SE450312B - Flercellig elektrisk ackumulator - Google Patents

Description

450512 motsvaras således den rörformiga manteln av aktivt material av en-ledan- de stomme av samma längd som manteln. Vidare är arrangemanget med cylind- riska elektroder relativt utrymmeskrävande i förhållande till volymen av aktivt material som utnyttjas.

Föreliggande uppfinning avser en flercellig elektrisk ackumulator, där det aktiva materialets elektriska ledningsförmåga utnyttjas i väsentlig grad, varigenom mängden interna ledare kan minskas och därmed vikten.

Förhållandet mellan elektrodernas tjocklek och sammanlagda yta inom en cell skall väljas efter den av faktorerna elektrolytisk ledningsförmåga och elektrolytdiffusion till och från elektrodernas inre, som kräver de tunnaste elektroderna. Dessa skall därför vara högst 10 mm tjocka och sträcka sig minst 5 gånger sin medeltjocklek ut från den vägg de samman- hänger med.

Förbindningarna genom väggarna mellan elektroderna i ovan beskrivna par placeras på inbördes avstånd, som bestämmes av det aktiva materialets interna elektriska ledningsförmåga i den elektrod i paret, där denna är lägst. Det har dock visat sig möjligt att placera dem minst 10 mm från varandra och i vissa fall på upp till 50 mm inbördes avstånd.

Varje förbindning utgöres företrädesvis av en rak ledare. Dennas ut- sträckning från väggen den går genom in i resp. elektrod beror på dennas aktiva materials elektriska ledningsförmåga. Den kan alltid göras korta- re än elektrodens utsträckning från väggen. Ofta räcker det med mindre än hälften av detta mått.

Nämnda ledares tvärsnitt dimensioneras med utgångspunkt från vad som be- -hövs för att de skall motstå korrosion under ackumulatorns livslängd.

Det skall därför åtminstone i fråga om blyackumulatorer vara minst l och företrädesvis 3 mm. Åtminstone i fråga om blyackumulatorer gäller också: Det aktiva materia- let utnyttjas i ett skikt, som sträcker sig från elektrodens yttre yta och så långt in som diffusionen hinner ersätta förbrukad elektrolyt. Det aktiva materialets ledningsförmåga sjunker kraftigt vid urladdning. Man kan därför, för att underlätta för aktiva materialet att-klara den roll, som det här givits i strömtransporten, ge elektroderna en utåt från mellanväggen, med vilken de sammanhänger, avsmalnande kilformad tvärsektion, sett i ett väsentligen horisontellt snitt genom elektroden. 450 312 I nu vanliga blyackumulatorer användes blylegeringar i stor utsträckning både som strömuppsamlare och_mekaniskt stöd för det aktiva materialet. I den mån det sistnämnda behöver mekaniskt stöd utföres detta i föreliggande uppfinning med starkare och framför allt väsentligt lättare material, såsom plast och glasfibermattor.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en flercellig, elektrisk ackumulator. där angränsande cefler skiljes av en isolerande mellanvägg och där, i en cell elektroder, i huvudsak formade som plattor och sinsemellan parallella, utgår från vardera av de cellen begränsandemellanväggarna samt i ackumulatorns ändcelier från ändväggarna och sträcker sig i deras längs- riktning i det närmaste genom cellen och där plattorna är anordnade så att, inom cellen varannan platta utgår från ena mellanväggen eller en ändvägg och är av ena polariteten och varannan platta utgår från motstående vägg och är av motsatt polaritet och så att, elektrodplattorna utgår parvis från mellan- väggarna,-varvid mitt emot en platta av ena polariteten på ena sidan mellan- väggen finns en platta av motsatt polaritet på andra sidan, samt där plattor- na i varje sådant par är förbundna medelst åtminstone en genom mellanväggen tätat genomförd ledare.

