LV12081B - Augstas energoietilpības akumulatori - Google Patents

Augstas energoietilpības akumulatori Download PDF

Info

Publication number
LV12081B
LV12081B LVP-96-450A LV960450A LV12081B LV 12081 B LV12081 B LV 12081B LV 960450 A LV960450 A LV 960450A LV 12081 B LV12081 B LV 12081B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
electrolyte
carbon
metal
battery
electrode
Prior art date
Application number
LVP-96-450A
Other languages
English (en)
Other versions
LV12081A (lv
Inventor
Aivars Bauze
J�nis SPRINOVSKIS
Original Assignee
Aivars Bauze
J�nis SPRINOVSKIS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aivars Bauze, J�nis SPRINOVSKIS filed Critical Aivars Bauze
Priority to LVP-96-450A priority Critical patent/LV12081B/lv
Priority to PCT/LV1997/000001 priority patent/WO1998025319A1/en
Priority to KR1019980706018A priority patent/KR19990082289A/ko
Priority to AU18138/97A priority patent/AU1813897A/en
Priority to JP10525471A priority patent/JP2000504484A/ja
Priority to CA002248286A priority patent/CA2248286A1/en
Priority to CN97192091A priority patent/CN1210626A/zh
Publication of LV12081A publication Critical patent/LV12081A/lv
Publication of LV12081B publication Critical patent/LV12081B/lv

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/666—Composites in the form of mixed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

