NO142977B - Batteri. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et galvanisk batteri av den art som arbeider ved neddykking i en svak vannelektrolytt, såsom sjøvann, hvor batteriet er utstyrt med motstående endevegger og motstående sidevegger og omfatter et antall celler som er anbrakt mellom nevnte endevegger med hvert tilstøtende par celler atskilt av et sperresjikt av ikke-ledende materiale, hvor hvert sperresjikt er utstyrt med en katode på sin ene side og en anode på sin motsatte side for derved å frembringe en topolet elektrodeanordning som er utstyrt med et organ til elektrisk forbindelse av katoden med anoden, méd nevnte topolete elektrodeanordninger anordnet parallelt med hverandre og med de nevnte endevegger, og sperresjiktet i hver topolet elektrodeanordning er utstyrt med to motstående sidekanter som er ombøyet for å danne motsvarende flenser som løper stort sett i rett vinkel med sperresjiktet for øvrig, idet minst en remse, som er belagt med klebende materiale og som overlapper de nevnte endevegger og er fastklebet til disse, er fastklebet til de nevnte flenser ved minst den ene side av batteriet, og bare remsen(e)

og flensene danner batteriets ene og fortrinnsvis begge nevnte sidevegger.

Det foreligger en klasse batterier som anvender sink-, aluminium- eller magnesiumanoder og sølv-, kobber- eller bly-kloridkatoder og som aktiveres ved og funksjonerer neddykket i en svak, vanndig elektrolytt såsom sjøvann. Slike batterier er helt inaktive før de neddykkes. Batterier av denne type har vært anvendt i betydelige mengder i havvann. Utstyret som de er forbundet med er ofte av engangstype. Anvendelsestiden er dessuten ofte begrenset til noen få timer.

Hovedformålet for konstruktører av slike batterier har

vært å forenkle batterienes konstruksjonsmessige detaljer for å senke omkostningene både når det gjelder materialer som

anvendes i batteriene og når det gjelder arbeid for monteringen av dem.

I et antall kjente anordninger anvendes det bipolare plateformete delenheter. Med dette menes en delenhet som omfatter anoden i en første celle, katoden i en andre celle og en sperreplate som er ugjennomtrengelig for elektrolytt og som befinner seg mellom de to elektroder. Et antall slike bipolare plater sammenføyes med tilkoplingsanode og -katode i motstående ender, med sperreplatene godt forseglet til en beholder, noe som re-sulterer i et multicellebatteri. I mange bipolare delenheter er sperreplaten en metallplate som berører katoden på den ene side og anoden på den annen. Dette frembringer en elektrisk bane med meget lav elektrisk motstand mellom anoden og katoden i tilstøtende celler. Det frembringer en sterk understøttelse av både anode og katode. Men valget av metall er noe begrenset idet det må være elektrokjemisk forenelig med både anode og katode. Det må ikke angripes av elektrolytten, det må ikke passiveres ved berøring med elektrolytten, og det må unngå lokale innvirkningseffekter. Dessuten vil en metallsperreplate øke batterienhetens vekt sammenliknet med et batteri med ikke-metallisk sperreplate. Det er kjent bipolare plater hvortil det på den ene side er festet en støpt plastsperreplate. Et batteri bygges av slike delenheter enkelt ved å sementere en leppe på den ene plate til leppen på den neste. Men dyre former er nødvendig for støpingen av disse sperreplater. Dessuten er det en grense for hvor tynne de støpte deler kan fremstilles. Denne grense er ca. 0,5 mm eller mer.

Det er kjent enheter med en rekke bipolare delenheter hvor sperreplater rager ut av enhetene og dyppes i et egnet plastmateriale et kort tidsrom. Plastmaterialet danner bro over gapet fra sperreplate til sperreplate, og danner ved sammen-setting et hylster eller en batterikasse.

Fra britisk patentskrift 709.883 er det kjent et batteri hvor elektrolytten opptas i en absorberende plate mellom elek-trodeplatene i hver celle. Om sidekantene på den absorberende plate er flenser på sperresjikt brettet.

Batteriet ifølge oppfinnelsen er av en annen type med åpen elektrolyttgjennomstrømning i elektrolytthulrom i batteriet. Dette stiller spesielle krav til sperresjiktene og de ombøyde flenser.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et kompakt og lett batteri, hvor.monteringsarbeidet er minimalt.