" Uppfinningen utmärks av, att motsvarande delar av elektrodplattorna i varje sådant par direktförbinds medelst en väsentligen stavformig ledare, på känt sätt tätat genomförd genom mellanväggen, varvid det aktiva materialets egen elektriska ledningsförmåga utnyttjas för huvudparten av uppsamling eller för- delning av strömmen inom nämnda elektroddelar och av, att nämnda delars stor- lek är anpassad till nämnda ledningsförmåga, varvid nämnda delars yta i ett längssnitt, d.v.s. parallellt med plattornas plan, är minst 2 cmz och högst 50 cmz, företrädesvis l0 - l5 cmz och av, att nämnda ledare insticker i var- je platta i dennas längsriktning, d.v.s. väsentligen parallellt med plattans plan och i riktning från mellanväggen, till endast en del av plattans längd, varvid det aktiva materialets egen elektriska ledningsförmåga utnyttjas för uppsamling eller fördelning av ström inom de utanför ledarna förefintliga partierna.

Nedan beskrivs uppfinningen närmare i anslutning till bifogade ritning, där - fig. l schematiskt visar ett horisontellt snitt B-B enligt fig. 2 ge- nom en del av två celler i en ackumulator enligt uppfinningen med en förs- ta utföringsform av elektrodplattor, 450 312 - fig. 2 schematiskt visar en del av ett snitt A-A enl. fig. 1, - fig. 3 schematiskt visar ett vertikalt snitt C-C enl. fig. 4 genom en andra utföringsform av elektrodplatta enl. uppfinningen, - fig. Ä visar en elektrodplatta enl. nämnda andra utföringsform sedd uppifrån, - fig. 5 schematiskt visar en gavel (ändvägg) hos en ackumulator enl. uppfinningen med två utföringsformer av kopplingam för strömuppsamling från elektroderna samt en utföringsform av batteripol, - fig. 6 schematiskt visar en utföringsform av ledare anordnad att för- binda tvenne elektrodplattor av motsatt polaritet, samt - fig. 7 schematiskt visar en utföringsform, där plattorna bildar en vinkel med mellanväggar i ackumulatorn, där två angränsande celler ses uppifrån.

I fig. 1 betecknas med 1 en yttervägg hos en ackumulator enl. uppfin- ningen, mot vilken yttervägg mellanväggar 2 begränsande celler 3,4 hos ackumulatorn förefinns anordnade. Fig. 1 är tänkt att visa ett horison- tellt snitt genom en ackumulator, där således nämnda ytterväggar och mellanväggar företrädesvis är vertikala och där mellanväggarna 2 är an- ordnade vinkelrätt mot ytterväggarna 1 och löper mellan två sinsemellan parallella ytterväggar. Ackumulatorn är härvid tänkt uppställd på hori- sontellt underlag.

Varje cell 3,Å, där ackumulatorn innefattar företrädesvis ett flertal celler, begränsas av två sinsemellan parallella mellanväggar 2 och sins- emellan parallella ytterväggar 1.

I varje cell förefinns elektroder 5,6 i huvudsak formade som plattor och sinsemellan parallella utstickande från de två mellanväggarna2, som be- gränsar cellen.

Med 5 betecknas positiva eiektrodplattor och med 6 negativa elektrod- plattor. Rlattorna 5,6 är anordnade så att, varannan platta inom en cell utsticker från ena mellanväggen och är av ena polariteten och varannan från motstående mellanvägg och är av motsatt polaritet och så att, de från en mellanvägg 2 utstickande elektroderna 5 eller 6 i en cell 3 el- ler Ä är förbundna med var sin elektrod 6 eller 5 resp. av motsatt pola- ritet i den angränsande cellen Ä eller 3 resp. medelst ett antal ledare 7 bestämt av storleken på de elektroddelar, inom vilka strömledningen klaras av det aktiva materialet, vilka ledare är tätat genomförda genom mellanväggen 2 mellan cellerna 3,b, såsom framgår av fig. 1. Elektrod- Wu 450 312 plattorna 5,6 utgår således parvis från mellanväggen 2, där plattorna i varje sådant par är förbundna medelst åtminstone en genom mellanväggen tätat genomförd ledare 7 och där motsvarande delar av elektrodplattorna 5,6 i varje sådant par 5,6 dlrektförbinds medelst en ledare 7.