Izgudrojums attiecas uz otrā veida elektroķīmiskajiem strāvas avotiem un var tikt izmantots transportā, elektriskajās un elektroniskajās iekārtās, sadzīvē.
Praktiski visi patreiz izstrādātie un ražotie akumulatori aprakstīti N.V.Korovina darbā «Elektroķīmiskā enerģētika».
Visplašāk tiek ražoti un pielietoti svina, niķeļa-kadmija, niķeļa-dzelzs un niķeļa-cinka akumulatori. Šajos akumulatoros kā aktīvās vielas tiek izmantoti ķīmisko elementu periodiskās sistēmas 4., 5., un 6. periodu elementu ķīmiskie savienojumi, līdz ar to akumulatoriem raksturīgs liels svars, maza energoietilpība masas vienībā no 10 līdz 45 W.h/kg. Tikai niķeļa-cinka akumulatotu energoietilpība ir no 50 līdz 70 W.h/kg. Spriegums starp vienas šūnas elektrodiem ir neliels - no 1 līdz 2 V. Uzlādes/izlādes procesa elektroķīmiskajā reakcijā aktīvā viela piedalās ar vienu vai diviem elektroniem, pie kam šajās reakcijās bieži piedalās elektrolīta kompomenti. Arī darba resurss šīs grupas akumulatoriem nav liels - no dažiem simtiem līdz dažiem tūkstošiem ciklu, bet energoietilpīgākajam niķeļa - cinka akumulatoram tikai no 100 līdz 400 cikliem.
Augstāka energoietilpība ir niķeļa - ūdeņraža un broma - cinka akumulatoriem - no 40 līdz 75 W. h/kg un hlora - cinka akumulatoriem - pat no 100 līdz 150 W.h/kg. Bet tiem piemīt daļa no augstāk minētajiem trūkumiem - ne sevišķi liels spriegums starp vienas šūnas elektodiem - no 1,1 līdz 1,95 V - un mazs darba resurss - no 200 līdz 1500 cikliem. Izņēmums ir niķeļa - ūdeņraža akumulators, kura darba resurss ir augsts - no 2000 līdz 10000 cikliem. Šo minēto akumulatoru būtisks trūkums ir liels pašizlādes ātrums, kas var sasniegt pat dažus procentus stundā. Vislielākais pašizlādes ātrums ir energoietilpīgākajiem hlora - cinka akumulatoriem.
Sarežģījumus rada ūdeņraža un halogēnu uzglabāšana akumulatorā, it īpaši tas sakāms par hloru. Negatīvs faktors ir šo aktīvo vielu agstās difūzijas spējas, kas izraisa akumulatora pastiprinātu pašizlādi. No ugunsdrošības viedokļa bīstamas ir ūdeņraža noplūdes, bet hlors un broms noplūdes gadījumā var radīt nopietnu vides piesārņojumu un var pat apdraudēt cilvēku dzīvību.
Visaugstākā energoietilpība ir sēra - nātrija un litija akumulatoriem ar neūdens elektrolītu. Būtisks sēra - nātrija akumulatoru trūkums ir to augstā darba temperatūra -no 150 līdz 300 °C. To energoietilpība ir augsta - no 70 līdz 230 W. h/kg, spriegums starp vienas šūnas elektrodiem - no 1,75 līdz 1,85 V; darba resurss - no 1000 līdz 5000 cikliem. Litija akumulatoriem ar neūdens elektrolītu energoietilpība ir no 60 līdz 200 W. h/kg, bet spriegums starp vienas šūnas elektrodiem var būt no 1,5 līdz 3 V. Uzlādes/izlādes ķīmiskajā reakcijā piedalās elektrolīta komponenti. Šo akumulatoru darbība ir nestabila, aug dendriti un elektrods pasi vēj as, mazs ir to darba resurss - no 100 līdz dažiem simtiem ciklu. Daudziem no tiem darba temperatūra var būt no 50 līdz 150°C un to īpašības ievērojami pasliktinās, ja temperatūra ir zemāka par 25 °C. Paaugstinot akumulatora stabilitāti, darba resursu var palielināt pat līdz 1000 cikliem un, uzlabojot darba režīmu, energoirtilpība samazinās vairākkārtīgi.
Nereti akumulatoru elektrodu aktīvās vielas ir ar zemu elektrovadītspēju. Lai to palielinātu, aktīvajai vielai tiek pievienoti speciāli komponenti vai/un no metāla veido kolektorus, elektrodu strāvas kontaktizvadus, līdz ar to samazinot akumulatora energoietilpību. Bieži elektroda elektroķīmiskajā procesā piedalās tā aktīvās vielas plāns virsmas slānis, kas tieši kontaktē ar elektrolītu, pie tam aktīvā viela bieži pasivējas un rezultātā samazinās akumulatora energoietilpība, jo aktīvā viela tiek izmantota nepilnīgi. Darba gaitā energoietilpība var samazināties ļoti būtiski.
Augstas energoietilpības akumulatoriem, kam aktīvā viela ir ūdeņradis vai halogēns (hlors, broms), noris strauja pašizlāde, kas saistīta ar aktīvo vielu atomu paaugstinātu kustīgumu/difūziju. Problemātiska ir arī gāzu uzglabāšana akumulatorā, pie tam to noplūdes gadījumos šīs aktīvās vielas ir bīstamas.
Daudzos akumulatoros uzlādes/izlādes procesos elektroķīmiskajā reakcijā tieši piedalās elektrolīta komponenti. Līdz ar to procesu laikā mainās elektrolīta īpašības un akumulatora darba parametri, tā rezultātā pasliktinās elektrodu aktīvās vielas kvalitāte - izmainās tās struktūra, elektrods pasivējas, aug dendriti. Tas viss pasliktina akumulatora darba parametrus - samazinās kalpošanas laiks, darba resurss, kā arī akumulatora uzturēšanai darba kārtībā nepieciešama pastāvīga uzraudzība un kvalificēta apkope. Akumulatoriem nereti pielieto dārgus un deficītus materiālus.
Veidojot akumulatoru šūnu virknes un paralēlos slēgumus, parasti konstrukcijas dēļ tiek palielināts to svars un tilpums, tā rezultātā tiek samazināta to kopējā energoietilpība.
Pieteiktajam izgudrojumam kopumā nav atrasts prototips ar pietiekoši tuvu tehnisko risinājumu. Ši iemesla dēļ ir izvēlēti prototipi atsevišķiem izgudrojuma objekta - augstas energoietilpības akumulatora, elementiem, izvēloties vistuvākos tehniskos risinājumus pēc to būtiskajām pazīmēm.
Tehniskā risinājuma būtiskas pazīmes, kas līdzīgas piedāvātā akumulatora elementu sastiprināšanas un iepakošanas (apvalka izveidošanas) veidam - ir izvēlētajā prototipā - starptautiskajā pieteikumā, publikācija No W086/03060, saskaņā ar kuru akumulators sastāv no elementiem, kas kopā ar elektrolītu hermētiski ieslēgti attiecībā pret elektrodiem un elektrolītu inerta termoplastiska materiāla plēvēs vai loksnēs, kuras pa perimetru speciālā zonā sametinātas ar termokompresijas metodi. Elektrodu kontaktizvadi/kolektori hermētiski izvadīti caur metināšanas zonu. Šādam stiprināšanas un iepakošanas veidam būtisks trūkums ir tā zemā mehāniskā izturība, kā, arī ierobežotas iespējas veidot pietiekami lieus akumulatorus.
Saskaņā ar Eiropas patentu No 0 558 755, kas izmantots par prototipu akumulatora elementu sastiprināšanai un atdalīšanai, tiek pielietoti pa to perimetru izveidoti rāmji, kas sastāv no termoplastiska elektroizolējoša materiāla un atdala pzitīvos un negatīvos elektrodus, kā arī kalpo abu elektrodu mehāniskai sastiprināšanai un hermētiskuma nodrošināšanai, pie tam elektrodu kontaktizvadi/kolektori novietoti un piestiprināti rāmja abās pusēs. Šādam tehniskajam risinājumam ir trūkumi - rāmji nav izveidoti kā akumulatora sastāvdaļa, tas negatīvi iespaido akumulatora mehānisko izturību, nav iespējams komplektēt šūnu bateriju dažādu slēgumu paketes.
Lai norobežotu pozitīvo elektrodu no negatīvā un garantētu to, ka tie nesaskaras un neveido tiešu elektrisku kontaktu, starptautiskajā pieteikumā, publikācija No WO 90/13924, kas izmantots par prototipu un satur starp pozitīvo un negatīvo elektrodu novietotu attiecībā pret elektrodiem un elektrolītu inertu piemērota materiāla separatoru, pie tam separators var būt tikai viens. Šis tehniskais risinājums nerada pietiekošu drošību, tam ir ierobežots darba resurss, jo ir iespējama pozitīvo un negatīvo telpu elektrolītu sajaukšanās.
