RU2183371C1

RU2183371C1 - Metal-air battery

Info

Publication number: RU2183371C1
Application number: RU2001115430/09A
Authority: RU
Inventors: н М.Г. Сероп; М.Г. Серопян; н Г.В. Сероп; Г.В. Серопян; И.А. Никольский
Original assignee: Серопян Михаил Георгиевич
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: metal-air battery has case, power leads, at least two pocket-type metal-air cells with gas-diffusion cathodes on opposite sides of pocket, liquid electrolyte, and metal anodes dipped in electrolyte inside pocket and placed in spaced relation to each other inside case; electrolyte loop with common header and electrolyte tank; the latter and common header are placed above upper edge of metal-air cells; electrolyte tank communicates with header through flexible pipeline. Hole is made on one or both sides of each cell in its bottom part, hole diameter being 0.8 to 1 of inner cross-section of cell. Mentioned holes communicate through flexible pipelines with one or two common headers. The latter are made of electrolyte-nonwettable material. Electrolyte tank is, essentially, hopper with flexible semispherical lid fitted onto hopper with negative allowance. Removable plugs may be mounted at ends of headers. Each cell is provided with sealed cover that has cavity communicating with cell electrolyte via pipeline and filled with electrolyte or water. Bottom edge of mentioned pipeline is below electrolyte level in cell. Ratio of cover cavity volume to anode mass in cell (cu. cm/g) is 1 to 10. Fan is installed on face wall of battery case and is connected through temperature controller with power leads of battery. Metal anode of each battery cell has cylindrical current lead connected to hermetically sealed current lead passed through sealed hole in top part of face wall of each cell. Released hydrogen is vented through holes made in top part of face wall of each cell. EFFECT: enhanced specific power characteristics and service life, facilitated servicing of battery. 14 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве металловоздушных батарей (МВБ), которые могут использоваться в качестве автономных источников тока для освещения или питания бытовых электронных устройств. The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the manufacture of metal-air batteries (MVB), which can be used as autonomous current sources for lighting or powering household electronic devices.

Из известных МВБ наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является МВБ, содержащая корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором (патент США 5147736, кл. Н 01 М 8/04, 1992). Of the known MBBs, the closest in the set of essential features and the achieved technical result is a MBB containing a housing, electrical leads, at least two pocket-type metal-air elements with gas diffusion cathodes located on opposite walls of the pocket, a liquid electrolyte and metal anodes located in the electrolyte inside the pocket, installed in the housing with a gap from each other, an electrolyte circuit with a common collector and electrolyte capacity and an air supply system ha with a fan (US Patent No. 5,147,736, cl. H 01 M 8/04, 1992).

Недостатком указанной МВБ являются низкие удельные электрические характеристики из-за наличия паразитных утечек тока по электролиту. The disadvantage of this MVB is the low specific electrical characteristics due to the presence of spurious current leaks through the electrolyte.

Задачей изобретения является создание МВБ, обладающей повышенными удельными электрическими характеристиками, длительным ресурсом и удобством эксплуатации. The objective of the invention is the creation of the MVB, which has increased specific electrical characteristics, long life and ease of use.

Указанный технический результат достигается тем, что МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловоздушных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, при этом электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металловоздушных элементов, а электролитная емкость соединена с коллектором гибким трубопроводом. The specified technical result is achieved by the fact that the MVB contains a housing, electrical leads, at least two pocket-type metal-air elements with gas diffusion cathodes located on opposite walls of the pocket, liquid electrolyte and metal anodes located in the electrolyte inside the pocket, installed in the housing with a gap from each other, an electrolyte circuit with a common collector and an electrolyte capacity and an air supply system with a fan, while the electrolyte capacity and the common collector are sized They are located above the upper edge of the metal-air elements, and the electrolyte capacitance is connected to the collector by a flexible pipeline.

Выполнение МВБ в соответствии с указанными признаками позволяет существенно повысить удельные электрические характеристики и ресурс батареи за счет исключения паразитных токов утечки по электролиту и упростить эксплуатацию за счет использования электролитной емкости, соединенной гибким трубопроводом с коллектором, что существенно упрощает заправку элементов электролитом. The implementation of the IMB in accordance with the indicated signs allows to significantly increase the specific electrical characteristics and battery life by eliminating spurious leakage currents through the electrolyte and to simplify operation by using an electrolyte capacitance connected by a flexible pipe to the collector, which greatly simplifies the filling of cells with electrolyte.

