NO844397L - Luftekatodekonstruksjon. - Google Patents

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et primærbatteri, nærmere bestemt en luftkatodekonstruksjon for anvendelse i batteriet .

Den amerikanske regjering har rettigheter i oppfinnelsen

i overensstemmelse med kjøpsordre nr. 5513309 med The Continental Group, Inc. under kontrakt nr. W-7405-ENG-48 mellom California universitet og det amerikanske energidepartement.

Teknikkens stilling

I en kjent elektrokjemisk celle for anvendelse som primærbatteri føres vandig elektrolytt mellom en reaktiv metallanode og en luftkatode. Anoden er vanligvis dannet av et kjemisk og elektrokjemisk reaktivt metall, såsom litium og natrium. Slike elektrokjemiske celler er f.eks. beskrevet i US-patentskrifter 3.791.871, 4.001.043 og 4.269.907.

Det har vist seg at luftkatodekonstruksjoner, såsom de

som er utviklet for drivstoffceller, ikke kan tilpasses til anvendelse i slike elektrokjemiske celler idet de har vist seg å ha utilstrekkelig holdbarhet til å motstå at den blir nedbrutt av elektrolytten som strømmer tvers over katodeelementets elektro-lyttflate, og trykkubalanse som foreligger i katodekonstruksjonen under utladningen av den elektrokjemiske celle.

Som eksempel er det fra US-patentskrift 4.364.805 beskrevet en luftkatode hvor det anvendes luftgjennomblåsing ved trykk i området fra 0,14 til 1,05 kg/cm 2.

Fra US-patentskrift 4.269.907 er det kjent en elektrokjemisk celle hvor den reaktive metallanode er atskilt fra katoden ved hjelp av en ikke-ledende skillevegg.

US-patentskrift 3.438.815 vedrører en elektrokjemisk anord-ning hvor i det minste enten anoden eller katoden omfatter et udelt metallag i fysisk kontakt med et separat katalytisk lag. Det udelte porøse metallag er i kontakt med elektrolytten i cel-len når denne er i bruk.

Ifølge det ovennevnte US-patentskrift 4.269.907 er et ikke-ledende, porøst element anordnet mellom anoden og katoden for å holde tilstrekkelig avstand mellom disse.

Beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører en luftkatodekonstruksjon for anvendelse i et primærbatteri som omfatter en reaktiv metallanode og en vandig elektrolytt som føres mot den ene overflate av luft-katodekonstruksj onen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved at katodekonstruksjonen omfatter et aktivt grunnmasselag, et strømsamlegitter på den ene flate av det aktive grunnmasselag, samt en elektrisk ikke-ledende skilleplate på den motstående flate av det aktive grunnmasselag, hvorved samlegitteret og skilleplaten er permanent festet til det aktive grunnmasselag og skilleplaten har en forhåndsvalgt porøsitet som bevirker lave IR-tap og høye motstander mot strøm av luft gjennom det aktive grunnmasselag, for å bibeholde høye blæretrykkegenskaper hos dette.

I den viste utførelsesform omfatter skilleplaten porøs polypropylen.

I en annen utførelsesform omfatter skilleplaten asbestpapir.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av en slik luftkatodekonstruksjon for anvendelse i et primærbatteri, hvor en elektrisk isolerende porøs skilleplate festes uløselig til en flate av et aktivt grunnmasselag på den motstående side av den flate hvortil strømsamleren er festet.

I den viste utførelsesform utføres den uløselige festing

av skilleplaten til det aktive grunnmasselag ved festing ved hjelp av varme.

I den viste utførelsesform utføres festing ved hjelp av varme under trykk.

I den viste utførelsesform festes skilleplaten til det aktive grunnmasselag ved hjelp av varmpressing av skilleplaten mot grunnmasselaget.

Den isolerende skilleplates porøsitet er valgt på forhånd slik at IR-fallet gjennom den blir minst mulig mens det bibehol-des høy motstand mot luftstrømning gjennom det aktive grunnmasselag .

Katodekonstruksjonen og fremgangsmåten til fremstilling

av denne er meget enkle og økonomiske, men likevel oppnås det meget gode primærbatteri som er diskutert ovenfor.

Kort beskrivelse av tegningen

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning hvor figuren viser et utsnitt av et perspektivriss av luftkatodekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen.

Foretrukket utførelsesform

I den utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på tegningen omfatter en luftkatodekonstruksjon 10 for anvendelse i et reaktivt metall-vandig elektrolytt-luft primært batteri et aktivt grunnmasselag 11. Et strømsamlegitter 12 er anordnet på katodelagets 11 ene flate.

Som antydet kort ovenfor har i slike batterier av reaktivt metall-vandig elektrolytt-luftkatode elektrolytten som strømmer fra en matepumpe P tendens til å bryte ned den katodeflate 13 som den strømmer mot, dvs. på motstående side av luftflaten 14 som samlegitteret 12 er festet til.

