NO130964B - - Google Patents

Description

Elektrokjemisk celle eller batteri

med utsatt aktivitet.

Foreliggende oppfinnelse angår elektrokjemiske celler og

batterier med utsatt aktivitet. Slike batterier betegnes også som reserveceller eller reservebatterier, og de inneholder en aktiverings-

væske i form av en elektrolytt, et oppløsningsmiddel. eller en opp-

løsning som under lagring holdes adskilt fra visse andre komponenter i cellen eller batteriet slik at det skapes noen elektrisk potensial før væsken får adgang til.de nevnte andre komponenter slik at det dannes elektrokjemisk-aktivitet mellom væsken og disse.

Mer bestemt angår oppfinnelsen batterier og celler som

omfatter et aktivatorrom og et cellerom som er adskilt fira hverandre ved hjelp av en lett brytbar vegg og en anordning for punktering av

veggen slik at det dannes en bane for strøm av væske fra aktivatorrommet inn i cellerommet, idet aktivatorrommet er delt av en bevegelig vegg i to adskilte rom, hvorav det første inneholder en aktiveringsvæske i kontakt med den brytbare vegg og det annet rom inneholder gass under trykk.

Tidligere kjente celler og batterier av denne art har hatt den ulempe at de aktiveres meget langsomt,og de har vært meget føl-somme overfor temperaturforandringer ved at damptrykket som i det første rom forandrer seg med temperaturforandringene, virker som et tilbaketrykk mot gasstrykket i det annet rom slik at effektiviteten av gasstrykket når det gjelder å drive væsken ut fra det første rom, nedsettes ved økende temperaturer.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til celler- og batterier som hurtigere kan gjøres aktive og som påvirkes mindre av temperaturforandringer enn tidligere kjente batterier.

I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at det annet rom inneholder en mindre mengde av aktiveringsvæske som tjener til å opprettholde et damptrykk i det annet rom stort sett likt damptrykket i det første rom. Derved vil man unngå den trykkforskjell som ved kjente utførelser forsinker aktiveringen av et batteri.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved det i kravet gjengitte trekk.

Tre alternative og foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser et første batteri med utsatt aktivitet, i snitt og før aktiveringen,

fig. 2 viser batteriet på fig. 1 etter aktiveringen,

fig. 3 viser et annet batteri med utsatt aktivitet, i snitt og før aktiveringen og

fig. 4 viser et tredje batteri med forsinket aktivitet,

i snitt og før aktiveringen.

På alle tegninger angir like referansetall like deler.

Det henvises til fig. 1 hvor det er vist et batteri med utsatt aktivitet som har ét hermetisk forseglet, sylindrisk hus 10 som er lukket i den ene ende ved hjelp av en dekseldel 11", og lukket i den andre ende ved hjelp av en polplate 12. Dekseldelen 11 har et forseglet fyllenjul lia hvis formål skal beskrives senere. Platen 12 som er laget av et elektrisk isolerende materiale, har positive og negative batterpoler 4 3 og 44. En stiv vegg eller mellomvegg 14 deler det sylindriske hus 10 i to rom, nemlig et.batterirom 15 og et aktivatorrom 16. Skilleveggen 14 har en sentral åpning eller hull'17 som danner en passasje mellom aktivatorrommet 16 og batterirommet 15. En membran 18 er anbrakt inne i hullet 17 for å lukke passasjen inntil man ønsker å aktivere batteriet. Membranen 18 er laget av glass slik at den kan punkteres ved hjelp av slag.

En sammentrykkbar reservekopp 20 som inneholder en væske-elektrolytt er anbrakt inne i aktivatorrommet 16 med den åpne ende forseglet til mellomveggen 14 rundt hullet 17, slik at når man presser sammen koppen 20, er den eneste bane for væskestrømmen gjennom passasjen 17 inn i batterirommet 15, det vil si når membranen 18 er punktert.

Batterirommet 15 inneholder en flerhet av battericeller 40. Disse celler er anordnet rundt en sentral søyle som er koaksial med det sylindriske hus 10 og strekker seg over hele høyden i batterirommet 15. Den sentrale søyle har et hull som går i hele lengden av batterirommet 15 fra hullet 17 i skilleveggen 14 til polplaten 12. En flerhet av hull 41 er anordnet fra den sentrale søyle inn i en-kelte celler 40 i batteriet. Det er således gitt mulighet for væsken å strømme fra hullet 17 gjennom hullet i den sentrale søyle og hul-lene 41, inn i kontakt med cellene 40 som er anordnet i en seriekon-struksjon som danner en cellestabel. Polen 43 er koplet, ved hjelp av en leder, til den øvre ende av cellestabelen, mens polen 44 er koplet til den nedre ende av cellestabelen.