Varje platta 5,6 kan ha_en utåt från mellanväggen 2, från vilken plat- tan utsticker, avsmalnande, kilformad tvärsektion sett i ett väsentli- gen horisontellt snitt genom plattan såsom visas i fig. 1. Plattan 5,6 har således vid sin fria ände 8 en tjocklek, som är mindre än tjockle- ken vid änden invid mellanväggen 2, från vilken plattan utsticker.

Ovan nämnda ledare 7, vilka utgörs av exempelvis blystavar, insticker i plattan 5,6 i dennas längdriktning, d.v.s. i riktning från mellanväggen 2, till endast en del av plattans längd, ofta under 50% av densamma.

Den övervägande delen av varje plattas 5,6 vikt utgörs av aktivt mate- rial 9,10 av känt slag, såsom blydioxid 9 resp. bly 10, där således det aktiva materialet på käntsätt utgörs av hlydioxid 9 hos de positiva plat- torna 5 och bly 10 hos de negativa 6.

Vid en ackumulator enl. uppfinningen, där ledarna 7 insticker i plattor- na endast till en mindre del, utnyttjas det aktiva materialets 9,10 led- ningsförmåga för strömledning till ledarna 7 från de utanför ledarna 7 förefintliga plattpartierna 11. l fig. 1 och 2 har ledarna 7 inritats schematiskt. I fig. 6 visas en utföringsform av ledare 7, där dessa an- passats till behovet av strömledning och det aktiva materialets lednings- förmåga så att ledaren gjorts kortare i.den platta 12, som innehåller ak- tivt material med störst ledningsförmåga jämfört med ledarens längd i plattan 13 innehållande aktivt material med lägst ledningsförmåga. Vidare har ledaren gjorts avsmalnande ut mot dess ändar 14,15. På detta sätt nedbringas mängden ledarmaterial så att ej mer ledarmaterial än nödvän- digt används. Härigenom nedbringas ackumulatorns vikt.

I fig. 3 och Ä visas en utföringsform av plattor enl. uppfinningen, där varje platta innefattar en ram 16 eller motsvarande av ett material med låg densitet, såsom plast eller liknande. Ramen har en i ett med plattans plan väsentligen parallellt snitt i huvudsak rektangulär eller kvadratisk ytterkontur. Ramen 16 är klädd med ett hölje 17, som utgöres av en porös och för ackumulatorns elektrolyt permeabeh matta eller liknande, exempel- vis hestående av en_vid en perforerad plastmatta fogad glasullsmatta, där i höljet 17 således utgör plattans 5,6 sidoväggar'18 samt där det aktiva ma- ,. terialet föreflnns anordnat innanför ramen 16 och höljet 17. 450 312 Enl. en utföringsform innefattar ramen åtminstone en plaqanstjockleks- riktning utfyllande stödprofil 19 för höljet.17, varigenom plattan i dess höjdled uppdelas i flera, väsentligen lika stora, fack 20, där fö- reträdesvis en ledare 7 förefinns instickande i varje fack 20. I fig. 3 utgörs ramen 16 med stödprofiler 19 av ett gaffelliknande ryggstycke, vid vilket ett ändstycke 21 fästs sedan råmaterial till aktivt material pâfyllts i plattan. Vid denna utföringsform utgör således facken 20 de motsvarande delar hos elektrodplattorna 5,6 som dírektförbinds genom mellanväggen 2 medelst ledaren 7.

Plattorna 5,6 kan naturligtvis även utgöras av ett, tillika permeabelt, väsentligen fribärande, eventuellt formpressat, hölje 22, i vilket ak- tivt material är anordnat, d.v.s. i huvudsak såsom i flg. 1 och 2. Man kan även tänka sig elektroder med den form och fördelning av ledare, som ovan beskrivits uppbyggda av självbärande aktivt material.

Elektrodplattorna.5,6 kan naturligtvis varieras väsentligt vad avser de- ras längd, tjocklek och höjd och även den omfattning,_i_vílken plattorna avsmalnar.utåt, Således kan plattornas-längd varieras inom åtminstone in- tervallet 1 - 10_cm och.plattornas medeltjocklek inom åtminstone inter- vallet 1 - 10 mm. Företrädesvis förefinns flera ledare 7 fördelade över u varje platta i höjdled, där avståndet mellan två närliggande ledare kan varieras inom åtminstone intervallet 1 - 5 cm.

