KR20050113215A - 바이폴라 배터리를 위한 파티션벽, 바이폴라 전극,바이폴라 배터리 및 파티션벽을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 바이폴라 배터리의 전극을 위한 파티션벽은 전기적으로 비전도성 물질로 이루어진 치수가 안정한 다공성 디스크(1)로 구성된다. 그 구멍들은 납이나 대응하는 금속 또는 그 합금으로 채워진다. 파티션벽은 다공성 디스크의 전기적으로 비전도성 물질에 대해 직접 경계가 되는 전해질로 기밀하게 밀봉 에지부(2)가 설치된 적어도 한쪽의 그 주변부에서 다공성 디스크에 의해 구별되고, 밀봉 에지부 내의 물질로서는 유리, 세라믹 물질, 에나멜, 창유리(glazing), 플라스틱 또는 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 임의의 물질이 포함된다. 본 발명은 또한 바이폴라 전극, 바이폴라 배터리 및 파티션벽을 제조하기 위한 방법을 포함한다.

Description

바이폴라 배터리를 위한 파티션벽, 바이폴라 전극, 바이폴라 배터리 및 파티션벽을 제조하기 위한 방법 {PARTTION WALL FOR A BIPOLAR BATTERY, BIPOLAR ELECTRODE, BIPOLAR BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING A PARTTION WALL}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 바이폴라 배터리를 위한 중간 파티션벽, 이러한 파티션벽을 포함한 바이폴라 전극, 바이폴라 배터리 및 이러한 파티션벽을 제조하는 방법에 관한 것이다.

바이폴라 배터리는 이미 알려져 있는 것으로, 전지 내에 배열된 다수의 직렬접속된 바이폴라 전극으로 구성되어 있다. 전형적으로, 각 전지는 전류 출구를 가진 정(正)의 단극 전극의 일단 및 전류 출구를 가진 부(負)의 단극 전극을 가진 타단에서 종단된다.

각 바이폴라 전극 사이에는 전지에서의 단락회로를 방지하고, 전극 사이에서 이온의 통로를 확보하는 동시에 전해질이 셀반응에 관여하는 경우에는 일정한 용량을 확보하기 위해 일정한 양의 전해질을 함유하도록 하고 있는 분리기(separator)가 배치되어 있다. 이미 알려진 바이폴라 배터리에서는, 지나치게 높은 가스압력이 셀 내에 형성되는 것을 방지하기 위해 각 셀에 밸브가 배치되어 있다.

바이폴라 배터리는, 전자전도부(electron conducting part; 파티션벽)와, 이 파티션벽의 각 측면에서 정의 활성물질, 예컨대 PbO₂ 및 부의 활성물질, 예컨대 납 배터리의 경우에는 다공성 Pb로 이루어진다.

파티션벽은 원칙적으로 임의의 전자전도물질로 구성될 수 있으나, 그 물질에 단위중량 및 체적당의 양호한 전기전도특성, 양호한 기계적 강도, 부식에 대한 양호한 강도 및 활성물질과 양호한 접촉을 만드는 능력 등과 같은 어떤 요구가 부과되고 있다. 후자의 요구는 납에 의해 총족되는데 반하여, 납은 다른 특성에 귀착될 때는 적은 이점을 갖게 될 것이라고 생각된다.

따라서, 몇 가지의 특허문서는 충분한 전도가 폴리머 내에 배치된 납성분으로 달성되고 강도가 폴리머의 도움을 지향하도록 배열되어 있는 중합물질과 납의 결합을 설명하고 있다.

그러나, 유기물(폴리머)의 사용은 특히 납 배터리에 덜 적합하다. 이는, 유기물이 유지보수 없이 작업하도록 하는 배터리의 능력에 불리한 영향을 갖는 산소 및/또는 PbO₂와 접촉하여 CO₂를 형성하는 동안 분해되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 납과 플라스틱의 결합은 배터리의 반복되는 충전 및 방전에서 납성분에 성장하는 PbO₂층의 압력을 받을 때 플라스틱 물질의 항복으로 되고, 그것에 의해 파티션벽에 걸쳐 또는 파티션벽을 통해 누설이 생기게 된다.

바이폴라 셀에서의 누설, 즉 바이폴라 전극의 한쪽 내지 다른쪽 사이의 유동 접속(liquid connection)은 단락회로와 동일한 효과를 갖는 잠행 전류(creeping current)로 되어 자기방전으로 이어진다. 그러한 유동 접속은 파티션벽에서의 균열 또는 불완전한 납 침입으로 인해 발생되는 모세관일 수 있다. 그러나, 그러한 경우에는 배터리 내부에 전해질이 남아 있게 된다.

