DE2704079A1

DE2704079A1 - Elektrochemisches fuellelement mit zentraler zuendung

Info

Publication number: DE2704079A1
Application number: DE19772704079
Authority: DE
Inventors: Jacques Flender
Original assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Current assignee: SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Priority date: 1976-10-13
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1978-07-06
Also published as: GB1558146A; JPS5347938A; FR2368150B1; IT1084119B; CA1067146A; US4049888A; FR2368150A1; SE7700820L

Description

DL

Fo 10 623 D

DIpL-In₃. Jürgen WEINMILLER 27Q4Q79 PATENTASSESSOR

SOSPI GmbH

8OOO München 8O

Zeppoünstr. 63

SAFT-SOCIETE DES ACCUMULATEURS FIXES ET DE TRACTION S.A, 156, avenue de Metz, 93230 ROMAINVILLE, Frankreich

ELEKTROCHEMISCHES FÜLLELEMENT MIT ZENTRALER ZÜNDUNG

Die Erfindung betrifft ein elektrochemisches Fühlelement mit zentraler Zündung und in Stapelbauweise. Ein solches Füllelement besitzt einen getrennten Elektrolytbehälter, aus dem der Elektrolyt erst nach 'Zündung' in den Reaktionsraum fließt. Derartige Elemente werden z.B. in der FR-PS 1 558 423 beschrieben. Gemäß dieser Schrift besteht jedes Elektrodenpaar aus einer negativen Elektrode in Form einer Zinkschicht, aus einer positiven Silberoxydelektrode, aus einem Papierseparator mit isolierenden Abstandshaltern, durch die der Reaktionsraum begrenzt wird, sowie aus einer Kupferfolie zwischen je zwei Elektrodenpaaren. Vorzugsweise bildet eine Folie mit einem Silberoxydbelag auf einer Seite und einer Zinkschicht auf der anderen Seite eine Duplexelektrode. Alle Bauteile weisen ein zentrales Loch auf, sodaß sich beim Stapeln ein zentraler Kanal ergibt, durch den der Elektrolyt beim Füllen fließt. Der Rand des Lochs in der

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Kupferfolie ist mit Isolierscheiben bedeckt, die eventuell die Zinkschicht tragen und verhindern, daß sich im Betrieb um den Rand der Folie herum im Elektrolyten Leckströme ausbilden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Scheiben die

Leckströme während des Zündens nicht wirksam genug begrenzen.

Ziel der Erfindung ist es diese Leckströme zu verringern, ohne den Zufluß des Elektrolyten spürbar zu verlangsamen. Dieses Ziel wird durch das im Hauptanspruch definierte Element erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele mithilfe der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.

Fig.l zeigt ein Füllelement, an dem die Erfindung

angewandt ist,

Fig.2 zeigt in Vergrößerung einen Ausschnitt aus

Fig.l, wobei die Erfindung sichtbar wird,

Fig.3a zeigt eine Isolierscheibe von unten für eine Zelle nach Fig.l und 2,

Fig.3b stellt einen vergrößerten Halbschnitt entlang C-C in Fig.3a dar,

Fig.4a zeigt eine Variante zu Fig.3a und Fig.4b stellt einen vergrößerten Halbschnitt entlang E-E in Fig. 4a dar.

Gemäß Fig. 1 ist ein durch einen Deckel 2 verschlossenes Füllelementgehäuse 1 durch eine parallel zum Gehäuseboden verlaufende und mit diesem und dem Deckel verschweißte Trennwand 3 in zwei Abteile getrennt.

