NO770044L

NO770044L -

Info

Publication number: NO770044L
Application number: NO770044A
Authority: NO
Inventors: Rossi M De
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 1971-08-31
Filing date: 1977-01-06
Publication date: 1973-03-01

Description

Elektrolyttsirkulasjonsinnretning for elektrisk akkumulator. Electrolyte circulation device for electric accumulator.

Foreliggende oppfinnelse angår en elektro-lyttsirkulas jonsirmretning for elektrisk akkumulator med opp-løselige aktive masser og elektrolytt-omløp. The present invention relates to an electrolyte circulation system for electric accumulators with dissolvable active masses and electrolyte circulation.

Det er kjent akkumulatorer som bestårAccumulators are known which consist of

av flere celler anordnet i serie, og hvor hver celle har en metallanode (f. eks. en sinkanode) som hviler på en bipolar elektrode i form av en skillevegg mellom to nabo-celler, og videre av en elektrolytt dannet av en vandig opp-løsning av et anodemetall-salt (fortrinnvis et halogenid) of several cells arranged in series, and where each cell has a metal anode (e.g. a zinc anode) which rests on a bipolar electrode in the form of a partition between two neighboring cells, and further of an electrolyte formed from an aqueous solution of an anode metal salt (preferably a halide)

og endelig en katode som består av et metalloid (halogen)and finally a cathode consisting of a metalloid (halogen)

som kan danne nevnte salt og som fastholdes på en aktiv katodisk masse som hefter til den bipolare elektrode, hvorved elektroden selv ikke deltar i reaksjonen og på hvis andre side metallanoden^ slår seg ned. which can form said salt and which is retained on an active cathodic mass which adheres to the bipolar electrode, whereby the electrode itself does not participate in the reaction and on whose other side the metal anode^ settles down.

For å forhindre at de vandige oppløs-ninger med høyt halogeninnhold, som opptrer på slutten av ladeprosessen, angriper metallet kjemisk ved åpent kretsløp er det allerede foreslått ikke bare å benytte nevnte aktive katodiske masse, men også å holde den elektrolyttiske opp-løsning bort fra berøring med metallet under slike tids-avsnitt hvor cellene ikke avgir elektriske ladninger, og å la elektrolyttene i cellene selv resirkulere når batteriet er i drift. In order to prevent the aqueous solutions with a high halogen content, which appear at the end of the charging process, from chemically attacking the metal in an open circuit, it has already been proposed not only to use said active cathodic mass, but also to keep the electrolytic solution away from contact with the metal during periods of time when the cells do not emit electrical charges, and allowing the electrolytes in the cells to recirculate themselves when the battery is in operation.

En ulempe ved de kjente akkumulatorer ligger i at det kan danne seg gassblærer (hovedsakelig hydrogenblærer) under oppladings- og utladings-tidsrommene, og disse blærer hefter til overflaten av cellene og står i kontakt med elektrolytten, hvilket har innvirkning på utbredelsen av denne elektrolytt i den aktive katodiske masse. Dette har til følge at metallavsetningen på den bipolare elektrode ikke skjer jevnt og gir opphav til dendritiske dannelser, som i løpet av kort tid fører til kortslutninger i cellenes indre. A disadvantage of the known accumulators lies in the fact that gas bubbles (mainly hydrogen bubbles) can form during the charging and discharging periods, and these bubbles stick to the surface of the cells and are in contact with the electrolyte, which has an impact on the spread of this electrolyte in the active cathodic mass. This has the result that the metal deposition on the bipolar electrode does not occur evenly and gives rise to dendritic formations, which within a short time lead to short circuits in the interior of the cells.

En annen ulempe er at cellene som er anordnet i serie etter hverandre i den elektriske strømkrets men er anordnet i parallell for elektrolyttens resirkulasjon settes i elektrisk forbindelse via elektrolytten selv, hvilket alt etter størrelsen av elektrolyttens ledningsevne gir en større eller mindre kortslutningsstrøm. Another disadvantage is that the cells which are arranged in series one after the other in the electrical circuit but are arranged in parallel for the electrolyte's recirculation are put in electrical connection via the electrolyte itself, which, depending on the size of the electrolyte's conductivity, gives a larger or smaller short-circuit current.

