PL58426B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 23.11.1966 Francja Opublikowano: 30.X.1969 58426 KI. 21 b, 25/03 MKP Wlasciciel patentu: Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction, Ro- mainville (Francja) Generator elektrochemiczny Przedmiotem wynalazku jest generator elektro¬ chemiczny, posiadajacy co najmniej jedna elektro¬ de dodatnia i jedna elektrode ujemna, oddzielone jedna od drugiej separatorem, przy czym zespól tych trzech czesci pozostaje w kontakcie i/lub jest nasycony elektrolitem. Wynalazek moze byc sto¬ sowany szczególnie do generatorów elektrochemicz¬ nych, w których transport produktów elektrolizy, utworzonych pod koniec ladowania i podczas prze¬ ciazenia na elektrodzie odbywa sie w kierunku elektrody o biegunowosci przeciwnej, najkorzyst¬ niej w stanie rozpuszczonym, w warunkach, w których odleglosc miedzy elektrodami pozostaje mniejsza niz kilka dziesiatków milimetrów, na przyklad rzedu 0,2 milimetry i nie przekracza 0,3 milimetra. Takie generatory powinny pozostac szczelnie zamkniete, co ma szczególnie duze zna¬ czenie dla akumulatorów.W znanych generatorach separator uksztaltowa¬ ny jest przewaznie w postaci wkladki tkaniny lub filcu z wlókien z tworzywa sztucznego. Wklad¬ ka najczesciej gietka i porowata, posiada albo wymiary odpowiadajace wymiarom elektrod i jest miedzy nimi wstawiona, albo ksztalt tasmy owinie¬ tej, wzglednie wygietej w zygzak dookola elek¬ trod.Znane sa generatory elektrochemiczne, w któ¬ rych separator utworzony jest na samej powierz¬ chni elektrod pod postacia powloki porowatej, ziarnistej lub wlóknistej, lub tez stanowi warstwe z tworzywa sztucznego ziarnistego nalozona na elektrode na przyklad za pomoca pistoletu, przy czym polaczenie miedzy ziarenkami tworzywa sztucznego z jednej strony i miedzy tymi ziaren- 5 kami oraz elektroda z drugiej strony mozna po¬ lepszyc przez zastosowanie odpowiednich rozpusz¬ czalników lub ciepla. Znane sa takze takie gene¬ ratory, w których separator wykonany jest w po¬ staci nalozonych równolegle na powierzchnie elek- 10 trod wlókien z tworzywa sztucznego.Do najwazniejszych cech, które okreslaja sepa¬ rator mozna zaliczyc szczególnie jego grubosc i porowatosc. Grubosc separatora, raz wstawionego do akumulatora pracujacego bez wydzielania ga- 15 zu, powinna byc mniejsza od 0,3 mm w celu umoz¬ liwienia transportu produktów elektrolizy pod koniec ladowania i w czasie przeciazenia, jak rów¬ niez azeby uniknac silnego gazowania akumulato¬ ra. Zmiany stezenia, które przy elektrolizie wy- 20 twarzaja sie w poblizu kazdej elektrody, spowo¬ dowane sa przemieszczaniem i wyladowaniem jo¬ nów, zapewniajacych przewodzenie pradu.Znaczenie tych zmian stezeniowych zwieksza sie, gdy ilosc elektrolitu miedzy elektrodami zmniej- 25 sza sie we wzglednych wartosciach, to znaczy w pierwszym przyblizeniu, gdy odleglosc miedzy elek¬ trodami zmniejsza sie. Niemniej rozpraszanie sie produktów elektrolizy, jak i przemieszczenie sa¬ mego elektrolitu, na przyklad przez konwekcje 30 zmierzaja do wyrównania tych zmian stezeniowych. 584263 Istnieje inna przyczyna tych zmian wiazaca sie z iloscia elektrolitu, znajdujacego sie miedzy elek¬ trodami i dla okreslonej odleglosci elektrod, przy czym ilosc ta zalezy od porowatosci srodowiska separujacego.W istocie hydratacja materialów czynnych zmie¬ nia sie pomiedzy stanem ladowania a stanem wy¬ ladowania, co powoduje zmiany stezenia elektro¬ litu, tym wieksze w wartosciach wzglednych im objetosc elektrolitu jest mniejsza, a pojemnosc elektrod wieksza. Zatem w akumulatorze zasado¬ wym powstaje wzbogacenie elektrolitu w wode podczas ladowania a jego zubozenie podczas wy¬ ladowania, w ten sposób, ze jezeli separator nie zawiera dosc elektrolitu, wyladowanie jest utrud¬ nione z powodi* braku wody. Nawet wtedy, gdy pfzewiduje *ie Jfóstateczna ilosc elektrolitu, wspól¬ czynnik zmian stezenia mimo wszystko istnieje, co powoduje wzgledne zmiany rezystancji wewne¬ trznej akumulatora. Separatory znanych typów, których uzywa sie nadal, chociaz sa jeszcze odpo¬ wiednie w wielu rozwiazaniach, maja ograniczo¬ ne zastosowanie w przypadku bardzo szybkich wyladowan, spowodowanych zmianami stezenia elektrolitu. Darte grubosci i porowatosci okazuja sie niedostateczne dla okreslenia separatora, w szczególnosci dla elektrochemicznych generatorów, posiadajacych najwyzsza mozliwa moc dla danej energii.Nalezy wziac po uwage pewne nowe wspólczyn¬ niki, których znaczenie nie zostalo dotychczas wy¬ kryte.Rezystancja wewnetrzna R generatora elektro¬ chemicznego powinna zawsze wypasc mozliwie naj¬ mniejsza. Otóz mozna ja uwazac w pierwszym przyblizeniu za sume trzech skladników R = Rr 4- Rp + Rc, przy czym Rr — jest opornoscia che¬ miczna, Rp — przedstawia straty na jednostke natezenia pradu, spowodowane polaryzacja, Rc — przedstawia straty na jednostke natezenia pradu, spowodowane zmianami stezenia.Zostaly podjete prace w celu zmniejszenia strat na jednostke natezenia pradu spowodowane po¬ laryzacja Rp, — wartoscia opornosci chemicznej Rr i wartoscia strat Rc, w szczególnosci przez zastosowanie elektrolitu o wysokiej przewodnosci wlasciwej miedzy bardzo zblizonymi elektrodami.Wykryto obecnie, ze mozna jeszcze zmniejszyc opornosc wewnetrzna w trakcie pracy generatora, oddzialywujac na straty spowodowane zmianami stezenia Rc przez zastosowanie separatora o od¬ powiedniej strukturze.Na skutek przeplywu pradu w generatorze i zmiennosci ilosci wody m}edzy stanem naladowa¬ nia, a stanem wyladowania czynnych materialów wytwarza sie niejednorodnosc stezenia elektrolitu, w którym mozna wyróznic trzy warstwy. Jedna w zetknieciu z anoda, w której elektrolit rozpusz¬ cza sie z powodu wyladowania jonów hydroksy- lowanych, które tworza wode, druga przylegla do katody, w której zachodzi stezenie elektrolitu i trzecia warstwe posrednia. 4 Te trzy warstwy sa zawarte w przestrzeni mie¬ dzy elektrodami, która czesciowo zajeta jest przez separator. Zdarza sie, ze warstwa posrednia jest bardzo cienka, albo wcale jej nie ma ale w kaz- 5 dym przypadku istnieje gradient stezenia, który powieksza srednia rezystancje wlasciwa elektroli¬ tu. Poza tym moga powstac sily przeciwelektromo- toryczne stezenia. W celu lepszego wyznaczenia zmiany rezystancji w zaleznosci od stezenia elek- 10 trolitu, w przypadku akumulatorów zasadowych^ zostal przykladowo wykreslony na fig. 1 zalaczo¬ nego rysunku, wykres przedstawiajacy rezystancje wlasciwa w omo-centymetrach roztworu wodoro¬ tlenku potasowego w funkcji jego stezenia K. 15 Z uwagi na to, ze elektrolit posiada w stanie spoczynku stezenie, które w przyblizeniu odpo¬ wiada minimum rezystancji wlasciwej roztworu, widoczne jest, ze wzrost i spadek stezenia tego elektrolitu powoduje wzrost jego rezystancji wla- 20 sciwej. Z powodu wkleslego charakteru przebie¬ gu krzywej dla kazdego jej punktu, poza punktem odpowiadajacym minimum rezystancji, wzrost re¬ zystancji wlasciwej z jednej strony tego punktu jest szybszy niz spadek rezystancji, wlasciwej z 25 drugiej strony punktu.Jednorodnosc elektrolitu mozna przywrócic tylko dzieki zjawisku rozpraszania i przesuniecia przez konwekcje elektrolitu.Wkladki, zastosowane dla wytwarzania znanych separatorów, jak równiez same wlókna, które two¬ rza te wkladki, sa praktycznie równolegle do elek¬ trod w ten sposób, ze male kanaliki separatora na¬ pelnione elektrolitem sa wypaczone, ukosne w stosunku do powierzchni elektrod i posiadaja nie jednakowe dlugosci. Poza tym, jezeli separatory skladaja sie z zaplatanych wlókien, konce tych wlókien sa ustawione na brzegu wkladki z tkani¬ ny, albo tez sa rozmieszczone dowolnie w filcu. 40 Celem wynalazku jest skonstruowanie genera¬ tora elektrochemicznego zawierajacego separator nie posiadajacy wyzej wymienionych wad. Cel ten zostal osiagniety przez to, ze separator generato¬ ra wedlug wynalazku zawiera wlókna izolacyjne 45 które sa zorientowane prawie prostopadle do elek¬ trod przylegajacych do tego separatora, przy czym wlókna te sa zamocowane jednymi koncami na co najmniej jednej powierzchni, co najmniej jednej z elektrod. 