Batteriet er kjennetegnet ved at det ikke-ledende materiale i nevnte sperresjikt er tilstrekkelig stivt til å være selvbærende og posisjonerende og via nevnte ombøyde flenser å holde iallfall sidekantene på de topolete elektrodeanordningene atskilte fra hverandre til dannelse av elektrodehulrom mellom anoden og katoden i hver celle.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et perspektivriss av batteriet ifølge oppfinnelsen . Fig. 2 viser et perspektivriss av en bipolar enhet i batteriet ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et tverrsnitt etter linjen 3-3 i fig. 2. Fig. 4 viser et oppriss av en andre utførelsesform av den bipolare enhet. Fig. 5 viser et tverrsnitt etter linjen 5-5 i fig. 1.

Fig. 6 viser et oppriss av en del av fig. 5.

Fig. 7 viser et tverrsnitt etter linjen 7-7 i fig. 1. Fig. 8 viser utladningsspenningen for et blyklorid-magnesiumbatteri ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 viser utladningsspenningen for et sølvklorid-magnesiumbatteri ifølge oppfinnelsen. Sjøvannsbatterier av den type som omfattes av den foreliggende oppfinnelse er enkeltutladningsanordninger som ofte anvendes i store mengder og således ventes å være så billige som mulig samtidig som de skal være pålitelige på alle måter. Batteriet ifølge oppfinnelsen er av denne type. Batteriene har vanligvis prismatisk form og rektangulære plater og sperreplater som løper vertikalt. Fig. 1 viser i perspektiv et komplett batteri 10 ifølge oppfinnelsen med en sidevegg 12a, et deksel 14 og en endevegg 16. Med en andre sidevegg 12b, en bunn 15 og en andre endevegg 18 er batteriets ytre fullstendig. Ifølge den utførelsesform som er vist i fig. 1 er endeveggene frémstilt av stive plast-plater, og sideveggene, dekslet og bunnen er dannet av én eller flere ribber klebende tape viklet om endeveggene og omslutter således batteriet.. I endeveggen 16 er det anordnet en øvre åpning 20 nær dekslet 14 og sideveggen 12a. En andre åpning 22 er anordnet nær batteriets bunn. Åpningene 2 0 og 22 sørger for inn- og utstrømning av elektrolytt, f.eks. sjøvann, til det elektrokjemisk aktive materiale i batteriet.

Fig. 2 og 3 viser en typisk bipolar elektrodedelenhet i batteriet ifølge oppfinnelsen. I figurene representerer henvisningstall 24a en sperreplate fremstilt av fleksibelt, ikke-ledende plastmateriale. I sjøvannselektrolyttbatterier kan ethvert vanntett materiale anvendes til sperreplatene, såsom polyetylen, polypropylen, polystyren etc. Men det har vist seg at polyetylentereftalat har bedre håndteringsegenskaper enn andre undersøkte materialer. For å spare plass i batteriet, eller med andre ord for å gjøre batteriet så lite som mulig, bør sperreplatene være tynne. Men de må være stive nok til å være selvbærende, og dette er en grense for hvor tynne sperreplatene kan være. Det har vist seg at polyetylentereftalat har den egenskap at det er stivt og på annen måte mer egnet enn andre plastmaterialer i tykkelsesområdet 0,05-0,25 mm.

En anode 3 0 er anbrakt på sperreplatens ene flate, og

en katode 32 er anbrakt på den motstående eller andre flate av sperreplaten.

Vanligvis er anodene, de negative elektroder, i sjøvanns-batterier metaller i form av magnesium, sink eller aluminium, mens det aktive materiale i katodene, de positive elektroder, er plater av kjemisk aktivt materiale i form av halogenider av metaller, såsom blyklorid, sølvklorid, kobberklorid etc. hvori det er innleiret en ledende metallduk eller annet ledende gitter. En festeanordning 43, i dette tilfelle en krampe, løper gjennom anoden, sperreplaten og katoden. Den bevirker både en elektrisk forbindelse mellom cellene fra anode til katode og festing av begge elektroder til sperreplaten, slik at den bipolare enhet dannes.

Andre former for forbindelser mellom cellene, som løper gjennom anoden, sperreplaten og katoden er nagler og metalliske klemmer. Også disse frembringer dei ovennevnte dobbelfunksjon. Alternativt kan en metallisk eller ledende plastribbe brettes over en av skilleplatens kanter og elektrodene koples til denne ved å presse batteriet sammen ved sluttmontering. Disse frembringer ikke støtten for det mekaniske koplingsstykke.