Kā oglekļa elektrodu aktīvo vielu prototips izvēlēts Japānas patents JP 6020466, kur augstas energoietilpības akumulatoram par pozitīvā elektroda aktīvā viela sastāv no oglekļa-grafīta garšķiedras materiāla, kas satur grafīta ķīmisku savienojumu ar metālu, pie tam metāls var būt tikai niķelis. Šis risinājums nenedrošina nepieciešamās elektrodu īpašības, līdz ar to akumulatoram ir samērā šauras pielietošanas iespējas, Ni ir kaitīgs apkārtējai videi. Piedāvātajā tehniskajā risinājumā par pozitīvā un arī negatīvā elektroda aktīvo vielu izmantots oglekļa-grafīta garšķiedras materiāls, kas satur grafīta ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar dažādiem sārmu, sārmzemju, pārejas metāliem.
Japānas patentā JP 60-23963, kas ir prototips oglekļa pozitīvā elektroda aktīvajai vielai, ir pielietots oglekļa-grafīta garšķiedras materiāls, pie tam tas ir kartona vai voiloka materiāls. Salīdzinot ar piedāvāto tehnisko risinājumu, tam ir zemāka mehāniskā izturība.
Par oglekļa aktīvās vielas struktūras prototipu izvēlēts starptautiskais pieteikums ar publikācijas No WO 90/139 24, kur oglekļa negatīvā elektroda aktīvās vielas kompozīcija sastāv no augsti grafitizēta oglekļa komponenta un vienīgi īsšķiedras oglekļa komponenta - sodrējiem. Šajā gadījumā īsšķiedrai, salīdzinot ar garšķiedru, ir zemāka mehāniskā izturība, jo to nevar izvietot slāņos.
Tuvākais risinājums kontaktizvadu/kolektoru izveidē ir aizsargāts ar EP No 0 419 090, kas satur speciālus elektrodu kontaktizvadus, kas izvadīti caur sastiprināšanas zonu, pie tam oglekļa negatīvais elektrods sastāv no diviem slāņiem. Viens slānis nodrošina uzlādes/izlādes procesu norisi, bet otrs slānis pilda elektroda kontaktizvada funkcijas un satur dzelzs saimes metālus elektro vadītspējas palielināšanai. Salīdzinot ar piedāvāto risinājumu, nepieciešams veidot speciālu slāni, kas palielina akumulatora materiālietilpību un samazina energoietilpību.
Augstas energoietilpības akumulatora oglekļa pozitīvā elektroda prototips ir, Japānas patents JP 60-20465, kurā oglekļa pozitīvā elektroda aktīvā viela ir grafīta ķīmisks savienojums ar pārejas metāliem, pie tam metāla oksidēšanās pakāpe savienojumā ir +3 un zemāka, oglekļa pozitīvā elektroda aktīvās vielas struktūra ir viendabīga. Pozitīvā elektroda trūkums ir nepilnīga oglekļa un pārejas metālu iespējamās energoietilpības izmantošana.
Augstas energoietilpības akumulatora oglekļa negatīvā elektroda prototips ir starptautiskais pieteikums ar publikācijas No WO 90/139 24, kurā oglekļa negatīvā elektroda aktīvā viela ir dažādas struktūras oglekļa materiālu kompozīcija un visi oglekļa materiāla komponenti satur grafīta ķīmisku savienojumu ar sārmu metālu, pie tam sārmu metāls ir litijs un metāls savienojumā nav cieši fiksēts un izlādes/uzlādes procesos notiek litija pārvietošanās no negatīvā elektroda uz elektrolītu un tālāk uz pozitīvo elektrodu un otrādi. Šāda procesa kvalitatīvai norisei litija gadījumā ir nepieciešama vismaz istabas temperatūra, bet, pielietojot citus sārmu metālus, pat augstāka temperatūra, un ir iespējama paaugstināta elektrodu pasivēšanās, dendrītu augšana, kas pasliktina nepieciešamās elektroda īpašības. Arī akumulatora potenciāls izlādes procesā nav augsts, tas ir ap IV, bet uzlādēs procesam nepieciešami 3V.
Pieteiktā izgudrojuma augstas energoietilpības akumulatora elektrolītam prototips nav atrasts.
Izgudrojuma mērķis- akumulatora šūnu baterijas paralēlā un/vai virknes slēguma kopējās energoietilpības maksimāla palielināšana svara un tilpuma vienībā, stabilas, ilgstošas akumulatora darbības un enerģijas uzglabāšanas ar minimāliem zudumiem, minimālu pašizlādi nodrošināšana, akumulatora apkopes un uzraudzības vienkāršošana, mazu un teorētiski neierobežoti lielu akumulatoru ar šūnu bateriju virknes un paralēlajiem slēgumiem izgatavošana, cilvēkam un apkārtējai videi nekaitīgu un drošu augstas energoietilpības akumulatoru lietošanas garantēšana.
Izvirzītais mērķis tiek sasniegts tādējādi, ka zināmajos augstas energoietilpības akumulatoros, kas satur pozitīvo un negatīvo elektrodus, kuru aktīvā viela ir metāla un oglekļa, kas var būt garšķiedras ogleklis, ķīmisks savienojums un kuri kopā ar elektrolītu un starp elektrodiem novietotu separatoru ieslēgti attiecībā pret elektrodiem un elektrolītu inerta termoplastiska materiāla plēvēs vai loksnēs, pa perimetru iestrādāti rāmjos, kas speciālā zonā savā starpā sastiprināti, speciāli elektrodu kontaktizvadi ir izvadīti caur sastiprināšanas zonu, metāli ir cieši fiksēti elektrodu aktīvajā vielā, neļaujot metāliem vai to joniem uzlādes/izlādes procesā pārvietoties no elektrodu materiāliem uz elektolītiem un otrādi, tā paaugstinot akumulatora darba stabilitāti; starp elektrodiem izvietoti viens vai divi vienāda vai dažāda materiāla separatori un plēves/membrānas elektrolīts, kas ir atbilstoši piesūcināti ar dažādu sastāvu, anjonu apmaiņas polimērmateriālus saturošu, elektrolītu kompozīciju, izveidojot tris elektrolītu kompozīciju slāņus, bet elektrodi katrs atsevišķi un separatori kopā ar plēves/membrānas elektrolītu pa perimetru ieslēgti rāmjos, kas veido akumulatora četru virsmu pārsegumu, pie tam elektrodu rāmji vai to daļas var būt elektrovadoši, bet separatoru un plēves/membrānas elektrolīta rāmis ir elektroizolējošs; akumulatora galos elementi kopā ar elektrolītiem nosegti un noteiktās vietās akumulatora tilpumā atdalīti ar attiecībā pret elektrodiem un elektrolītiem inerta termoplastiska vai cita piemērota materiāla plēvēm vai loksnēm un, rāmjus sametinot vai salīmējot ar jebkuru izdevīgu metodi, pie tiem piemetinātas vai pielīmētas nosedzošās un atdalošās plēves vai loksnes, elektrodu aktīvās vielas ir izvadītas caur rāmja materiālu, tādējādi elektrodu aktīvās vielas pilda arī kolektoru un strāvas izvadu funkcijas.
Zīmējumu apraksts.
Izgudrojuma būtība parādīta fig. 1-10, kur:
Fig. 1 attēlota akumulatora šūna saskaņā ar pirmo akumulatora realizācijas variantu un formulas 1. un 15. punktu.
Fig. 2 attēlota akumulatora šūna saskaņā ar otro akumulatora realizācijas variantu un formulas 1. un 15. punktu.
Fig. 3 attēlots oglekļa elektrodu struktūras sastāvs saskaņā ar visiem akumulatora realizācijas variantiem un formulas 3. punktu.
Fig. 4 attēlots oglekļa elektrodu struktūras sastāvs saskaņā ar visiem akumulatora realizācijas variantiem un formulas 4. punktu.
Fig. 5 attēlots oglekļa elektrodu struktūras sastāvs saskaņā ar visiem akumulatora realizācijas variantiem un formulas 5. punktu.
Fig. 6 attēlots plēves/membrānas elektrolīta un separatoru izvietojums saskaņā ar visiem akumulatora realizācijas variantiem un formulas 14. un 15. punktu.
Fig. 7 attēlots akumulatora elementu sastiprinājums saskaņā ar otro akumulatora realizācijas variantu un formulas 1. punktu.
Fig. 8 attēlots akumulatoru šūnu bateriju slēgumu izvietojums un sastiprinājums saskaņā ar otro akumulatora realizācijas variantu un formulas 1. punktu.
Fig. 9 attēlots akumulatora šūnu bateriju paralēlais slēgums saskaņā ar otro akumulatora realizācijas variantu un formulas 1. punktu
