Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to solid-state electrochemical current sources, for example, rechargeable batteries and batteries of double-layer capacitors - supercapacitors.
Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона (см. патент RU 140924, кл. H01G 11/12, опубл. 20.05.2014). Недостатками известного устройства являются невозможность поддержания избыточного внутреннего давления и высокие контактные сопротивления входящих в батарею элементов, что повышает внутреннее сопротивление электрохимического источника.In the prior art, an electrochemical device is known that contains housing elements and an assembly package of individual electrochemical elements, each of which is made in the form of two electrodes and two separators assembled in a stack or rolled into a flat roll with end cathode and anode down conductors located on opposite sides of the stack or roll (see patent RU 140924, CL H01G 11/12, publ. 05/20/2014). The disadvantages of the known device are the inability to maintain excessive internal pressure and high contact resistance of the elements included in the battery, which increases the internal resistance of the electrochemical source.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления и сборки, а также повышении КПД устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона, концевые токоотводы электрохимических элементов соединены с плоскими электропроводящими деталями, выходящими за контуры электрохимического элемента, а между указанными деталями расположены электроизоляционные рамки с эластичными краями, образующие замкнутый герметичный контур вокруг каждого электрохимического элемента и выполненные с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Электроизоляционные рамки могут быть выполнены комбинированными из жесткого и эластичного материалов или полностью быть выполнены из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, или S-образную форму. Электроизоляционные рамки могут быть снабжены дополнительными электровыводами, а также клапанами или сапунами, а на их наружной поверхности предпочтительно выполнены крепежные элементы для фиксации корпусных элементов. Корпусные элементы предпочтительно снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки.The objective of the invention is to remedy these disadvantages. The technical result consists in simplifying the manufacture and assembly, as well as increasing the efficiency of the device. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in an electrochemical device containing housing elements and an assembly package of individual electrochemical elements, each of which is made in the form of two electrodes and two separators, assembled into a stack or rolled into a flat roll with end cathode and anode down conductors located on opposite sides of the stack or roll, the end down conductors of the electrochemical elements are connected to flat conductive parts that extend beyond the circuit s of the electrochemical cell, and between the indicated parts there are electro-insulating frames with elastic edges, forming a closed tight circuit around each electrochemical cell and made with the possibility of holding the internal pressure from 0.01 to 1 MPa. The insulating frames can be made combined of rigid and elastic materials or completely made of elastic material and in the cross section have a P-, C-, M-, or S-shape. The insulating frames can be provided with additional electrical outlets, as well as valves or breathers, and fasteners for fixing the housing elements are preferably made on their outer surface. The housing elements are preferably provided with coil or cup springs or an elastic element in the form of a gas-filled elastic shell.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого электрохимического устройства;In FIG. 1 shows a General view of the proposed electrochemical device;
на фиг. 2 - один из его единичных электрохимических элементов с парой электропроводящих деталей и электроизоляционной рамкой;in FIG. 2 - one of its single electrochemical elements with a pair of electrically conductive parts and an insulating frame;
на фиг. 3-7 - варианты поперечного сечения полностью эластичной электроизоляционной рамки;in FIG. 3-7 are cross-sectional options for a fully elastic insulating frame;
на фиг. 8-9 - варианты поперечного сечения комбинированной электроизоляционной рамки.in FIG. 8-9 are cross-sectional variations of a combined electrical insulating frame.
Предлагаемое электрохимическое устройство состоит из корпусных элементов (скоб 1 и концевых крышек 2) и сборного пакета единичных электрохимических элементов 3. Крышки 2 снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами 4 или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки (на чертежах не показана) для сжатия пакета единичных электрохимических элементов 3. Каждый элемент 3 выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон (на чертежах не показано) с концевыми катодным и анодным токоотводами 5 на противоположных сторонах. Концевые токоотводы 5 соединены с плоскими электропроводящими деталями 6 в виде пластин, по длине и ширине выходящих за контуры электрохимического элемента 3. Между каждой парой смежных деталей 6 расположена электроизоляционная рамка 7 с эластичными краями 8, образующая замкнутый герметичный контур вокруг элемента 3 и выполненная с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Рамка 7 может быть выполнена комбинированной с центральной жесткой вставкой 9 и эластичными краями 8 или полностью быть выполнена из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, S-образную или иную форму (см. фиг. 3-7). Для удобства и безопасности эксплуатации рамку 7 снабжают дополнительными электровыводами, а также предохранительными и/или противоаварийными и/или заправочными клапанами или сапунами (на чертежах не показаны). На наружной поверхности рамки 7 выполняют крепежные элементы для фиксации скоб 1.The proposed electrochemical device consists of case elements (brackets 1 and end caps 2) and a prefabricated package of single electrochemical elements 3. The covers 2 are provided with cylindrical or cup springs 4 or an elastic element in the form of a gas-filled elastic shell (not shown) to compress single packets electrochemical elements 3. Each element 3 is made in the form of two electrodes and two separators, assembled into a stack or folded into a flat roll (not shown in the drawings) with end cathode and an dnym collector 5 on opposite sides. The terminal down conductors 5 are connected with flat electrically conductive parts 6 in the form of plates extending beyond the contours of the electrochemical element 3. Between each pair of adjacent parts 6 there is an insulating frame 7 with elastic edges 8, forming a closed airtight circuit around the element 3 and made with the possibility of retention of internal pressure from 0.01 to 1 MPa. The frame 7 can be made combined with a central rigid insert 9 and elastic edges 8 or completely made of elastic material and in cross section have a U-, S-, M-, S-shaped or other shape (see Fig. 3-7 ) For convenience and safety of operation, the frame 7 is provided with additional electrical outlets, as well as safety and / or emergency and / or filling valves or breathers (not shown in the drawings). On the outer surface of the frame 7 perform fasteners for fixing the brackets 1.
Предложенная конструкция электрохимического устройства за счет оснащения перемежающимися электропроводящими пластинами и гибкими рамками позволяет воспринимать нагрузки сжатия и поддерживать внутри образованного замкнутого контура избыточное внутреннее давление от 0.01 до 1 МПа, что значительно увеличивает КПД устройства, уменьшает его внутреннее сопротивление и расширяет рабочий интервал температур на 30-40°С. При этом за счет отсутствия специальной коммутации элементов, устройство просто в изготовлении и сборке, имеет уменьшенные массогабаритные характеристики и себестоимость.The proposed design of the electrochemical device due to the equipment of alternating conductive plates and flexible frames allows us to perceive compression loads and maintain the internal pressure from 0.01 to 1 MPa inside the formed closed loop, which significantly increases the efficiency of the device, reduces its internal resistance and extends the operating temperature range by 30- 40 ° C. Moreover, due to the lack of special switching elements, the device is easy to manufacture and assemble, has reduced weight and size characteristics and cost.
