專(zhuān)利名稱(chēng)：鋅-溴電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由循環(huán)電解液、帶有泵室的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵和電解液容器構(gòu)成的鋅-溴電池以及鋅-溴電池的存放方法。
電化學(xué)的成對(duì)鋅-溴對(duì)于電流的貯存已具有日益重要的意義。該系統(tǒng)適合于代替?zhèn)溆霉╇娫O(shè)備例如柴油機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，以穩(wěn)定貯存電流并可作為牽引能源。在這兩種情況下，重量不是重要的因素，關(guān)鍵問(wèn)題在于使用帶有循環(huán)電解液的鋅溴電池可以使備用的成套設(shè)備投入運(yùn)行。
鋅-溴電池是公知的，在該電池中電極上不僅貯存了鋅而且還在多孔活性炭物質(zhì)上沉積了溴。這種電池的存儲(chǔ)能力特別小，而且在鋅沉積時(shí)受枝狀晶體的干擾，因此僅能用很小的電流密度進(jìn)行工作。
具有兩種循環(huán)電解液的鋅-溴電池有兩個(gè)特別好的優(yōu)點(diǎn)。一方面通過(guò)電解液的流動(dòng)使枝狀晶體的生長(zhǎng)速度保持很小，另一方面根據(jù)循環(huán)電解液流過(guò)的量可以共同確定電池的容量。
在構(gòu)成上，鋅-溴電池越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向使用塑料材料，特別是聚烯烴，在此使用的是聚丙烯。這種塑料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性，然而在另一方面又具有其它的缺點(diǎn)。因此，出于一方面考慮電阻，另一方面為了減少所使用的材料的原因，必須將電極和隔離板用特別薄的薄壁部件構(gòu)成。這種薄壁部件顯然具有這樣的缺點(diǎn)，即這些通常為平面幾何形狀的部件雖然受自身的影響很小，但是由于例如電解液中的不同溫度或陽(yáng)極電解液和陰極電解液之間的壓力差而會(huì)出現(xiàn)不希望的流動(dòng)現(xiàn)象。由此必須考慮，使電解液流過(guò)一個(gè)例如面積為30厘米×30厘米的空腔，而且使流體的層厚為1-2毫米。由于塑料的變形，而引起了上述流體的不規(guī)則流動(dòng)，由此而產(chǎn)生了鋅膜的不同沉積和解開(kāi)，其中有可能出現(xiàn)局部加熱，這樣會(huì)過(guò)早的損壞電池。
在公知的用塑料制成的鋅-溴電池中，在密封狀態(tài)下當(dāng)處于很強(qiáng)的機(jī)械壓力中時(shí)，電池本身例如在電極和隔離板的邊緣上會(huì)出現(xiàn)不密封的現(xiàn)象，從而使電池報(bào)廢。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種鋅-溴電池，這種電池適合于不同的用途。特別是可以將這種電池做成一個(gè)小的單元，該單元提供150-500瓦一小時(shí)的容量并且可以對(duì)不同的耗電器例如鉆孔機(jī)、割草機(jī)以及無(wú)線(xiàn)電設(shè)備和電視設(shè)備等進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的驅(qū)動(dòng)。
本發(fā)明所述的鋅-溴電池是在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上作出的，例如EP-B10167517就公開(kāi)了這種電池。
本發(fā)明的鋅-溴電池包括循環(huán)的電解液，具有泵室且由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的泵，電解液容器，由與塑料結(jié)合的碳構(gòu)成的雙極電極，設(shè)在電極之間由塑料構(gòu)成的隔離板，其中隔離板和電極的邊緣相互焊接和在由此構(gòu)成的電極室上設(shè)置的電解液流入和排出通道以及電解液的熱交換器，其特征在于一個(gè)至少由容器、陰極電解液流入和排出通道、泵室以及陰極室構(gòu)成的氣密封和液體密封室單元通過(guò)隔離板唯一地與由另一個(gè)容器、陽(yáng)極電解液流入和排出管道，另一個(gè)泵室和陽(yáng)極室構(gòu)成的另一個(gè)氣密封和液體密封室單元相連。
