Pierwszenstwo: Opublikowano: 13.XI.1963 ( 10.XI.1967 53994 KI. 21 b, 2/01 MKP HOlm Twórca wynalazku: dr Jerzy Wojcieszek Wlasciciel patentu: Instytut Nawozów Sztucznych, Tarnów (Polska) Sposób wytwarzania ogniw i baterii plytkowych z depolaryzatorem weglowo-powietrznym Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia ogniw i baterii plytkowych z depolaryzatorem weglowo-powietrznym polegajacy: na odpowied¬ nim doborze i przygotowaniu weglowej masy de- polaryzacyjnej, elektrolitów wapniowych lub ma¬ gnezowych, na montazu ogniwa i bloków napie¬ ciowych, na konstrukcyjnym rozwiazaniu swobod¬ nego dostepu tlenu z powietrza do weglowego aglo- ratu dodatniego kazdego ogniwa przez wprowadze¬ nie przekladek miedzyogniwowych przy skladaniu bloków napieciowych oraz na zabezpieczeniu calych baterii przed strata wilgotnosci w trakcie magazy¬ nowania lub periodycznej, dluzszej pracy.W znanych sposobach wytwarzania ogniw i ba¬ terii plytkowych z depolaryzatorem weglowo-po¬ wietrznym stosuje sie trudno wykonalne i zawod¬ ne w dzialaniu elementy doprowadzajace powie¬ trze do aglomeratów poszczególnych ogniw, które powoduja szybkie wysychanie wszystkich czesci skladowych ogniwa a nawet ich samorzutna koro¬ zje, skutkiem czego zanika napiecie i zdolnosc wytwarzania energii elektrycznej. Taka budowa odznaczaja sie na przyklad ogniwa montowane w miseczkach plastykowych z „poryflowanymi" zagietymi obrzezami, w których tlen z powietrza dochodzi tylko do bocznych scianek aglomeratu dodatniego stanowiacych stosunkowo niski procent lacznej powierzchni, ale równoczesnie i do warst¬ wy silnie zespolonego oraz wysoko oporowego 10 15 20 25 30 elektrolitu miedzyelektrodowego powodujac dodat¬ kowo korozje elektrody ujemnej.Bateria zlozona z tych ogniw zajmuje znaczna przestrzen ze wzgledu na rozchylenia „poryso¬ wanych" obrzezy miseczek plastykowych, a poje¬ dyncze jej bloki napieciowe sa uciazliwe w kon¬ strukcyjnym montazu, gdyz przypominaja „szysz¬ ki sosnowe" z rozwartymi luskami. W innych z kolei bateriach plytkowych typu weglowego spo¬ tyka sie zasadowy elektrolit zarówno w aglome¬ ratach, jak i w przestrzeniach miedzyelektrodo- wych, który ulega naweglaniu i nie spelnia sta¬ wianych wymagan. Baterie te nie znajduja z po¬ wodu w/w wad szerszego zastosowania w pro¬ dukcji ani rozpowszechnienia na rynkach krajo¬ wych czy zagranicznych jako zródla energii elek¬ trycznej.Celem wynalazku jest ulepszenie sposobu wy¬ twarzanych dotychczas ogniw i baterii plytkowych z depolaryzatorem weglowo-powietrznym, wyeli¬ minowanie w/w mankamentów i uzyskanie zródel energii o wysokiej wydajnosci energetycznej na przyklad od 2 do 2,5 raza zwiekszonej w odniesie¬ niu do baterii plytkowych z depolaryzatorem che¬ micznym, brausztynowym, o tych samych gabary¬ tach. Stosowane wedlug wynalazku elektrolity sa stezonymi, chemicznie neutralnymi roztworami, które bez trudu mozna zageszczac skrobia, a kló- re w przeciwienstwie do znanych elektrolitów za¬ sadowych z KOH lub NaOH nie wykazuja takich 5399453994 • mankamentów jak na przyklad: