Opublikowano: 8.Y.1969 57408 KI. 21 b, 12/02 MKP H 01 m UKD Twórca wynalazku: dr Jerzy Wojcieszek Wlasciciel patentu: Instytut Nawozów Sztucznych, Tarnów (Polska) Sposób wytwarzania niskonapieciowych baterii plytkowych oddajacych prady do 1 A Przedmiotem patentu Nr 57073 jest sposób wy¬ twarzania plytkowych ogniw i baterii oswietlenio¬ wych poprzez zmiany, receptur i przygotowanie elektrolitów miedzyelektrodowych oraz mieszanek depolaryzacyjnych.W powyzszym sposobie, jak równiez w innych dotychczas znanych metodach, plytkowe 'baterie oswietleniowe buduje sie laczac szeregowo dwa lub trzy ogniwa plytkowe posiadajace oslone plasty¬ kowa, która utrzymuje w dobrym kontakcie jej po¬ szczególne ogniwa.Dotychczasowe technologie produkcji baterii plytkowych nie zapewniaja w trakcie poborów znacznych pradów, dostatecznej szybkosci elektro¬ chemicznych reakcji stabilnego srodowiska w gra¬ nicach koniecznej kwasowosci oraz pozadanej kie- runkowosci procesów elektronotwórczych. Brak jest równiez rozwiazan dla równoleglych laczen ogniw plytkowych w jednolite baterie o napieciach 1,5— 3-4,5—6 V, które to baterie moglyby oddawac pra¬ dy rzedu 1 A.Dodatkowa niedogodnoscia jest to, ze nie moga byc stosowane dla przenosnych urzadzen nadaw¬ czych, a szczególnie dla zasilania obwodów elek¬ tronowych w tych urzadzeniach, które dysponuja zwykle niewielkimi przestrzeniami dla umiejsco¬ wienia zródel zasilania, a wymagaja pradów rzedu np. 0,3 — 1A przy napieciach nie przekraczaja¬ cych 1,5—6 V. 10 15 20 25 30 Wynalazek polega na ulepszeniu sposobu wy¬ twarzania niskonapieciowych baterii plytkowych oddajacych prady rzedu 1 A, przy zastosowaniu ogniw wytwarzanych sposobem przedstawionym w patencie glównym Nr 57073 dla dowolnie niskich napiec, np. 1,5—6 V, wymaganych przez pojedyncze lampy elektronowe lub uklady tranzystorowe za¬ równo odbiorcze, jak i nadawcze.Wedlug wynalazku baterie montuje sie w posta¬ ci jednolitych, pojedynczych bloków o napieciach 1,5—3—4,5 i 6 V, przy czym. ogniwa tworzace te bloki zawieraja dla zmniejszenia do minimum opo¬ rów stykowych elektrody ujemne pokryte od stro¬ ny zewnetrznej masa elektroprzewodzaca, tzw. elek¬ trody bipolarne oraz elektrody cynkowe czyste bez masy elektroprzewodzacej i laczone sa równole¬ gle wzglednie szeregowo — równolegle, zaleznie od wymaganego napiecia budowanej baterii, prze¬ wodnikiem metalicznym bez lutowania.Skladanie baterii wedlug wynalazku polega na tym, ze ogniwa pojedyncze lub ich zespoly sklada sie w ;bloku jedmoimiennymi biegunami i laczy równolegle w trakcie budowy oddzielnymi paska¬ mi folii metalowej. Do budowy baterii o napieciu 1,5 V stosuje sie wylacznie ogniwa zawierajace czyste elektrody cynkowe, a dla baterii ó napie¬ ciach 3, 4, 5 i 6 V stosuje sie ogniwa z czystymi elektrodami cynkowymi, jak równiez ogniwa z elektrodami bipolarnymi w stosunkach ilosciowych kolejno .1:1, 1 :2 i 1 :'3. 374083 Ogniwa te, sklada sie najpierw szeregowo w ze¬ spoly o wymaganych napieciach tak, by biegun ujemny kazdego zespolu stanowila czysta elektro¬ da cynkowa skrajnego ogniwa, a nastepnie zlozo¬ ne zespoly napieciowe zestawia sie jednoimiennymi biegunami w bloku. Bieguny dodatnie pojedyn¬ czych ogniw1 w bateriach 1,5 V oraz zespolów na¬ pieciowych w bateriach 3—4,5—6 V, polaczonych paskiem folii metalowej kontaktuja z tymi biegu¬ nami poprzez przekladki z tfolii grafitowej, nato¬ miast polaczenie biegunów ujemnych z drugim pas¬ kiem folii metalowej zapewnia sie przez wprowa- m,..J jgdl^nie miedzy te bieguny podkladek metalowych k ''¦¦} o^zystych nie skorodowanych