[发明专利]可充电的电化学单元无效
申请号: | 00812677.1 | 申请日: | 2000-09-04 |
公开(公告)号: | CN1373909A | 公开(公告)日: | 2002-10-09 |
发明(设计)人: | 利雷特金·瓦拉迪米 | 申请(专利权)人: | 尤尼百特有限公司 |
主分类号: | H01M2/02 | 分类号: | H01M2/02;H01M8/04 |
代理公司: | 永新专利商标代理有限公司 | 代理人: | 蔡洪贵 |
地址: | 以色列米格*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 充电 电化学 单元 | ||
技术领域
本发明涉及基于特殊编织纤维形式的超轻、超强传导和绝缘材料的蓄电池、燃料电池和电解装置的柔性结构。这种结构能承受高达50000g加速度的非常重的过载(特征重量)。因而可增加这种蓄电池的动力使用。设在单片电路中的绝缘及电池材料也是如此。这种结构能够承受高达55000g的加速度,也即包括炮弹壳等的已知产品。铅酸蓄电池电极之间距离的大幅度减少(10-50倍),可导致蓄电池中内部阻抗(蓄电池内阻的主要部分)下降,进而形成一种具有高的电效率的元件。所使用的活性材料可以实现深度充放电循环,是半刚性电极的两倍,还可实现蓄电池多路循环工作的能力。特殊的电极材料层允许使用适于多周期电池的带有树枝状结晶问题的电极对材料。本发明也适合于视重量和成本为重要因素的铅酸或银锌蓄电池、燃料电池和电解装置。
背景技术
在蓄电池、燃料电池和电解装置中,由于使用了例如铅、银、锌、铂等重金属电极,所以出现了单位重量特别大的问题。这些金属的密度极高而机械强度极低。因活性材料也是电极结构的一部分,所以放电深度受到电极强度的限制。
这些金属也具有大的活性表面面积。在特定电极(例如孔隙电极、浆体或粉末电极)中具有表面面积是有好处的,并且,有催化板或无催化板均可使用。
有些电极对,例如锌-银电极对,也有树枝状结晶问题。结果,树枝状结晶引起的短路限制了可充电电池在有效期内的循环次数。
本发明的目的是使蓄电池、燃料电池和电解装置电极的重量减少、强度增强。美国专利4894355中描述了一种使用碳纸的结构,该专利建议通过切割由碳纸/聚四氟乙烯组分组成的纤维来减少活性表面积。在此情形下,结构的主要负载采用了碳载体材料-纸,而导电性参数确定了电极的厚度和跨度。
发明内容
本发明的一个目的,是在一个单位中将导电或绝缘参数与高强度/低重量比率进行结合。活性材料和/或催化材料可用于平板(催化燃料电池或电解装置)或脆性形式(蓄电池)中。脆性材料能够更好地利用化学活性材料而不会减弱电极的结构。由于利用外部或内部的弹簧或类弹簧元件和/或利用电池的外部壳体,使得晶粒间接触得以加强,因而增加了电极的效率。本发明使这些参数一体化,从而降低了单位放电能量的重量。
按照本发明,电池单元包含外部或内部的柔性封装或扁平层,在该扁平层中,有一个扁平的电传导的柔性导线或纤维栅格嵌在活性材料粒状或粉末粒子的母板内。还提出了另一封装,它包含电传导的导线或纤维栅格,其中定位设有互补的活性金属或化合物的粒子或颗粒。封装间用可渗透适当电解液离子的绝缘膜分隔。从每个电池单元还引出有导线。还设有柔性机械弹簧或电解液膨胀元件,用于提供消解由单元中化学反应产生的电极容积的变化所需的压力。
可将活性材料设置在膜腔内或膜层之间。活性材料颗粒可以通过焊接盖体定位成分离的单位。
本发明提供了用于将压力施加到组装单元外表面的装置,以保证粒状或粉末颗粒之间以及颗粒与电极之间在充放电的时能紧密接触。即使在反应期间活性材料的体积有明显变化,这种接触也能保持不变。
可使用各种金属或化合物对,例如银-锌(Ag/Zn)、铅-氧化铅(Pb/PbO)等。
电极可制作成被卷为螺旋结构形式的长度带。在这种结构中,其优点是提供了将压力施加于电极外部表面的弹簧或类弹簧装置以及将电池单元制作成圆柱体形式。
弹簧或类弹簧元件可以是包含在电池中或与膨胀分隔器关联的全分离元件。还可以将可电池单元的弹性壁用作弹簧元件。分离弹簧元件最适用于单元壁高度有限的扁平电池。当电池为正方体或至少为矩形时,其电池侧壁最适于用作弹簧元件。弹性的外圆柱容器可用作螺旋电极电池的弹簧元件。
活性材料的粉末或粒子最好在5-10微米范围,虽然其他尺寸也可用。
所述栅格板可用扩展金属制造,例如用银(对于Ag-Zn元件)。对相应的阴极或阳极活性材料,用扩展的金属箔制作。导电纤维厚度一般为10μ-500μ,最好为100μ。该纤维可以用碳纤维编织。导电材料可涂覆适合的金属,确切的金属取决于电池工作的环境。
对多单元情况,导电线可与非导电纤维组合使用。在这种导电纤维中,可以使用与凯芙拉、尼龙、聚酯等纤维交织的多个并行碳纤维。该配置可以是每个碳纤维构成一个电极的配置。显然,碳纤维必须被连接,并提供用于输出电流的导线。
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