электрохимический элемент для химического источника тока ампульного типа

Формула изобретения

Электрохимический элемент для химического источника тока ампульного типа, содержащий корпус, крышки и перфорированное основание для впуска электролита, активную систему из слоев, образованных анодом из щелочного металла, углеродным катодом, разделенных между собой пористым сепаратором, отличающийся тем, что активная система электродного блока выполнена в виде сжатой плоскогофрированной вдоль собственной продольной оси структуры из материала анода, в промежутках между гофрами которой установлены множественные пластины из материала катода в чехлах из пористого сепаратора, при этом катод выполнен в виде металлической сетки, на которую нанесен слой углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, конкретно к химическим источникам тока ампульного типа.

Известен электрохимический элемент для химического источника тока ампульного типа, содержащий активную систему из слоев, образованных анодом из щелочного металла, углеродным катодом, разделенных между собой пористым сепаратором (заявка Франции №2599895, МПК Н 01 М 6/38, публ. 12.11.87 г.).

К недостаткам аналога относится недостаточно компактное выполнение электродов и последующее их размещение в батарее.

Известен в качестве наиболее близкого по технической сущности и достигаемому техническому результату электрохимический элемент для химического источника тока ампульного типа, известный из патента РФ №2191448, МПК Н 01 М 6/32, публ. БИ №29/02, от 20.10.2002 г., содержащий в качестве электродов свернутые в рулон слои соответствующего металла.

К недостаткам прототипа относится также недостаточно рациональное выполнение электродов в виде рулонов, что не обеспечивает их последующее компактное размещение их в батарее.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка электрохимического элемента для химического источника тока ампульного типа с минимизированным объемом для решения проблем жестких габаритных ограничений при сохранении высоких разрядных характеристик.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого электрохимического элемента, заключается в повышении эффективности работы за счет улучшения удельных характеристик энергетической мощности электрохимического элемента, обеспечении минимизации объема одного электрохимического элемента для возможности компоновки нескольких подобных ему в компактную батарею при одновременном сохранении разрядных характеристик.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном электрохимическом элементе для химического источника тока ампульного типа (ЭХЭ), содержащем корпус с крышками и перфорированное основание для впуска электролита в активную систему из слоев, образованных анодом из щелочного металла, в котором, в соответствии с предлагаемым активная система электродного блока выполнена в виде сжатой плоскогофрированной вдоль собственной продольной оси структуры из материала анода, в промежутках между гофрами которого установлены множественные пластины из материала катода в чехлах из пористого сепаратора, при этом катод выполнен в виде металлической сетки, на которую нанесен слой углерода.

Сущность предлагаемого электрохимического элемента для химического источника тока ампульного типа заключается в следующем.

На чертеже изображен электрохимический элемент для химического источника тока ампульного типа, где 1 - корпус, 2 - крышка корпуса, 3 - перфорированное основание, 4 - анод (отрицательный электрод), 5 - катод (положительный электрод), 6 - «чехол» из сепаратора, 7 - втулка, соединяющая ЭХЭ с распределительной магистралью и с ампулой с электролитом, и разрывающаяся мембрана для подключения ЭХЭ к ампуле с электролитом (не показана).

На чертеже, вид А-А показана в разрезе часть электродного блока, раскрывающая форму выполнения электродов 4, 5 и сепараторов 6 между ними. Из чертежа, вид А-А видно, что оптимальным в плане компактирования ЭХЭ и минимизации габаритов собранной из ЭХЭ данного вида батареи является их оформление в виде сжатой плоскогофрированной вдоль собственной продольной оси структуры из материала анода, в промежутках между гофрами которого установлены множественные пластины из материала катода в чехлах из пористого сепаратора, что конструктивно подобно изогнутой структуре типа «зиг-заг» или «гармошка». Геометрически такая конфигурация электродов имеет преимущества в решении проблемы пространственного позиционирования электродов с соблюдением равенства расстояний между ними во всем пространстве электродного блока по сравнению с прототипом.

Такое выполнение электродов, кроме того, является наиболее рациональным и в плане соответствия требованиям компактности батарей.

