NL1014738C2 - Metaal-luchtcel. - Google Patents

Description

Metaal-luchtcel Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een elektrochemische cel. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een metaal-luchtcel met een veer om te controleren of de cel zich in een geopend systeem of in een 5 gesloten systeem bevindt.

Beschrijving van de stand der techniek

Elektrochemische cellen, zoals metaal-luchtcellen omvatten een voor lucht permeabele kathode en een metallische 10 anode die van elkaar zijn gescheiden door een waterige elektrolyt. Tijdens ontlading van een metaal-luchtcel, zoals een zink-luchtcel, wordt zuurstof uit de omgevingslucht omgezet bij de kathode in hydroxide, zink wordt geoxideerd bij de anode door de hydroxide, en vervolgens worden water en elek-15 tronen vrijgelaten waardoor elektrische energie wordt verschaft .

Om een metaal-luchtcel te laten werken is het daarom noodzakelijk om een toevoer van zuurstof (lucht) naar de kathode van de cellen te verschaffen. Verschillende structuren 20 van de metaal-luchtcellen zijn gebruikt. Bijvoorbeeld beschrijft US-octrooi 5.362.577, op naam van Pendicini, een me-taal-luchtcel met een behuizing welke een veelvoud aan ope-ningen omvat voor het blootstellen van de kathode van de me-taal-luchtcel aan de atmosfeer waardoor lucht voor reactie 25 naar de kathode kan worden gevoerd.

De kathode staat echter continu bloot aan lucht, zelfs wanneer de metaal-luchtcel niet in gebruik is. Hierdoor wordt een ontlading van de metaal-luchtcel verkregen, wat leidt tot een lekstroom en een vermindering van de werking en 30 levensduur van de cel.

Samenvatting van de uitvinding

Gezien de hierboven genoemde nadelen is het een doel van de onderhavige uitvinding om een metaal-luchtcel te ver-35 schaffen, welke een veer en een o-ring omvat. Door deze inno- 1014738 2 vatieve verbetering van de metaal-luchtcel volgens de onderhavige uitvinding wordt een regelbare luchttoevoer gevormd om te controleren of de cel zich in een geopend systeem of in een gesloten systeem bevindt.

5 Het hiervoor genoemde doel wordt verkregen door het verschaffen van een metaal-luchtcel, welke is voorzien van een anode/elektrolyt en een kathode met een separator die zich daartussen bevindt, welke cel omvat: een houder met een bovenste inwendig oppervlak en een onderste inwendig opper-10 vlak voor het behuizen van de anode/elektrolyt en de kathode; een veer welke is geplaatst op het bovenste inwendige oppervlak; een bekleding welke op elektrisch geleidende wijze is verbonden met de kathode en welke ten minste één uitholling heeft; ten minste één o-ring welke is geplaatst op het onder-15 ste inwendige oppervlak, en welke is gericht naar de ten minste ene uitholling; waarbij de veer is samengedrukt wanneer een van tevoren bepaalde kracht wordt uitgeoefend zodat de ten minste ene o-ring en de ten minste ene uitholling van elkaar zijn gescheiden, waardoor een invoer wordt gevormd om 20 lucht toe te voeren voor de elektrochemische reactie, en de veer is geëxpandeerd wanneer de van tevoren bepaalde kracht wordt verwijderd zodat de ten minste ene o-ring wordt ingevoegd in de ten minste ene uitholling om toevoer van lucht te voorkomen.

25 Verder kan in de metaal-luchtcel volgens de onderha vige uitvinding de van tevoren bepaalde kracht worden uitgeoefend door een celhouder.

Bovendien kan in de metaal-luchtcel volgens de onderhavige uitvinding de houder een bus-vormige houder zijn.

30 Ook kan de metaal-luchtcel volgens de onderhavige uitvinding verder een voor gas doorlaatbaar membraan omvatten die is geplaatst om de kathode en langs de inwendige zijwanden van de houder om te voorkomen dat vocht en kooldioxide de cel binnendringen. Bovendien kan de voor gas permeabele mem-35 braan een hydrofoob materiaal omvatten.