根據(jù)由塑料制成的電極和隔離板的應(yīng)用場(chǎng)合，其可以選用對(duì)鋅-溴電池起保護(hù)作用的材料，其中其邊緣的連接是用有或無(wú)焊接添加料的方式進(jìn)行焊接的，因此，例如通常可以用由隔離板材料制成的附加薄膜來(lái)使電極和隔離板保持一定距離，同時(shí)邊緣也同樣相互熔接和連接。使用雙極電極一方面可以如公知的那樣提高電壓，另一方面可減小對(duì)空間的需要。這種電池適合于特殊要求，它可以針對(duì)溫度變化，特別是在冷條件下通過(guò)熱交換器來(lái)調(diào)節(jié)電解液。
通過(guò)由隔離板連接而形成的氣密和液體密封室單元，可以提供這樣的電池，該電池可以在不利的條件下確保能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電解液泄漏，由此獲得了一種特別易保養(yǎng)的電池。這種電池的最大優(yōu)點(diǎn)在于，它不必象其它電池所需的那樣在存放時(shí)進(jìn)行例如不損壞系統(tǒng)的充電保養(yǎng)，而是只需要將電池存放起來(lái)即可，同樣，當(dāng)將電池再次接到充電設(shè)備上時(shí)可以再度達(dá)到原來(lái)的容量。
由于兩個(gè)泵由一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，所以一方面以特別簡(jiǎn)單的方式節(jié)省了重量，另一方面還使陽(yáng)極和陰極電解液獲得了均勻的流速。
在兩個(gè)電解液容器之間設(shè)有壓力平衡裝置，特別是壓力平衡管，因此，當(dāng)在電解液中具有不同的壓力構(gòu)成時(shí)，將在管道中等形成堵塞，由此可簡(jiǎn)便地防止因壓力差而引起的電極和隔離板變形。
由于容器容納液體的重量至少總是與陽(yáng)極電解液或陰極電解液的量相一致，所以在較長(zhǎng)的靜止時(shí)間內(nèi)可避免因電解液從電極室流出而引起的放電。
將容器相對(duì)于電極并排設(shè)置，這樣可以根據(jù)流動(dòng)情況設(shè)計(jì)一個(gè)特別簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，例如可設(shè)置一個(gè)適合流體技術(shù)的泵。另一優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)電池的簡(jiǎn)單翻轉(zhuǎn)，使電池成為容器在下和電極在上的布置形式，從而在電解液實(shí)際上完全進(jìn)入容器的前提下，使電解液簡(jiǎn)單地從電極室中排空。
本發(fā)明所述電池的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例是，當(dāng)電池處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電解液容器處于電極的上方，因?yàn)樵谑闺娊庖禾貏e好的流向電極室的同時(shí)還考慮了可能出現(xiàn)的氣泡。
每個(gè)容器都具有一個(gè)可排出和再填入電解液的可封閉的開(kāi)口，這樣為了例如出售的目的，可將這種純粹由塑料部件和泵等構(gòu)成的鋅-溴電池干燥放置，而且該開(kāi)口僅在上述的位置上充入電解液。
如果在隔離板和/或電極的邊緣上，例如在周?chē)附拥倪吙蛏暇哂邢嗷ブ睾系耐祝ㄟ^(guò)該通孔形成了電解液流入或排出管道，該管道分別具有進(jìn)入電解室的分枝，那么就可以使電池具有特別簡(jiǎn)單和緊湊的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可得到結(jié)構(gòu)特別緊湊的電池，由此可以完全省掉在芯包外部使用的附加引出通道或者將其限制至最少。
如果在電極的終端觸點(diǎn)和電極引線(xiàn)之間設(shè)有電保險(xiǎn)絲，就能避免電池和耗電器的高電流負(fù)載。
電池上至少具有一個(gè)手柄，最好是兩個(gè)相互重疊的手柄(Griffleisten)這樣可以使這種電池如所公知的那樣特別容易操作。
本發(fā)明所述的存放鋅-溴電池的方法的特征在于，在電解液進(jìn)行循環(huán)的同時(shí)，電池完成目標(biāo)放電(gezielteEntladung)，然后將電池在無(wú)負(fù)載的狀態(tài)下存放起來(lái)。當(dāng)電池的結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單，而且使用的范圍很寬時(shí)，必須提供特別簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來(lái)存放電池，該系統(tǒng)應(yīng)該在存放電池時(shí)對(duì)其完全沒(méi)有損害。這完全可以通過(guò)目標(biāo)放電來(lái)實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)放電保持了用于避免電池?zé)嶝?fù)載的電解液循環(huán)。