Целесообразно, чтобы в нижней части на противоположных торцевых стенках каждого элемента МВБ были выполнены отверстия, диаметр которых составляет от 0,8 до 1 от внутреннего поперечного размера элемента. It is advisable that in the lower part on the opposite end walls of each element of the MVB holes were made, the diameter of which is from 0.8 to 1 from the internal transverse dimension of the element.

Целесообразно, чтобы отверстия, расположенные на одних торцевых стенках элементов, были соединены гибкими трубопроводами с общим коллектором. It is advisable that the holes located on the same end walls of the elements are connected by flexible pipelines to a common collector.

Целесообразно, чтобы отверстия, расположенные на других торцевых стенках элементов, были соединены гибкими трубопроводами со вторым общим коллектором. It is advisable that the holes located on the other end walls of the elements are connected by flexible pipelines to a second common collector.

Наличие отверстий, соединенных с общим коллектором гибкими трубопроводами, упрощает эксплуатацию МВБ, так как возможны заправка электролитом, слив отработанного электролита и промывка водой сразу всех элементов через общий коллектор. The presence of openings connected to a common collector by flexible pipelines simplifies the operation of the MVB, as it is possible to charge with electrolyte, discharge spent electrolyte and rinse with water all elements at once through a common collector.

Наличие двух коллекторов позволяет производить замену электролита в элементах МВБ в процессе работы, не отключая нагрузки. При этом через один коллектор производится подача свежего электролита, а через другой - слив отработанного электролита. The presence of two collectors allows you to replace the electrolyte in the elements of the MVB during operation, without disconnecting the load. At the same time, fresh electrolyte is supplied through one collector, and waste electrolyte is drained through the other.

Целесообразно, чтобы коллекторы были выполнены из материала, не смачиваемого электролитом. Использование не смачиваемых электролитом коллекторов позволяет исключить возможность паразитной утечки тока по электролитной пленке. It is advisable that the collectors be made of material not wetted by electrolyte. The use of non-wettable electrolyte collectors eliminates the possibility of spurious current leakage through the electrolyte film.

Целесообразно, чтобы электролитная емкость была выполнена в виде воронки с эластичной полусферической крышкой, надетой с натягом на воронку. Такое выполнение емкости упрощает заправку электролитом. Наличие эластичной полусферической крышки позволяет создать избыточное давление электролита, что ускоряет заправку. It is advisable that the electrolyte capacity was made in the form of a funnel with an elastic hemispherical lid, worn with an interference fit on the funnel. Such a container design simplifies electrolyte charging. The presence of an elastic hemispherical cap allows you to create excess pressure of the electrolyte, which accelerates the filling.

Целесообразно, чтобы в торцах коллектора были установлены съемные пробки. Наличие пробок упрощает эксплуатацию батареи. Опустив коллектор и вынув пробки, легко слить электролит и промыть элементы водой. It is advisable that removable plugs be installed at the ends of the collector. The presence of plugs simplifies battery operation. By lowering the collector and removing the plugs, it is easy to drain the electrolyte and rinse the cells with water.

Целесообразно, чтобы каждый элемент был снабжен уплотняемой крышкой, которая снабжена полостью, сообщающейся трубопроводом с электролитом элемента и заполненной электролитом или водой. It is advisable that each cell be provided with a sealable lid, which is provided with a cavity in communication with the electrolyte of the cell and filled with electrolyte or water.

Целесообразно, чтобы нижняя кромка указанного трубопровода была расположена под уровнем электролита в элементе. Наличие крышки с полостью, заполненной водой или электролитом, и трубопроводом, опущенным под уровень электролита, увеличивает ресурс МВБ, поскольку по мере расходования электролита он будет автоматически подливаться через оголившийся конец трубопровода из полости в элементы. It is advisable that the lower edge of the specified pipeline was located below the electrolyte level in the cell. The presence of a lid with a cavity filled with water or an electrolyte and a pipe lowered below the electrolyte level increases the MBB resource, since as the electrolyte is consumed, it will automatically be poured through the bare end of the pipeline from the cavity into the cells.

Целесообразно, чтобы соотношение объема полости и массы анода составляло от 1 до 10 (см³/г). Указанное соотношение определяется количеством воды или электролита, расходуемым при реакции на 1 г материала анода.It is advisable that the ratio of the volume of the cavity and the mass of the anode is from 1 to 10 (cm ³ / g). The indicated ratio is determined by the amount of water or electrolyte consumed in the reaction per 1 g of anode material.