De anode is bij voorkeur van zink en de kathode bestaat uit een katalysator zoals mangaandioxide.

,1014738 3

Korte beschrijving van de tekeningen

De voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt hierna beschreven onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen.

5 Fig. 1 toont een dwarsdoorsnede-zijaanzicht van de metaal-luchtcel van de voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding indien deze niet in gebruik is.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede-zijaanzicht van een celhouder welke geschikt is voor de metaal-luchtcel van de 10 voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding.

Fig. 3 is een dwarsdoorsnede-zijaanzicht van de metaal -luchtcel welke zich in de celhouder bevindt zoals getoond in Fig. 2.

15 Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

Onder verwijzing naar Fig. 1 en Fig. 3 tonen de tekeningen een metaal-luchtcel volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, welke bestaat uit een anode/-elektrolyt 12 en een luchtkathode 16 met een separator 14 20 daartussenin geplaatst. De metaal-luchtcel kan bijvoorbeeld een zink-luchtcel zijn.

Een houder 30 met een bovenste inwendig oppervlak US en een onderste inwendig oppervlak LS is voorzien voor het behuizen van de suspensie-anode/elektrolyt 12 en de luchtka-25 thode 16 bestaande uit katalysator en koolstof. In deze uitvoeringsvorm is de houder 30 bus-vormig; het zal echter duidelijk zijn dat andere vormen ook kunnen worden gebruikt. Een buigzame veer 24 is aangebracht aan het bovenste inwendige oppervlak US, tussen een metalen bekleding 22 en een anodebe-30 kleding 26. Een kunststof verzegeling 20, bij voorkeur polyester, is gehecht aan de anode/elektrolyt 12 en de luchtkathode 16. Een elektronische geleider 10 is gevormd in het centrale deel van de houder 30, tussen de metalen bekleding 22 en de epoxybekleding 36, voor het verzamelen van de 35 stroom.

Een elektronische geleider 38 is gevormd langs de epoxyverzegeling 36 en strekt zich uit langs het buitenste oppervlak van de luchtkathode 16 om elektrisch te zijn ver- 4 bonden met de kathode 16, en verzamelt de stroom. Een katho-debekleding 40, met een cirkelvormige uitholling 42 zoals weergegeven in Fig. 3 en een punt 43, is verbonden met de elektronische geleider 38. Bij voorkeur omvat een voor gas 5 doorlaatbaar membraan 18 een hydrofoob materiaal zoals een polymeermateriaal dat is geplaatst rond de luchtkathode 16, tussen de inwendige zijwanden van de houder 30 en de lucht-kathode 16, waardoor wordt voorkomen dat elektrolyt weglekt en/of vocht weg wordt gevoerd uit de cel. Een o-ring 28 is 10 aangebracht op het onderste inwendige oppervlak LS, waarbij de o-ring is uitgelijnd met en is gericht naar de uitholling 42. Een neutrale bekleding 32 en een metalen krimplabel 34 zijn gevormd om de metaal-luchtcel te beschermen tegen kortsluiting en uitwendige vernielingen, respectievelijk.

15 Fig. 2 toont een celhouder 50 welke geschikt is om te communiceren met een extern circuit, omvattende een hou-derveer 52 en een drager 54. In deze uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de drager 54 gebruikt om een van tevoren bepaalde kracht uit te oefenen op de punt 43 wanneer de metaal-20 luchtcel in de celhouder 50 is geplaatst. Het zal echter duidelijk zijn dat deze van tevoren bepaalde kracht van andere bronnen afkomstig kan zijn.

Wanneer de metaal-luchtcel niet in gebruik is, zoals weergegeven in Fig. 1, is de veer 24 geëxpandeerd zodat de o-25 ring 28 is ingevoegd in de cirkelvormige uitholling 42, waardoor de doorgang van lucht wordt voorkomen. In dit gesloten systeem is de kathode niet blootgesteld aan lucht en daardoor wordt de gasoverdracht stop gezet.