누설은 또한 각 바이폴라 전극을 에워싸고 있는 프레임에서도 발생한다. 그러한 누설은 2개의 바이폴라 전극 사이의 공간이 전해질로부터 비워질 수도 있기 때문에 특히 중요하다.

프레임 사이의 밀봉을 위한 첫번째 조건은, 밀봉 표면이 산 및 이산화 화합물(PbO₂, O₂)로부터의 공격에 저항할 수 있다는 것이다. 그 표면은 부식될 수 있는 물질의 퇴적으로부터 자유로워야 하고, 그에 따라 채널을 발생시킨다. 그 때문에, 예컨대 침입된 납을 갖는 다공성 세라믹 물질은 영속성 있게 밀봉 표면으로서 사용될 수 없다.

미국특허 제5,510,211호에 따르면, 바이폴라 파티션벽은 PbO₂나 산소가스에 의해 공격당하지 않는다는 의미에서 화학적으로 적당한 유리 또는 세라믹 물질의 다공성 디스크로 이루어져 있다. 파티션벽의 구멍은 전자전도능력이 그 목적에 대해 충분하고, 반면에 이 기계적으로 안정한 바이폴라 전극의 각 측면에서 활성물질이 퇴적되도록 납 또는 납합금으로 채워져 있다.

다공성 디스크로의 납의 침입은 전자화학적 도금을 통해 또는 구멍을 용융된 납으로 채움으로써 이루어질 수 있다. 세라믹 물질은 부식을 통해 납이 PbO₂로 산화될 때에 발생하는 체적증가를 견뎌낼 만큼 충분히 강하다. 부식 산물의 형성은 납과 세라믹 물질의 구멍 벽 사이의 압력을 증가시키고, 그에 따라 납의 후속의 부식이 상당히 저감될 수 있게 된다.

미국특허 제5,510,211호에 따른 치수가 안정한 파티션벽은 바이패스하거나 파티션벽을 통한 전해질 접촉이 존재하지 않도록 해서 배터리 내부에 부착되지 않으면 안된다.

미국특허 제4,124,746호로부터, 다공성 파티션벽이 티타늄, 지르코늄 또는 다른 유사한 물질로부터 제조될 수 있다는 것이 이미 알려져 있다. 상기 파티션벽에 형성된 구멍은, 양호한 전자적인 접촉이 금속을 함유한 티타늄과 납 사이에서 이루어지도록 해서 납으로 채워져 있다. 인접한 전극 사이의 양호한 밀봉을 얻기 위해서, 디스크의 주변부에는 비다공성 링 또는 다공성 디스크와 동일한 물질로 이루어진 비다공성 디스크가 배열되어 있다. 이로써, 고무로 이루어진 밀봉 링이 바이폴라 전극 사이에 탑재되어 밀봉을 제공할 수 있게 된다.

미국특허 제4,124,746호에 따르면, 다공성 디스크를 구성하는 물질의 일부, 바람직하게는 주변부의 압착에 의해 표면을 밀봉하게 되는데, 그것에 의해 구멍 개구부가 더 작아진다는 것도 알려져 있다. 또 다른 제안된 방법은, 디스크의 상부 및 하부 측면에서 구멍 개구부를 세라믹 물질로 밀봉하고, 그에 따라 밀봉 표면을 배열한다는 것이다.

O링 등과 같은 것으로 피복된 밀봉 표면은, 당해 밀봉 표면이 납을 함유하고 있다면, 긴 기간에 걸쳐 누설이 없을 수는 없다. 이는, 납이 그 납성분 위에 배치된 느슨하게 되어 있는 플라스틱을 교대로 분할시킬 수 있는 PbO₂로 이산화될 수 있기 때문이다.

본 발명의 설명은 첨부되는 도면을 배경으로 이루어지지만, 이 도면에 의거한 상세한 설명은 일례로서 고려될 뿐이고, 본 발명을 본질적으로 제한하는 것은 아니다.

도 1a 및 도 1b는 밀봉 에지를 갖는 세라믹 디스크를 갖추어 이루어진 본 발명에 따른 파티션벽의 2개의 다른 실시예를 부분적으로 나타낸 도면이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 밀봉 에지 및 프레임을 갖는 본 발명에 따른 파티션벽을 매개로 한 부분을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 바이폴라 배터리, 좀더 상세하게는 바이폴라 전극을 도식적으로 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 파티션벽의 또 다른 실시예를 부분적으로 나타낸 도면이다.