Fig. 10 attēlots akumulators no šūnu vai šūnu bateriju paralēlā un virknes slēguma blokiem saskaņā ar visiem akumulatora realizācijas variantiem un formulas 1. punktu.
Saskaņā ar izgudrojumu (fig. 3, 4 un 5) elektrodi (2, 6) un plēves/membrānas elektrolīts (4), kurš no abām pusēm nosegts ar separatoriem (3, 5), pa perimetru iestrādāti attiecībā pret elektrodiem un elektrolītiem inerta termoplastiska vai cita piemērota materiāla rāmjos (10, 15). Negatīvā (2) un pozitīvā (6) elektrodu kontaktizvadi/kolektori (8, 9) ir hermētiski izvadīti cauri rāmju materiālam. Elektrodi (2, 6) un separatori (3, 5) piepildīti/piesūcināti ar atbilstošu elektrolītu un ir sakārtoti noteiktā kārtībā (fig. 1, 2 un 9), no abām pusēm nosegti attiecībā pret elektrodiem un elektrolītiem inerta termoplastiska vai cita piemērota materiāla plēvēm vai loksnēm (1). Nepieciešamības gadījumos, veidojot šūnu slēgumus (fig. 10), plēves vai loksnes (I) nodala arī blakus esošo šūnu atsevišķus elementus vai to blokus (20). Pēc tam rāmjus (10, 15), kuros iestrādāti attiecīgie akumulatora elementi, un nosedzošās/nodalošās plēves vai loksnes (1), kas salikti noteiktā kārtībā (fig. 7 un 8), savstarpēji sastiprina, sametinot vai salīmējot un veidojot metināšanas/līmēšanas šuvi (17) ar jebkuru katrā konkrētā gadījumā atbilstošu un piemērotu metodi. Nepieciešamības gadījumā (fig.8, 9 un 10) uzmetina vai uzklāj/uzformē speciālu slāni (7)·
Šai izgudrojumā (fig. 3, 4, 5, un 6) akumulatora elementu rāmji ir to konstrukcijas daļa, bet elementi - elektrodi (2, 6) un plēves/membrānas elektrolīts (4) ar separatoriem (3, 5) - ir iestrādāti rāmju (10, 15) materiālā un nepieciešamās vietās (II) caur elektrodu rāmju materiālu ir izvadīti elektrodu kontaktizvadi/kolektori (8, 9). Elektrodu rāmji pilnīgi vai to daļa var bū izgatavoyti no elektrovadoša materiāla, līdz ar to uzlabojot akumulatora darbības parametrus. Tas ir iespējams tāpēc, ka , sakārtojot akumulatora elementus (fig. 1, 2, 7, 8 un 9), starp elektrodu rāmjiem (10) ir izvietoti elektroizolējoša materiāla plēves/membrānas elektrolīta ar separatoriem rāmji (15) vai nodalošās plēves vai loksnes (1), (fig. 8 un 10). Rāmji (10, 15) savā starpā sastiprināti (fig. 7 un 8), ar nosedzošām/nodalošām plēvēm vai loksnēm (1) veidojot šuves (17). Nepieciešamības gadījumā, lai palielinātu iepakojuma/apvalka konstrukcijas izturību, hermētiskumu un drošību, formē speciālu slāni (7).
Starp pozitīvo un negatīvo elektrodiem ( fig.6) novietoti divi plāni separatori (3, 5) un starp tiem novietots plēves/membrānas elektrolīts (4). Attiecīgo separatoru (3, 5) materiāls ir inerts attiecībā pret elektrodiem (2, 6) un elektrolītiem, negatīvā elektroda puses separatora (3) materiāls var būt atšķirīgs no pozitīvā elektroda puses separatora (4)materiāla. Šāds separatoru (3, 5) pielietojums/izvietojums (fig. 1, 2) garantē to, ka plēves/membrānas elektrolīts netiks mehāniski bojāts, tieši nesaskarsies ar elektrodiem (2, 6), un elektrodi uz to neiedarbosies. Līdz ar to tiek nodrošināta augstāka akumulatora darbības stabilitāte, drošība un lielāks darba resurss, it īpaši pie liela sprieguma starp vienas šūnas elektrodiem. Vieglāk ir piemeklēt/pielietot separatoriem (3, 5)piemērotāko materiālu.
Šai izgudrojumā (fig. 3, 4, 5) oglekļa pozitīvā un negatīvā elektrodu (2, 6) aktīvā viela satur viscaur grafīta ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas vienlaicīgi kalpo aktīvo vielu uzlādes/izlādes procesu nodrošināšanai un elektrodu vadītspējas palielināšanai. Elektrodu kontaktizvadi/kolektori, kas iet caur rāmja materiālu (11), kā arī ārpus rāmja (8, 9), elektro vadītspējas palielināšanai viscaur satur grafīta un metālu ķīmiskus vai mehāniskus savienojumus. Šajos savienojumos var būt dzelzs saimes metāli vai/un tie paši metāli, kas ir elektroda aktīvajā vielā:
-negatīvajam elektrodam - sārmu vai sārmzemju metāli, magnijs vai alumīnijs;
-pozitīvajam elektrodam - pārejas metāli, tādi kā dzelzs saimes matāli vai hroms, mangāns.
Oglekļa - grafīta garšķiedras elektrodu kontaktizvadi/kolektori (8, 9, 11), kas satur grafīta ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, ir kartona, voiloka vai trikotāžas, vai austa materiāla veidā.
Katram konkrētam pozitīvajam vai negatīvajām oglekļa elektrodam kontaktizvadu/kolektoru (8, 9, 11) materiāls var saturēt savu metālu vai , elektro vadītspējas palielināšanai - vairākus metālus
Šajā izgudrojumā (fig. 3,4, 5) par pozitīvā un negatīvā oglekļa elektrodu (2, 6) aktīvo vielu pielietots oglekļa-grafīta šķiedras (13) kartona, voiloka vai trikotāžas, vai austs materiāls. Pie tam oglekļa elektroda aktīvā viela (fig.3) var saturēt tikai oglekļagrafīta garšķiedras materiālu (13) vai kompozīciju (fig. 4, 5) no oglekļa-grafīta garšķiedras materiāla (13) un augsti grafitizēta oglekļa komponenta (12). Augsti grafitizētais komponents (12) (fig.4) ir iestrādāts oglekļa-grafīta garšķiedras (13) voilokā vai kartonā, kā arī var būt novietots slānī (fig. 5) starp oglekļa-grafīta garšķiedras (13) voiloka, kartona vai trikotāžas, vai austu materiālu, pie tam visi oglekļa komponenti - garšķiedras materiāls (13) un augsti grafitizētā oglekļa komponents (12) satur grafīta ķīmiskus vai mehāniskus savienojumu ar metāliem. Ķīmiskais vai mehāniskais savienojums satur:
-negatīvā elektroda aktīvajā vielā - sārmu vai sārmzemju metālu, vai magniju, alumīniju;
-pozitīvā elektroda aktīvajā vielā - pārejas metālu, kā dzelzs saimes metālu vai hromu, mangānu, niķeli. Metāla oksidēšanās pakāpe savienojumā var būt +3 un augstāka.
Metāls aktīvajā vielā ir cieši fiksēts un izlādes/uzlādes procesā nepārvietojas. Elektrodu procesa norisei nepieciešamo elektrisko strāvu nodrošina anjonu plūsma neūdens elektrolītā. Līdz ar to elektrodi vienlīdz labi, stabili strādā neatkarīgi no pielietotā metāla kā istabas temperatūrā, tā arī pazeminātā un paaugstinātā temperatūrā, nepasivējas un neaug dendrīti. Tā kā grafīta un metāla savienojumā esošā metāla attiecība pret oglekli ir izteikta molos, tad, pielietojot periodiskā elementu sistēmā tuvu atrodošos metālus, it īpaši, ja tie uzlādes/izlādes procesa elektroķīmiskajā reakcijā piedalās ar 2 vai 3 elektroniem, no enerģētiskā viedokļa šie metāli praktiski ir līdzvērtīgi. Tādi metāli kā alumīnijs, magnijs, kalcijs, nātrijs un pat kālijs daudz neatpaliek no litija, bet ir vieglāk pieejami, mazāk deficīti, lētāki.
Praktiski metāla kopējais daudzums elektroda aktīvajā vielā, kas nosaka elektroda īpatnējo energoietilpību, ir atkarīgs no oglekļa elektroda aktīvās vielas īpašībām, grafitizācijas pakāpes un elektrolīta īpašībām, kas savukārt atkarīgas no elektrolīta kompozīcijas sastāva, bet it īpaši atkarīgas no mērķa piedevām.
Izgudrojuma realizācijai piedāvātais elektrolīts sastāv no trim slāņiem:
-negatīvā elektroda telpas elektrolīa, ar kuru piesūcināts/piepildīts negatīvais elektrods, (2) un tā puses separators (3);
-pozitīvā elektroda telpas elektrolīta, ar kuru piesūcināts/piepildīts pozitīvais elektrods (6) un tā puses separators (5);