Som nevnt kort ovenfor anbringes det på flaten 13 et porøst reguleringslag 15. I den viste utførelsesform omfatter det porøse lag 15 et lag av porøs polypropylen, som er permanent festet til det aktive grunnmasselags 11 flate 13, f.eks. ved termisk festing til denne. Polypropylenlaget er i den viste utførelses-form festet permanent til laget 11 ved varmpressing.

Som det dessuten er vist på tegningen er det på strømsamle-gitteret 12 anbrakt en hydrofob, tynn beskyttende film 16, og i den viste utførelsesform er denne film en polytetrafluoretylen-film, som på tilsvarende måte er festet til gitteret ved varmpressing .

Det porøse lag 15 danner effektivt en skilleplate som effektivt hindrer elektrisk kortslutning mellom katoden og anoden idet smale elektrodemellomrom som vanligvis anvendes i primærbatterier av reaktivt metall-I^O-luf t.

Dessuten muliggjør det porøse lag 15 at trykkluft som ledes mot flaten 14 gjennom laget 16 og gitteret 12 har et overtrykk, såo som i områo det fra 0,14 til 1,05 kg/cm 2, i forhold til elektrolytt-trykket.

Skillelagets porøsitet velges dessuten slik at IR-tap i batteriet blir minst mulig, mens det ønskete mottrykk opprettholdes, dvs. at det opprettholdes et høyt "blæretrykk" for luft- elektrodekonstruksjonen. Ved å opprettholde det høye blæretrykk hindres luften effektivt i å trenge gjennom den porøse struktur inn i elektrolytten, mens den likevel på effektiv måte tilføres til det aktive grunnmasselag 11 under anvendelse av batteriet.

Andre porøse materialer kan anvendes ifølge oppfinnelsen, og som eksempel kan det porøse lag 15 være dannet på Quinterra asbestpapir.

Luftkatoder som er fremstilt slik som beskrevet ovenfor viste høy bestandighet mot nedbrytning av den strømmende elektrolytt, mens den ga høy elektrisk ytelse ved utladningsverdier på o f.eks. 200 mA/cm .

I den viste utførelsesform hadde det aktive grunnmasselag en tykkelse på fra 203 til 254 |j.m, samlegitteret hadde en tykkelse på fra 101 til 127 \ im, det porøse polypropylenlag hadde en tykkelse på fra 76 til 127[am, og det porøse polytetrafluoretylenlag hadde en tykkelse på atskillige |am. Alle disse lag var blitt festet permanent til hverandre ved varmpressingen.

Som nevnt ovenfor hindrer det isolerende, porøse lag 15 effektivt kortslutning av cellene under utladning, mens det effektivt hindrer at den strømmende elektrolytt bevirker nedbrytning, samt opprettholdt høyt blæretrykk ved anvendelse av batteriet.

Beskrivelsen ovenfor av spesielle utførelsesformer er illustrerende for oppfinnelsen.

Claims (10)

1. Luftkatodekonstruksjon for anvendelse i et primærbatteri med en reaktiv metallanode og en vandig elektrolytt, karakterisert ved at konstruksjonen omfatter et aktivt grunnmasselag, et strømsamlegitter på det aktive grunnmasselags ene flate, samt en porøs, elektrisk ikke-ledende skilleplate på det aktive grunnmasselags motstående flate, idet samlegitteret og skilleplaten er festet permanent til det aktive grunnmasselag og skilleplaten har en forhåndsvalgt porøsitet som bevirker lave IR-tap og høy motstand mot luftstrømning gjennom det aktive grunnmasselag, for bibehold av dettes høye blæretrykkegenskaper.

2. Luftkatodekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at skilleplaten omfatter porøs polypropylen.

3. Luftkatodekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at skilleplaten omfatter asbestpapir.

4. Luftkatodekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved et beskyttende lag som er festet permanent på samlegitteret.

5. Luftkatodekonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det omfatter et ytre beskyttende polytetrafluoretylenlag som er permanent festet på samlegitteret.

6. Fremgangsmåte til fremstilling av en luftkatodekonstruksjon for anvendelse i et primærbatteri, karakterisert ved at en elektrisk isolerende, porøs skilleplate festes uløselig til et aktivt grunnmasselag på den motstående flate av dette i forhold til den flate hvortil en strømsamler er festet.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den uløselige festing av skilleplaten til det aktive grunnmasselag foregår ved termisk festing.

8. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den uløselige festing av skilleplaten til det aktive grunnmasselag omfatter termisk festing av skilleplaten til det aktive grunnmasselag under trykk.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den uløselige festing av skilleplaten til det aktive grunnmasselag omfatter varmpressing av skilleplaten til det aktive grunnmasselag under trykk.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at den isolerende skilleplates porøsitet velges på forhånd slik at IR-fallet gjennom den blir minst mulig mens det opprettholdes en høy motstand mot luftstrømning gjennom det aktive grunnmasselag.