samorzutne la¬ czenie sie dwutlenku wegla z powietrza i zmiana tym samym zalozonych poczatkowych wlasnosci; korozja (rozpuszczenie) elektrody ujemnej podczas magazynowania baterii a szczególnie przy dostepie powietrza podczas przerw w poborze energii elek¬ trycznej; przemieszczanie sie elektrolitu na sku¬ tek niskiego napiecia powierzchniowego oraz zna¬ czna obnizka przewodnictwa przy koniecznym dla ogniw plytkowych zageszczaniu elektrolitu mie- \ ^dzyelektrodowego.**¦ --Dobra prace, wlasciwy kierunek reakcji elektro- notwórczych zapewnia sie przez dobranie zestawu skladników bezgrafitowej masy depolaryzacyjnej, jej przygotowanie, niskooporowe powiazanie wy¬ tloczonych z tej masy aglomeratów dodatnich z warstwa stabilnego elektrolitu miedzyelektrodo- we^o oraz przede-wszystkim przez rozmieszczenie w ogniwie elementów czynnych: aglomeratu, elek¬ trolitów i elektrody ujemnej, funkcjonalnie tak, ze górna czesc plaskiego aglomeratu pozostaje zawsze porowata i aktywna powierzchniowo, jako absorbent tlenu z powietrza, dzieki wodochlonnym wlasnosciom elektrolitów miedzyelektrodowych, podczas gdy zawsze dostatecznie uwodnione sro¬ dowisko przy elektrodzie ujemnej wybitnie ulat¬ wia tejze elektrodzie przechodzenie do roztworu wylacznie przy poborze pradu. Istota wynalazku polega na tym, ze na blache cynkowa naklada sie warstewke elektrolitu miedzyelektrodowego, któ¬ ry nastepnie przykrywa sie nawilzonym i silnie omaczonym papierem pakowym oraz przesusza w podczerwieni, po czym wycina sie plytki o okre¬ slonym ksztalcie stanowiace ujemne elektrody a przy montazu ogniwa powierzchnie przesuszo¬ nego elektrolitu nawilza sie kleistym roztworem o skladzie: roztwór salmiaku o stezeniu 25Va w ilosci 1000 ml i maki pszennej w ilosci 30 g ze¬ spalajac dokladnie powierzchnie aglomeratu we¬ glowego wysoce hygroskopijnym elektrolitem wa¬ pniowym wzglednie magnezowym a nastepnie przeklada sie zbudowane ogniwa plytkowe w tra¬ kcie zestawienia bloków napieciowych ramkami z impregnowanej gazy lub przekladkami z folii zlobionymi po obrzezach. Sposób wedlug wynalaz¬ ku wprowadza prostote w wykonawstwie zródel energii.Baterie plytkowe weglowo-powietrzne wykona¬ ne sposobem wedlug wynalazku posiadaja te za¬ lete, ze mozna je magazynowac, straty pojemnosci elektrycznej po szesciu miesiacach magazynowa¬ nia wynosza max. 15—25%. Moga one zasilac urza¬ dzenia w sposób ciagly i przerywany po usunieciu wodoodpornych warstewek, zamykajacych otwory kontaktowe opakowan zewnetrznych, praca ich jest o okolo 150°/o wydajniejsza niz analogicznych brausztynowych i konczy sie dopiero z chwila calkowitego zaniku elektrody ujemnej przez pelne rozpuszczenie metalicznego cynku. Moga byc kon¬ struowane wylacznie na surowcach krajowych i sa lzejsze o okolo 30—40*/o od takich samych produkowanych obecnie na drogich, importowa¬ nych brausztynach. Praca baterii wykonanych we¬ dlug wynalazku zachodzi w zawezonym przedziale 10 15 20 25 30 45 50 55 60 65 napiec, a krzywa spadku napiec przebiega hory¬ zontalnie — równolegle do osi