Et annet hull 3.0 hvis diameter er noe mindre enn diameteren i hullet i den sentrale søyle, er anbrakt sentralt på polplaten 12 og i flukt med hullet i den sentrale søyle. En rustfri stålkule 31 hvis diameter er bare noe større enn diameteren i hullet 30, er presset inn i hullet 30.med trang pasning, og en anseelig kraft er nødvendig for å forskyve kulen 31 fra hullet 30. Sentrum i kulen 31 er i flukt med sentrum for den brytbare membran 18 langs den sentrale søyles akse. Polplaten 12 er anordnet med en utsparing for en mindre mengde sprengstoff 33 bak kulen 31, det vil si på den side av platen 12 som er lengst borte fra den brytbare membran 18. En hette 34 dekker utsparingen for å holde sprengstoffet 33 inne i denne. Sprengstoffet 33 er av perkusjonstypen som detoneres ved hjelp av mekanisk slag mot hetten 34. Andre fremgangsmåter til detonering av sprengstoffet kan alternativt brukes, f.eks. elektrisk tenning.

En flytende elektrolytt er lagret inne i koppen 20..Resten av aktivarrommet. 16, utenfor koppen 20, er fylt med en gass 60 under trykk. En inert gass, såsom argon, er foretrukket for dette formål for å unngå mulige reaksjoner mellom gassen og elementene i batteriet som den kan komme i kontakt med. Gasstrykket er tilstrekkelig høyt til at når man bryter membranen 18, faller koppen 20 sammen under trykk og elektrolytten inne i koppen 20 tvinges gjennom passasjen 17 inn i batterirommet 15. En liten mengde flytende elektrolyttoppløs-ningsmiddel 61 er også anbrakt i aktivatorkammeret 16 utenfor koppen 20.. Formålet med dette elektrolyttoppløsningsmiddel 61 er å motvirke effekten fra elektrolyttdamptrykket når man aktiverer batteriet. Elektrolyttens damptrykk varierer med temperatur og virker mot gasstrykket som er nødvendig for å presse sammen koppen 20. En liten mengde elektrolyttoppløsningsmiddel 61 som er anbrakt inne i aktivatorrommet 16, utenfor koppen 20, danner et kompenserende temperaturføl-somt damptrykk slik at det kreves lavere aktiviseringstrykk, mulig-gjør hurtigere aktivering og nedsetter i høy grad aktiveringstids-punktets avhengighet av temperatur. Fig. 2 illustrerer utførelsen på fig. 1 etter aktiveringen, koppen 20 er sammentrykket og elektrolytten er forskjøvet inn i batterirommet 15.

Fig. 3 og 4 illustrerer to alternative utførelser hvori

den bevegbare vegg inne i aktivatorrommet 16, i form av en belg. På fig. 3 er en belg 50 anbrakt på en tilsvarende måte som koppen 20 på fig. 1. Før aktiveringen er belgen i uttrukket tilstand og den åpne ende er anbrakt vendende mot skilleveggen 14. Aktiveringen kommer i stand ved å bryte membranen 18 og presse sammen belgen 50. Gass 60, under trykk, fyller hulrommet i aktivatorrommet 16 utenfor belgen 50. En mindre mengde elektrolyttoppløsningsmiddel 61 er anbrakt i aktivatorrommet 16 utenfor belgen 50 slik at man får det temperaturfølsomme kompenseringstrekk som er beskrevet ovenfor med henvisning til fig. 1 og 2.

På fig. 4 er anbringelsen av belgen 55 reversert sammen-liknet med anbringelsen av belgen 50 på fig. 3. I stedet for å være anbrakt vendende mot skilleveggen 14 er den åpne ende på belgen 55 festet til dekseldelen 11. Den flytende aktiveringselektrolytt er lagret i aktivatorrommet 16 utenfor belgen 55. Inne i belgen 55 er gass 60 under trykk,sammen med en mindre mengde elektrolyttoppløsnings-middel 61, for å gi den kompenserende temperaturfølsomme egenskap.