Disse ulemper unngås i henhold til opp-finnelsen ved en elektrolytt-sirkulasjonsinnretning for elektrisk akkumulator med oppløselige aktive masser og elektro-lyttsirkulasjon, som består av flere elementer som danner et batteri, hvor elementenes underside og overside er forsynt med hull for gjennomgang av elektrolytten og med tilkobling til tømmings- og fordelingsledninger, hvilken innretning erkarakterisert vedat hver av battericellene i det minste øverst har en åpning som munner ut i et litet rør som er forbundet med en anordning for avtrekk av de gasser som These disadvantages are avoided according to the invention by an electrolyte circulation device for an electric accumulator with dissolvable active masses and electrolyte circulation, which consists of several elements that form a battery, where the underside and upper side of the elements are provided with holes for passage of the electrolyte and with connection to emptying and distribution lines, which device is characterized by the fact that each of the battery cells has at least an opening at the top that opens into a small pipe that is connected to a device for extracting the gases that

dannes under oppladings- og utladingsprosessen, og at cellene får tilførsel gjennom en felles fordelingsledning og hvor det i sirkulasjonssystemet utenfor cellene er innbygget filtere og/eller elektrolyttfrie soner, som forhøyer elek-lyttstrømmens elektriske motstand eller bryter dens ledningsevne . is formed during the charging and discharging process, and that the cells are supplied through a common distribution line and where there are built-in filters and/or electrolyte-free zones in the circulation system outside the cells, which increase the electric current's electrical resistance or break its conductivity.

Det vises til tegningene , hvor:Reference is made to the drawings, where:

Fig. 1 viser perspektivisk og delvisFig. 1 shows in perspective and in part

i snitt en akkumulatbr-celle,on average one accumulatbr cell,

fig. 2 viser en utførelsesform av akkumulatoren i delvis perspektiv, fig. 2 shows an embodiment of the accumulator in partial perspective,

fig. 3 viser et snitt gjennom et filter-element ved inngang til cellene, og fig. 3 shows a section through a filter element at the entrance to the cells, and

fig. 4 viser perspektivisk en annen. iut-førelse av akkumulatoren. fig. 4 shows another in perspective. i-execution of the accumulator.

Som man ser av tegningene er akkumulatoren oppbygget av flere celler anordnet etter hverandre i serie, (se fig. 2 og 4), og hvor cellene hver inneholder en bipolar elektrode som skiller sonen 13 i cellens elektrolytt (se fig.l) As can be seen from the drawings, the accumulator is made up of several cells arranged one after the other in series, (see fig. 2 and 4), and where the cells each contain a bipolar electrode that separates the zone 13 in the cell's electrolyte (see fig.l)

fra den tilsvarende sone i nabocellen.from the corresponding zone in the neighboring cell.

Hver bipolar elektrode består av enEach bipolar electrode consists of a

plate 10 laget åv fullkomment tett grafittharpiks, og som på den ene siden er glatt for opptak av en sinkavleiring 4, og hvis andre side er forsynt med diafragmaer som formes under fremstillingen og danner riller 8. I disse riller innføres'den aktive katodemasse. Denne katodemasse består-av grafitt-pulver'tilsetningssats og tregt kullpulver av porøs kull. plate 10 is made of perfectly dense graphite resin, and which is smooth on one side for the absorption of a zinc deposit 4, and whose other side is provided with diaphragms which are formed during manufacture and form grooves 8. Into these grooves the active cathode mass is introduced. This cathode mass consists of graphite powder additive and slow coal powder of porous coal.

En holderring 5, fortrinnsvis av plast, og en porøs og isolerende skillevegg 9 holder den aktive katodiske masse sammen, som ellers er løs og uten sammenheng og derved lett ødelegges. A retaining ring 5, preferably made of plastic, and a porous and insulating partition 9 hold the active cathodic mass together, which is otherwise loose and unrelated and thereby easily destroyed.

Den ovenfor beskrevne bipolare elektrode er montert i en ramme 12 (fig. 1) og danner en vegg i denne, mens den ovenforliggende sidevegg først er fri og derpå ved sammensetningen av den bipolare elektrode i nabocellen låses fast. I rammen 12 finnes det således en sone 13 som må The bipolar electrode described above is mounted in a frame 12 (Fig. 1) and forms a wall in this, while the side wall above is first free and then, by the composition of the bipolar electrode in the neighboring cell, is locked. In the frame 12 there is thus a zone 13 which must

oppta elektrolytten.absorb the electrolyte.

Hvis det dreier seg om celler med store dimensjoner kan man i elektrolyttsonen 13 anordne tynne av-stivningsribber 14, fortrinnsvis av plast. If it concerns cells with large dimensions, thin stiffening ribs 14, preferably made of plastic, can be arranged in the electrolyte zone 13.