При этом все рабочие поверхности электродов более доступны для электролита, чем в случае исполнения электродов в виде свернутых в рулон листов металла, что ускоряет протекание электрохимических реакций на катоде и аноде, способствует полноте их реализации и значительно повышает эффективность работы ЭХЭ в целом и его удельную мощность.

Выполнение катода в виде металлической сетки, на которую нанесен слой углерода, как это выявлено экспериментально, также способствует максимально эффективной работе ЭХЭ.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При активации батареи, состоящей из отдельных ЭХЭ предлагаемого типа, происходит заполнение электролитом полости каждого электродного блока ЭХЭ и на внешних клеммах источника регистрируется напряжение расчетной величины. Заполнение электролитом всех участков рабочей полости происходит с меньшей задержкой, что уменьшает продолжительность приведения батареи из предлагаемых ЭХЭ в состояние готовности.

Экспериментальные исследования предлагаемого ЭХЭ позволили выявить, что по сравнению с вариантом исполнения образца ЭХЭ по прототипу предлагаемый ЭХЭ позволяет получить в ˜1,5-1,8 раз большую величину удельной мощности, чем это достигнуто в известном устройстве. Уровень других разрядных характеристик соответствует уровню характеристик прототипа.

Таким образом, при использовании предлагаемого ЭХЭ обеспечивается минимизация объема одного элемента для обеспечения, как следствие, возможности компоновки нескольких подобных ему в компактную батарею, повышение эффективности работы батареи в целом за счет улучшения удельных характеристик энергетической мощности электрохимического элемента при одновременном сохранении разрядных характеристик последней.

Возможность промышленного применения предлагаемого ЭХЭ подтверждается следующим примером.

Пример 1. В качестве составной части батареи отдельных ЭХЭ в лабораторных условиях был подвергнут экспериментальной проверке опытный образец ЭХЭ для химического источника тока ампульного типа, содержащий в корпусе с крышкой и перфорированным основанием для впуска электролита активную систему из слоев, образованных анодом из щелочного металла, углеродным катодом, разделенных между собой пористым сепаратором (чертеж).

Активная система одного электродного блока ЭХЭ выполнена в виде сжатой плоскогофрированной вдоль собственной продольной оси структуры из материала анода, в промежутках между гофрами которого установлены множественные пластины из материала катода в чехлах из пористого сепаратора.

В электродном блоке содержится набор отрицательного и положительного электродов, изогнутых в виде структуры «зиг-заг» вдоль собственной продольной оси, закрепленных на перфорированном основании ЭХЭ. В условиях данного примера анод выполнен из литиевой ленты, катод выполнен из никелевой сетки, на которую нанесен слой активной углеродной массы. Катод помещен в чехол из сепаратора, выполненного из микропористого полипропилена.

После активации батареи из нескольких образцов предлагаемой конструкции ЭХЭ были сняты контрольные измерения показателей и определены характеристики источника тока.

Результаты измерений приведены в таблице.

Как это показано в условиях экспериментальной отработки предлагаемого устройства, в отличие от прототипа достигнуты более высокие показатели компактности и эффективности работы и удельной мощности источника тока на основе ЭХЭ предлагаемого типа при одновременном сохранении разрядных характеристик.

Пример реализации	Наименование показателей	Значение показателей предлагаемого эхэ	Значение показателей ЭХЭ прототипа	Примечание
1	2	3	4	5
Электрохимический элемент прототипа	Разрядные характеристики:			Показатели ниже по компактности и по удельной мощности, чем у предлагаемого ЭХЭ
	Ток разряда		До5А
	Напряжение		3,5 В
	Удельная мощность		0,057 в · А/г
	Объем рабочий пакета электродов (компактность)		7,12·10 -3 м3
Электрохимический элемент предлагаемый	Разрядные характеристики:			Улучшение показателей компактности и по удельной мощности по сравнению с прототипом
	Ток разряда	До 5 А
	Напряжение	3,5 В
	Удельная мощность	0,103 В · А/г
	Объем рабочий пакета электродов (компактность)	5,04·10 -6 м3