PL117406B1 - Electric battery with neutral electrolyteom - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest akumulator energii elektrycznej z neutralnym elektrolitem.Jak wiadomo, energia elektryczna magazynowa¬ na jest bezposrednio przez kondensatory, posrednio jednak przez elektrochemiczny proces zachodzacy w akumulatorze.Dotychczas znane sa i stosowane akumulatory z kv asem siarkowym, ponadto zelazowo-niklowe, wzglednie kadmowo-niklowe akumulatory z alka¬ licznym elektrolitem.Najnowsze typy akumulatorów to akumulatory cynkowo-srebrowe. Ich czesci skladowe i substan¬ cje czynne wzglednie reagenty sa z powodu maso¬ wej produkcji coraz drozsze, co jest szczególnie niekorzystne.Akumulatorom stawiane sa rózne warunki w za¬ leznosci od rodzaju zastosowania, jak na przyklad mozliwosc poboru z akumulatora duzej energii w temperaturze powyzej 20°C, zamknieta obudowa i brak czynnosci konserwacyjnych, jak najwieksza ilosc cykli i zywotnosc oraz to, ze stosowane ma¬ terialy i trojdukcja powinny byc tanie.Pierwszy z wymienionych warunków jest szcze¬ gólnie wazny glównie w eksploatacji impulsowej, na przyklad przy uruchamianiu silników samocho¬ dowych, przy spawaniu punktowym itp.Znane akumulatory lugowe i kwasowe spelniaja te warunki jedynie w ograniczonym stopniu.Akumulator energii elektrycznej z neutralnym elektrolitem, do wielokrotnego ladowania, który 15 25 30 w obudowie zawiera ujemnie i dodatnie elektrody zdolne do odwracalnej przemiany elektrochemicznej, elektrolit oraz element zamykajacy, wedlug wyna¬ lazku charakteryzuje sie tym, ze podstawowym elektrolitem jest roztwór nadchloranu metalu sto¬ sowanego na eltekrode ujemna, korzystnie cynku lub tez kationu bardziej dodatniego, elektrode do¬ datnia stanowi obojetny przewodnik, korzystnie sztuczny wegiel, ewentualnie w polaczeniu z wyz¬ szymi tlenkami i/lub roztworami nadchloranów me¬ talu posiadajacego kilka wartosciowosci, korzyst¬ nie manganu, a elementem zamykajacym jest po¬ krywa przepuszczajaca powietrze.Elektrody oddzielane sa od siebie przeslona ko¬ rzystnie z" celofanu. Elektrolit zawiera wodorotle¬ nek lub jego zwiazki metalu uzytego na elektrode ujemna, lub bardziej -dodatnie kationy. Elektrolit znajduje sie w warstwie chlonacej wilgoc, korzyst¬ nie w papierze.Elektrody korzystnie stanowia foliowe plytki lub tasmy tworzace wraz ze znajdujacymi sie pomie¬ dzy nimi warstwami higroskopijnymi ogniwa aku¬ mulatora. Ponadto ogniwa polozone jedno na dru¬ gim lub zwiniete w rolke tworza zadane szeregowe lub równolegle polaczenie elektryczne.W akumulatorze wedlug wynalazku stosuje sie na elektrolit w najprostszym przypadku nadchlora¬ ny o najnizszym wartosciowosci "tego metalu, któ¬ rego uzyto jako elektrode ujemna czyli anode, któ¬ re jednak musza byc uzupelnione nadchloranami 117 4068 117 406 4 kationów bardziej dodatnich niz metal anody, lub wystepowac samodzielnie, w celu poprawienia prze¬ wodnosci i higroskopijnosci. W tym wypadku me¬ tal anody przechodzi do roztworu tylko w czasie wyladowywania. 