powierzchniach.Zaleta wynalazku jest to, ze usuwa dotychcza¬ sowe niedogodnosci, pozwala na latwe wykonanie baterii plytkowych o wielokrotnie zwiekszonej po¬ jemnosci elektrycznej w porównaniu z dotychczas stosowanymi plytkowymi przy poborze wysokich pradów oraz, ze posiada specjalna wage dla prze¬ nosnych urzadzen nadawczych, a szczególnie dla zasilania obwodów elektronowych w tych urza¬ dzeniach, które dysponuja zwykle niewielkimi przestrzeniami, celem umiejscowienia zródel za¬ silania a wymagaja pradów rzedu np. 0,3—1A przy napieciach nie przekraczajacych 1,5—6 V.Zaleta wynalazku jest równiez to, ze budowane baterie niskonapieciowe typu plytkowego posiada¬ ja zwiezla konstrukcje przy maksymalnym rozwi¬ nieciu oraz wykorzystaniu powierzchni czynnych elektrod dodatnich i ujemnych, nie wymagaja po¬ za kontaktami zewnetrznymi zadnych lutowan przyczyniajacych sie do obnizenia zdolnosci pracy oraz korozji.W porównaniu nawet z bateriami kubkowymi ó tych samych objetosciach, plytkowe baterie nisko¬ napieciowe budowane wedlug wynalazku wykazu¬ ja sie pojemnosciami elektrycznymi zwiekszonymi co najmniej dwukrotnie i sa od nich trzykrotnie tansze w eksploatacji praktycznej.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. la, przedstawia przekrój ogniwa zawierajacego elektrody ujemne bipolarne, fig. 1 b przekrój ogniwa zmontowanego z czysta elektroda cynkowa — ujemna, fig. 2 a, b, c sposób montazu, przekrój podluzny oraz pelna baterie 1,5 V, fig. 3 przekrój podluzny baterii 3V, fig. 4, przekrój po¬ dluzny baterii 4,5 V, a fig. 5 przekrój podluzny baterii 6V.Przyklad. Skladniki aglomeratu dodatniego w ilosciowym zestawie: 50 kg braunsztynu rozdrob¬ nionego ponizej 0 = 0,1 mm, 10,1 kg sadzy wyso- kochlonnej, 6,4 kg grafitu, 14,1 kg salmiaku, 6,9 kg chlorku cynku oraz 12,5 kg wody, miesza sie do¬ kladnie az do otrzymania jednorodnej masy, na¬ stepnie przegniata celem uplastycznienia np. na walcach kamiennych i przesiewa przez sito o sred¬ nicy oczek np. 4^5 mm. Z otrzymanej w ten spo¬ sób mieszanki depolaryzacyjnej wytlacza sie do¬ datnie aglomeraty z uwypukleniami stykowymi 1 i 2, fig. 1, posiadajacymi ksztalt plaskiego, scietego ostroslupa o wysokosci 2—2,5 mm i zajmujacymi do 70% plaskiej powierzchni aglomeratów. .Aslo- meraty te po wytloczeniu, jezeli nie sa bezposred¬ nio stosowane do montazu ogniw, nalezy przeeho- . wywac w pomieszczeniach zamknietych o wilgot¬ nosci wzglednej powyzej 95%.Elektrolit miedzyelektrodowy, samoczynnie zela- tynizujacy w temperaturze np. +18°C, o skladzie: 5 10,2% salmiaku, 5,0% chlorku cynku, ll°/o chlorku, wapnia, 0,2% chlorku rteci, 19,5% maki pszennej oraz 54,1% wody, przygotowuje sie przez doklad¬ ne wymieszanie i przechowuje w naczyniach oblo¬ zonych lodem w pomieszczeniach o temperaturze 10 bliskiej 0°C. Celowym jest przygotowywanie elek¬ trolitu raczej w mniejszych ilosciach, poniewaz przy nieprzestrzeganiu temperatur nastepuje jego samorzutna zelatynizacja i zestalanie sie w naczy¬ niu, a w tej postaci stanowi on wylacznie nieod- 15 wracalny odpad.Z • cienkiego papieru drzewnego bez apretury 0 grubosci 0,05 mm wycina sie przekladki osla¬ niajace 4, (fig. 1), o wymiarach liniowych zwiekszo¬ nych w stosunku do aglomeratów o. 8—12 mm. 20 Przekladki te zabezpieczaja aglomeraty dodatnie- 1 i 2, fig. 1, w ogniwach przed rozkruszeniem, a przed samym montazem nawilza sie je w 25%-wym- roztworze salmiaku. Przygotowuje sie dwa rodzaje elektrod ujemnych. Jedne wycina sie wprost z bla¬ chy cynkowej 7 o grubosci 0,7—1 mm (fig. Ib), dru¬ gie natomiast tzw. bipolarne 7 i 8, z