將電解液泵使用的電驅(qū)動(dòng)器作為目標(biāo)放電唯一優(yōu)選的耗電器，這樣就確保了，在放電時(shí)迫使電解液保持循環(huán)，由此不再需要把電能轉(zhuǎn)換成熱能的附加耗電器，例如電阻。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述圖中表示

圖1和圖2表示兩個(gè)帶有容器的電池示意圖;
圖3a是電極俯視圖，和圖3b是分離器的俯視圖，和圖4是沿圖1中的線(xiàn)Ⅳ剖開(kāi)的電池局部示圖。
在EP-B10167517中描述了一種電化學(xué)系統(tǒng)，即用于作為本發(fā)明組成部分的鋅-溴電池的電化學(xué)系統(tǒng)，其具有循環(huán)的含水電解液和分子溴配合劑(Komplexbildner)，其中配合劑能夠溶于水，而配合物(Komplex)本身則很難溶于水。
在EP-B10167517中還描述了作為本發(fā)明組成部分的芯包的生產(chǎn)，所述芯包包括由碳化合的聚乙烯構(gòu)成的電極并具有由電化學(xué)不活潑的材料構(gòu)成的框架以及由聚乙烯構(gòu)成的隔離板，隔離板具有四周焊接的框架，其中電極的邊緣以及隔板的邊緣直接相互連接，因此通過(guò)將電極和隔離板交替放置且將其邊緣相互焊接便形成了芯包，其中電極起雙極電極的作用。
在前面或上面的圖1和圖2的前視圖中所表示的鋅-溴電池中具有將電極和隔離板一個(gè)接一個(gè)布置而成的芯包1。在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，電極2和隔離板3都是如圖1中虛線(xiàn)所示的那樣平放著。在圖1中，電池處在正視圖位置和靜止?fàn)顟B(tài)。因?yàn)樵陔姌O腔中沒(méi)有電解液，所以鋅膜不會(huì)在電極上溶解。在電池芯包的兩端設(shè)有引出線(xiàn)4、5，它們分別表示電池的正負(fù)極。當(dāng)電極不是雙電極結(jié)構(gòu)而是具有例如由銀制成的蓄電池極柵結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在一個(gè)或兩個(gè)設(shè)在端部的電極的終端觸點(diǎn)之間設(shè)置保險(xiǎn)絲(未示出)，以確保避免電過(guò)載和由此而引起的電池的熱載荷。在由電極和隔離板構(gòu)成的芯包1的下方在靜止?fàn)顟B(tài)設(shè)有裝陽(yáng)極電解液的容器6和裝陰極電解液的容器7。在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，電池呈可回轉(zhuǎn)狀設(shè)置，即容器可以位于由電極和隔離板構(gòu)成的芯包的上方。在容器6和7中設(shè)有泵室8和9，其中相應(yīng)的泵部件，也就是渦輪，可通過(guò)共用馬達(dá)10和軸11驅(qū)動(dòng)。泵通過(guò)在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下設(shè)在下部的抽吸管12將電解液吸入并同樣地通過(guò)電解液輸入管14將電解液抽入陽(yáng)極電解液室或陰極電解液室。通過(guò)僅局部表示的電解液排出管使電解液回到容器中。如液面15所清楚表示的，容器是這樣構(gòu)成的，即在容器中能容納全部的電解液體積，以便在較長(zhǎng)的靜止周期中使充電的電池在陽(yáng)極電解液室和陰極電解液室中不存放電解液。容器、電池芯包，泵室以及電解液的流入和排出管彼此之間以不透氣和不透水的方式連接，以便使由陰極電解液室和另一個(gè)陽(yáng)極電解液室構(gòu)成的兩個(gè)室單元僅僅在電化學(xué)條件下通過(guò)隔離板相互連接而形成。特別是在如圖2所示的結(jié)構(gòu)中需要用O型密封圈將泵軸相對(duì)于泵室進(jìn)行密封，因?yàn)樵谠搱D中泵室不是設(shè)在電解液容器的內(nèi)部。容器的氣密性和水密性封閉是通過(guò)可轉(zhuǎn)動(dòng)的塞子16實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，容器6和7通過(guò)壓力平衡器17相連接。該壓力平衡器具有兩個(gè)腔18或19，該腔通過(guò)橡膠彈性隔膜20相互分離。當(dāng)容器6或7中的壓力增高時(shí)，隔膜將在腔18或19中拉的如此之長(zhǎng)，直至由體積平衡再次達(dá)到壓力平衡為止。