5 W celu utrzymania w roztworze wystarczajacej rezerwy metalu anody podczas- rozladowywania, wprowadza sie go uprzednio do elektrolitu w for¬ mie wodorotlenku, lub jego zwiazków. Taki system dzieki zastosowanej blokowej, porowatej elektro- 10 dzie, gwarantuje wydluzona zywotnosc i ulatwia produkcje tanich, kompletnych, latwo przenosnych akumulatorów, zamiast baterii suchych, na przyklad dp sprzetu radiofonicznego.Zastosowanie wyzej wymienionych elektrolitów 1B gwarantuje nastepujace zalety.Elektrolit jest silhie higroskopijny, dzieki czemu akumulator nie wysehnie takze bez gazoszczelnego zamkniecia.Elektrolit nie reaguje z gazami atmosferycznymi. 20 Z elektrolitu w obu wypadkach osadza sie na elektrodach material aktywny — metal lub tlenek metalu, bez znaczacego wydzielania gazów.Elektrolit w trakcie ladowania staje sie lekkov kwasny, co zwieksza napiecie ogniw i zmniejsza 29 prad ladowania oraz ewentualnie tworzenie sie ga¬ zów.Z powyzszych rozwazan, wynika, ze ogniwo aku¬ mulatora energii elektrycznej moze byc zamkniete prosta, hydrofobowa, porowata plytka bez niebez- 30 pieGzenstwa wyschniecia napecznienia lub wyply¬ wu. Pod koniec ladowania koncentracja wprowa¬ dzonego w nadmiarze do elektrolitu metalu anodo¬ wego maleje, obniza sie wartosc pH i zwieksza sie napiecie. Przy rozladowaniu tworzy sie wodorotle- a* nek lub jego zwiazki w takiej samej ilosci i na¬ stepuje . powrót do stanu wyjsciowego. Napiecie Ogniwa na poczatku rozladowywania jest wyzsze, co jednak dla wiekszosci odbiorników nie ma zna¬ czenia. 40 Na elektrody ujemne a wiec anody, stosuje sie nastepujace metale: cynk, kadm, zelazo, kobalt, olów, cyne i miedz, ze wzgledu na ich potencjal charakterystyczny. Metal moze byc umieszczony samodzielnie, lub w formie warstwy obojetnej na pjytce.Elektroda dodatnia jest blokiem, lub warstwa wegla aktywnego na obojetnym wyprowadzeniu, który stanowi sztuczny wegiel, kantal, wzglednie ich stopy z manganem, rtecia, kobaltem, tlenkiem olowiu nasaczonymi elektrolitem.Elektroda dodatnia nasacza sie specjalnym elek¬ trolitem. Do tego nadaja sie nadchlorany metali wielowartosciowych. W takim wypadku bywa elek¬ trolity oddzielane sa od siebie przeslona, korzystnie z celofanu.Jesli metal anody jest metalem wielowartoscio- wym, jak np. olów, cyna, lub elektrolit podstawo¬ wy zawiera nadchlorany tego typu np. mangan, stosowanie dwóch typów elektrolitów nie jest ko¬ nieczne, ale umieszczenie przeslony jest takze w ta¬ kim wypadku celowe.Przedmiot jest blizej objasniony w przykladach wykonania.Przyklad I. Elektrodami sa obojetne, dostep¬ ne w handlu wycinane z poliizobutylenawo-grafi- towych folii plytki lub tasmy o grubosci 0,1 mm z izolacja lakierowa na brzegu, o grubosci 2 mm.Pomiedzy dwoma foliami umieszczona jest kwaso- odporna bibula nieco wyzsza niz elektroda i nasa¬ czona nadchloranem olowiu. Takie ogniwo moze byc ladowane do napiecia 1,8 V. W celu osiagniecia wyzszych napiec, tego typu bibuly i folie naklada sie na siebie. Jedna strona folii jest ujemna elek¬ troda nastepnego ogniwa tak, ze polaczenie szere¬ gowe ogniw zachodzi samoistnie. Na dwie wolne powierzchnie naklada sie folie metalowa korzystnie folie aluminiowa.Nastepnie nanosi sie warstwe izolacyjna i two¬ rzy przez nawijanie zwarty blok z tasmy. Po wlo¬ zeniu bloku do