-plēves/membrānas elektrolīta slāņiem, kas atrodas starp abiem iepriekš minētajiem elektrodu telpu elektrolītiem un izslēdz pozitīvā un negatīvā elektrodu telpu elektrolītu sajaukšanos, tādējādi tie nezaudē savas nepieciešamās īpašības.
Visu triju elektrolītu slāņu kompozīcijas ir atšķirīgas. Atkarībā no vajadzības, pie zema sprieguma starp šūnas elektrodiem kompozīciju pamatsastāvs var būt maz atšķirīgs, bet mērķa piedevas atsevišķo slāņu kompozīcijās var būt atšķirīgas. Pie augsta sprieguma starp šūnas elektrodiem elektrolīta atsevišķo slāņu kompozīciju sastāvs var būt būtiski atšķirīgs.
Visām trim elektrolīta slāņu kompozīcijām ir kopīgas īpašības:
-selektīva anjonu elektrovadītspēja, kas praktiski ir vienāda visiem trim slāņiem;
-mazs katjonu kustīgums, jo praktiski visi katjoni ir cieši fiksēti;
-visu triju elektrolīta slāņu kompozīciju komponenti nepiedalās elektrodu uzlādes/izlādes procesos, bet nodrošina procesa norisei nepieciešamo elektrolīta anjonu elektro vadītspēju;
-elektrolīts stabilizē elektrodu darbību un palīdz nodrošināt to nepiecešamās paredzētās īpašības.
Elektrolīta vadītspējas nodrošināšanai galvenokārt izmantoti anjoni F un Cl, bet var pielietot BF4 u.c. anjonus Vairāk izpētītas ir elektrolīta slāņu kompozīcijas, kas satur:
-amīnus, tos saturošus polimērus un vielas;
-aizvietotus amonija sāļus, tos saturošus polimērus un vielas;
-metālu sāļus un citas mērķa piedevas.
1. Piemers.
Augstas energoietilpības akumulatora šūnas (fig.1.) sastāv no diviem negatīvajiem elektrodiem (2), starp kuriem novietots pozitīvais elektrods (6). Visi elektrodi katrs atsevišķi iestrādāti rāmjos (10) un caur rāmja materiālu noteiktā zonā (11) ir izvadīti kontaktizvadi/kolektori (8, 9) atbilstoši. Pozitīvos un negatīvos elektrodus (2, 6) atdala divi plāni separatori (3, 5) atbilstoši., starp kuriem atrodas plēves/membrānas elektrolīts (4), un tie iestrādāti rāmī (15). Būtība nemainās, ja atbilstoši nepieciešamībai pozitīvos un negatīvos elektrodus (2, 6) un atbilstoši arī separatorus (3, 5) maina vietām.
Elektrodus (2, 6) un attiecīgos separatorus (3, 5) piepilda/piesūcina ar atbilstošas kompozīcijas elektrolītu un visus elementus kopā ar elektrolītu sakārto noteiktā kārtībā, no abām pusēm tos nosedz ar piemērota /atbilstoša materiāla plēvēm vai loksnēm (1) un visu kopā sastiprina. Elementu rāmjus (10, 15) un plēves vai loksnes (1) sametina vai salīmē ar jebkuru piemērotu/atbilstošu metodi, nepieciešamos gadījumos, lai piedotu vajadzīgās īpašības, uzformē speciālu slāni (7).
Pēc dotajā piemērā aprakstītās metodes ir iespējams veidot akumulatorus un šūnu bateriju paralēlos slēgumus ar teorētiski neierobežoti lielu elementu daudzumu (fig. 9.), atbilstoši papildinot elektrodu (2, 6) un separatoru, starp kuriem atrodas plēves/membrānas elektrolīts (16), skaitu un sakārtojot tos noteiktā kārtībā. Līdz ar to ir iespējams iegūt augstas energoietilpības akumulatorus ar teorētiski neierobežotu energoietilpību, kur spriegums starp strāvas izvadiem ir vienāds ar akumulatora vienas šūnas elektrisko spriegumu.
2. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora šūna (fig. 2) sastāv no negatīvā elektroda (2), pozitīvā elektroda (6) un tos atdalošiem diviem plāniem separatoriem (3, 5) atbilstoši, starp kuriem atrodas plēves/membrānas elektrolīts (4). Visi elementi iestrādāti rāmjos atbilstoši (10, 15). Elektrodi (2, 6) un attiecīgie separatori (3, 5) atbilstoši piepildīti/piesūcināti ar noteiktas kompozīcijas elektrolītu un visus elementus kopā ar elektrolītu sakārto noteiktā kārtībā. No abām pusēm tos nosedz ar atbilstoša/piemērota materiāla plēvām vai loksnēm (1) un visu kopā sastiprina, elementu rāmjus (10, 15) un plēves vai loksnes (1) sametinot vai salīmējot ar jebkuru piemērotu/izdevīgu metodi.
Pēc šajā piemērā aprakstītās metodes var veidot plānus, teorētiski neierobežoti lielus akumulatorus. Tie var būt pietiekoši elastīgi, lai satītu spirālē vai citādi un ievietotu korpusā vai citā piemērotā/ izdevīgā apvalkā. Lai palielinātu akumulatora baterijas spriegumu, nepieciešamo šūnu skaitu var saslēgt virknē.
3. Piemērs
Nepieciešamās energoietilpības un sprieguma akumulatorus ar augstu energoietilpību svara un tilpuma vienībā, veido no šūnām (fig. 10) vai šūnu bateriju paralēlā slēguma blokiem (20), starp tiem novietojot nodalošās plēves vai loksnes (1). No abām pusēm atbilstoši sakārtoto paketi noslēdz ar plēvēm vai loksnēm (1), visus elementus un nodalošās/nosedzošās plēves vai loksnes sastiprina, elementu rāmjus un plēves vai loksnes sametinot vai salīmējot blokā (21) ar jebkuru piemērotu/izdevīgu metodi. Nepieciešamības gadījumā, lai piedotu vajadzīgās īpašības, uzformē speciālu slāni (7). Šajā slānī nepieciešamības gadījumā var ieslēgt elektrodu kontaktizvadus/kolektorus (8, 9) un to savienojuma vietas. Šādi var veidot augstas energoietilpības akumulatorus un dažādus šūnu bateriju slēgumus ar neierobežotu energoietilpību un spriegumu. Nepieciešamības gadījumā tos var pielietot kā kompaktu un drošu strāvas avotu.
4. Piemers
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvie un negatīvie oglekļa elektrodi (6, 2), (fig. 3) sastāv no oglekļa-grafīta garšķiedras kartona, voiloka vai trikotāžas, vai austa materiāla. Var tikt izmantots oglekļa garšķiedras materiāls vienā vai vairākos slāņos. Pie tam slāņos var tikt pielietots vienādas struktūras materiāls vai, ja tas ir nepieciešams, dažādu struktūru materiāli: kartons, voiloks vai trikotāža, vai austs materiāls.
Elektroda materiāls pa perimetru(ll) iestrādāts rāmī (10). Nepieciešamā vietā caur rāmja materiālu izvadīti (11) oglekļa-grafīta garšķiedras elektrodu kontaktizvadi/kolektori (8, 9). Oglekļa garšķiedras materiāls satur grafīta un nepieciešamo metālu ķīmiskus vai mehāniskus savienojumus.
5. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā un negatīvā oglekļa elektroda (6, 2), (fig. 4) aktīvās vielas kompozīciju veido divi dažādu struktūru materiāli: augsti grafitizēts oglekļa komponents (12) un oglekļa -grafīta garšķiedras komponents (13). Augsti grafitizēts oglekļa komponents (12) neregulāri iestrādāts oglekļa šķiedras (13) voilokā vai kartonā. Elektrodu (6, 2) oglekļa-grafīta garšķiedras komponents pa perimetru iestrādāts (11) rāmjos. Oglekļa-grafīta garšķiedras materiāls noteiktā vietā (11) izvadīts caur rāmja materiālu un ārpus rāmja (10) veido elektrodu kontaktizvadus/kolektorus (8, 9).
Abi oglekļa aktīvās vielas komponenti, kā ari elektrodu kontaktizvadis/kolektori satur grafīta un metālu ķīmiskus vai mehāniskus savienojumus.
6. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā un negatīvā oglekļa elektroda aktīvās vielas kompozīciju veido divi dažādu struktūru materiāli; augsti grafitizēts komponents (12) un oglekļa-grafīta garšķiedras komponents (13) (fig. 5). Augsti grafitizētais oglekļa komponents (12) izvietots slānī starp oglekļa-grafīta garšķiedras (13) komponenta slāņiem. Kā oglekļa-grafīta garšķiedras komponentu var izmantot dažādu struktūru materiālus; voiloku, kartonu vai trikotāžu, vai austu materiālu, kā arī to kompozīcijas. Elektrodu augsti grafitizētā oglekļa komponenta (12) slāņu skaitu nosaka nepieciešamās akumulatora īpašības. Elektrodu (6, 2) garšķiedras komponents pa perimetru iestrādāts (11) rāmī (10). Caur rāmja materiālu nepieciešamajās vietās (11) izvadīti elektrodu kontaktizvadi/kolektori (9, 8).