Elektrolytten trenger inn i sonen 13 og forlater den gjennom en serie av åpninger 11, 16 i under-veggen eller i overveggen av rammen 12,som står i forbindelse med en samleledning 22 henholdsvis 23. Elektrolytten kan sirkulere nedenfra og oppover eller omvendt, eller sirkulere vekselvis i begge retninger. The electrolyte penetrates into the zone 13 and leaves it through a series of openings 11, 16 in the lower wall or in the upper wall of the frame 12, which are in connection with a collection line 22 and 23 respectively. The electrolyte can circulate from below upwards or vice versa, or circulate alternately in both directions.

Cellene 15 i henhold til ovenstående kon-struksjon er forbundet i serie (se fig. 2). Den første cellen i batteriet er avsluttet med en ledende vegg, som sinkavset-ningen 4 danner seg på og som står i elektrisk forbindelse med ytterdelen via en klemme 2 7, som danner akkumulatorens negative pol. The cells 15 according to the above construction are connected in series (see fig. 2). The first cell in the battery is terminated with a conductive wall, on which the zinc deposit 4 forms and which is in electrical connection with the outer part via a clamp 2 7, which forms the accumulator's negative pole.

Mellom det første elementet og det neste finnes en bipolar elektrode som en skillevegg, og tetning mellom to naboelementer, og dette gjentar seg inntil siste element, hvor elektroden også her danner positiv enpolig elektrode og er i elektrisk forbindelse med ytterrommet via en ikke vist elektrisk klemme. Between the first element and the next, there is a bipolar electrode as a partition, and a seal between two neighboring elements, and this is repeated until the last element, where the electrode also here forms a positive unipolar electrode and is in electrical connection with the outer space via an electrical clamp, not shown .

I IN

De enkelte samleledninger 23, som i dette tilfelle fører elektrolytten bort, står i forbindelse med overdelen av en beholder 19 som samler elektrolytten ved hjelp av under hverandre anordnede separate rør 17. Derved forhindres at et element settes i elektrisk kontakt med naboelelementet via elektrolytten på grunn av at elektrolyttens væskestrøm i beholderen 19 er avbrutt ved fall i væskestrømmen. The individual collection lines 23, which in this case lead the electrolyte away, are connected to the upper part of a container 19 which collects the electrolyte by means of separate pipes 17 arranged below each other. This prevents an element from being brought into electrical contact with the neighboring element via the electrolyte due to of the fact that the liquid flow of the electrolyte in the container 19 is interrupted by a drop in the liquid flow.

Elektrolytten går ut av beholderen 19 ved h-jelp .av en enkelt pumpe 20 og fører til samleled-ningen 22 for tilførsel til elementene gjennom røret 18 og en fordelingskanal 31. The electrolyte leaves the container 19 with the help of a single pump 20 and leads to the collection line 22 for supply to the elements through the pipe 18 and a distribution channel 31.

Mellom kanalen 31 og hver av ledningene 22 innsettes et filter 21 med' den dobbelte oppgave a frafiltrere eventuelle faste partikler og avbryte gjennomstrømningen for å hindre at elektrolyttene kan kortslutte elementene 15. I den viste utførelse (se fig. 3) består filteret 21 av et hus 25, som inneholder en porøs skillevegg som gjør væskestrømmens elektriske motstand 24 ganger større. Naturligvis kan slike filtre anordnes i nedre del av samleledningene 23, som i dette tilfelle kan være tilkoblet beholderen 19 grjennom. en felles tilkoblingsledning. Between the channel 31 and each of the lines 22, a filter 21 is inserted with the dual task of filtering out any solid particles and interrupting the flow to prevent the electrolytes from short-circuiting the elements 15. In the embodiment shown (see Fig. 3), the filter 21 consists of a housing 25, which contains a porous partition wall which makes the electrical resistance of the liquid flow 24 times greater. Naturally, such filters can be arranged in the lower part of the collecting lines 23, which in this case can be connected to the container 19 through. a common connecting wire.