I andre former for bipolare elektroder hvor det anvendes en metallisk sperreplate vil den elektriske ledningsevne for koplingsstykket mellom anoden og katoden være mange ganger større enn for festeanordningene som anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse. Men idet anordningen ifølge oppfinnelsen bare anvendes ved forholdsvis lave utladningshastigheter, har de ovennevnte festeanordninger vist seg å være tilfredsstillende. Åpninger for overføring av elektrolytt, såsom de som er vist ved 21 og 23, gjør delenheten komplett.

Det har vist seg at når batterier, hvori det anvendes festeanordninger, såsom nagler eller kramper, som forbindelse mellom cellene gjennom anoden, sperreplaten og katoden, ut-lades, særlig ved utladning med lang varighet, reduseres katodematerialene elektrokjemisk og opptar mindre volum. Dette minsker kontaktens tetthet og kan bevirke at batteriets egenskaper blir dårligere. Det har derfor vist seg fordelaktig i batterier som er bygget for utladninger med lang varighet (f.eks. åtte timer eller mer) å la en del av katodegitterkon-struksjonen være uten det aktive katodemateriale og å sørge for elektrisk kontakt til det bare gitter. En slik enhet er vist i fig. 4 som viser et bart hjørne" 33 av katoden 32 hvori-gjennom det løper en ribbe 4 6a.

Fig. 5 viser et horisontalt snitt gjennom batteriet i fig. 1 etter linjen 5-5. Dette batteri omfatter 4 celler. Men oppfinnelsen er blitt anvendt med fordel i batterier med opptil 16 celler. Batteriets indre er oppdelt i fire cellekamre ved hjelp av sperreplater 24a, 24b og 24c. Hver sperreplate er anbrakt mellom hvert tilstøtende par av celler i batteriet,

idet hver sperreplate med fastspente elektroder danner den bipolare elektrodedelenhet. På endeveggens 16 innerside er det festet en anode 30, og på endeveggen 18 på tilsvarende måte en katode 32 og slik at batteriets første og fjerde celle blir komplett. Elektrolyttrom 34a, 34b, 34c og 34d er anordnet mellom anoden og katoden i hver celle.

Elektrolyttrommet 34 opprettholdes ved hjelp av plate-skilleanordninger. Ved utførelsesformen ifølge fig. 5 omfatter plateskilleanordningene plastavstandsstykker 3 6 som er festet til en av elektrodene, fortrinnsvis anoden. Alternativt kan plateformete materialer såsom ikke-vevete materialer anvendes for å holde platene atskilt. I fig. 7 løper et koplingsstykke 40, i dette tilfelle en nagle, som er elektrisk koplet til anoden opptil endeveggen 16, gjennom endeveggen 16 og er dessuten koplet til en tilkoplingsledning 42. En tilsvarende løs-ning frembringer forbindelse fra katoden som er festet til endeveggen 18 til en tilkoplingsledning 44.

I sjøvannsbatterier av den type den foreliggende oppfinnelse vedrører, foregår det en naturlig sirkulasjon av elektrolytt fra bunnen til øverst i hver celle. Sirkulasjonen skyldes en kombinasjon av temperaturforskjeller, gassbobledannelse og økning av densitet som følge av dannelse av delvis løselige sluttprodukter. Sirkulasjonen av elektrolytt er nødvendig for å vaske ut sluttproduktene og for å tilføre frisk elektrolytt under utladningen. Dette er velkjent på området, og tallrike patenter er bevilget vedrørende løsninger med passasjer i celler og batterier. For å frembringe sirkulasjon i et batteri av typen ifølge den foreliggende oppfinnelse, er det nødvendig at batteriet arbeider i stort sett vertikal stilling. Dette kan sies å være en stilling hvor en første elektrolyttåpning befinner seg over en andre åpning. Batteriets orientering slik som vist i fig. 1 er den vanlige driftsstilling slik som vist ved plasseringen av den øvre åpning 20 og den nedre åpning 22. Sideveggene 12a og 12b (fig. 5) og endeveggene 16 og 18 (fig. 5) ligger i vertikalplan, og dekslet 14 og bunnen 15 (fig. 7) ligger i horisontalplan.