본 발명은, 상기한 배경기술의 단점을 회피하기 위해 이루어진 것으로, 특히 개선된 파티션벽, 바이폴라 전극, 바이폴라 배터리 내부의 바이폴라 전극의 전지가 누설될 염려가 없는 바이폴라 배터리 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적은 청구항 제1항의 특징부 및 다른 독립한 장치 청구항의 특징을 통해 상기에 따른 파티션벽 등에 의해 얻어진다.

본 발명에 따르면, 상기 파티션벽은 유리, 에나멜, 세라믹 물질, 플라스틱 물질, 고무 물질 등으로 형성된 다공성 디스크에 강고하게 결합된 밀봉 에지를 갖는 전기적으로 비전도성 물질로 이루어진 치수가 안정한 다공성 디스크를 구비하고 있다. 이 디스크의 구멍들은 납, 납합금 또는 대응하는 물질로 채워지거나 채워져 있다.

납에 관한 것이 무엇인지, 또한 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있는 납의 강도, 취급, 부식에 대한 내성 등을 증가시키기 위해 납배터리 기술에 있어서 사용되고 있는 예컨대 주석과 칼슘의 합금에 관해 적절한 것이 무엇인지 주의해야 한다.

본 발명에 따르면, 길게 연속된 작업사이클 하에 파티션벽에 걸쳐 누설이 없는 바이폴라 배터리가 얻어진다. 밀봉 에지부의 접속은 다공성 디스크 내의 전기적으로 비전도성 물질에 대해 직접 이루어지고, 이로써 동종 및 밀봉 에지의 전해질로 기밀하게 밀봉된 표면이 이하에 더 상세히 설명될 더 한층의 밀봉수단에 대해 받침대 표면으로서 사용된다.

본 발명에서 얻어지는 것은 전해질의 누설이지만, 결과로서 생긴 바이폴라 배터리의 파티션벽을 통해 그에 따른 전류의 누설을 효과적으로 회피할 수 있다.

다공성 디스크 내의 전기적으로 비전도성 물질에 대한 밀봉 에지부의 강고한 직접 결합을 통한 부착은 배터리의 사이클링 중에 밀봉 에지부를 속박에서 벗어나게 할 수 없고, 그에 따라 오래 견디는 밀봉이 유지될 수 있게 된다.

상기 다공성 디스크로부터 나아가고 있는 전해질로 기밀하게 밀봉 에지부의 외주면은, 그 후 예컨대 합성물질의 밀봉 소자를 고착, 용융부착, 초음파 용접 등에 의해 부착하기 위한 우수한 접지를 형성하게 된다.

다공성 디스크의 주변부를 에워싸는 밀봉 에지부를 갖추고서 근본적으로 U자 형상의 부분을 형성함으로써, 광범위하게 확장되는 밀봉이 얻어지고, 에워싸인 밀봉 에지부에 더 한층의 밀봉소자가 아주 안전하게 부착될 가능성이 있다는 이점이 있다.

밀봉 에지부를 형성해야 할 물질이 한 방향으로부터 다공성 디스크로 공급되기 때문에, 다공성 디스크의 한쪽에만 배치되어 부착되는 밀봉 에지부를 갖추는 것만으로도 제조가 간단화된다. 납 등의 침입도 또한 간단화된다.

세라믹 물질이 양호한 외형 안정성 및 합리적이고 경제적인 제조를 가능하게 하기 때문에, 다공성 디스크는 세라믹 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 특히, 이들 특성은 세라믹 물질이 신터링될 때 얻어진다.

5∼30% 정도인 다공성 디스크의 공극률에 의해, 결과로서 생긴 낮은 중량 및 안정성의 양호한 조정이 얻어진다. 특히, 공극률은 10∼20% 정도가 바람직하다.

다공성 디스크 내의 물질의 열팽창계수가 밀봉 에지부 내의 물질의 열팽창계수에 대응할 때, 온도변동은 균열 등의 형성을 일으킬 수 있는 물질의 열적으로 유효하게 되는 장력으로 될 수 없게 된다. 이것은, 밀봉 에지가 근본적으로 리지드한 물질로 이루어진 경우에 적절함은 물론이다.

밀봉 에지부는, 당해 밀봉 에지부의 양호한 밀봉을 위한 조건 및 기계적인 특성을 제공하는 0.1∼1.0mm 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 태양(態樣)에 따르면, 밀봉 에지부는 납 또는 대응하는 물질로 채워지기 전에 다공성 디스크의 물질에 부착된다. 이것은, 우수한 접착을 위한 양호한 조건을 제공하지만, 밀봉 에지부 내의 물질 및 가능한 접착제가 구멍 내의 납의 침입에 부정적으로 영향을 미친다는 조건을 필요로 한다. 예컨대, 용융점이 침입하려는 경우의 납의 온도보다 높은 것을 필요로 한다.