Abi oglekļa aktīvās vielas komponenti satur grafīta un nepieciešamo metālu ķīmiskus vai mehāniskus savienojumus.
7. Piemers
Augstas energoietilpības akumulatora oglekļa negatīvā elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir litijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Lix C6, kur x=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no 4 līdz 9 masas %.
8. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora negatīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir nātrijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Nax Cg, kur x=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no lOlīdz 19 masas %.
9. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora negatīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafītā un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir kālijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Κχ Cs, kur x=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no 12 līdz 28 masas %.
10. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora negatīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir magnijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Mgx C9, kur x=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no 8 līdz 17 masas %.
11. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora negatīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir kalcijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Cax C9, kur x=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no 13 līdz 27 masas %.
12. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora negatīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, saskaņā ar 4., 5. un 6. piemēru, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu ar metālu, kas ir alumīnijs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Α1χ C9, kur X=l. Metāla daudzums negatīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā ir no 10 līdz 20 masas %.
13. Piemers
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, kas ir aprakstīta 4., 5. un 6. piemērā, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu, kur metāls ir dzelzs. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Fex Ci6Any, kur x=l, bet y=x. Ζμ^Ζαπ, kur ZMeir savienojumā esošā metāla oksidācijas pakāpe, ΖΑη-anjona lādiņa lielums. Metāla daudzums pozitīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā pie nosacītas metāla oksidācijas pakāpes Zmc =0, var būt no 10 līdz 22 masas %.
14. Piemers
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, kas ir aprakstīta 4., 5. un 6. piemērā, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu, kur metāls ir hroms. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Crx Ci6Any, kur x=l, bet y=x. ZMe/ZAn, kur ZMeir savienojumā esošā metāla oksidācijas pakāpe, ΖΑη-anjona lādiņa lielums. Metāla daudzums pozitīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā pie nosacītas metāla oksidācijas pakāpes ZMe=0, var būt no 8 līdz 21 masas %.
15. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, kas ir aprakstīta 4., 5. un 6. piemērā, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu, kur metāls ir mangāns. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Μηχ CisAny, kur x=l, bet y=x. ZMe/ZAn, kur ZMeir savienojumā esošā metāla oksidācijas pakāpe, ZAn-anjona lādiņu lielums. Metāla daudzums pozitīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā pie nosacītas metāla oksidācijas pakāpes ZMe=0, var būt no 8 līdz 21 masas %.
16. Piemērs
Augstas energoietilpības akumulatora pozitīvā oglekļa elektroda aktīvā viela, kas ir aprakstīta 4., 5. un 6. piemērā, satur grafīta un metāla ķīmisku vai mehānisku savienojumu, kur metāls ir niķelis. Oglekļa un metāla molu attiecības aktīvajā vielā nosaka formula Nix Ci6Any, kur x=l, bet y=x. ZMe/ZAn, kur ZMeir savienojumā esošā metāla oksidācijas pakāpe, ΖΑη-anjona lādiņu lielums. Metāla daudzums pozitīvā oglekļa elektroda aktīvajā vielā pie nosacītas metāla oksidācijas pakāpes ZMe=0, var būt no 10 līdz 22 masas %.
17. Piemers
Augstas energoietilpības akumulatora (fig.l., 2.) elektrolīts, kas ir pielietots 1.,
1. un 3. un 17.piemērā, sastāv no trīs slāņiem:
-negatīvā elektroda telpas elektrolīta slāņa (2, 3) kompozīcijas;
-pozitīvā elektroda telpas elektrolīta slāņa (5, 6) kompozīcijas; -plēves/membrānas elektrolīta (4) kompozīcijas.
Negatīvā elektroda telpas elektrolīta slāņa kompozīcijai ir šāds sastāvs: -polietilēnpoliamīns {amīnu grupas metilētas tā, lai no to kopskaita trešējie amīni būtu no 20 līdz 80 %, četraizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 10 līdz 80%, trīsaizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 0 līdz 20%}-trietilamīns-trimetilammsno 40 līdz 80%; no 20 līdz 50%; no 0 līdz 40%;
-mērķa piedeva elektroda aktīvajā vielā esošā metāla sāls (hlorīds, fluorīds) no 0 līdz piesātinājumam.
Plēves/ membrānas elektrolīta kompozīcija sastāv no:
-polietilēnpoliamīna {no 10 līdz 80 % amīnu grupas ir savstarpēji sašūtas ar metilēna grupām vai citādi un tās metilētas tā, lai no to kopskaita trešējo amīnu būtu no 20 līdz 80 %, četraizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 20 līdz 80 %, trīsaizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 0 līdz 20 %} -no 50 līdz 90 %;
-Ν, N1- tetrametilēnamīna - no 5 līdz 45 %;
-trmetilamīna- no 0 līdz 20 %;
-mērķa piedevas (metāla sāls - AlCb un/vai citas) - no 0 līdz piesātinājumam.
18. Piemērs.
Augstas energoietilpības akumulatora elektrolīta, kas ir aprakstīts 17.. piemērā, pozitīvā elektroda telpas elektrolīta slāņa kompozīcija sastāv no:
-polietilēnpoliamīna {amīnu grupas metilētas tā, lai no to kopskaita trešējie amīni būtu 5 līdz 80 %, četraizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 5 līdz 90 %, trīsaizvietotā amonija sāls (hlorīds, fluorīds) būtu no 0 līdz 20 %} -trietilamīna -trimetilammano 40 līdz 80 %;
no 0 līdz 50 %;
no 0 līdz 40 %;
-mērķa piedevas {elektroda aktīvajā vielā esošā metāla sāls (hlorīds, fluorīds) un/vai citas} - no 0 līdz piesātinājumam.
Izmantojot šajā izgudrojumā aprakstītos piemērus, var veidot praktiski jebkura izmēra un energoietilpības akumulatorus, to šūnu batareju dažādus slēgumus, kuru īpatnējā energoietilpība būs no 100 līdz 150 W. h/kg. Rūpīgi un kvalitatīvi izstrādājot izgatavošanas tehnoloģiju un izmantojot izdevīgākos variantus, var palielināt īpatnējo energoietilpību pat līdz 200 - 300 W. h/kg. Akumulatora baterijas spriegums, ja pielietots virknes slēgums, teorētiski var būt neierobežots. Spriegums starp vienas šūnas elektrodiem var būt no 1,5 - 2 V līdz 4 -5 V.
Šādus augstas energoietilpības akumulatorus ar labām sekmēm iespējams pielietot transportā, elektriskās un elektroniskās iekārtās un sadzīvē.
Atkarībā no izvēles, akumulatori var būt cilvēkam un apkārtējai videi pilnīgi nekaitīgi.

