NO860911L - Bipolart akkumulatorbatteri. - Google Patents

Abstract

Bipolart akkumulatorbatteri (10) som består av bipolare elementer (12) i på hverandre følgende innbyrdes kontakt, idet hvert element omfatter en plate (13) av elektrisk ledende materiale som er blitt belagt på en side med en positiv aktiv masse (14) og på den andre siden med en negativ aktiv masse (15), av separatorplater (16) som inneholder elektrolytt, som separerer de hosliggende bipolare elementer (12), og av et lukket gasstett hus (11) som omgir de bipolare elementer (12) plassert i på hverandre følgende kontakt. Kantene av de bipolare elementplatene (13) er minst delvis vekk fra veggene av huset (11) slik at ingen kontinuerlig, tettende kontakt etableres mellom veggene av huset (11) og platene (13). ig

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et bipolart akkumlatorbatteri bestående av bipolare elementer i på hverandre følgende innbyrdes kontakt, idet hvert element omfatter en plate av elektrisk ledende materiale, belagt på en side med en positiv aktiv masse og på den andre siden med en negativ aktiv masse; av separatorplater som inneholder elektrolytt, idet disse plater separerer hver av de to hosliggende bipolare elementer; og av et lukket, gasstett hus som omgir nevnte bipolare elementer som er innbyrdes på hverandre følgende kontakt.

Et bipolart blyakkumulatorbatteri forstås å være et batteri som ikke har positiv og negativ elektroder slik som et konvensjonelt blyakkumulatorbatteri, idet den bipolare elektroden består av en elektrisk ledende plate og av aktive masser festet til platen på begge sider av denne. Der er vanligvis en positiv masse på en side og en negativ masse på den andre siden av platen. Den elektrisk ledende platen må være ugjennomtrengelig for vann, dvs. at den elektrolytiske syren ikke må være i stand til å passere gjennom den. Akkumulatorbatteriet er sammensatt av disse bipolare elektroder på den måte at slike elektroder er montert i et antall som er i samsvar med den ønskede batterispenning, parallelt med hverandre og med en avstand slik at en separator og den nødvendige elektrolyttmengde kan innføres imellom. Første og siste elektroder er monopolare, dvs. de inneholder kun positiv, henholdsvis negativ aktiv masse. Sammenstillingen av elektrodeplatene utføres på en slik måte at i hvert mellomrom vil en positiv og en negativ masse vende mot hverandre, på motsatte sider. Ettersom hver celle som er blitt dannet på den måte er ekvivalent med 2 volt spenning, krever et 12 volt akkumulatorbatteri eksempelvis seks slike celler i serie, dvs. fem bipolare elektroder og på hver ende en monopolar elektrode.

Ettersom den elektrisk ledende platen må være ugjennomtrengelig for elektrolytten, må der heller ikke være noen kommunikasjon rundt kantene av platen mellom elektrolyttene for hosliggende celler. Ved konvensjonelle bipolare konstruksjoner er dette krav blitt tilfredsstillet ved at den ledende platen over hele sin ytterkant er blitt fiksert med væsketett tetning til veggen av huset. Denne fastgjøring skjer vanligvis ved å sammensmelte plasthuset og kanten av den ledende platen, slik det er omtalt i eksempelvis US-patentene 3.728.158, 3.795.543, 4.098.967, 4.164.068, og 4.275.130.

Den ledende platen er ofte en plastkompositt i hvilken den elektriske ledningsevne er blitt oppnådd ved hjelp av et ledende additiv. Adhesjonen mellom slike materialer og den aktive massen, og derfor den elektriske kontakten, er ikke spesielt god. I tillegg vil enhver masse som har falt av platene naturlig redusere kapasiteten hos akkumulator-- batteriet, og den kan bevirke en kortslutning på bunnen av batteriet. Ustabilitet hos det ledende additiv under forhold som hersker i akkumulatorbatteriet kan også være et problem. Det er derfor blitt foreslått å tilføye på overflaten av platene eksempelvis en blyfilm (US-patent nr. 4.098.967) eller bly/teflon eller polyetylenfilmer (US-patent nr. 4.275.130) for å eliminere disse problemer.

Eksisterende bipolare akkumulatorbatterier byr på tallrike ulemper. Hvis det er ønsket å øke kapasiteten for et enkelt akkumulatorbatteri, betyr dette at størrelsen av elektrolyttplaten økes. Påføring av den aktive masse må skje forut for å sammenstille batteriet, og en plate av stor størrelse vil være tung og vanskelig å håndtere i tetningstrinnet (dvs. massene kan flasse av). Dessuten vil vertikalt plasserte tunge elektroder påføre en belastning på de tettede skjøter, hvilke kan bli utette. Hvis påny kapasiteten økes ved å forbinde et flertall av akkumulatorbatterier parallelt, blir det antall av celler som krever oppfylling med vann meget høyt. Eksempelvis krever ti 12-volt 6-At akkumulatorbatterier i parallell 60 separate celler, hver med en fyllingsplugg.