Sperreplatenes bredde er litt større enn endeveggenes bredde. Når batteriet monteres, brettes to motstående kanter av hver sperreplate over til dannelse av flenser. Det er ønske-lig at flensene ikke forstyrrer åpningene 21, 23 (fig. 2), og derfor er i den viste konstruksjon flensene utformet på de vertikale og ikke på de horisontale kanter på sperreplatene. Sideveggene 12a og 12b som er fremstilt av belagt tape er brettet om endeveggene 16 og 18 og berører ytterflatene av hver av flensene på sperreplatene. Flensenes flater danner en klebe-flate for den klebende tape og tjener til å anbringe og holde de bipolare enheter i forhold til batterienheten og å tette hvert cellekammer fra de tilstøtende celler. Fig. 6 viser en forstørrelse av det øvre hjørne av fig. 5. I fig. 6 betegner henvisningstall 25a en flens utformet på den vertikale kant av sperreplaten 24a, og henvisningstall 25b angir en flens som er utformet på den vertikale kant av sperreplaten 24b.

Fig. 7 viser et snitt etter linjen 7-7 i fig. 1. Anoden 30 og katoden 32 er litt kortere enn batteriets høyde slik at det dannes øvre passasjer 50a, 50b, 50c og 50d samt nedre passasjer 52a, 52b, 52c og 52d inne i batteriet. Den øvre passasje 50a løper fra sideveggen 12a til sideveggen 12b og er avgrenset av den første endevegg 16, den første sperreplate 24a og dekslet 14. Dessuten er den stadig åpen til elektrolyttrommet 34 i den første celle. Den nedre passasje 52a løper likeledes fra sideveggen 12a til sideveggen 12b og er avgrenset av bunnen 15,

den første endevegg 16 og den første sperreplate 24a. Den første nedre passasje er stadig åpen til elektrolyttrommet i den første celle. De øvre passasjer 50b, 50c og 50d og de nedre passasjer 52b, 52c og 52d er i sin tur avgrenset av sperreplatene, og den andre endevegg er forbundet med hver av de etterfølgende celler i batteriet. Passasjene er forbundet med hverandre og med utsiden ved hjelp av åpningene 20 og 21a, 21b og 21c.

Nagler 4 6a, 4 6b og 4 6c, fig. 7, har samme formål som koplingsstykke mellom cellene og festeanordning som krampen 43 i fig. 3. Fig. 7 viser andre konstruksjoner av batteriets deksel og bunn. Ifølge den første konstruksjon, som vist ved 14,

er en strimmel klebende tape anbrakt'over batteriets deksel eller bunn og presset nedad i berøring med de øvre eller nedre kanter av sperreplatene, sideveggene samt endeveggene i batteriet. Alternativt er batteriet som vist ved 15 dyppet i flytende plast eller varmt, smeltet materiale som deretter får størkne til dannelse av et fast materiale. En type egnet plast er epoksy-harpiks. En typisk, varm smelte kan være en blanding av voks, naturlige harpikser etc. som er kjent på området. Den andre av disse konstruksjoner er grovere enn den første.

Ved fr*emstillin<g>e<n> av de ovenfor beskrevne katoder har

det vist seg at støttegitter kan innleires i den valgte katode-blanding på slik måte at gitteret blottlegges på katodens ene overflate og i avstand fra den motstående flate. Når en slik katode anvendes i et batteri av den ovenfor angitte konstruksjon, har det vist seg at gitterets plassering i forhold til elektrolytten og sperreplateflensene er en viktig faktor når det gjelder å oppnå hurtig aktivering. Det har vist seg at batteriet vil aktiveres hurtigere ved neddykking dersom den katodeflate hvor gitteret er blottlagt er i direkte berøring med elektrolytten og vender bort fra sperreplaten.

Sperreplatenes flenser kan brettes enten mot anodesiden

av sperreplaten eller mcb katodesiden. Når katoden er tykk og

ujevn er det ikke noe problem med valg av retningen på bretten. Men dersom katoden er tynn og sprø er det ønskelig å brette flensen mot anoden. Ved denne praksis er det mindre sjanse for å brekke katodens kanter, noe som ville ha kunne ført til dår-lige egenskaper og eventuelt kortslutning av én eller flere celler.

I fig. 6 er flensen 25a vist brettet mot katoden 32. Flensen 2 5b er brettet mot anoden 3 0b.

Sjøvannsbatterier bygget ifølge den ovenfor beskrevne konstruksjon har vært helt vellykket ved utladning under for-søk og i praktisk bruk. Av spesiell interesse har batteriets evne til å motstå ekstreme påkjenninger fra omgivelsene, inklu-sive støt- og vibrasjonsforsøk vært.