電解液的流入管道在電極不是水平設(shè)置的情況下是這樣布置的，即使電解液同樣在電極室的下部區(qū)域進(jìn)入和排到上部區(qū)域。由此確保電極室的流通。雖然沒(méi)有附加的措施來(lái)針對(duì)通過(guò)電解液的流入管道和排出管道在各槽之間流動(dòng)的、通常在確定的使用范圍內(nèi)不需要的電流，但是可以利用已有的例如建立反向電勢(shì)的方法來(lái)補(bǔ)償漏電流，或者設(shè)置阻擋機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在較短和較長(zhǎng)的靜止時(shí)間內(nèi)阻止各電極室通過(guò)電解液相互連通，該機(jī)構(gòu)可以是例如帶有多個(gè)孔的活門(mén)，以便隨著活門(mén)的回轉(zhuǎn)使所有的流入和排出管道中斷或打開(kāi)。
圖3a表示電極2，其中由與石墨相結(jié)合的聚乙烯構(gòu)成的中間部件21由邊框22環(huán)繞，兩部件21和22通過(guò)焊接板相互連接。部件22具有下通孔23和上通孔24。邊框的厚度大于中間部件，即，真正的電極的厚度，因此可通過(guò)設(shè)置隔離板而形成空腔。從通孔23和24伸出的與分配系統(tǒng)27、28連通的分路25和26可以使電極室中的電解液均勻分布。通過(guò)流體隔離29形成了一個(gè)優(yōu)選的流體區(qū)域，從而確保液體均勻流過(guò)。通孔23和24的兩個(gè)橫截面或者是連續(xù)相等的橫截面或者是相對(duì)于壓力分布使流入量逐漸變小或變大的結(jié)構(gòu)。也可以如已有技術(shù)那樣，在該流入管道中通過(guò)在終端和始端上設(shè)置電極同樣可建立補(bǔ)償流。
圖3b表表隔離板3，該隔離板具有實(shí)際上電化學(xué)不活潑的邊框30，在邊框中焊接了真正作為隔離板的中間部件31。如圖所示，中間部件31上具有圓柱形凸起32，這些凸起一方面有助于增加電極室的穩(wěn)定性，另一方面可以在電極室中形成紊流，從而使電極和隔離板上附著的液體邊界層解開(kāi)。隔離板上同樣也具有通孔23和24，該通孔與相應(yīng)的電極相配合并形成連續(xù)的流入管道和排出管道。
如圖4所能清楚看到的，電極2和隔離板3分別在它們的邊區(qū)33相互焊接，由此形成陽(yáng)極室和陰極室，陽(yáng)極室和陰極室分別通過(guò)雙極電極的一個(gè)平面和隔離板進(jìn)行分界。
這種電池可以例如根據(jù)需要設(shè)置一個(gè)手柄或者具有兩個(gè)手柄(Griffleisten)，以便簡(jiǎn)化電池的操作。
該電池還進(jìn)一步包括代替兩個(gè)引線(xiàn)4、5的插塞連接，就象它在其它的公知便攜式蓄電池上那樣。因此可以將這種便攜式蓄電池插入例如鉆孔機(jī)，修剪樹(shù)籬用的剪刀、鏈鋸、以及其它便攜式電動(dòng)工具中。由于蓄電池在使用時(shí)或者貯藏時(shí)會(huì)放電，因此也同樣可以利用充電設(shè)備和普通的電網(wǎng)進(jìn)行充電。在此特別有意義的是，鋅-溴電池的充電時(shí)間與其它電化學(xué)蓄電池相比要短暫得多，這特別是因?yàn)檠h(huán)電解液可引起高的電流密度。
這種封閉的電池也特別適合于草地割草機(jī)。因此可通過(guò)用電開(kāi)關(guān)接通電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)割草的滾子或刀具。泵的電驅(qū)動(dòng)裝置，即電動(dòng)機(jī)，總是處于電池的電壓下。由此可確保，在例如割草過(guò)程結(jié)束時(shí)泵可以工作到使電池完全放電。也可以在泵的電池和電動(dòng)機(jī)電路中設(shè)置開(kāi)關(guān)元件，以便可以對(duì)泵進(jìn)行暫時(shí)的外部驅(qū)動(dòng)。這在割草過(guò)程中斷時(shí)是非常有益的，由此不會(huì)因電解液循環(huán)而引起電流消耗。這種開(kāi)關(guān)上可設(shè)置延遲元件，該元件在例如5分鐘或10分鐘之后迫使泵再次啟動(dòng)，此外還需要隨著割草機(jī)電動(dòng)機(jī)的接通使泵電動(dòng)機(jī)的電子線(xiàn)路再閉合。由此，無(wú)論如何也要確保使電池在存放時(shí)同樣轉(zhuǎn)換成無(wú)負(fù)載狀態(tài)，并且應(yīng)避免由于電解液循環(huán)而引起的熱載荷。當(dāng)然為了使電池啟動(dòng)還需要在這之后對(duì)其充電。由于鋅-溴電池能夠承載較高的電流負(fù)載，所以一個(gè)容量為600W/h、電壓為48伏的電池最長(zhǎng)在1.5小時(shí)之內(nèi)就能完全充電。然而對(duì)于一個(gè)這樣的割草機(jī)來(lái)說(shuō)，僅有例如100m2需要維護(hù)保養(yǎng)的面積，因此大約有10分鐘的充電時(shí)間就足夠了。