Ytterkantene på elektrodeplatene må enten være beskyttet mot foru-rensning under påføring av massene, eller de må rengjøres før tetting, og dette bevirker ekstra kostnad. Hvis en lekkasje forblir i tetning, er det vanligvis umulig å reparere etterpå, og et slikt batteri vil være uegnet for bruk.

Pressing, som ville forbedre adhesjonen hos den aktive massen, er vanskelig å realisere hvis platene er blitt festet til huset over deres fullstendige lengde. Derfor er man vanligvis tvunget til å anvende kompliserte elektrodeplater.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et bipolart blyakkumulatorbatteri som er fritt for de tidligere nevnte ulemper. Formålet med oppfinnelsen er således et bipolart blyakkumulatorbatteri som er enkelt i konstruksjon og hvor de ovennevnte vanskeligheter med tetting av elektrodeplatene mot batterihuset ikke påtreffes. Et annet formål med oppfinnelsen er et bipolart blyakkumulatorbatteri hvor der ikke er noe behov for å tilføye vann eller syre til batteriet under dets brukslevetid og, som en følge derav behøves ingen vannfyllingsplugger. Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et bipolart blyakkumulatorbatteri i hvilket under den tid som det lades ingen hydrogengass som akkumuleres i cellene blir frembragt, hvilket vil kreve plugger som måtte holdes åpne under ladningsprosessen. Et ennu ytterligere formål med oppfinnelsen er et bipolart blyakkumulatorbatteri som har en konstruksjon som tillater kompremering av elektrodeplatene med letthet, hvorved den virksomme levetid for batteriet forlenges. Et ennu ytterligere formål med oppfinnelsen er et bipolart blyakkumulatorbatteri som gir muligheten for å oppnå høyere spenninger ganske enkelt ved å stable flere elektrodeplater på toppen av hverandre.

De formål som er nevnt ovenfor oppnås i det bipolare blyakkumulator-batteriet ifølge oppfinnelsen, som kjennetegnes ved at kantene av de bipolare elementplatene er, i det minste delvis, ut av kontakt med veggene av huset, slik at ingen kontinuerlig, tettende eller elektrisk ledende kontakt etableres mellom veggene av huset og platene.

I akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen befinner elektrolytten seg i separatorplatene mellom de bipolare elementer og i de aktive masser, hvorved der opptrer, normalt, ingen frittflytende elektrolytt i det hele tatt i batteriet. Som en følge derav kan ingen kortslutninger heller opptre mellom de forskjellige elementer ved formidling av elektrolyttsyren. Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen er de ledende plater blitt dekket med aktiv masse på en slik måte. åt ytterkantene av platene forblir fri for masse. Dette, for sin del, virker også i den retning at ingen kortslutninger vil opptre mellom platene.

Ettersom i det bipolare akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen de bipolare elementplatene ikke er i kontinuerlig tettende kontakt med veggene som omgir platene, vil der heller ikke opptre noen tetnings-problemer, som er tilstede ved konvensjonelle bipolare akkumulatorbatterier. Samtidig er det lett å anordne for sammenpresning av de bipolare plater, ettersom platene ikke er fiksert til husets vegger.

De bipolare elementer er fortrinnsvis horisontale i det bipolare akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen. Dette bidrar til å holde elektrolytten som er tilveiebragt i separatorplatene innenfor separatorplatene og motvirker dens tendens til å renne ut. Horisontal stilling er også fordelaktig hva angår at platene ikke krever noen spesiell understøttelse, ettersom de understøtter hverandre. Størrelsen av platene kan variere innenfor et betydelig område uten at noen problemer innføres herved. Ved en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen anvendes der, i forbindelse med separtorplatene, materialer som øker stivheten formvarig-heten, hvorved eksempelvis komprimering som øker levetiden for batteriet kan økes uten å bevirke platene til å bli deformert ved komprimering.

De bipolare elementplatene kan også være plassert vertikalt eller skrått i akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen uten at noen skadelig effekt derved bevirkes med hensyn til batteriets drift. Det er likeledes mulig å opphenge platene ved deres øvre deler i huset slik at et rom forblir mellom den nedre kanten av platene og husets bunn. Herved oppstår ingen kortslutninger som følge av løs elektrolyttsyre på bunnen, hvis i det hele tatt noen.