그러나, 본 발명의 다른 태양에 따르면, 밀봉 에지부는 후자가 납 또는 대응하는 물질로 침입된 후에 다공성 디스크에 부착되어 고정된다. 이 태양에서는, 더 낮은 용융점을 갖는 물질, 예컨대 플라스틱 물질 및 고무 물질이 사용될 수 있다. 이 태양에서는, 밀봉 에지부의 부착에 관하여, 다공성 디스크의 물질이 그 디스크의 주변부/주변부들의 적지 않은 부분에 걸쳐 납 또는 대응하는 물질로부터 완전히 자유롭게 되는 것을 필요로 한다. 이것은, 완전한 그라인딩(grinding: 분쇄)를 통해 이루어지지만, 예컨대 스크래핑(scraping: 깎음) 등과 같은 다른 방법에 의해서도 실현될 수 있다. 밀봉 에지부는 디스크의 물질에 대해 잘 결합하는 유기물 또는 무기물을 가함으로써 그 후에 형성된다. 그러한 물질의 예로서는, 다공성 물질 또는 산토프렌(Santoprene®) 등에 대해 경화되어 있는 고무가 있다. 이 태양의 또 다른 이점은, 적용되는 밀봉 에지부를 이 방법으로 구성할 수 있고, 그에 따라서 밀봉 프레임과 같은 상술한 추가적인 밀봉소자를 대체할 수 있다는 점이다.

다공성 디스크 및 그 주변부를 에워싸고서 밀봉 에지부로 전해질로 기밀하게 가해지는 밀봉 프레임을 구비한 파티션벽에 의해, 결과로서 생긴 배터리 전지의 양호한 밀봉을 얻을 수 있게 된다. 특히 밀봉 프레임이 서로 전해질로 기밀하게 부착되는 다른 합성물질로 이루어지면서 하나의 제1프레임부가 밀봉 에지부에 부착되고 제2프레임부가 인접한 파티션벽의 밀봉 프레임과 협력하여 밀봉하기 위한 밀봉 표면을 제공하는 적어도 2개의 에워싸는 프레임부를 포함하여 구성될 때, 밀봉 프레임의 다른 부분의 접착의 제공이 다른 기능적인 요구 및 조건에 제공되게 된다. 특히, 제1프레임부의 물질이 밀봉 특성 및 부착 특성을 각각 적용하기 위해 제2프레임부의 물질보다 더 탄력이 있다.

또, 본 발명은 본 발명에 따른 파티션벽을 포함하는 바이폴라 전극 및 그 러한 전극을 적어도 1개 포함하는 바이폴라 배터리에 관한 것이다. 이로써, 파티션벽에 관한 것과 마찬가지로 대응하는 이점이 얻어진다.

또, 본 발명은 본 발명에 따른 파티션벽을 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 이로써 대응하는 이점 및 더 한층의 이점이 얻어진다.

다공성 디스크 상에 밀봉 에지부를 형성하기 위한 바람직한 방법에서는, 유리 분말의 부분적인 층을, 다공성 디스크에 부착되도록 건조되어 신터링되어 있는 페이스트 또는 슬러리로 인가함으로써, 효과적이면서 합리적인 제조 및 다공성 디스크의 물질에 대한 강고한 결합이 얻어진다. 인쇄기술 공정을 통한 페이스트 또는 슬러리의 인가는 특히 효과적이며 경제적이다.

도 1a에 부분적으로 나타내어져 있는 파티션벽은, 유리, 세라믹 물질, 에나멜, 창유리(glazing) 등으로 이루어진 밀봉 에지부(2)를 갖춘 세라믹 물질로 이루어진 다공성 디스크(1)로 구성되어 있다. 이 파티션벽은 사각형으로 나타내어져 있지만, 그 외부 형상에 관해 원형이거나 임의의 다른 구조를 갖는 것이어도 좋다. 세라믹 디스크의 두께는 0.3∼3mm가 적당하지만, 비록 다른 치수가 논의될 수 있다고 해도 0.75∼1.0mm가 바람직하다.

도 1a에서는, 밀봉 에지부(2)가 다공성 디스크의 외주부를 에워싸도록 나타내어져 있는데, 밀봉 뿐만 아니라 부착에 관하여 이점이 있는 우수한 특성을 제공하기 때문에 이 구조가 바람직하다.