' Enl. en utföringsform har varje platta en tjocklek av c:a 3 ' 3,5 mm vid dess fria ände 8 och cza Å,5 - 5 mm invid mellanväggen, från vilken den utsticker. I I fig. 5 visas-schematiskt en gavel 22 hos en ackumulator enl. uppfin- ningen med två utföringsformer, en till höger och en till vänster, av kopplingar för strömuppsamling från elektrodplattor samt en utförlngsform av batteripol. I figuren ses gaveln 22 från utsidan., Varje kopplingspunkt 23 på gavejns 22 utsida ansluter till en ledare 7, varvid en vertikal rad Zü, där en sådan rad 24 markerats streckad i fi- guren, motsvarar företrädesvis en elektroqdtaua. 5,6. Mitt på gaveln 22 förefinns en vertikal uppsamlingsledare 25 innefattande en batteripol 26 -vid.dess företrädesvis övre ände. Med uppsamllngsledaren 25 förbinds var- je kopplingspunkt 23 "närmaste vägen", d.v¿s. med väsentligen horisontel- la ledningar eller motsvarande, antingen med en ledning 27 för varje kopp- lingspunkt 23, såsom till vänster i figuren, eller med en gemensam ledare 450 312 28, såsom till höger i figuren.

Företrädesvis anpassas uppsamlingsledarens 25 och ledarnas 28 tvärsnitts- area till behovet av ledningsförmåga så att tvärsníttsarean ökar i led- ningsriktníngen mot polen 26, såsom antyds i fig. 5, varigenom vikten hos ledarna 25,28 hålls nere. Både uppsamlingsledare och övriga ledare kan “ här utföras i t.ex. koppar, som har mycket god ledningsförmâga, varigenom vikten ytterligare väsentligt nedbringas. Batteripolen 26 innefattar ett hål 29, varigenom en kabelsko, strömskena eller annan batteripol lätt kan anslutas.

En ackumulator enl. uppfinningen är således anpassad att ge hög kapacitet per viktsenhet jämfört med kända ackumulatorer, genom att det aktiva ma- terialets ledningsförmåga utnyttjas optimalt. Inbyggda elektriska ledare kan dimensioneras med hänsyn till i huvudsak korrosion och livslängd.

Elektroderna är samtidigt utformade med hänsyn till elektrolytdíffusion och gasutveckling och strömvägarna är de i huvudsak kortast möjliga.

Med en ackumulator enl. uppfinningen utgör det inbyggda ledarmaterialets vikt endast Cia 10 % av elektrodernas vikt, vilket skall jämföras med #0 - 50 % vid konventionella konstruktioner.

Ovan har några utföringsformer av en ackumulator enl. uppfinningen be- skrivits. Naturligtvis kan fler utföringsformer samt mindre förändringar tänkas utan att uppfinningstanken därför frångås.

Sålunda kan plattornas 5,6 sidoväggar kompletteras med ytterligare mate- rial för separering av plattorna.

Vidare är det lämpligt att ackumulatorns längsgående ytterväggar utskju- ta något utanför gavlarna 22, såsom antyds i fig. 5, varvid plast eller liknande kan anordnas som kapsling för uppsamlingsanordningarna 23,25,27, 28 på gavelns utsida.

Det kan även i vissa fall vara lämpligt att plattorna 5,6 bildar en vin- kel med mellanväggens plan, såsom antyds i fig. 7, där delar av två an- gränsande celler 3,ü visas.

Ovan har väsentligen stavformiga, släta ledare 7 angivits. Det kan i vissa faflvara lämpligt att utforma ledarna 7 med ett i deras längsriktning vari- _. erande tvärsnitt för att på detta sätt öka kontaktarean gentemot det omgi- vande aktiva materialet och därmed säkerställa kontakt mellan ledare och aktivt material. Sålunda kan ledarna utformas stavformiga med i omkretsled 450 512 löpande och utstickande ring- eiler skivformiga partier.