Claims (16)

  1. Izgudrojuma formula
    1. Augstas energoietilpības akumulators, kas satur pozitīvo un negatīvo elektrodus, kuru aktīvā viela ir metāla un oglekļa, kas var būt garšķiedras ogleklis, ķīmisks savienojums, kuri kopā ar elektrolītu un ar starp elektrodiem novietoto separatoru ieslēgti attiecībā pret elektrodiem un elektrolītu inerta termoplastiska materiāla plēvēs vai loksnēs un kuri pa perimetru ir iestrādāti rāmjos, kas speciālā zonā savā starpā ir sastiprināti, pie kam speciāli elektrodu kontaktizvadi ir izvadīti caur sastiprināšanas zonu, atšķiras ar to, ka:
    - metāli ir cieši fiksēti elektrodu aktīvajā vielā, neļaujot metāliem vai to joniem uzlādēs /izlādes procesā pārvietoties no elektrodu materiāliem uz elektrolītiem un otrādi, tā paaugstinot akumulatora darba stabilitāti;
    - starp elektrodiem izvietoti viens vai divi vienāda vai dažāda materiāla separatori un plēves /membrānas elektrolīts, kas atbilstoši ir piesūcināti ar dažādu sastāvu elektrolītu kompozīcijām, saturošām anjonu apmaiņas polimērmateriālus, izveidojot trīs elektrolītu kompozīciju slāņus;
    - elektrodi katrs atsevišķi un separatori kopā ar plēves /membrānas elektrolītu pa perimetru ieslēgti rāmjos, kas veido akumulatora četru virsmu pārsegumu, pie tam elektrodu rāmji vai to daļas var būt elektrovadoši, bet separatoru un plēves /membrānas elektrolīta rāmis ir elektroizolējošs;
    - akumulatora galos elementi kopā ar elektrolītiem ir nosegti un noteiktās vietās akumulatora tilpumā atdalīti ar attiecībā pret elektrodiem un elektrolītiem inerta termoplastiska vai cita piemērota materiāla plēvēm vai loksnēm, rāmjus sametinot vai salīmējot ar jebkuru izdevīgu metodi, pie tiem piemetinot vai pielīmējot nosedzošās un atdalošās plēves vai loksnes un elektrodu aktīvās vielas izvadot caur rāmja materiālu, tādējādi elektrodu aktīvās vielas pilda arī kolektoru un strāvas izvadu funkcijas.
  2. 2. Akumulators pēc 1. punkta, raksturīgs ar to, ka pozitīvā un negatīvā elektroda aktīvā viela ir metālu un oglekļa garšķiedru komponenta ķīmisks vai mehānisks savienojums vai metālu un oglekļa garšķiedras un augsti grafitizēta oglekļa kompozītmateriāla ķīmisks vai mehānisks savienojums.
  3. 3. Akumulators pēc 2. punkta, raksturīgs ar to, ka oglekļa garšķiedru komponents var būt voiloks vai kartons, vai austs materiāls, vai trikotāža.
  4. 4. Akumulators pēc 2. punkta, raksturīgs ar to, ka augsti grafitizētais oglekļa komponents ir iestrādāts oglekļa-grafīta garšķiedru voilokā vai kartonā, vai austajā materiālā, vai trikotāžā.
  5. 5. Akumulators pēc 2. punkta, raksturīgs ar to, ka augsti grafitizētais oglekļa komponents novietots slānī starp oglekļa-grafīta garšķiedru voiloku vai kartonu, vai austu materiālu, vai trikotāžu.
  6. 6. Akumulators pēc 2. punkta, raksturīgs ar to, ka oglekļa negatīvā elektroda aktīvās vielas - grafīta un metāla ķīmiskajā vai mehāniskajā savienojumā esošais metāls ir sārmu metāls, litijs vai sārmzemju metāls, vai magnijs, vai alumīnijs.
  7. 7. Akumulators pēc 6. punkta, raksturīgs ar to, ka sārmu metāls ir nātrijs.
  8. 8. Akumulators pēc 6. punkta, raksturīgs ar to, ka sārmu metāls ir kālijs.
  9. 9. Akumulators pēc 6. punkta, raksturīgs ar to, ka sārmzemju metāls ir kalcijs.
  10. 10. Akumulators pēc 2 punkta, raksturīgs ar to, ka oglekļa pozitīvais elektrods kā aktīvo vielu satur grafīta un pārejas grupas metālu ķīmisku vai mehānisku savienojumu, kurā metāls ir augstākās oksidēšanās pakāpēs un tā var būt +3 un augstāka.
  11. 11. Akumulators pēc 10. punkta, raksturīgs arto, ka pārejas metāls ir hroms.
  12. 12. Akumulators pēc 10. punkta, raksturīgs ar to, ka pārejas metāls ir mangāns.
  13. 13. Akumulators pēc 10. punkta, raksturīgs arto, ka pārejas metāls ir dzelzs.
  14. 14. Akumulators pēc 1. punkta, raksturīgs ar to, ka starp separatoriem, kas ir inerti attiecībā pret elektrodiem un elektolītiem, izvietots plēves/membrānas elektrolīts, kas kopā ar separatoriem atdala elektrodus, kā arī separatori atdala elektrodus no plēves/membrānas elektrolīta.
  15. 15. Akumulators pēc 1. punkta, raksturīgs ar to, ka elektrolīts sastāv no trim atšķirīgām kompozīcijām:
    -pozitīvā elektroda telpas elektrolīta kompozīcijas; -negatīvā elektroda telpas elektrolīta kompozīcijas; -plēves/membrānas elektrolīta kompozīcijas, pie tam visām trim elektrolītu kompozīcijām ir tuva selektīva anjonu elektrovadītspēja un plēves/membrānas elektrolīts, norobežojot pozitīvā elektroda telpas elektolīta kompazīciju no negatīvā elektroda telpas elektrolīta kompozīcijas, neļaujot tiem sajaukties un izmainīt nepieciešamās īpašības, kā rezultātā elektrolītu kompozīciju sastāvdaļas nepiedalās akumulatora uzlādes/izlādes procesos, bet nodrošina paredzēto elektrovadītspēju, nepieciešamās elektrolītu kompozīciju īpašības un elektrodu īpašības.
  16. 16. Akumulators pēc 15. punkta, raksturīgs arto, ka visu trīs atšķirīgo elektrolītu kompozīciju sastāvā ietilpst:
    -amīni un/vai tos saturoši polimēri;
    -aizvietotie amonija sāļi un/vai tos saturoši polimēri;
    -metālu sāļi un citas mērķa piedevas, lai maksimāli fiksētu elektrodu aktīvajā vielā - grafīta un metālu ķīmiskajā vai mehāniskajā savienojumā - esošos metālus pašā aktīvajā vielā; fiksētu elektrolītā esošos katjonus un to veidotos kompleksos anjonus, maksimāli palielinātu un tuvinātu visās trijās elektrolītu kompozīcijās esošo anjonu selektīvo elektrovadītspēju un nodrošinātu elektrolītu kompozīciju nepieciešamās mehāniskās īpašības.
LVP-96-450A 1996-12-05 1996-12-05 Augstas energoietilpības akumulatori LV12081B (lv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-96-450A LV12081B (lv) 1996-12-05 1996-12-05 Augstas energoietilpības akumulatori
PCT/LV1997/000001 WO1998025319A1 (en) 1996-12-05 1997-03-07 High power capacity accumulators
KR1019980706018A KR19990082289A (ko) 1996-12-05 1997-03-07 고전력용량 어큐뮬레이터
AU18138/97A AU1813897A (en) 1996-12-05 1997-03-07 High power capacity accumulators
JP10525471A JP2000504484A (ja) 1996-12-05 1997-03-07 高電力容量アキュムレータ
CA002248286A CA2248286A1 (en) 1996-12-05 1997-03-07 High power capacity accumulators
CN97192091A CN1210626A (zh) 1996-12-05 1997-03-07 大容量的蓄电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LVP-96-450A LV12081B (lv) 1996-12-05 1996-12-05 Augstas energoietilpības akumulatori