tej samej bla¬ chy i o tych samych wymiarach liniowych, ale .po¬ krytej- jednostronnie masa elektroprzewodzaca, che¬ micznie bierna, (fig. la).Wycina sie równiez z folii grafitowej, dobrze przewodzacej, lecz biernej chemicznie, przekladki 5, fig. 2, o ksztaltach analogicznych do elektrod ujemnych, lecz pomniejszonych w wymiarach sze¬ rokosciowych i dlugosciowych o 2—4 mm. Z gazy usztywnionej 5, przygotowuje sie prostokatne wy- 35 cinki odpowiadajace wymiarowo elektrodom ujem¬ nym, (fig. 1). Gaza, stosowana jako mechaniczny nosnik elektrolitu miedzyelektrodowego, powinna posiadac wlókna o grubosci ok. 0,4—0,5 milimetra przeplatane w odstepach 2—3 (mm. Oslony igelitowe* 40 3, (fig. 1), do obciagania pojedynczych ogniw, przy¬ cina sie z wezy igelitowych' o dobranych sredni¬ cach przekroju i grubosci scianek. Zaleznie od ga¬ barytów budowanych ogniw i ich ilosci stosowane: do wytworzenia niskonapieciowej baterii, przycina* 45 sie z folii metalowej o grubosci 0,05—0,1 mm, cyn¬ kowej cynowej, pocynowanej lub poniklowanej. pa¬ ski 2 i 3, o iszerakosci zmniejszonej o okolo 30% w stosunku do wymiarów uwypuklen, stykowych na aglomeratach dodatnich i 0 dlugosci wyznaczonej" 50 warunkami technologicznymi dla budowy calej ba¬ terii (fig. 2).Z blachy cynkowej, pocynkowanej a nawet z ze¬ laznej, ale o czystej, nie skorodowanej powierzch¬ ni, przygotowuje sie podkladki kontaktujace 4, (fig.. 55 2), których ksztalt jest analogiczny do elektrod ujemnych a wymiary liniowe zmniejszone o 12—0.8 mm w stosunku do tychze elektrod. Blacha, czy nawet odpady blachy stosowanej w tym przypadku, powinna posiadac grubosc 0,5—0,75 mm. 60 Plyty turbonitowe, winidurowe, bakelitowe, wzglednie z innego materialu izolacyjnego o gru¬ bosci 1—2 mm sluza do wycinania przekladek 6r zakanczajacych baterie, (fig. 2). Przekladki te od¬ powiadaja wymiarowo elektrodom ujemnym i za- 65 opatrzone sa w kontaktowy otwór wspólsrodkowy..57408 6 Buduje sie dwa rodzaje ogniw plytkowych, (fig. la i fig. Ib), które róznia sie elektrodami ujemny¬ mi. Jedne posiadaja elektrody tzw. bipolarne 7 i 8, (fig. la), wycinane z blachy pokrytej jednostronnie masa elektroprzewodzaca), drugie natomiast wy- 5 lacznie cynkowe 7, (fig. ilb). Stosunek ilosciowy wy¬ twarzanych z róznymi elektrodami ogniw zalezny jest od napiec jakie beda posiadac skladane ba¬ terie. Na przyklad dla baterii plytkowej o napieciu 1,5 V wymagane sa jedynie ogniwa z elektrodami 10 cynkowymi, (fig. Ib i fig. 2), dla baterii plytkowej o napieciu 5V wykonac trzeba jednakowa ilosc obu rodzajów ogniw, zachowujac stosunek 1 :1, dla ba¬ terii plytkowej o napieciu 4,5 V stosunek ogniw zawierajacych elektrody bipolarne, do ogniw z elek- 15 trodamd wylacznie cynkowymi, wynosi 2 + 1, a dla baterii plytkowej o napieciu 6 V wyprodukowac na¬ lezy trzy razy wiecej ogniw z elektrodami bipo¬ larnymi niz z elektrodami cynkowymi, stosunek 3 :1, fig. 5. 20 Budowa ogniw przebiega zgodnie ze schematem i kolejnoscia nakladania poszczególnych elementów wedlug fig. la i b. Tak wiec na metaliczna po¬ wierzchnie elektrody ujemnej bipolarnej 7 i 8, jak równiez na elektrode zwykla cynkowa 7, naklada sie wycinek gazy 5, zanurzony uprzednio w przy¬ gotowanym elektrolicie miedzyelektrodowym, prze¬ kladke papierowa 4 nawilzona w 25% roztworze salmiaku oraz aglomerat dodatni |2 uwypukleniem stykowym 1 do góry.Ulozone w takiej kolejnosci elementy ogniwa obejmuje sie np. oslona igelitowa 3, uplastyczniona przez nagrzanie do temperatury np. 90—110°C w ten sposób, by przekladka papierowa 4, zawinela, sie wokól scianek bocznych