Wanneer de metaal-luchtcel is geplaatst in de cel-30 houder 50 wordt de van tevoren bepaalde kracht uitgeoefend door de drager 54 van de celhouder 50 op de punt 43 van de metaal-luchtcel. Hierdoor wordt de veer 24 samengedrukt zodat de o-ring 28 en de uitholling 42 van elkaar zijn gescheiden, waardoor de inlaat 60 wordt gevormd. In dit open systeem 35 wordt lucht toegevoerd door de inlaat 60 naar de luchtkathode 16, waardoor een elektrochemische reactie kan worden gestart die elektronische energie verschaft.

1014738 5

Wanneer de metaal-luchtcel wordt verwijderd uit de celhouder 50, zal de veer 24 weer expanderen zodat de o-ring 28 opnieuw wordt ingevoegd in de uitholling 42 waardoor lucht wordt tegengehouden en waardoor de gasoverdracht stopt.

5 Volgens de metaal-luchtcel volgens de onderhavige uitvinding worden ten minste één cirkelvormige uitholling en een overeenkomstige o-ring verschaft. Het zal echter duidelijk zijn dat meer dan één uitholling en o-ring kan worden gebruikt. Het invoegen en het verwijderen van de ten minste 10 ene o-ring in de overeenkomstige ten minste ene cirkelvormige uitholling sluit en opent de luchtinlaat 60, waardoor wordt geregeld of het systeem geopend of gesloten is. Hierdoor kan de levensduur en de werking van de metaal-luchtcel worden verbeterd.

15 Hoewel de uitvinding die hiervoor is beschreven on der verwijzing naar verschillende illustratieve uitvoeringsvormen dient de beschrijving niet te worden opgevat in een beperkende zin. Verschillende aanpassingen van de weergegeven uitvoeringsvormen, evenals andere uitvoeringsvormen van de 20 uitvinding zullen duidelijk zijn aan de deskundige in de techniek na het lezen van deze beschrijving. De bijgaande conclusies beschermen al dergelijke aanpassingen of uitvoeringsvormen indien zij vallen binnen het bereik van de uitvinding zoals gedefinieerd door deze conclusies.

Ί 0 14 7 3 8

Claims (6)

1. Metaal-luchtcel met een anode/elektrolyt en een kathode met een separator daartussenin geplaatst, waarbij de cel omvat: een houder met een bovenste inwendig oppervlak en 5 een onderste inwendig oppervlak voor het behuizen van de ano-de/elektroyt en de kathode; een veer welke is aangebracht op het bovenste inwendige oppervlak; een bekleding welke elektrisch is verbonden met de 10 kathode en die ten minste één uitholling omvat; ten minste één o-ring aangebracht op het onderste inwendige oppervlak dat is gericht naar de ten minste ene uitholling; waarbij de veer is samengedrukt wanneer een van te-15 voren bepaalde kracht wordt uitgeoefend zodat de ten minste ene o-ring en de ten minste ene uitholling van elkaar zijn gescheiden, waardoor een inlaat wordt gevormd om lucht voor de elektrochemische reactie toe te laten; en de veer is geëxpandeerd wanneer de van tevoren be-20 paalde kracht is verwijderd zodat de ten minste ene o-ring is ingevoegd in de ten minste ene uitholling waardoor lucht wordt tegengehouden.

2. Metaal-luchtcel volgens conclusie 1, waarbij de van tevoren bepaalde kracht wordt uitgeoefend door een cel- 25 houder.

3. Metaal-luchtcel volgens conclusie 1, waarbij de houder een bus-vormige houder is.

4. Metaal-luchtcel volgens conclusie 1, verder omvattende een voor gas doorlaatbare membraan aangebracht rond 30 de kathode en langs de inwendige zijwanden van de houder om te voorkomen dat vocht de cel verlaat.

5. Metaal-luchtcel volgens conclusie 4, waarbij de voor gas doorlaatbare membraan een hydrofoob materiaal omvat.

6. Metaal-luchtcel volgens conclusie 1, waarbij de 35 anode bestaat uit zink. 1014738