Целесообразно, чтобы вентилятор был установлен на торцевой стенке корпуса батареи и через терморегулятор соединен с электрическими выводами батареи. Торцевая стенка наиболее удобное место для размещения вентилятора, а наличие терморегулятора в цепи питания вентилятора будет поддерживать заданный температурный режим МВБ за счет периодического включения и выключения вентилятора. It is advisable that the fan be installed on the end wall of the battery case and through a temperature controller connected to the electrical terminals of the battery. The end wall is the most convenient place to place the fan, and the presence of a temperature regulator in the fan power circuit will maintain the set temperature mode of the MVB by periodically turning the fan on and off.

Целесообразно, чтобы металлический анод каждого элемента был снабжен цилиндрическим токоотводом, к которому присоединен гибкий герметичный токовывод, проходящий через уплотнение отверстия, расположенного в верхней части торцевой стенки каждого элемента. Наличие герметичного гибкого вывода исключает коррозию вывода и упрощает коммутацию элементов в батарее. It is advisable that the metal anode of each element was equipped with a cylindrical current collector, to which a flexible sealed current lead is connected, passing through the seal of the hole located in the upper part of the end wall of each element. The presence of a sealed flexible terminal eliminates corrosion of the terminal and simplifies the switching of elements in the battery.

Целесообразно, чтобы в противоположной торцевой стенке каждого элемента были выполнены отверстия для эвакуации выделяющегося водорода, при этом отверстия объединены коллектором. Наличие отверстий в элементах и общего коллектора упрощает эвакуацию выделяющегося водорода из элементов батареи. It is advisable that in the opposite end wall of each element were made holes for the evacuation of hydrogen generated, while the holes are combined by a collector. The presence of holes in the cells and a common collector simplifies the evacuation of the released hydrogen from the battery cells.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна". The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the claims is unknown. This allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". To verify the conformity of the claimed invention with the criterion of "inventive step", an additional search was carried out for known technical solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed technical solution from the prototype. It is established that the claimed technical solution does not follow explicitly from the prior art. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами и описанием работы заявленного ХИТ. The invention is illustrated by drawings and a description of the operation of the claimed HIT.

На фиг.1a, 1б и 1в представлены три проекции МВБ. On figa, 1b and 1c presents three projections of the MVB.

На фиг.1а показан фронтальный вид заявленной МВБ. On figa shows a front view of the claimed MBE.

На фиг.1б показан вид сбоку заявленной МВБ. On figb shows a side view of the declared MVB.

На фиг.1в показан вид сверху заявленной МВБ. On figv shows a top view of the declared MVB.

Представленная на фиг. 1а, 1б, 1в МВБ содержит корпус 1, содержащий 12 металловоздушных элементов 2. Каждый элемент включает анод 3, катоды 4, крышку 5 с электролитом 6 и трубкой 7. Элементы гибкими трубопроводами 8 соединены с общим коллектором 9. Коллектор гибким трубопроводом 10 соединен с воронкой 11, которая закрыта эластичной полусферической крышкой 12. На торце батареи размещен вентилятор 13, соединенный воздуховодом 14 с зазорами между элементами. Коллектор снабжен легко снимаемыми пробками 15, установленными в торцах коллектора. Коммутация элементов в батарее осуществляется гибкими герметичными выводами. Для эвакуации выделяющегося в элементах батареи водорода предназначен коллектор 17. В нижней части элементов расположен отсек 18, в котором скапливаются шламовые продукты реакции 19. Presented in FIG. 1a, 1b, 1c, the MVB contains a housing 1 containing 12 metal-air elements 2. Each element includes an anode 3, cathodes 4, a cover 5 with an electrolyte 6 and a tube 7. Elements are connected by a flexible pipe 8 to a common collector 9. The collector by a flexible pipe 10 is connected to a funnel 11, which is closed by an elastic hemispherical cover 12. At the end of the battery there is a fan 13 connected by an air duct 14 with gaps between the elements. The collector is equipped with easily removable plugs 15 installed at the ends of the collector. The switching elements in the battery is carried out by flexible sealed leads. A collector 17 is designed to evacuate the hydrogen released in the battery cells. A compartment 18 is located in the lower part of the cells, in which sludge reaction products 19 are accumulated.

