Bateria elektrochemiczna i Przedmiotem wynalazku jest bateria elektroche¬ miczna zawierajaca elektrody dodatnie i ujemne oraz ewentualnie elementy chlodzace i oddzielajace, któ¬ re w tym celu maja plaski ksztalt.Wiadomym jest, ze ogniwo elektrochemiczne prze¬ twarza energie chemiczna w elektryczna na drodze elektrochemicznej. Bateria sklada sie z wielu ogniw i kazde ogniwo posiada co najmniej jedna ujemna i jedna dodatnia elektrode. Do tej kategorii prze¬ tworników energii naleza wszystkie konwencjonalne elektrochemiczne zródla pradu, jak: baterie pierwot¬ ne, baterie paliwowe, akumulatory, baterie metalo- wo-p owietrzne itip.Zinane rozwiazania konstrukcyjne baterii elektro¬ chemicznych róznia sie od siebie. Na przyklad ba¬ terie paliwowe i metalowoHpowietrzne budowane sa czesto ze stosunkowo cienkich elementów, funkcjo¬ nalnie wzgledem siebie ulozonych. Ogólnie biorac, kazdy element zawiera wewnatrz warstwe czynna i jest zamocowany w ramie kauczukowej lub z two¬ rzywa sztucznego. Warstwa czynna stanowi mate¬ rial elektrody lub w bateriach paliwowych — mate¬ rial katalityczny. Ramy elementów zaopatrzone mo¬ ga byc w otwory, które tworza kanaly, sluzace do doprowadzenia elektrolitu lub innych materialów, cyrkulujacyeh, na przyklad materialów paliwowych, oksydacyjnych lub chlodzacych w przypadku ele¬ ktrochemicznych baterii paliwowych. W celu usz¬ czelnienia od zewnatrz, stosowane sa miedzy krawe- 15 20 25 dziami ram zwykle uszczelnienia lub pierscienie usz¬ czelniajace.Elementy powyzsze tworza jednostke utrzymywana platami skrajnymi, które polaczone sa ze soba sworz¬ niami, drazkami lub t.p. Nacisk wywierany na bolce zalezy miedzy innymi od wewnetrznego cisnienia baterii. W wiekszosci regenerowanych elektroche¬ micznie baterii jest ono jedynym cisnieniem' i zalezy od hydrostatycznego cisnienia elektrolitu oraz nacis¬ ku, jaki powstac moze w masie czynnej podczas re¬ akcji. W innych rodzajach elementów elektroche¬ micznych, na przyklad w bateriach metalowo-powie- trzinych oraz paliwowych, powstac moze wyzsze cis¬ nienie niz cisnienie w elektrolicie, wskutek doprowa¬ dzonych gazów, jak na przyklad wodoru lub powie¬ trza. Skrajne plyty w bateriach tego rodzaju musza byc z tego wzgledu ciezkie i duze, zwlaszcza w ba¬ teriach paliwowych, przewidzianych do duzych róz¬ nic cisnienia, co stanowi powazna niedogodnosc. Dal¬ sza wada to pracochlonny i trudny montaz tych ba¬ terii, ze wzgledu na duza ilosc uszczelek (samousz- czelki pierscieniowe), które w praktyce nie daja sie latwo wlozyc w ich wlasciwe miejsce. W celu wyeli¬ minowania tych wad proponowano zespawac te ele¬ menty razem za pomoca utwardzonego tworzywa sztucznego lub spoin klejowych tak, aby byly one polaczone zlaczkami, które usytuowane sa wokól otworów ramy. Ten sposób wykonania spoinowego laczenia konstrukcji zapewnia szczelnosc i stabilnosc 72112• < h .; - ¦ 3; .[ ; budowy baterii; przede wszystkim baterii paliwo¬ wych na wodór lub tlen. Bardzo korzystna metoda spoinowego laczenia jest spawanie, w którym dwa elementy zastaja ze soba zetkniete po uprzednim roz¬ grzaniu az do nadtopienia ich plaszczyzn styku. Daje 5 to dobre wymiki lecz jest pracochlonne i koszt wy¬ robu baterii jest wysoki. Tak zbudowana bateria nie daje sie rozbierac do oczyszczenia i nie mozna wy¬ mieniac elektrod w celu regeneracji, co stanowi jej dalszawade. l 10 Celem wynalazku jest usuniecie powyzszych nie¬ dogodnosci.Cel ten osiagnieto w ten sposób, ze ogniwa zamo¬ cowane sa posrednio lub fezposrednio jedno do dru- gjago .za .ipcmoca ^elementów zamykajacych, przy 15 czy^fi przestrzenie smolne oraz otwory sa uszczelnio¬ ne za pomoca elementów uszczelniajacych, polaczo¬ nych z elementami zamykajacymi. Istotna zaleta ba- trrit Tirnrihig TrjiiEldTfljii w porównaniu do baterii zna¬ nych s£^nac^ koszty wytwarzania, gdyz 20 odpada problem klejenia lub spawania, ponadto za¬ pewnia sie demontaz baterii bez niszczenia elemen¬ tów w celu ich kontroli lub regeneracji.Szczególna trudnoscia przy sklejaniu lub spawa¬ niu jest istniejaca czesto koniecznosc wykonania ka- 25 nalów bocznych, w celu polaczenia otworów i prze¬ strzeni, które tymi kanalami maja byc polaczone.Trudnosc te omija sie w ten sposób, ze elementy wy¬ konuje sie w ich ostatecznej postaci, to jest wypo¬ sazone we wszystkie elementy potrzebne do zamo- 30 cowania.Cecha charakterystyczna wynalazku jest bezpo¬ srednie lub posrednie zamocowanie elementów za pomoca mechanicznie zakleszczanych zlaczek. Usz¬ czelnienie wykonane jest glównie za pomoca otwo- 35 rów usytuowanych wokól ramy oraz zaczepów zla¬ czonych z tworzywa sztucznego usytuowanych na obrzezu elementów i w miejscach, gdzie wymagane jest uszczelnienie. Wszedzie tam, gdzie jest to moz¬ liwe, zaleca sie dobudowac elementy do zlaczy usz- 40 czelniajacych.Uszczelniajace elementy zlaczne skladaja sie naj¬ czesciej z dwóch czesci: wtyczki zamocowanej na jednej ramie, której odpowiada gniazdo usytuowane na ramie drugiej. Sa one tak uksztaltowane aby 45 wtyczka dala sie wcisnac do gniazda, gdzie naste¬ puje zakleszczenie. Wymienione detale zlaczne roz¬ mieszczone sa na ramie po obu stronach tak, aby ramy te mozna bylo polaczyc i uzyskac zamierzona postac baterii. Przy symetrycznej konstrukcji ramy 50 ilosc wariantów rozmieszczenia elementów zlaczo- wych moze byc mala. Jesli rama jest na przyklad symetryczna wzgledem swojej osi, wówczas na jed¬ nej polowie moga znajdowac sie wtyczki, a na dru¬ giej stronie gniazda, zas na drugiej polowie odwrót- 55 nie. Dzieki temu rama wedlug wynalazku moze byc zastosowana jako dwuwarstwowa polaczona z druga taka sama rama.W zasadzie elementy zlaczne wykonane sa z tego samego materialu co ramy. W szczególnych przypad- 60 kach moga byc potrzebne specjalnego rodzaju zla¬ cza. W takich przypadkach rama zaopatrzona jest w odpowiednich miejscach w gniazda, zas specjalny element posredniczacy zaopatrzony jest we wtyczki zakleszczane nastepnie przez gniazda tej ramy. Dni- 65 12 '• ' 4 , '. . ^ * ga strona specjalnego elementu posredniczacego mo¬ ze byc zaopatrzona w dowolny element, pasujacy odpowiednio do drugiej ramy.Ramy wraz z elementami zlaczowymi i uszczelnia¬ jacymi wykonane sa celowo w calosci z materialu termoplastycznego, jak: polietylen, polipropylen, po¬ lichlorek winylu, polieter chlorowy, poliamid i t.p.Ramy moga byc wzmocnione za pomoca tkaniny z wlókna szklanego lub w inny sposób, w celu zwie¬ kszenia ich trwalosci. Moga byc równiez stosowane ramy metalowe, powleczone tworzywem sztucznym.Elementy zakleszczajace moga byc wzmocnione sztywniejszym materialem oraz posiadac swobode ruchu przez zastosowanie sprezynek.Ramy elementów baterii moga miedzy innymi byc polaczone ze soba bezposrednio w strefie wokól otworów oraz w miejscach odgraniczenia wnetrza od zewnatrz. Mozliwe sa takze polaczenia posrednie, przy uzyciu wspomnianych zlaczy zakleszczajacych sie, do obu laczonych ram, przy czym przy stosowa¬ niu specjalnych elementów posredniczacych znajdu¬ ja sie one miedzy obu ramami. Jesli taki element po¬ sredniczacy znajduje sie przy