでの距離(ACD)の減少を支援し、増加したセルの寿命につながるカソードの高さの増加を支援する。
Claims (16)
- アルミニウムの製造のためのホールエルー槽の炭素カソード内に組み立てられたカソード集電体アセンブリであって、前記カソード集電体アセンブリは、前記炭素カソードの下に配置される、鋼の導電性よりも大きな導電性を有する高導電性金属の少なくとも1つの集電バーを備え、
前記集電バーは、本体が高導電性金属からなる単一の固体であるか;又は本体が2つに分離され、熱膨張ギャップによって互いに間隔を置いて配置され、かつそれぞれが高導電性金属からなる固体であるか;或いは本体がホールエルーセルカソードにおける温度においてその強度を保つ材料からなるU字型プロファイル上に搭載された高導電性金属からなる固体であり、前記U字型プロファイルは、前記集電バーの下の底部であってその上に前記固体の本体によって形成された前記集電バーが置かれる底部と、両側上に延伸し、前記集電バーの両側部から間隔を置いて配置されるか、又は前記高導電性金属からなる前記固体の本体によって形成された前記集電バーの両側部と接触する側部セクションとを含む薄い壁からなり、
前記高導電性金属集電バーは長く、その長手方向に、前記炭素カソードの中央部の下に配置された中央部を備え、前記高導電性金属集電バーの前記中央部は、少なくとも前記炭素カソードと直接電気的に接触するか若しくは前記高導電性金属集電バーの表面にわたって適用され接触する導電性接着剤によって形成された導電性の界面を通じて前記炭素カソードと接触する前記集電バーを構成する前記高導電性金属の上外面、及び/又は前記高導電性金属集電バーの表面にわたって適用された、金属布、メッシュ又は銅、銅合金、ニッケル若しくはニッケル合金の発泡体、又はグラファイトフォイル若しくはファブリックである、導電性のフレキシブルなフォイル若しくはフレキシブルなシートを有し、
前記高導電性金属集電バーは、その長手方向に、前記中央部の一方の側に隣接して、その一方の側に又は両方の側にそれぞれ配置された1つの外側部又は2つの外側部と、前記1つの外側部又は2つの外側部からそれぞれ外側に延伸する末端部分とを備え、
前記高導電性金属集電バーの前記末端部分は、前記高導電性金属集電バーよりも大きな断面積の鋼導体バーに対して各々直列に電気的に接続され、前記鋼導体バーの各々は、外部の電流供給源に対する接続のために外側に延伸する
ことを特徴とするカソード集電体アセンブリ。 - 前記高導電性金属は、銅、アルミニウム、銀及びその合金から選択される請求項1に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 炭素カソードと接する高導電性金属の表面は、炭素カソードをもつ接触エリアを高めるために、粗面化されるか、又は溝などのリセス若しくはフィンなどの突出部が設けられる請求項1又は2に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属と前記炭素カソードとの間の導電性の界面を備え、前記導電性の界面は、金属布、メッシュ又は銅、銅合金、ニッケル若しくはニッケル合金の発泡体、又はグラファイトフォイル若しくはファブリック、又は接着剤の導電層、又はその組み合わせから選択される請求項1〜3のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記導電性の界面は、固体炭素含有成分を2成分硬化可能接着剤の液体成分と混合することによって得られる炭素系導電性接着剤を含む請求項4に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属集電バーの両側又は両側及び底部は、前記炭素カソードと接触するラミングペースト又は耐火レンガに直接的若しくは間接的に接触する請求項1〜5のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 高導電性金属集電バーは、スロットによって提供されるスペースの中への前記高導電性金属の内側の膨張を可能にすることによって、前記カソードにおける前記バーの熱膨張を打ち消すために配置される少なくとも1つのスロットを備えるか、又は2つ以上の前記高導電性金属集電バーは、前記熱膨張を打ち消すのを可能にするために互いに間隔を置いて配置される請求項1〜6のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属集電バーの末端部分は、異材継手を形成する前記鋼導体バーに対して直列に電気的に接続され、前記高導電性金属集電バー及び前記鋼導体バーは、部分的にオーバーラップし、溶接によって、導電性接着剤によって、及び/又はクランプ若しくは熱膨張によって固着された継手などの機械的圧力を印加するための手段によって、若しくは螺合接続によって、ともに固着される請求項1〜7のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記炭素カソードは、前記高導電性金属への炭素カソードの重み及び前記高導電性金属の熱膨張の結果として、前記高導電性金属の開放された上部外側表面に電気的に接触する請求項1〜8のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属集電バーの前記外側部は、前記セル底部の導電性部の下を又は導電性部を通って、延伸し、前記高導電性金属集電バーの前記外側部は、前記セル底部の前記導電性部から電気的に絶縁される請求項1〜9のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属集電バーの前記外側部は、断熱材に覆われることによって、前記外側部のまわりに包まれた1シート以上の絶縁材料に、又は電気絶縁接着剤若しくはセメントの層に覆われることによって、前記セル底部の前記導電性部から絶縁される請求項10に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記高導電性金属集電のバーの中央部は、ホールエルーセルのカソードにおける温度においてその強度を保つ材料からなるU字型プロファイル内に保持され、前記U字型プロファイルは、前記バーの下の底部であってその上に前記バーが置かれる底部と、両側上に延伸し、前記高導電性金属集電バーから間隔をおいて配置されるか、又は前記高導電性金属集電バーの両側に接触する側部セクションとを有し、前記高導電性金属集電バーは、前記高導電性金属が直接的に又は前記導電性の界面を介して前記炭素カソードに接触するのを可能にするための、前記U字型プロファイルによって自由になる少なくとも上部を有する請求項1〜11のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 前記バーの下の底部であってその上に前記バーが置かれる底部を有し、前記高導電性金属集電バーは、少なくとも1つの直立フィンを有し、前記高導電性金属集電バーは、前記U字型プロファイルによって自由になる少なくとも上部及び更に側部を有する請求項12のカソード集電体アセンブリ。
- 前記U字型プロファイルは、鋼、又はコンクリート若しくはセラミックからなる請求項12又は13に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 少なくとも前記カソード部の前記中央部における前記高導電性金属集電バーは、前記炭素カソード内のスルーホール内に含まれており、それによって、前記高導電性金属集電バーは、前記炭素カソードの下地部上でサポートされ、前記炭素カソード内の前記スルーホールの表面によって、その表面に直接電気的に接触することによって囲まれる請求項1〜5又は7〜11のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリ。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載のカソード集電体アセンブリに嵌合されたアルミニウムの製造のためのホールエルーセル。
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