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Das von der Trennwand 3 und dem Deckel 2 begrenzte Abteil enthält eine verformbare Metallmembran 5, die mit ihren Umfang auf die Trennwand geschweißt ist und mit dieser einen Behälter für den Elektrolyten bildet, solange das Element nicht gezündet ist. Das untere vom Gehäuse 1 und der Trennwand 3 begrenzte Abteil enthält aufeinandergestapelt die schematisch durch einen Block 10 dargestellten aktiven Bestandteile, die elektrisch vom Gehäuse 1 durch eine Isolierung 11 getrennt sind. Die aufeinandergestapelten Elektrode« und Separatoren bilden, wie in der genannten FR-FS dargestellt, mehrere in Reihe geschaltete Elektrodenpaare und damit eine Batterie mit Ausgangsklemmen 12 und 13. Die aktiven Bestandteile weisen zentrale Bohrungen auf, die einen zentralen Kanal 14 bilden, durch den der Elektrolyt beim Zünden des Füllelements, d.h. nach dem Durchbohren der Trennwand 3 in ihrem zu diesem Zweck durchstoßbar ausgebildeten zentralen Bereich 4, fließt.

Fig. 2 zeigt im vergrößerten Schnitt den in Pig. I mit A bezeichneten Bereich; hier sind drei Elektrodenpaare teilweise dargestellt. Die aus einer Zinkschicht bestehende negative Elektrode 25 eines Elektrodenpaares 25,27 befindet sich auf einer Kupferfolie 26; seine positive Elektrode aus Silberoxyd 27 ist auf einer zweiten Kupferfolie 26* aufgebracht, die der Folie 26 gleicht und die außerdem die negative Elektrode 25* des benachbarten Elektrodenpaares trägt. Die Elektroden 25 und 27 werden von einem Separator 28 aus Papier getrennt, der mit isolierenden Abstandshaltern 29 versehen ist.

Der zentrale Rand 3O jeder Kupferfolie 26 bzw 26* 809827/0542

wird einerseits von einer ersten Scheibe wie 31 und andrerseits von einer zweiten Scheibe 32 eingefaßt, deren entsprechende zentrale Löcher einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der des zentralen Lochs der Folie 26. Der Rand 30 der Folie liegt in einer Aussparung der ersten Scheibe 31. Die beiden Scheiben 31 und 32 aus Isoliermaterial sind miteinander verbunden, beispielsweise durch Ultraschallschweissen. Das Schweißen kann auch lediglich auf Schweißpunkte beschränkt sein, die auf einer Seite einer der beiden Scheiben gleichmäeig um das zentrale Loch herum und vorzugsweise in der Hähe des Randes 3O angeordnet sind, um jede Verschiebung zweier Scheiben im Verhältnis zur Folie 26 zu verhindern. Dies wird weiter unten genauer beschrieben.

Die Scheibe 31 bzw 31', die den zentralen Rand 3O* der Folie 26* und der Zinkschicht 25*des benachbarten Blektodenpaars abdeckt, weist die in den Figuren 3a und 3b gezeigte Form auf. Es ist zu bemerken, da β in Fig. 2 die Scheiben 31 und 31' im vergrößerten Halbschnitt entlang dem Durchmesser B-B aus Fig. 3a gezeigt sind. Der zentrale Bereich und der Umfangsbereich der Scheibe sind mit Aussparungen 33 und 34 versehen, während eine mittlere Aussparung mit der Scheibe einen engen und gekrümmten Kanal 35 bildet; durch diesen Kanal kann der Elektrolyt vom zentralen Kanal 14 zum Zwischenraum zwischen den Elektroden 25 und 27 fließen. Der Kanal 35 verläuft also im Verhältnis zum Durchmesser B-B schräg. Ein erweiterter Bereich 36 des Kanals 35 erleichtert die gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten im Reaktionsraum. Ferner wird das Bindringen des Elektrolyten in den Kanal 35

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durch die zum Scheibenmittelpunkt hin ausgerichtete Krümmung erleichtert.

Eine auf beiden Seiten haftende Folie 39, die in Fig. 2 zu sehen ist,verbindet die Scheibe 32 mit der die Aussparung aufweisenden Seite der Scheibe 31'; so werden die Ränder des durch die Aussparung gebildeten Kanals 35 abgedichtet.