odcietych.Jest to zaleta bardzo istotna i szczególnie do¬ ceniana przez-konstruktorów aparatury elektrono¬ wej, a nie notowana przy ogniwach i bateriach brausztynowych. Baterie wedlug wynalazku do¬ skonale nadaja sie ze wzgledu na maly ciezar i ponad dwukrotne zwiekszenie pojemnosci elek¬ trycznej w stosunku do brausztynowych do zasi¬ lania przenosnych urzadzen. Ogniwo zbudowane wedlug wynalazku, uwidocznione schematycznie na fig. 1, sklada sie: z plytki cynkowej 6, jako elektrody ujemnej, warstwy zageszczonego elek¬ trolitu 5, (plytka 6 pokryta jest jednostronnie la¬ kierem elektroprzewodzacym, chemicznie biernym lub folia grafitowa 7), elektrody dodatniej 2 z wy¬ stepem stykowym 1, nawilzonej przekladki papie¬ rowej 4\ oslaniajacej aglomerat dodatni przed roz- kruszeniem oraz pierscienia igielitowego 3.Bateria zbudowana wedlug wynalazku uwidocz¬ niona schematycznie na fig. 2 sklada sie: z ogniw 9 polaczonych szeregowo w postaci bloku napie¬ ciowego, który zawiera pomiedzy poszczególnymi ogniwami ramki 10, uwidocznione na fig 3 zapew¬ niajace swobodny doplyw gazów najkorzystniej wykonane z impregnowanej gazy.Przyklad: wegiel aktywny, drzewny w ilosci — 44 kg, sadza philburgin — 11 kg, salmiak — 21 kg, woda — 22 kg, chlorek cynku — 2 kg miesza sie dokladnie, przegniata w celu uplastycznienia wil¬ gotna mieszanke na walcach, przesiewa przez sito o srednicy oczek 6 mm i wytlacza okreslonej wielkosci aglomeraty dodatnie przy cisnieniu do 40 kg/cm2.Uwypuklenia stykowe 1 i 2 widoczne na fig 1 przy stosowaniu wegla aktywnego w charakterze depolaryzatora powinny posiadac wysokosc 1,75— 2 mm. Elektrolitem miedzyelektrodowym 5 ogni¬ wa widocznego na fig. 1 jest 30Vo-owy roztwór chlorku wapnia lub magnezu, zageszczony w tem¬ peraturze 80—90°C mieszanina 50Vo maki pszen¬ nej i 50% ziemniaczanej dodawanej w ilosciach okolo 00 g na 1 litr roztworu oraz zawierajacy staly salmiak o ziarnach 0 max = 0,06 mm w po¬ staci zawiesiny w ilosciach 250—300 g/l.Elektrolit ten o konsystencji zolu/zelu, rozpro¬ wadza sie na blachach cynkowych, pokrytych dru¬ gostronnie lakierem elektroprzewodzacym, bier¬ nym chemicznie, równomierna warstewka o gru¬ bosci 1—1,25 mm i nakrywa wodochlonnym pa¬ pierem pakowym, nasyconym 25°/o-owym roztwo¬ rem salmiaku i omaczonym maka pszenna od stro¬ ny elektrolitu zol/zel. Blachy cynkowe z elektro¬ litem nakrytym papierem, przesusza w polu dzia¬ lania fal podczerwieni w celu obnizenia zawartosci wody do 45—50 pnie wycina sie z nich elektrody ujemne okre¬ slonych wymiarów. Wyciete elektrody sa to plaskie plytki zawierajace z jednej strony lakier elektro- przewodzacy 7 a po przeciwnej przesuszony elek¬ trolit 5 fig. 1.Z elastycznych wezy igielitowych o dobranych srednicach wycina sie okreslonej szerokosci pierscie¬ nie 3, którymi po nagrzaniu od 90—100°C obciaga sie ulozone elementy ogniwa fig. 1. Aglome-5 rat dodatni przed rozkruszeniem w ogniwie zabez¬ piecza sie przekladka 4 z wodochlonnego papieru pakowego, która przy nakladaniu cieplego pier¬ scienia igielitowego 3, na elementy ogniwa