kanale, posiada on olwór, usytuowany wzdluz zestawu plyt. Specjalne elementy zakleszczajace moga takze znajdowac sie na brzegu ramy na przyklad w postaci wstegi z gniaz¬ dami, przy czym wstegi te naciagniete zostaja wo¬ kól zestawu plyt.Konstrukcja wedlug wynalazku jest szczególnie przydatna na przyklad przy budowie baterii paliwo¬ wych, metalowo-powietrznych oraz dwubiegunowych baterii olowiowych i stalowych z przeplywem ele¬ ktrolitu. Bateria taka sklada sie z jednego, wspólnie zawieszonego modulu lub wielu mniejszych modu¬ lów, które stanowia baterie. W takim przypadku ko¬ nieczne moga byc specjalne elementy zlaczne dla uzyskania szczelnego polaczenia miedzy tymi malymi modulami, w poblizu otworów.Poszczególne ogniwa wewnatrz modulu sa laczo¬ ne szeregowo lub równolegle albo szeregowo^ówno- legle. Laczenia mozna dokonywac wewnatrz, ewen¬ tualnie w specjalnych kanalach lub na zewnatrz ba¬ terii.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony W przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia polowe baterii paliwowej na wodór i tlen, w przekroju pionowym, fig. 2 — bateria w wi¬ doku z góry, fig. 3 — przyklad wykonania polacze¬ nia miedzy graniczacymi ze soba elementami bate¬ rii w pftekroju, fig. 4 — drugi przyklad wykonania polaczenia miedzy graniczacymi ze soba elementami baterii w przekroju, fig. 5 — trzeci przyklad wyko¬ nania polaczenia miedzy graniczacymi ze soba ele¬ mentami baterii w przekroju, fig. 6 — rame baterii metalowo-powietrznej w widoku z góry, fig. 7 — elementy zlaczne w widoku z boku, fig. 8 — element zlaczny z fig. 7 w przekroju, fig. 9 — inny przyklad wykonania elementu zlacznego w widoku z boku, fig. 10 — element zlaczny z fig. 9 w przekroju.Bateria paliwowa (fig. 1) zawiera dwa ogniwa. Ele¬ ktrode dodatnia 1 stanowi elektroda wodorowa osa¬ dzona w ramie 3 z tworzywa sztucznego. W celu wy¬ równania odchylek wymiarów, rama posiada fali¬ stosc 4. Elektrode ujemna stanowi elektroda tleno¬ wa 6 osadzona w ramie 7 z tworzywa sztucznego,72112 6 która w podanym przykladzie, w przekroju wzdluz osi ma ten sam ksztalt co rama z tworzywa sztucz¬ nego. Elektrody ujemne i dodatnie moga byc pola¬ czone do obwodu zewnetrznego przewodnikiem nie pokazanym na rysunku, przy czym oba ogniwa po¬ laczone sa równolegle, choc moga byc takze pola¬ czone szeregowo. Przewodniki szynowe celowo pro¬ wadzone sa specjalnymi kanalami, kttóre oddzielo¬ ne sa od wnetrza, a jedynie stykaja sie z komorami gaizowymi. Szyny te moga byc przeprowadzone ga¬ zoszczelnie przez otwory w obu elektrodach. Bateria posiada takze chlodnice, zbudowana z dwóch elemen¬ tów chlodzacych 8, w srodku których umieszczone sa plyty chlodzace 9, obsadzone w ramie 10. Zestaw elementów odgraniczony jest od obu elementów skrajnych 11 i plyt skrajnych 12, które polaczone sa srubami 13 (fig. 2). Elementy skrajne moga byc tak sztywne, ze mozna zrezygnowac z plyt skrajnych.Elektrody sa umieszczone w ramie z tworzywa sztucznego i sa wzgledem niej uszczelnione. Na skraju ram znajduja sie otwory 14 sluzace dla prze¬ plywu wodoru, otwory 15 dla przeplywu wody, któ¬ ra skrapla sie na czesciach chlodzacych, otwory 16 dla przeplywu tlenu i otwory 17 dla przeplywu wody chlodzacej do czesci chlodzacej, a ponadto otwory 18 dla odplywu wody chlodzacej z czesci chlodzacej oraz otwory 19 i 20 dla doplywu i odply¬ wu elektrolitu.Równiez na skraju ram znajduja sie kanaly 21, 22 dla szyn pradowych, które maja polaczenie z prze¬ strzenia zawierajaca wodór lub tlen, lub z chlodni¬ ca i