Fig. 8 viser spenningen under utladning av et seksten-cellet blyklorid-magnesiumbatteri ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fra treminutterspunktet til slutten av utladningen var batteriet neddykket i en 3 prosentig saltløsning ved 3 0°C,

og belastningsmotstanden var 87 ohm.

Fig. 9 viser tilsvarende informasjon fremkommet ved utladning av et tretten-cellers sølvklorid-magnesiumbatteri under liknende betingelser.

Claims (8)

1. Galvanisk batteri av den art som arbeider ved neddykking i en svak vannelektrolytt, såsom sjøvann, hvor batteriet er utstyrt med motstående endevegger (16,18) og motstående sidevegger (12a,12b) og omfatter et antall celler som er anbrakt mellom nevnte endevegger (16,18) med hvert tilstøtende par celler atskilt av et sperresjikt (24) av ikke-ledende materiale, hvor hvert sperresjikt er utstyrt med en katode (32)

på sin ene side og en anode (3 0) på sin motsatte side for derved å frembringe en topolet elektrodeanordning som er utstyrt med et organ (43 eller 46) til elektrisk forbindelse av katoden med anoden, med nevnte topolete elektrodeanordninger anordnet parallelt med hverandre og med de nevnte endevegger (16,18), og sperresjiktet (24) i hver topolet elektrodeanordning er utstyrt med to motstående sidekanter som er ombøyet

for å danne motsvarende flenser (25) som løper stort sett i rett vinkel med sperresjiktet for øvrig, idet minst en remse, som er belagt med klebende materiale og som overlapper de nevnte endevegger og er fastklebet til disse, er fastklebet til de nevnte flenser ved minst den ene side av batteriet, og bare remsen(-e) og flensene danner batteriets ene og fortrinnsvis begge nevnte sidevegger (12a,12b), karakterisert ved

at det ikke-ledende materiale i nevnte sperresjikt (24)

er tilstrekkelig stivt til å være selvbærende og posisjonerende og via nevnte ombøyde flenser (25) å holde iallfall sidekantene på de topolete elektrodeanordningene atskilte fra hverandre til dannelse av elektrodehulrom (34) mellom anoden (30) og katoden (32) i hver celle.

2. Batteri i samsvar med krav 1, karakterisert ved

at nevnte sperresjikt (24) ytterligere er posisjonert og fastholdt ved hjelp av en øvre vegg (14), som dannes av bøyelig materiale med et belegg av klebende materiale anbrakt på samme,

idet det klebende materiale forsegler den øvre vegg til endeveggenes (16,18) topp-partier og til sideveggenes (12a,12b) topp-partier samt til sperresjiktenes (24) topp-partier, med topp-partiet av hvert sperresjikt ragende utenfor de elektroder som bæres av samme.

3. Batteri i samsvar med krav 1, karakterisert ved

at nevnte sperresjikt (24) ytterligere er posisjonert og fastholdt ved hjelp av en bunnvegg som dannes av et bøyelig materiale med et belegg av klebende materiale anbrakt på samme,

idet det klebende materiale forsegler bunnveggen til endeveggenes (16,18) bunnpartier og til sideveggenes (12a,12b) bunnpartier samt til sperresjiktenes (24) bunnpartier, med bunn-partiet av hvert sperresjikt ragende utenfor de elektroder som bæres av samme.

4. Batteri i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved

at nevnte sperresjikt (24) ytterligere er posisjonert

og fastholdt av en bunnvegg (15) som omfatter et stivt mate-

riale som er fastgjort til endeveggenes (16,18) bunnpartier og til sideveggenes (12a,12b) bunnpartier samt til sperresjiktets bunnpartier og tildekker hulrommene mellom endevegger, sperresjikt og sidevegger.

5. Batteri i samsvar med krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved

at nevnte sperresjikt (24) ytterligere er posisjonert og fastholdt av en øvre vegg som omfatter et stivt materiale som er fastgjort til endeveggenes (16,18) topp-partier og til sideveggenes (12a,12b) topp-partier samt til sperresjiktenes topp-partier og tildekker hulrommene mellom endevegger, sperresjikt og sidevegger.

6. Batteri i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved

at materialet i de nevnte sperresjikt (24) er et bøyelig materiale med en tykkelse på mellom 0,05 og 0,2 mm.

7. Batteri i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved

at nevnte sperresjikt (24) dannes av polyetylentereftalat.

8. Batteri i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved

at flensen på hver motstående sidekant på hvert sperresjikt vender i retning mot den anordning (30) som bæres av dette sperresjikt.