zawija sie wokól obrzezy aglomeratu fig. 1.Dla zapewnienia swobodnej dyfuzji gazów w trakcie pracy baterii przeklada sie ogniwa w blo¬ kach napieciowych fig. 2, ramkami 10, fig 2 i 3 wycinanymi z gazy nasyconej kompozycja izola¬ cyjna np. parafina z kalafonia/ lub przekladkami z folii grafitowej o grubosci 0,4—0,5 mm. Grubosc nitek stosowanej gazy winna wynosic 0,3—0,4 mm.Wymiary zewnetrzne wycinków w przypadku stosowania folii grafitowej winny odpowiadac wy¬ miarom konstrukcyjnym ogniw. Po obrzezach wy¬ cinków folii zlobi sie rowki o szerokosci 0,5— 0,8 mm przy czym rowki te dochodza do wystep pów stykowych aglomeratów dodatnich poszcze¬ gólnych ogniw wzglednie moga na nie zachodzic okolo 0,5—1 mm. W odpowiedniej formie z mate¬ rialu izolacyjnego umieszcza sie elektrode ujemna przesuszonym elektrolitem do góry, zwilza doklad¬ nie papier nakrywajacy elektrolit klejem przygo¬ towanym z 30 g maki pszennej i 1 litra 25°/o-wego roztworu salmiaku, nastepnie uklada nawilzona w 25°/o roztworze salmiaku ramke papierowa osla¬ niajaca aglomerat a w koncu sam aglomerat dodat¬ ni uwypukleniem stykowym do góry. Calosc tak zlozonych elementów ogniwa obciaga sie nagrza¬ nym pierscieniem 3 fig. 1 w ten sposób, by wy¬ suniete obrzeza przekladki papierowej 4 fig. 1 za¬ winely sie na aglomeracie weglowym 2.Pierscien igielitowy powinien po ochlodzeniu obejmowac scisle elementy ogniwa zachodzac na biegunie dodatnim prawie do uwypuklenia styko¬ wego, natomiast na ujemnym biegunie cynkowym powinna pozostawac nie zakryta przestrzen lakie¬ ru przewodzacego wieksza o okolo 10°/o od po¬ wierzchni uwypuklenia stykowego 1 fig. 1.Bloki napieciowe fig. 2 sklada sie z ogniw fig. 1, przekladajac je ramkami 10 fig. 3 i 2 z gazy na¬ syconej kompozycja izolacyjna lub z folii grafito¬ wej, zlobionymi po obrzezach, oraz umacnia we¬ dlug dotychczas stosowanych sposobów na przy¬ klad, przez zakladanie opasek z tasm elastycz¬ nych, wiazanie sznurkiem itp. Umocnione bloki ogniw uklada sie wedlug wymagan i lutuje cala baterie wraz z kontaktami wyprowadzonymi zgod¬ nie z okreslonymi zalozeniami technologicznymi.Zewnetrzne opakowania tekturowe smoluje sie dokladnie od wewnatrz miekkim asfaltem, ko¬ rzystniej stosuje sie wprost opakowania wykona¬ ne z mas plastycznych, na przyklad: winidur, po¬ listyren, polietylen. Baterie zlutowana uklada sie kontaktami dokladnie pod przeznaczone otwory 6 w opakowaniu zewnetrznym, a wolna przestrzen miedzy sciankami opakowania i umieszczona ba¬ teria wypelnia sie odpowiednio wycietymi kawal¬ kami impregnowanej tektury falistej, nastepnie s zakleja sie plytkami z przejrzystej masy plasty¬ kowej na przyklad: celuloid, o grubosci 0,3—0,4 mm, otwory kontaktowe w opakowaniu zewnetrz¬ nym i hermetycznie zamyka sie baterie, tak, by bez narazania na jakiekolwiek nastepstwa mozna 10 bylo ja zanurzyc w wodzie o temperaturze +20°C.W przypadku stosowania opakowan' z mas pla¬ stycznych otwory kontaktowe moga byc odrazu zamkniete cienka warstewka tego samego plastiku, z którego wykonuje sie opakowania. PL