Det er en utpreget fordel ved det bipolare akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen at intet vann behøves tilføyet batteriet. Under ladningsprosessen kan det oksygen som frigjøres på den positive elektroden passere gjennom separatorplaten til den hosliggende negative elektroden, hvor det bindes og hindrer genereringen av hydrogen. Det er kun nødvendig å påse at det ytre skallet av akkumulatorbatteriet er gasstett. Naturligvis må huset forsynes med minst en trykkavlastningsventil som kan slippe ut unormalt gasstrykk, hvis i det hele tatt noe, som frem-bringes som en følge av overladning.

Platene av elektrisk ledende materiale er fortrinnsvis laget enten av bly eller elektrisk ledende plast elle komposittplast. Separatorplatene mellom platene er fortrinnsvis laget av glassfiber, et materiale som er sterkt nok til å tolerere påkjenningene som oppstår og som har adekvat adhesjon til å holde på elektrolyttsyren.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj, idet det vises til en fordelaktig utførelsesform av det bipolare akkumulatorbatteriet ifølge oppfinnelsen, angitt i figurene av vedlagte tegning, idet oppfinnelsen ikke er ment å skulle være utelukkende begrenset til denne.

Fig. 1 viser konstruksjonsprinsippet for akkumulatorbatteriet ifølge

oppfinnelsen i vertikalsnitt.

Fig. 2 viser snittet langs linjen II—II i fig. 1.

I fig. 1 er blitt vist konstruksjonsprinsippet for et 12-volts akkumulatorbatteri. De bipolare elementer 12 består av en elektrisk ledende plate 13 belagt på en side med positiv aktiv masse 14 og på den andre siden med negativ aktiv masse 15. Mellom de bipolare elementer 12 er anbragt separatorplater 16 som separerer de aktive masser med forskjellige fortegn på overflatene av hosliggende plater 13.

Separatorplatene 16 har en porøs struktur og de inneholder del av den elektrolyttsyre som er nødvendig for akkumulatorbatteriets 10 drift. Del av syren befinner seg selvfølgelig i de aktive masser 14 og 15.

På endene av de bipolare elementstablene er blitt tilveiebragt endeplater 17 og 18 som er blitt belagt med aktiv masse på kun en side. Leder-tråder eller strømskinner 19 for å oppfange elektrisk strøm er blitt festet til endeplaten 17 og 18.

Den bipolare elementstabel er blitt plassert i ét lukket, gasstett hus 11, som er blitt utstyrt med minst en trykkavlastningsventil 20, idet denne ventil hindrer at huset 11 for akkumulatorbatteriet 10 utsettes for skade p.g.a. gassgenerering som skyldes for stor voldsom lading eller utlading.

I figuren er de bipolare elementer 12 blitt vist med et overflateareal som klart er mindre enn tverrsnittsarealet for huset 11. Det vil også forstås at arealet og formen av platene 13 er nært knyttet til det innvendige tverrsnittet av huset 11, i hvilke tilfelle de bipolare elementer gis sideveis støtte av husets 11 vegger. Den eneste ting som er viktig ut fra den foreliggende oppfinnelses synspunkt, er at kantene av platene 13 og veggene av huset 11 ikke har noen kontinuerlig, tett tettende kontakt.

Claims (9)

1. Bipolart akkumulatorbatteri som består av bipolare elementer (12) i på hverandre følgende innbyrdes kontakt, idet hvert element omfatter en plate (13) av elektrisk ledende materiale som er blitt belagt på en side med en positiv aktiv masse (14) og på den andre siden med en negativ aktiv masse (15), av separatorplater (16) som inneholder elektrolytt, som separerer de hosliggende bipolare elementer (12), og av et lukket gasstett hus (11), som omgir nevnte bipolare elementer (12) plassert i på hverandre følgende kontakt, karakterisert ved at kantene av de bipolare elementplatene (13) er i det minste delvis fra hverandre fra veggene av huset (11) slik at ingen kontinuerlig, tettende kontakt etableres mellom veggene av huset (11) og platene (13).

2. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 1, karakterisert ved at de bipolare elementer (12) er horisontale.

3. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at i forbindelse med separatorene (16) er der materiale som medvirker til stivhet, hvorved elementene (12) kan presses mot hverandre uten å bevirke at separatorene (16) blir komprimert.

4. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 1, karakterisert ved at de bipolare elementene (12) er i alt vesentlig vertikale.

5. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 4, karakterisert ved at de bipolare elementene (12) understøttes ved deres øvre del.

6. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 5, karakterisert ved at der er tilstrekkelig rom mellom den nedre kanten av platene (13) av de bipolare elementer (12) og bunnen av huset (11).

7. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at overflatearealet av platen (13) dekket av de aktive masser (14, 15) er mindre enn arealet av den ledende platen (13).

8. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i ett hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at platen (13) av ledende materiale består av bly.

9. Bipolart akkumulatorbatteri som angitt i ett hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at platen (13) av ledende materiale består av elektrisk ledende plast eller komposittplast.