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LV12081A LV12081A (lv) 1998-06-20
LV12081B true LV12081B (lv) 1999-03-20

Family

ID=19736237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LVP-96-450A LV12081B (lv) 1996-12-05 1996-12-05 Augstas energoietilpības akumulatori

Country Status (7)

Country Link
JP (1) JP2000504484A (lv)
KR (1) KR19990082289A (lv)
CN (1) CN1210626A (lv)
AU (1) AU1813897A (lv)
CA (1) CA2248286A1 (lv)
LV (1) LV12081B (lv)
WO (1) WO1998025319A1 (lv)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9231271B2 (en) * 2012-02-28 2016-01-05 Amperex Technology Limited Merged battery cell with interleaved electrodes
JP6936670B2 (ja) * 2017-09-14 2021-09-22 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池用セパレータ

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1121304B (it) * 1978-05-31 1986-04-02 Dunlop Australia Ltd Perfezionamenti apportati alle batterie a piu'elementi
FR2500960A1 (fr) * 1981-02-27 1982-09-03 Michelin & Cie Dispositif electrochimique comportant au moins deux elements reunis en serie electrique
JPH01130470A (ja) * 1987-11-16 1989-05-23 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 電気化学素子
JPH0529019A (ja) * 1991-07-18 1993-02-05 Yuasa Corp リチウム二次電池
JP3099838B2 (ja) * 1991-08-21 2000-10-16 株式会社ユアサコーポレーション 二次電池
US5487958A (en) * 1993-12-06 1996-01-30 Tura; Drew Interlocking frame system for lithium-polymer battery construction
IT1278106B1 (it) * 1995-06-16 1997-11-17 Consiglio Nazionale Ricerche Accumulatori al litio-ione nei quali si utilizza come anodo un materiale elettrodico carboniso.

Also Published As

Publication number Publication date
CA2248286A1 (en) 1998-06-11
AU1813897A (en) 1998-06-29
LV12081A (lv) 1998-06-20
KR19990082289A (ko) 1999-11-25
CN1210626A (zh) 1999-03-10
WO1998025319A1 (en) 1998-06-11
JP2000504484A (ja) 2000-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5510458B2 (ja) 電池
US6291098B1 (en) Thin type cell having superior air-tightness and mechanical strength
EP2485317B1 (en) Battery and energy system
JP5830953B2 (ja) 二次電池、バッテリユニットおよびバッテリモジュール
US8067112B2 (en) Stacked lithium secondary battery and its fabrication utilizing a folded configuration
CA1215110A (en) Multicell electric storage batteries
JP4199460B2 (ja) 角形密閉式電池
US20130101878A1 (en) Battery comprising cuboid cells which contain a bipolar electrode
US7754379B2 (en) Secondary battery
US20110200855A1 (en) Secondary battery; solar power generation system, wind power generation system, and vehicle provided therwith; and method for fabrication of a secondary battery
US20100173190A1 (en) Battery cell and power supply
KR20200068019A (ko) 복합 배터리 셀
WO2005018038A2 (en) Rechargeable bipolar high power electrochemical device with reduced monitoring requirement
US20040072078A1 (en) Stacked battery, assembled battery and vehicle
CN105990598A (zh) 蓄电元件
KR20180069746A (ko) 배터리 셀 시스템용 파우치 필름
KR20190058428A (ko) 밀폐형 이차 전지
JP4948109B2 (ja) 蓄電素子
JP3711962B2 (ja) 薄型電池
US11189889B2 (en) Rechargeable battery
LV12081B (lv) Augstas energoietilpības akumulatori
KR101526513B1 (ko) 권취형 이차전지 전극 조립체가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 일체형 이차전지
JP2005166353A (ja) 二次電池、組電池、複合組電池、車輌、及び、二次電池の製造方法
US20050237031A1 (en) Power supply, charging apparatus, and charging system
CN112103572A (zh) 基于复合材料电极的复合动力固态储能电芯