세라믹 물질로 이루어진 신터링된 다공성 디스크에서는, 밀봉 에지부가 다공성 세라믹 물질 뿐만 아니라 밀봉 프레임의 형태로 그 이상의 밀봉수단의 부착 및 고정에 알맞은 외측 표면에 대해 양호한 부착을 제공하는 유리물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 1b에는 밀봉 에지부(2)가 디스크(1)의 한쪽의 주변에만 부착되어 있는 파티션벽의 다른 예가 나타내어져 있다. 또한, 이 실시예는 결과로서 생긴 파티션벽에 양호한 밀봉 특성을 제공한다. 이 구조가 가지는 이점은, 디스크의 구멍으로의 납 또는 그와 유사한 물질의 침입이 외주부에서 촉진된다고 하는 점이다. 개시물질, 예컨대 물 속의 유리분말의 슬러리가 다공성 디스크의 한쪽으로부터만 인가되기 때문에, 제조공정도 간단화된다. 도시하지 않았지만, 또 다른 실시예로서, 밀봉 에지부는 디스크(1)의 외주부의 두 측면 또는 바람직하지 않지만 디스크의 주평면과 수직한 디스크의 측면에만 배치되어도 좋다.

도 2a는 다공성 세라믹 디스크(1) 및 에워싸는 밀봉 에지부(2)를 갖는 파티션벽을 매개로 한 부분을 나타낸다. 더욱이, 납 등으로 침입된 후에 세라믹 디스크에 가해지고 있는 밀봉 프레임(6)이 나타내어져 있다. 여기서, 밀봉 프레임은 전해질로 기밀하게 결합되고 단면이 U자 형상인 2개의 프레임부(6', 6")로 이루어지는데, 제1프레임부(6')는 디스크(1)의 외주부를 에워싸는 밀봉 에지부에서 전해질로 기밀하게 부착되는 반면에, 제2프레임부(6")는 상기 제1프레임부를 전해질로 기밀하게 둘러싸면서 인접한 파티션벽의 밀봉 프레임에 대해 전해질로 기밀하게 놓이거나 고정되도록 채용되고 있다.

제1프레임부에 사용될 수 있는 물질의 예로서는, 밀봉 에지부에 대해 전해질로 기밀하게 인가되도록 하기 위한 프리머(primer)를 갖추고 있는 산토프렌이 있다. 제1프레임부는 예컨대 폴리프로필렌 또는 ABS 등과 같은 압출성형 및 용접가능한 열가소성 물질로 구성되는 것이 바람직한 제2프레임부보다 더 큰 정도의 탄력을 갖는 더 부드러운 폴리머로 구성되어 있다. 밀봉 프레임의 변형례가 도 2a 및 도 2c에 나타내어져 있다. 여기서, 제2프레임부(6")는 제1프레임부(6')로부터 한 방향으로 외부적으로만 놓여 있다. 도 2c에서는, 프레임부의 접합이 하나의 항목에서는 홈, 다른 항목에서는 적당한 리지를 통해 보증되고 있다.

유리 표면에 대해 폴리머를 가하는 것은, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려져 있는 몇 가지 방법을 통해 얻어질 수 있다. 그러나, 폴리머 물질로 부착되어야 할 유리 표면은 최상의 결과를 위해 프리머로 접지되지 않으면 안된다.

미국특허 제5,510,211호는, 세라믹 물질의 구멍이 디스크의 주변부까지 튀어 나온 범위 내에 어떻게 납으로 칩입되는지를 개시하고 있다. 이와 같이 외주부는 동질이 아니고, 세라믹 표면 뿐만 아니라 납표면으로 구성되어 있다. 이 때문에, 이 디스크의 폴리머로 덮여 있는 부분은 시간에 걸쳐 느슨하게 분리된다. 이는, 폴리머/프리머 아래의 납이 산화되어 그 체적을 증가시키기 때문이다. 어쨌든, 비록 다공성 PbO₂를 가진 잔금 모세관이라 하더라도 산 및 그에 따른 전류가 그 방향을 찾을 수 있게 된다. 한편으로, 본 발명에 따르면, 디스크(1)의 중앙부가 납으로 채워질 수 있고, 프리머를 갖는 중합물의 밀봉제가 분열의 위험 없이 외주에 부착된 밀봉 에지부(2) 상에 가해질 수 있게 된다.

에워싸는 중합 프레임에는 단부 전극과 함께 독창적인 파티션벽을 가진 몇 개의 전극을 바이폴라 배터리로 탑재하기 위한 인장 로드(tension rod; 도시하지 않음)를 위해 구멍이 설치될 수 있다. 이 경우에는, 각 바이폴라 전극 사이에 밀봉 링이나 임의의 다른 밀봉이 배치될 수 있다. 본 발명을 통해 가능하게 되거나 가능하게 만들어지는 다른 실시예로서는, 배터리 전지를 형성하도록 수개의 인접한 플라스틱 프레임의 직접 용접이나 접착이 있다.