Uppfinningen skall således ej anses begränsad till ovan angivna utfö- ringsformer, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angiv- Ûê fam. m ß

Claims (5)

450 312 9 Patentkrav

1. Flercellig, elektrisk ackumulator, där angränsande celler skiljes av en isolerande mellanvägg och där, i en cell elektroder, i huvudsak formade som plattor och sinsemellan parallella, utgår från vardera av de cellen be- gränsande mellanväggarna samt i ackumulatorns ändceller från ändväggarna och sträcker sig i deras längsriktning i det närmaste genom cellen och där plattorna är anordnade så att, inom cellen varannan platta utgår från ena mellanväggen eller en ändvägg och är av ena polariteten och varannan plat- ta utgår från motstående vägg och är av motsatt polaritet och så att, elekt- rodplattorna utgår parvis från mellanväggarna, varvid mitt emot en platta av ena polariteten på ena sidan mellanväggen finns en platta av motsatt polari- tet på andra sidan, samt där plattorna i varje sådant par är förbundna me- delst åtminstone en genom mellanväggen tätat genomförd ledare, k ä n n e - t e c k n a d a v, att motsvarande delar (20) av elektrodplattorna (5,6) i varje sådant par (5,6) direktförbinds medelst en väsentligen stavformig le- dare (7), på känt sätt tätat genomförd genom mellanväggen (2), varvid det aktiva materialets egen elektriska ledningsförmåga utnyttjas för huvudparten av uppsamligg eller fördelning av strömmen inom nämnda elektroddelar och av, att nämnda delars (20) storlek är anpassad till nämnda ledningsförmåga, var- vid nämnda delars (20) yta i ett längssnítt, d.v.s. parallellt med plattor- nas plan, är minst 2 cmz och högst 50 cmz, företrädesvis 10 - 15 cmz och av, att nämnda ledare (7) instícker i varje platta (5,6) i dennas längsriktning, d.v.s. väsentligen parallellt med plattans plan och i riktning från mellan- väggen (2), till endast en del av plattans (5,6) längd, varvid det aktiva materialets egen elektriska ledningsförmåga utnyttjas för uppsamling eller fördelning av ström inom de utanför ledarna (7) förefintliga partierna (11).

2. Ackumulator enl. krav 1, k ä n n e t e c krn a d a v, att varje plat- ta (5,6) har en utåt från mellanväggen, från vilken plattan (5,6) utgår av- smalnande, kilformad tvärsektion, sett i ett väsentligen horisontellt snitt genom plattan (5,6).

3. Ackumulator enl. krav 1 eller 2, k ä n n-e t e c k n a d a v, att varje platta (5,6) innefattar en ram (16) av plast eller motsvarande med en i ett med plattans plan väsentligen parallellt snitt i huvudsak rektan- gulär eller kvadratisk ytterkontur, där ramen (16) är klädd med ett po- röst och för ackumulatorns elektrolyt och i ackumulatorn bildade 450 312 m' gaser permeabelt hölje (17) såsen en vid en perforerad plastmacta fogad glasullsmatta eller liknande, där höijet (17) således utgör plattans (5, 6) sidavåggar (18), sam: där nämnda aktiva material (9,l0) förefinns an- ordna: innanför ramen (16) och höljet (17).

4. U. Ackumulator enl. krav 2 eller 3, k 3 n n e t e c k n a d a v, att v varje platta (5,6) har en tjocklek av efia 3 ~ 3,5 mm vid sin fria ände (8) och c:a ä,5 ~ 5 mm invid mellanväggen (2), från vilken den utsticker.

5. Ackumulator enla krav 3 eller M, k ä n n e t e e k n a d av, att varje platta (5,6) innefattar åtminstone en platrans (5,6) cjockleksrikr- ning utfyllande stödpröfil (19) för höljet (17), varigenom plattan (5,6) i höjdled uppdelas i flera, väsentiigen lika stora, fack (20) där.företrä- desvis en ledare (7) förefinns inatickande i varje fack (20).