odpowiedniego pojemnika zamyka¬ jacego porowata plytka. Przez plytke porowata mo¬ ga ulatniac sie gazy i pary, powstajace w czasie pracy, lub moze byc pobierana przez -akumulator woda z atmosfery. Przy ladowaniu na elektrodzie pasywnej wydziela sie warstwa olowiu, lub tlenku olowiu, zapewniajaca na krótki okres czasu bar¬ dzo duzy pobór pradu.Ten tjrp akumulatora energii elektrycznej nada¬ je sie przede wszystkim do obciazen impulsowych w ukladzie polaczenia szeregowego za zródlem pra¬ du o niewielkiej mocy na przyklad do uruchamia¬ nia samochodów, spawania punktowego, urzadzen sygnalizacyjnych duzej mocy, itp.Napiecie ogniwa w zaleznosci od stopnia nalado¬ wania wynosi: 1,5—1,8 V Maksymalne obciazenie: 50 mA/cm2 Wlasciwa zdolnosc skladowania: 10 J/cm? Czas ladowania- -rozladowania kilka sekund — minut Przyklad II. Elektryczny akumulator o napie¬ ciu ogniw 1,6—2,1 V jest w podobny sposób wyko¬ nany, przy czym na strone ujemna nalozono bibu¬ le nasaczona nadchloranem cynku, na strone dodat¬ nia bibule nasaczona nadchloranem manganu, a po¬ miedzy nimi umieszczono rozdzielajaca warstwe ce¬ lofanu. Zdolnosc skladowania zwiekszyla Sie, gdy ujemna strone elektrody pokryto warstwa cynku, a dodatnia strone warstwa rozdrobnionego poli¬ octanu winylu polaczonego z warstwa wegla aktyw¬ nego. Elektrolit sklada sie z nadchloranu manganu ze zwiazkami metalu anody. Odwracalnosc syste¬ mu jest dobra, tak ze ilosc cykli jest nieograniczo¬ na.Przyklad III. Akumulator elektryczny dla mniejszych obciazen, ale o dluzszym czasie trwa¬ nia, o wyzszym wlasciwym czasie skladowania ma konstrukcje podobna do baterii suchych. Elektro¬ da dodatnia sklada sie z preta weglowego otoczo¬ nego piroluzytem, weglem aktywnym, grafitem lub mieszanka sadzy. Sa one nasaczone roztworem nad-* chloranu cynku lub manganu, po czym wraz z bi¬ bula i celofanem calosc zostaje- silnie zwinieta.Ujemna elektroda sklada sie z kubka cynkowego pokrytego .z zewnatrz tworzym sztucznym, w któ¬ rym wstawiona elektroda dodatnia otoczona jest papkowatym roztworem nadchloranu cynku zawie¬ rajacego wodorotlenek cynku, dp którego w celu 10 18 20 25 30 35 40 45 50 55 60117 406 5 6 lepszej higroskopijnosci dodaje sie nadchloranu wa¬ pnia. Zamkniecie tworzy hydrofobowne porowate tworzywo sztuczne lub pierscien papierowy. W tym wykonaniu akumulator elektryczny — podobnie jak baterie suche — moze byc dlugo skladowany, przy czym jest stale zdolny do wyladowania.Po calkowitym rozladowaniu akumulator moze byc doladowany zródlem o napieciu okolo 2 V osia¬ gajac znowu pierwotna zdolnosc skladowania. W ten sposób osiagnieto, ze baterie suche po wyladowaniu daja sie naladowac ponownie.Poniewaz koszty produkcji nie sa wiele wyzsze niz koszty produkcji konwencjonalnych baterii su¬ chych, oznacza to dla uzytkownika wydatne oszczednosci.Szczególnie korzystna jest mozliwosc ponownego uzycia materialów, co oznacza oszczednosc w zuzy¬ ciu surowców i w przeciwienstwie do znanych ba¬ terii suchych, w których po wyladowaniu material wyrzucano.Przedmiotowy akumulator elektryczny moze byc wytwarzany w kazdym znormalizowanym wymia¬ rze.Napiecie ogniwa w zaleznosci od stopnia