aglomeratu dodatnie- 35 go 2, a sama oslona igelitowa zachodzila i przy¬ legala do elektrody ujemnej oraz do aglomeratu dodatniego zgodnie z fig. 1. Na obrzeza oslony igelitowej 3, przylegajace do elektrody ujemnej 7 8, (fig. la, fig. Ib), nanosi sie na przyklad pedzlem 40 warstewke lakieru bitumicznego 6, fig. 1, który skle¬ ja elektrode ujemna z oslona i skutecznie zapobie¬ ga ewentualnym zwarciom wewnetrznym. Z przy¬ gotowanych w sposób podany wyzej ogniw sklada sie baterie 1,5 V zgodnie z fig. 2a, b, c, 3 V zgod- 45 nie z fig. 3, 4,5 V zgodnie z ifig. 4 ©raz 6 V we¬ dlug fig. 5.Montaz baterii plytkowej o napieciu 1,5 V, prze¬ znaczonej do pracy przy obciazeniu zewnetrznym I = 1 A, opiera sie w zasadzie na ukladaniu ogniw zawierajacych zwykle elektrody cynkowe, fig. Ib jednoimiennymi biegunami, fig. 2b, które laczy sie w trakcie skladania bloku paskami folii metalo¬ wej 2 i 3. W ten sposób powstaje zwarty blok o napieciu 1,5 V, zlozony zawsze z (2 n — 1) ogniw, (fig. 2c), który zakancza sie sztywnymi plytkami izolacyjnymi 6, umacnia elastycznymi tasmami 7, w koncu zanurza w roztopionej parafinie luib in¬ nej, plynnej kompozycji izolacyjnej celem zabez¬ pieczenia przed wplywem atmosfery, jak równiez przed nadmierna utrata wilgoci podczas magazy¬ nowania czy pracy baterii. Pasek folii metalowej 2, laczacy bieguny dodatnie ogniw w bloku, fig. 2a i fig. Ib, kontaktuje z tymi biegunami poprzez prze¬ kladki z folii grafitowej 5, które przylegaja bezpo- 50 srednio do uwypuklen stykowych ogniw 1, nakla¬ danych na siebie jednoimiennymi biegunami.'Dla zapewnienia równie dobrego kontaktu bie¬ gunów ujemnych ogniw z drugim paskiem folii metalowej 3, wprowadza sie podczas montazu blo¬ ku dodatkowe, metalowe podkladki kontaktujace 4, miedzy ujemne bieguny nakladanych na siebie og¬ niw. Wspólsrodkowe otwory w izolacyjnych plyt¬ kach zakanczajacych 6, stanowia dogodne dojscia do biegunów dodatniego i ujemnego calej baterii 1,5 V. Bateria ta zbudowana w podany wyzej spo¬ sób i przedstawiona w perspektywicznym ujeciu na fig. 2c, posiada zwiezla konstrukcje jednolitego blo¬ ku o bardzo dobrym wykorzystaniu przestrzeni oraz odznacza sie latwoscia i estetyka wykonawstwa.Dla montazu ibaterii 3 i wyzej woltowych koniecz¬ ne sa ze wzgledu na laczenia mieszane, równolegle — szeregowe, ogniwa plytkowe z elektrodami bi¬ polarnymi, fig. la, jak równiez z wylacznie cynko¬ wymi, fig. lib, w ilosciowych stosunkach podanych wyzej. Zgodnie z fig. 3, 4 i 5, naklada sie zespoly ogniw o okreslonych napieciach, (ogniwa z elek¬ trodami bipolarnymi i zwyklymi cynkowymi w po¬ laczeniu szeregowym), jednoimiennymi biegunami, które to bieguny laczy sie równolegle oddzielnymi paskami z folii metalowej 2 i 3. Samo laczenie biegunów dodatnich, jak i ujemnych oraz da^ze szczególy konstrukcyjne nad wykonczeniem calych baterii przebiegaja analogicznie do opisanych przy baterii 1,5 V.Celowym jest dla unikniecia bledów montazowych przygotowanie poszczególnych zespolów napiecio¬ wych ogniw przed skladaniem ich w (bloki. Wów¬ czas traktuje sie kazdy zespól la i Ib, zlozony z dwóch, trzech kib czterech ogniw w polaczeniu sze¬ regowym, jako pojedynczy element baterii 3—4,5 czy 6-woltowej. Z zej podanego sposobu mozna otrzymywac wydajna prace ciagla i .periodyczna przy obciazeniach rzedu: S- n-k I = gdzie I = natezenie pradu pobieranego z baterii w A, S 1= elektrochemicznie czynna po¬ wierzchnia elektrody ujemnej w pojedynczym ogni¬ wie baterii w cm2, n = ilosc ogniw w bloku, k = wspólczynnik o wartosci 0,003—0,004, V = napiecie baterii wV. 1 • PL