50 Separator taki ulatwia przeplyw produktów elek¬ trolizy, przenoszonych przez dyfuzje oraz ruchy elektrolitu, przez to, ze droga tego przeplywu jest najkrótsza i najprostsza ze wszystkich mozliwych przy .jednoczesnym zwiekszeniu do maksimum 55 czynnego przekroju przeplywu. Prostopadle usta¬ wienie wlókien posiada poza tym te przewage, ze ulatwia przeplyw produktów elektrolizy przez warstwe, adsorbowana na powierzchni wlókien.Fig. 2 zalaczonego rysunku pokazuje przyklado¬ wo wo w powiekszonej skali przekrój czesciowy ze¬ spolu elektrod i separatorów generatora wedlug wynalazku, stanowiacego akumulator kadmowo-ni- klowy.Poszczególne elektrody dodatnia I i ujemna II 65 tworza czesc zespolu elektrod akumulatora zasa-5 dowego kadmowo-niklowego. Wspornikiem tych elektrod jest perforowana bednarka 1 ze stali ni¬ klowanej. Wspornik ten jest pokryty spiekanym niklem 2, który jest odpowiednio nasycony wodo¬ rotlenkiem, zaleznie od zadanej biegunowosci, przy czym na przyklad wodorotlenek niklu zawiera wo¬ dorotlenek kobaltu dla elektrody dodatniej, a wo¬ dorotlenek kadmu dla elektrody ujemnej. Elek¬ trody te pokryte sa cienka warstwa 3, najkorzy¬ stniej jednorodna warstwa roztworu na bazie al¬ koholu poliwinylowego, przy czym wspomniana warstwa jest nalozona przez zanurzenie elektrody w roztworze i staje sie bardziej jednolita przez odwodnienie w polu elektrostatycznym.Wlókna 4 sa usytuowane prostopadle do elek¬ trod i przymocowane sa do warstwy 3 elektrod znanym sposobem przy zastosowaniu znanego przy¬ rzadu elektrostatycznego.Wlókna separatora sa przymocowane na calej lub czesci powierzchni elektrody i sajwykonane z tworzywa sztucznego nieprzewodzacego, odporne¬ go na dzialanie elektrolitu i praktycznie obojetne¬ go na warunki pracy generatora. Wlókna te mo¬ ga byc kolorowe, przy czym dysponuje sie cala gama kolorów dla oznaczenia na przyklad biegu¬ nowosci, rodzaju elektrod, okresu produkcji albo dla oznaczenia innych danych.Cienka warstwa kleju, która pokrywa elektrody moze odgrywac takze role przeszkody pólprzepusz- czalnej, o ile taki charakter jest specjalnie poza¬ dany. Zastosowane wlókna z tworzywa sztucznego w separatorze wedlug wynalazku posiadaja w przy¬ blizeniu srednice ponizej kilka dziesietnych mili¬ metrów i dlugosc w przyblizeniu ponizej kilku milimetrów. Srednica wlókna najkorzystniej posia¬ da kilka setnych milimetra, a dlugosc nie prze¬ kracza 0,5 milimetra, przy czym te dlugosc moz¬ na wybrac korzystnie przyblizona do odstepu, któ¬ ry .elektrody posiadaja miedzy soba, biorac pod uwage fakt, ze podczas zwartego montazu elektrod wytworzy sie pewne zaginanie czy przyplaszczenia wlókien.Gestosc wlókien na powierzchni elektrod wa¬ runkuje objetosc miedzy elektrodami, pozostawio¬ na wolna dla elektrolitu. Mozna zauwazyc, ze je¬ zeli wlókna pokrywajace przeciwlegle powierzch- 6 nie dwóch elektrod posiadaja dlugosc równa odste¬ pu miedzy tymi dwoma elektrodami, gestosc wló¬ kien wynikajaca z polaczenia tych dwóch elek¬ trod bedzie dwukrotna od gestosci istniejacej na 5 kazdej elektrodzie, wzietej oddzielnie z powodu nakladania sie wpomnianych wlókien. Poza tym nakladanie sie wlókien powoduje wzajemne zaze¬ bianie obu elektrod, praktycznie nie pozwalajac im na wzgledne przesuniecie boczne. Jest to zja- io wisko, które moze okazac sie interesujace w pro¬ dukcji, albo w magazynowaniu, poniewaz mozna stosowac stosy elektrod mechanicznie stabilnych.Inna korzysc wynalazki*, w przypadku, kiedy wlókna sa przymocowane na elektrodach, polega 15 na tym, ze ulatwiona jest automatyzacja produk¬ cji i uproszczony montaz akumulatorów, poniewaz nie stosuje sie tkaniny czy filcu, wymagajacych ukladania, przy czym elektrody nie slizgaja sie jedne o drugie. 20 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Claims (1)

1.