naladowania wynosi: 1.5—2 V Wlasciwa zdolnosc skladowania: 0,36 MJ/dm3 Obciazalnosc 0,11 MJ/kg Zastrzezenia patentowe 1. Akumulator energii elektrycznej z neutralnym elektrolitem, do wielokrotnego ladowania, który w obudowie zawiera ujemne i dodatnie elektrody zdolne do odwracalnej przemiany elektrochemicz¬ nej, elektrolit oraz element zamykajacy, znamienny tym, ze podstawowym elektrolitem jest roztwór 5 nadchloranu metalu stosowanego na elektrode ujemna, korzystnie cynku, lub tez kationu bar¬ dziej dodatniego, a elektrode dodatnia stanowi obojetny przewodnik, korzystnie sztuczny wegiel, ewentualnie w polaczeniu z wyzszymi tlenkami 10 i/lub roztworami nadchloranów metalu posiadaja¬ cego kilka wartosciowosci, korzystnie manganu, a elementem zamykajacym jest pokrywa przepusz¬ czajaca powietrze. 2. Akumulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektrody oddzielone sa od siebie przeslona, ko¬ rzystnie celofanem. 3. Akumulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektrolit zawiera wodorotlenek lub zwiazki me- 20 talu uzytego na elektrode ujemna lub bardziej do¬ datnie kationy. 4. Akumulator wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze elektrolit znajduje sie w warstwie chlonacej wilgoc, korzystnie w papierze. 25 5. Akumulator wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze elektrody stanowia foliowe plytki lub tasmy tworzace wraz ze znajdujacym sie pomiedzy nimi warstwami higroskopijnymi ogniwa akumulatora, a ponadto ogniwa polozone jedno na drugim lub 3g zwiniete w rolke tworza zadane szeregowe lub rów¬ nolegle polaczenie elektryczne. PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Akumulator energii elektrycznej z neutralnym elektrolitem, do wielokrotnego ladowania, który w obudowie zawiera ujemne i dodatnie elektrody zdolne do odwracalnej przemiany elektrochemicz¬ nej, elektrolit oraz element zamykajacy, znamienny tym, ze podstawowym elektrolitem jest roztwór 5 nadchloranu metalu stosowanego na elektrode ujemna, korzystnie cynku, lub tez kationu bar¬ dziej dodatniego, a elektrode dodatnia stanowi obojetny przewodnik, korzystnie sztuczny wegiel, ewentualnie w polaczeniu z wyzszymi tlenkami 10 i/lub roztworami nadchloranów metalu posiadaja¬ cego kilka wartosciowosci, korzystnie manganu, a elementem zamykajacym jest pokrywa przepusz¬ czajaca powietrze.
2. 2. Akumulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektrody oddzielone sa od siebie przeslona, ko¬ rzystnie celofanem.
3. 3. Akumulator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze elektrolit zawiera wodorotlenek lub zwiazki me- 20 talu uzytego na elektrode ujemna lub bardziej do¬ datnie kationy.
4. 4. Akumulator wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze elektrolit znajduje sie w warstwie chlonacej wilgoc, korzystnie w papierze. 25
5. 5. Akumulator wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze elektrody stanowia foliowe plytki lub tasmy tworzace wraz ze znajdujacym sie pomiedzy nimi warstwami higroskopijnymi ogniwa akumulatora, a ponadto ogniwa polozone jedno na drugim lub 3g zwiniete w rolke tworza zadane szeregowe lub rów¬ nolegle polaczenie elektryczne. PL