elektrolitem. Elektrody wodorowe wykonane sa ze spiekanego niklu aktywowanego metalami szla¬ chetnymi. Elektrody tlenowe zbudowane sa ze spie¬ kanego niklu i srebra. Materialem na ramy jest po¬ lietylen o wysokiej udarnosci i o dobrej elastycz¬ nosci. Poszczególne elementy sa ze soba zespolone za pomoca polaczen 23 usytuowanych wokól otwo¬ rów oraz za pomoca polaczen 24 usytuowanych wzdluz obwodu ramy. Polaczenia te sluza jednoczes¬ nie jako uszczelnienie. Elementy ustawione sa jeden na drugim i scisniete az do zakleszczenia polaczen.Po zamontowaniu plyty skrajnej zestaw jest gotowy do uzycia. Przy szczególnie wysokich wymaganiach szczelnosci stosuje sie wzdluz krawedzi dodatkowa warstwe uszczelniajaca, na przyklad przez natrysnie- cie tworzywa sztucznego. Warstwa ta jednak nie mo¬ ze sluzyc do mechanicznego przytrzymywania zesta¬ wu, gdyz utrudniloby to otwieranie baterii, elimi¬ nujac jedna z zalet wynalazku.Na fig. 3 i 4 przedstawiono dwa przyklady wyko¬ nania zlaczy zapewniajacych szczelnosc baterii. Zla¬ cze wedlug fig. 3 sklada sie z dwóch elementów 26 i 27 polaczonych zakleszczeniami wokól kanalu 25, przy czym elementy 26 i 27 moga na przyklad byc utworzone przez elektrode ujemna i dodatnia. ' Zamkniecie sklada sie z pierscieni 28, które sa czescia elementu 27 i wchodza w odpowiednie bruz¬ dy usytuowane w elemencie 26. Fig. 4 przedstawia szereg elementów, na przyklad na zmiane ulozonych elektrod dodatnich i ujemnych w akumulatorze alka¬ licznym (zasadowym), przy czym strona 30 zwróco¬ na jest na zewnatrz, a strona 31 do wnetrza pojem¬ nika, na przyklad do kanalu dla elektrolitu. Zamknie¬ cie i uszczelnienie poszczególnych elementów odby¬ wa sie za pomoca jezyków 32, które wchodza w sla¬ dy 33.Fig. 5 ilustruje przyklad wykonania, w którym funkcje elementu zamykajacego i uszczelniajacego 5 spelniaja oddzielne elementy. Zakleszczanie odby¬ wa sie poprzez zazebienie elementów 34, uksztalto¬ wanych jako zaczepy o przekroju kolowym lub jako ksztaltki umieszczone wokól kanalu.Uszczelnianie odbywa sie za pomoca elementu 10 uszczelniajacego 35 umieszczonego na przeciwleglej zewnetrznej stronie elementu 27.Na fig. 6 przedstawiono rame 36, polaczona za po¬ moca elementów zamykajacych, usytuowanych na zewnetrznej stronie ramy. 15 Na fig. 7 pokazane sa elementy zamykajace, wcho¬ dzace do wyciecia sasiedniego elementu, pokazane¬ go na fig. 8. W ramie 36 (fig. 6) umieszcza sie na przyklad elektrode ujemna, której zewnetrzna po¬ wierzchnia zwrócona jest w kierunku elektrolitu. 20 Kanaly 38 i 39 sa przeznaczone do doplywu wzgled¬ nie odplywu powietrza. Kanal 40 jest przeznaczony do doplywu elektrolitu, natomiast kanal 41 umiesz¬ czony równolegle do brzegu ramy, sluzy do odply¬ wu elektrolitu. 25 Elementy zamykajace 42 wspólpracuja z wyciecia¬ mi 43 zewnetrznej powierzchni ramy.Fig. 9 przedstawia przyklad wykonania elementów zlaczowych z uformowanymi w zygzak wstegami 44 wyposazonymi w otworki 45, o wymiarach przysto- 3ó sowanych do zaczepów usytuowanych na krawedzi elementów zamykajacych wedlug fig. 10.Przedmiot wynalazku odnosi sie do zródel pradu, zwlaszcza skomplikowanych z punktu widzenia tech¬ nicznego, a mianowicie do baterii wodorowej i tle- 35 nowej z wewnetrznym chlodzeniem.Rozwiazanie wedlug wynalazku moze byc równiez zastosowane do innych, prostych konstrukcji, na przyklad do baterii metalowo-powietrznyeh z elektro¬ dami dodatnimi zelaznymi, cynkowymi lub kad- 40 mowymi, do dwubiegunowych baterii olowiowych, dwubiegunowych akumulatorów stalowych i kmych. PL