Under oppladings- og utladingsprosessen kan det danne seg gassblærer (hovedsakelig nitrogenblærer) som vil kunne hefte til sinksjiktet på den negative elektrode og på det porøse diafragma 9. Disse blærer kan ha uheldig innvirkning fordi de hindrer utbredelsen av elektrolytten i den aktive katodemasse, og fører til at sinken ikke avsettes jevnt. For å hindre denne ulempe er hvert element 15 i akkumulatoren i henhold til denne utførelse, forbundet med et litet gassrør 28, hvorigjennom de dannede gasser unnviker ved avsuging gjennom en liten luftpumpe 26 med periodedrift (se fig. 1 og 2). During the charging and discharging process, gas bubbles (mainly nitrogen bubbles) can form which will be able to adhere to the zinc layer on the negative electrode and on the porous diaphragm 9. These bubbles can have an adverse effect because they prevent the spread of the electrolyte in the active cathode mass, and lead to so that the zinc is not deposited evenly. In order to prevent this disadvantage, each element 15 in the accumulator according to this embodiment is connected to a small gas pipe 28, through which the formed gases escape by suction through a small air pump 26 with periodic operation (see fig. 1 and 2).

Ved en annen utførelse (se fig. 4) skjer resirkulasjonen av elektrolytten ved hjelp av en enkelt luftpumpe. De øvre samleledninger 2 3 munner ut i en kanal 30, som på sin side munner ut i en overløpsbeholder 32. De nedre samleledninger 22 går inn i en kanal 31 som ved hjelp av et litet rør 18 står i forbindelse med beholderen 19. Den pneumatiske pumpe 29 arbeider gjennom en kanal 34 avvekslende med trykk og avspenning på beholderen 19 (f.eks. med et kretsløp på mellom 1 og 5 minutter), hvorfra elektrolytten trenges ut av elementene 15 i elektrolyttsonen 13 og der-etter flyter tilbake i disse soner. Innsugingen skjer gjennom kanalen 33 som munner ut i overløpsbeholderen. In another embodiment (see fig. 4), the recirculation of the electrolyte takes place with the aid of a single air pump. The upper collection lines 2 3 open into a channel 30, which in turn opens into an overflow container 32. The lower collection lines 22 enter a channel 31 which is connected to the container 19 by means of a small pipe 18. The pneumatic pump 29 works through a channel 34 alternating with pressure and relaxation on the container 19 (e.g. with a cycle of between 1 and 5 minutes), from which the electrolyte is forced out of the elements 15 in the electrolyte zone 13 and then flows back into these zones . The suction takes place through the channel 33 which opens into the overflow container.

Fordelen ved denne utførelse består i at gassavledningsrørene kan utelates idet den pneumatiske pumpe 29 også oppsuger de gassblærer som danner seg i elementene 15. The advantage of this design is that the gas discharge pipes can be omitted as the pneumatic pump 29 also sucks up the gas bubbles that form in the elements 15.

Claims

1. Electrolyte circulation device for. electric accumulator with dissolvable active masses and electrolyte circuit, where the accumulator consists of several elements that form a battery, and where the underside and upper side of the elements are provided with holes for passage of the electrolyte, with connection to draining and distribution lines, characterized in that each cell (15) which forms the battery has, at least in the upper part, an opening which opens into a small pipe (2 8, respectively 2 3), connected to a device (26 respectively 32) through which gases which are formed during charging - and the discharge process can escape, and by the cells (15) being fed through a common distribution line (18) whereby filters (21) and/or electrolyte-free zones are built into the circulation system outside the cells which prevent a short circuit of the accumulator through electrolyte- the liquid flow.

2. Circulation device as stated in claim 1, characterized in that the cells (15) in the upper part are connected to a container (19', fig. 2) through the line (23) and the pipe (28) with a pump (26) for deviation of the gases, and in the lower part through a common distribution line (18) into which container the electrolyte flows out through the pipes (17), where each pipe is separate and connected to the line (2 3) for removing electrolyte from the cells, and further equipped with a pump (20) for extracting electrolyte from the container (19) and supplying the electrolyte to the lines (22) and distribution to the cells, whereby there are built-in filters (21) at the entrance to each line (22).

3. Circulation device as specified in claims 1 and 2, characterized in that the filters (21) consist of a housing (25) in which porous diaphragms (2 4) are built.

4. Circulation device as stated in claim 1, characterized in that the cells which are for connected with the distribution line is linked together with a container (19, fig. 4), in which the electrolyte flows out through a line (18) and a channel (31), and is further connected to an overflow container (32) in which the channel (30) opens out in connection with the electrolyte zones of the cells and where the upper part of the containers (19) and the containers (32) is connected to a pneumatic pump (29), which alternately works with pressure and relaxation.