Батарея работает следующим образом. В емкость 11 заливают электролит, надевают крышку 12, опускают коллектор 9, электролит самотеком или за счет надавливания на крышку 12 поступает сразу во все элементы МВБ. Когда элементы заправлены до заданного уровня, коллектор 9 поднимается и закрепляется на уровне выше верхней кромки элементов. При этом электролит удаляется из коллектора, и элементы размыкаются по электролиту. Заполняют полости крышек 5 электролитом и устанавливают их на элементы. Батарея готова к приему нагрузки. В процессе работы выделяющийся водород удаляется через коллектор 17, а твердые продукты реакции (шлам) скапливаются в пространстве 19. Израсходованный в процессе работы электролит автоматически доливается из полости 6 через трубку 7 при оголении нижнего конца трубки. Вентилятор обдувает МВБ, отводя выделяющееся в элементах тепло. Температура батареи поддерживается в заданном диапазоне путем периодического выключения вентилятора 13 по сигналу термодатчика. The battery works as follows. The electrolyte is poured into the container 11, the cover 12 is put on, the collector 9 is lowered, the electrolyte is gravity-fed or due to pressure on the cover 12 it enters immediately to all the elements of the MBS. When the elements are tucked to a predetermined level, the collector 9 rises and secures at a level above the upper edge of the elements. In this case, the electrolyte is removed from the collector, and the elements open along the electrolyte. Fill the cavity of the lids 5 with electrolyte and install them on the elements. The battery is ready to receive the load. In the process, the hydrogen generated is removed through the collector 17, and the solid reaction products (sludge) accumulate in the space 19. The electrolyte consumed during operation is automatically added from the cavity 6 through the tube 7 when the lower end of the tube is exposed. The fan blows around the MBB, removing the heat generated in the elements. The battery temperature is maintained in a predetermined range by periodically turning off the fan 13 by the signal of the temperature sensor.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная МВБ может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствует критерию "промышленная применимость". Based on the foregoing, we can conclude that the claimed WBI can be implemented in practice with the achievement of the claimed technical result, i.e. it meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. A metal-air battery containing a housing, electrical leads, at least two pocket-type metal-air elements with gas diffusion cathodes located on opposite walls of the pocket, liquid electrolyte and metal anodes located in the electrolyte inside the pocket, installed in the housing with a gap from each other , an electrolyte circuit with a common collector and an electrolyte capacity and an air supply system with a fan, characterized in that the electrolyte capacity and the common collector are located above the top henna edges of metal-air elements, while the electrolyte capacitance is connected to a common collector by a flexible pipe.

2. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that a hole is made in the lower part of each element on the end wall, the diameter of which is from 0.8 to 1 of the internal transverse dimension of the element.

3. The metal-air battery according to claim 2, characterized in that said openings are connected via a flexible pipe to a common collector.

4. The metal-air battery according to claim 2, characterized in that an additional hole is made in the lower part of each element on the opposite end wall, the diameter of which is from 0.8 to 1 of the inner transverse dimension of the element.

5. The metal-air battery according to claim 4, characterized in that said additional openings are connected by flexible pipelines to a second common collector.

6. The metal-air battery according to any one of paragraphs. 3-5, characterized in that the common collectors are made of material not wettable by electrolyte.

7. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that the electrolyte capacity is made in the form of a funnel with an elastic hemispherical lid, fitted with an interference fit on the funnel.

8. The metal-air battery according to any one of paragraphs. 3-5, characterized in that at the ends of the common collectors are installed removable plugs.

9. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that each element is provided with a sealable lid, which is provided with a cavity in communication with the electrolyte of the cell and filled with electrolyte or water.

10. The metal-air battery according to claim 9, characterized in that the lower edge of said pipeline is located below the electrolyte level in the cell.

11. The metal-air battery according to claim 9, characterized in that the ratio of the volume of the cavity of the sealed cover and the mass of the anode is (cm ³ / g) from 1 to 10.

12. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that the fan is mounted on the end wall of the battery case and is connected to the battery terminals via a temperature regulator.

13. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that the metal anode of each element is provided with a cylindrical current collector to which a flexible sealed current lead is connected passing through the seal of the hole located in the upper part of the end wall of each element.

14. The metal-air battery according to claim 1, characterized in that in the upper part of the end wall of each element there are holes for evacuating the generated hydrogen, while the holes are combined by a common collector.