도 3은 각각이 파티션벽(1), 정(正)의 활성물질(9) 및 부(負)의 활성물질(10)을 구비하고 있는 다수의 바이폴라 전극을 갖춘 배터리의 일부를 도식적으로 상세하게 나타낸 것이다. 적어도 2개의 다른 층으로 구성되어 있는 프레임(6)은 파티션벽을 에워싸고 있다. 인장 로드(14)는 배터리 전지 상으로의 압력 인가를 확실하게 한다. 밀봉 프레임은, 예컨대 초음파 용접을 통해 서로 직접 용접되어 접합되거나, 접착제로 접착될 수 있다. 프레임 사이에는, 밀봉 목적으로 밀봉 링(15)도 배치될 수 있다. 각 바이폴라 전극 사이에는, 종전과 같이 전해질을 가진 분리기(11)가 존재한다. 배터리는 전류단자(12) 및 하우징(도시하지 않음)을 더 포함하고 있다.

본 발명과 함께 사용하기 위한 세라믹 물질의 다공성 디스크는, 바람직하게는 잘 정의된 그레이딩 분포(grading distribution)를 가지고 예컨대 세라믹 분말의 압착 또는 신터링을 통해 제조될 수 있다. 또한, 세라믹 미립자의 페이스트에 유기물의 구멍 형성자를 부가하는 것이 가능하게 된다. 혼합물이 디스크에 형성되기 때문에, 이 디스크는 물이 증발되고 구멍 형성자가 기화되며 세라믹 미립자가 함께 신터링되는 고온으로 열처리된다. 세라믹 물질의 경우, 신터링 온도는 1500∼2000℃보다 높게 할 수 있다. 대응하는 방법으로 해서, 유리구(glass sphere)는 함께 신터링되어 잘 집적된 다공성 몸체(body)를 형성할 수 있다. 이들 방법은, 다공성 몸체가 어떻게 제조될 수 있는지의 예에 관한 것일 뿐이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이와 같이, 다공성 물질은 유리 또는 일반적으로 Al₂O₃와 같은 세라믹 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것은 다른 치수가 안정한 물질이 사용될 수 있다는 것을 배제하는 것은 아니다.

본 발명에 따른 파티션벽을 제조하기 위해서, 바람직한 실시예에 따른 신터링된 다공성 디스크가 디스크(1)의 주변부에서 정의된 영역에서 유리 및 물의 슬러리에 의해 인가되고 있다. 유리는 가열을 통해 벗겨져서 다공성 물질에 대해 잘 부착되어 강고하게 결합되어 있는 평탄한 피복 표면을 갖는 밀봉 에지부(2)를 제공한다.

유리 에지부 및 세라믹 물질의 가장 큰 가능한 강도를 얻기 위해서, 같거나 거의 같은 열팽창계수를 갖는 물질을 갖도록 노력해야 한다. 밀봉 에지부(뿐만 아니라 다공성 디스크에 대해서도) 내의 물질에 대한 조성의 변화가 있지만, 열팽창계수간의 양호한 일치가 달성될 수 있다.

그 후, 밀봉 에지부를 갖는 다공성 세라믹 디스크는, 진공 하에 용융된 납으로의 침지(浸漬)를 통해 납으로 침입된다. 압력과 진공의 조합이지만, 다공성 세라믹 디스크는 납으로 거의 완전히 채워질 수 있게 된다. 침지 전에, 납의 부식을 방지하기 위해 밀봉 에지부를 마스크할 수가 있다.

상기의 방법은, 밀봉 에지부가 침입해야 할 납의 온도보다 더 높은 용융점을 갖는 물질로 구성되는 것을 전제로 한다. 다른 태양에서는, 다른 방법으로 침입공정에서 파괴되는 것을 각오할 수 있는 더 낮은 용융점(또는 영향을 미치는 점)을 갖는 물질의 밀봉 에지를 적용하는 것이 가능하게 된다. 이것은, 경화하도록 된 납으로의 침입 후에, 디스크(도 4에서의 13)의 외주부의 외측 상의 에지부에서의 납의 전부 또는 다수의 부분이 예컨대 그라인딩함으로써 제거되도록 하는 방식으로 실현된다. 아마도 이 영역은 예컨대 아세트산과 과산화수소로 식각(etching)된다. 그 후, 밀봉 에지부를 형성하기 위해 피복되지 않은 다공성 물질에 대해 잘 굳어지는 물질을 인가하게 된다. 플라스틱 물질은 적당한 접착제로 접착될 수 있다. 상술한 바와 같이 이 방법은 그 이상의 밀봉 소자를 회피할 수 있다.