Aktiveringen og betjeningen av batteriet som er vist på fig.-1 skal nå beskrives mer spesielt. Anvendelsen av et hårdt slag, f.eks. ved hjelp av et tennstempel, på den sentrale del av hetten 4 3 forårsaker detonasjon av sprengstoffet 33. Eksplosjonen resulterer i et anseelig trykk bak kulen 31 som overvinner friksjonskraften som holder kulen 31 tilbake i hullet 30, med det resultat at kulen 31 slynges ut fra hullet 30 og går gjennom den sentrale søyle inn i batterirommet 15 og treffer den brytbare membran 18 og bryter den. Brytingen av membranen 18 åpner passasjen 17 fra elektrolyttrommet

16 inn i batterirommet 15 og tillater elektrolytten å strømme inn i

batterirommet. Brytingen av membranen 18 resulterer i en plutselig senkning av trykket inne i den sammenpressbare kopp 20, det vil si gasstrykket 60 utenfor den sammenpressbare kopp 20 overstiger nå mottrykket fra elektrolytten i koppen 20 og forårsaker sammenpresning av koppen 20 og tvinger derved den flytende elektrolytt inn i batterirommet 15. Den del av mottrykket i koppen 20 som er dannet av elektro-lyttens damptrykk, er oppveiet av den lille mengde flytende elektrolytt-oppløsningsmiddel 61 i rommet utenfor koppen 20, i aktivatorrommet 16, hvilket resulterer i en bemerkelsesverdig reduksjon i batteriets aktiveringstid og ytterligere bemerkelsesverdig reduserer aktiverings-tidspunktets avhengighet av temperatur.

Betjeningen av batteriet som er vist på fig. 3, er tilsvarende som er vist for batteriet som er vist på fig. 1 og 2, idet belgen 50 presses sammen av gassen 60 slik at den forskyver elektrolytten inn i batterirommet 15.

Betjeningen av batteriet som er vist på fig. 4 skiller

seg bare fra disse i at trykket på den flytende elektrolytt i aktivatorrommet 16 overføres ved hjelp av belgen 55 som utvider seg.

Den foretrukne anordning til å bryte membranen 18 er vist

i form av en metallkule 31 som er drevet ved hjelp av et sprengstoff. Andre anordninger kan dog brukes til dette formål.

Fordelene med oppfinnelsen er spesielt åpenbare når en elektrolyttoppløsning som har et høyt damptrykk, såsom flytende . ammoniakk,anvendes. For eksempel ved pluss 74°C er damptrykket for flytende ammoniakk ca 36,5 kg/cm o-. Slike høye damptrykk har hittil hatt en meget stor uheldig innvirkning på batteriaktiveringstiden.

Et ytelsesstudium har vært utført for et batteri med utsatt aktivitet som er konstruert som vist på fig. 3, idet man brukte en flytende ammoniakkelektrolytt. Batteriet hadde følgende karakteristikk:

En liten mengde flytende ammoniakk (2,5 cm til 2 cm i utførelsen på fig. 3 ble sprøytet inn i aktivatorrommet 16, i rommet utenfor belgen 50,.og var tilstrekkelig til å holde ammoniakkdamp-trykket etter aktiveringen på 74°C. Man fant at det flytende ammoni-akkdamptrykket i rommet utenfor belgen 50 "fulgte med" over et temperaturområde fra -18 til +74°C, og bare et mindre differensial-trykk fra den inerte gass (argon) var nødvendig for å folde sammen belgen 15 når membranen 18 var punktert. Riktig virksomhet over . temperaturområdet uten et altfor høyt foraktivert inert batteritrykk var således sikret. Balestikkfremgangsmåten til perforering av membranen, kombinert med den ovenfor nevnte damptrykkompensasjonsteknikk gir hurtig aktivering og meget kort aktiveringstidsvariasjon over hele temperaturområdet. Prøver som er utført med syv forskjellige enheter som hadde den ovenfor nevnte karakteristikk, ga følgende resultater:

Enhetene 1-6 ble aktivert under forhold med "ingen belastning", mens enheten 7 ble aktivert med en 120 ohms belastning. Dette forklarer den lengre aktiveringstid som var nødvendig for enheten 7. Aktiveringstiden for batteriene uten damptrykkompensasjon i henhold til foreliggende oppfinnelse, har typisk variert fra 100 til 500 ms. Oppfinnelsen, som beskrevet ovenfor, har således redu-sert aktiveringstiden til så lite som 25 ms.

Claims (1)

1. Elektrokjemiske celler og batterier med utsatt aktivitet, omfattende et aktivatorrom og et cellerom som er adskilt fra hverandre ved hjelp av en lett brytbar vegg, og en anordning for punktering av veggen så det dannes en bane for væskestrøm fra aktivatorrommet inn i cellerommet, idet aktivatorrommet er delt av en beveg-bar vegg i to adskilte rom, hvorav det første av disse inneholder en aktiveringsvæske i kontakt med den brytbare vegg og det annet av disse inneholder gass under trykk, karakterisert v e d at det annet rom (61) inneholder ytterligere en mindre mengde av aktiveringsvæsken som tjener til å opprettholde et damptrykk i det annet rom som er stort sett lik damptrykket i det første rom.