Der Schnitt C-C durch die Scheibe 31' gemäe Fig. 3b zeigt zwei der erwähnten Schweißpunkte 37 und 38 in der Nähe des Randes 30* der Kupferfolie 26* und der Elektrode 25*.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Aussparungen, die die Kanäle 35, 35* und 35" bildentind die jeweils zu einer ersten Isolierscheiben gehören, gemäß einer zur Achse des Stapels konstanten Drehorientierung ausgerichtet, wodurch die Verstopfungsgefahr der Kanäle wie 35 verringert wird.

Die Scheibe 31*, die hier beschrieben wurde, enthält also zwei zum Scheibenmittelpunkt symmetrische Kanäle und besitzt folgende Abmessungen:

GeaaAtdurchmesser der Scheibe 45 mm Durchmesser des zentralen Lochs 14 mm Länge der Kanäle 35 und 45 15 mm Breite der Kanäle 3mm Höhe der Kanäle 0,3 mm

Mit derartigen Scheiben erreicht man eine Füllzeit von fünf Sekunden, wobei gleichzeitig die Leckströme aufgrund der verlängerten Leckwege reduziert worden sind.

Um noch kürzere Füllzeiten zu erlangen,können

Scheiben gemäß Fig. 4 verwendet werden, die vier Kanäle aufweisen. Ein vergrößerter Halbschnitt entlang dem Durchmesser D-D der Scheibe aus Fig. 4a ergibt das Bild von Fig. 2.

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In Fig. 4 wird eine Scheibe 51 geneigt, die vier Aussparungen zur Bildung von vier Kanälen 52,53,54 und 55 aufweist. Die Kanäle verlaufen im Verhältnis zum Scheibendurchmesser schräg und sind sam Mittelpunkt der Scheibe hin gekrümmt. Alle Kanäle sind jeweils um 90 gegeneinander versetzt. Die Abmessungen der Kanäle entsprechen ungefähr denen aus Fig. 3. Die Füllzeit dieses Elements reduziert sich auf drei Sekunden, dafür nehmen die Leckströme geringfügig zu.

Anzahl und Länge der Kanäle werden also in Abhängigkeit von den höchstzulässigen Werten der Füllzeit
und der Leckströme gewählt.

Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung die beiden die Kanäle begrenzenden Scheiben aus einem einzigen Teil bestehen.

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Claims

(l - Elektrochemisches Füllelement mit zentraler Zündung in Stapelbauweise, wobei Elektrodenplatten und Separatoren sowie eii? zwei benachbarte Zellen voneinander trennende Metallfolie je ein zentrales Loch aufweisen und der Lochrand jeder Folie auf jeder Seite mit einer Isolierscheibe abgedeckt ist, die ebenfalls ein zentrales Loch, jedoch kleineren Durchmessers besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste der Scheiben (31, 32) eine Aussparung aufweist, die zusammen mit der zweiten Isolierscheibe einer benachbarten Zelle einen schräg von der Stapelachse wegführenden Kanal (35) bildet, durch den beim Zünden der Elektrolyt zwischen die Elektroden ( 25, 27) gelangt.
2 - Füllelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kanal (35) eine gekrümmte Form aufweist.
3 - Füllelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal zum Mittelpunkt des zentralen Lochs (14) hin gekrümmt ist.
4 - Füllelement nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (35) sich zum Außenrand (36) hin erweitert.
5 - Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die die Kanäle (35) bildenden Aussparungen des Stapels gleiche Winkelorientierung zur Stapelachse besitzen«.

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Patentansprüche Fortsetzung
6 - Füllelement nach einem der Ansprüche 1 - 5, d a durch gekennzeichnet, daß die beiden den Rand einer Metallfolie abdeckenden Isolierscheiben (31 und 32) miteinander verschweißt oder verklebt sind.
7 - Füllelement nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den Rand einer Metallfolie abdeckenden Isolierscheiben aus einem Stück sind.
8 - Füllelement nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Aussparungen versehene Seite der ersten Scheibe ( 31 ) eine Haftfolie trägt, deren beide Seiten Haftwirkung aufweisen und die den Stapel im Bereich der Kanäle ( 35 ) abdichtet.

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