그 후, 납으로 채워진 파티션벽은 (필요에 따라) 각각 하나의 전극 사이에 단극의 단부 전극으로 종단된 후에 탑재되는 수개의 바이폴라 전극과, 탑재된 분리기를 갖출 가능성을 가진 이중 밀봉 프레임 내부에 고정된다. 그러한 공정에 의한 파티션벽이 도 4에 나타내어져 있고, 그것에 의해 상기와 같은 기준이 적당한 부분에 사용되곤 했다.

고압으로 만들어질 수 있는 결합은 인장 로드 외에 접착제에 의한 접착을 통해 또는 용접을 통해 볼트에 의해 이루어질 수도 있다.

모든 셀 내에 가스가 형성될 수 있기 때문에, 아마도 밸브에 의한 배출의 가능성이 있어야 하고, 각 셀(도시하지 않음)에 인가되어야 한다. 또한, 외부 하우징은 바이폴라 전지를 에워싸도록 허가되어야 하고, 각 바이폴라 셀이 하우징 내부의 가스공간과 관련하여 개방됨과 동시에 밸브로 배출해야 한다.

유리가 밀봉 에지부를 형성하려고 할 때, 이것은 파티션벽에 계속해서 건조되고 신터링되는 페이스트로서 인가될 수도 있다. 페이스트 또는 슬러리의 인가는 인쇄기술로부터의 방법을 통해, 예컨대 후막 기술로부터 잘 알려져 있는 스크린 인쇄를 통해 수행될 수 있다. 세라믹 파티션벽은 2∼20mm, 바람직하게는 5mm 정도의 폭으로 상기 페이스트에 의해 피복되어 있다. 그러한 페이스트의 예로서는, 잘 고정되어 피복하는 매끄러운 표면으로 신터링될 수 있는 그러한 조성을 갖는 유리 미립자의 비중이 큰 슬러리가 있다. 다공성 세라믹 물질 및 인가된 밀봉 에지부의 두께는 신터링 후에 기껏해야 5mm이어야 하며, 밀봉 에지부 자신의 두께는 0.1∼1.0mm 정도인 것이 바람직하고, 0.5mm 이하인 것이 가장 바람직하다. 슬러리 또는 페이스트의 파티션벽 상으로의 인가는 신터링 후에 유지되어야 할 패턴으로 만들어진다.

본 발명에 따른 디스크를 제조하는 그 이상의 방법은, 디스크의 중앙부를 적당한 물질, 예컨대 페이스트로 보호하기 위한 것이고, 세라믹 디스크의 차폐되지 않은 중앙부 및 에지는 플레임 스프레잉(flame spraying: 불꽃 분무)를 통해 산소가 가해지고 있다. 그것에 의해, 가해지는 물질이 구멍을 관통하는 것을 기대할 수 없으나, 세라믹 물질의 외측으로 더 가해질 것 같고, 밑바탕의 다공성 물질에 잘 부착되어 있는 보호 커버를 제공할 수가 있다.

파티션벽에 접하는 플라스틱 프레임은 사출성형, 몰딩 또는 임의의 다른 방법을 통해 인가되고 있다. 그것에 의해, 폴리머가 세라믹 디스크의 주변부 및 측면 에지 주위를 그 물질로 직접 경계가 되고 있다. 먼저 설치된 첫번째 폴리머 상에는 전에, 동시에 또는 후에 다른 폴리머가 부착되고 있다. 그러나, 하나의 단일 물질로부터 플라스틱 프레임을 형성하는 것이 충분히 가능하다. 또한, 플라스틱 프레임과 인가되는 유리 에지부간의 결합을 더 강하게 유지하는 것이 가능하고, 그것에 의해 유리 에지부에 그 목적에 적당한 표면구조를 제공함으로써 누설의 위험을 더 줄이는 것이 가능하게 된다.

물질 또는 프레임 내의 물질의 적당한 선택을 통해 본 발명에 따라 제공되고 있는 다공성 물질과 밀봉 프레임간의 단단한 접합 외에, 구조가 진동에 비교적 영향을 받지 않게 될 것이고, 충격을 흡수하고 있다. 이 충격흡수효과는 건설기계에서의 스타트 배터리와 같은 트럭용 배터리에 중요한 것이고, 경우에 따라서는 특히 깊이 돌격공격에 노출되어 있는 잠수함용의 배터리에 중요한 것이다.

Claims (23)

1. 전기적으로 비전도성 물질로 이루어진 치수가 안정한 다공성 디스크(1)로 구성되되 그 구멍들이 납이나 대응하는 금속 또는 그 합금으로 채워져 있는 바이폴라 배터리의 전극을 위한 파티션벽에 있어서,

   적어도 한쪽의 그 주변부에서의 다공성 디스크에는 그 다공성 디스크의 전기적으로 비전도성 물질에 대해 직접 경계가 되는 전해질로 기밀하게 밀봉 에지부(2)가 설치되어 있고,

   상기 밀봉 에지부 내의 물질로서 유리, 세라믹 물질, 에나멜, 창유리, 플라스틱 또는 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 임의의 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
2. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)가 상기 다공성 디스크(1)의 주변부를 에워싸서 근본적으로 U자 형상의 부분을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
3. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)가 상기 다공성 디스크(1)의 일단에만 설치되어 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1)가 세라믹 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
5. 제4항에 있어서, 상기 세라믹 물질이 신터링되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1)가 유리 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1)의 공극률이 5∼30% 정도이고, 특히 10∼20% 정도인 것을 특징으로 하는 파티션벽.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1) 내의 물질의 열팽창계수가 상기 밀봉 에지부(2) 내의 물질의 열팽창계수에 대응하는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)가 0.1∼1.0mm 정도의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)가 상기 다공성 디스크(1)의 주변부를 2∼20mm 정도의 폭으로 덮도록 된 것을 특징으로 하는 파티션벽.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)는 그 구멍이 채워지지 전에 상기 다공성 디스크의 물질에 대해 직접 부착되어 고정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 에지부(2)는 그 구멍이 채워진 후에 상기 다공성 디스크의 물질에 대해 직접 부착되어 고정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1)를 에워싸되, 그 주변부를 둘러싸고, 상기 밀봉 에지부(2)에 전해질로 기밀하게 고정되는 밀봉 프레임(6)을 포함하도록 된 것을 특징으로 하는 파티션벽.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 프레임(6)이 서로 전해질로 기밀하게 접합되어 있는 다른 합성물질로 이루어진 적어도 2개의 에워싸는 프레임부를 포함하되, 제1프레임부(6')가 상기 밀봉 에지부(2)에 고정되어 있고, 제2프레임부(6")가 인접한 파티션벽의 밀봉 프레임과 협력하여 밀봉하기 위한 표면을 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 파티션벽.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1프레임부(6') 내의 물질이 상기 제2프레임부(6") 내의 물질보다 더 탄력이 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽.
16. 파티션벽(1, 2)과, 그 위에 가해지는 활성 물질(9, 10)을 갖춘 바이폴라 배터리에 있어서, 청구항 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 파티션벽(1, 2)을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 바이폴라 배터리.
17. 다수의 바이폴라 전극, 분리기, 전해물, 전류 단자 및 하우징을 갖추어 이루어지되,

    적어도 하나의 전극이 청구항 제16항에 따른 것임을 특징으로 하는 바이폴라 배터리.
18. 전기적으로 비전도성 물질로 이루어진 치수가 안정한 다공성 디스크(1)로 구성되되 그 구멍들이 납이나 대응하는 금속 또는 그 합금으로 채워져 있는 바이폴라 배터리의 전극을 위한 파티션벽을 제조하기 위한 방법에 있어서,

    적어도 한쪽의 그 주변부에서의 다공성 디스크에는 그 다공성 디스크의 전기적으로 비전도성 물질에 대해 직접 경계가 되는 전해질로 기밀하게 밀봉 에지부(2)가 설치되어 있고,

    상기 밀봉 에지부 내의 물질로서 유리, 세라믹 물질, 에나멜, 창유리, 플라스틱 또는 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 임의의 물질을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 밀봉 에지부가 그 구멍이 채워지기 전에 상기 다공성 디스크의 물질에 대해 직접 부착되어 고정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 다공성 디스크(1)가 신터링된 세라믹 물질로 구성되고, 유리의 밀봉 에지부가 가해지되,

    상기 밀봉 에지부(2)를 형성하기 위해, 페이스트 또는 슬러리에 의한 유리분말의 부분적인 층을 상기 다공성 디스크(1) 상에 가해 상기 다공성 디스크(1)와 함께 건조시켜 신터링하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 페이스트 또는 슬러리가 인쇄기술공정을 통해 가해지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.
22. 제18항에 있어서, 상기 밀봉 에지부가 그 구멍이 채워진 후에 상기 다공성 디스크의 물질에 대해 직접 부착되어 고정되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.
23. 제22항에 있어서, 채워지는 물질의 초과분은 상기 다공성 디스크(1)의 주변부로부터 제거되고, 상기 밀봉 에지부를 이루도록 된 고무물질이 상기 다공성 디스크의 물질 상으로의 경화처리를 통해 부착되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파티션벽의 제조방법.