用鋅-溴電池驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)除了具有公知的電驅(qū)動(dòng)中無(wú)附加的輻射發(fā)生的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有另一個(gè)特別好的優(yōu)點(diǎn)，即由于鋅溴電池能夠覆蓋電動(dòng)機(jī)并且是導(dǎo)聲性差的材料構(gòu)成，所以這種電池還能附帶地起到隔音的作用。因此這種由直流電驅(qū)動(dòng)的割草機(jī)在大約1米的距離上只有51分貝的聲能級(jí)。
考慮到充電期間或者是電池本身的峰值載荷還希望在每個(gè)電解液回路中設(shè)置一個(gè)合適的熱交換器以便排熱。
權(quán)利要求
1.鋅-溴電池，該電池包括循環(huán)流動(dòng)的電解液，帶有泵室(8、9)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵，電解液容器(7、6)，雙極電極(2)和設(shè)在電極之間由塑料構(gòu)成的隔離板(3)，其中隔離板(3)和電極(2)的邊緣(33)相互焊接在一起和在由此構(gòu)成的電極室中設(shè)置的電解液流入和排出通道(13、14)以及熱交換器，其特征在于，一個(gè)至少由容器(6)、陰極電解液流入和排出通道(13、14)、泵室(8)以及陰極室構(gòu)成的氣密封和液體密封室單元通過(guò)隔離板(3)唯一地與由另一個(gè)容器(7)、陽(yáng)極電解液流入和排出通道(13、14)，另一泵室(9)和陽(yáng)極室構(gòu)成的另一個(gè)氣密封和液體密封室單元相連。
2.如權(quán)利要求1所述的鋅-溴電池，其特征在于，兩個(gè)泵由同一馬達(dá)(10)驅(qū)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋅-溴電池，其特征在于，在兩個(gè)電解液容器(6、7)之間設(shè)有一個(gè)壓力平衡裝置(20)，最好是壓力平衡管。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的鋅-溴電池，其特征在于，容器(6、7)的液體容納量分別至少與各陽(yáng)極電解液或陰極電解液的體積相適應(yīng)。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，容器(6、7)相對(duì)于電極和隔離板并排設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，在電池處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，容器(6、7)處于電極和隔離板的上方。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，每個(gè)容器(6，7)上均設(shè)有用于引出電解液和將電解液重新注入的可封閉的開(kāi)口。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，隔離板(3)和/或電極(2)在它們的邊緣，例如四周焊接的邊框(22、30)上具有相互重疊的通孔(23、24)該通孔構(gòu)成了作為電解液流入或排出管道的通道，該通道在電解室中具有支路(25，26)。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，在電極的終端觸點(diǎn)(4，5)和引線(xiàn)之間為耗電器設(shè)有電保險(xiǎn)絲。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的鋅-溴電池，其特征在于，電池上設(shè)有至少一個(gè)手柄，最好是設(shè)有兩個(gè)相互重疊的手柄。
11.特別是如權(quán)利要求1-10所述的鋅-溴電池存放方法，其特征在于，在電解液進(jìn)行循環(huán)的同時(shí)電池完成目標(biāo)放電，并在此之后使電池處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求11所述的鋅-溴電池的存放方法，其特征在于，將電解液泵使用的電驅(qū)動(dòng)器作為目標(biāo)放電唯一優(yōu)選的耗電器。
全文摘要
鋅-溴電池，包括循環(huán)的電解液，帶有泵室且由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵，電解液容器，雙極電極和設(shè)在電極之間的隔離板，電極和隔離板由塑料制成，其中隔離板和電極的邊緣相互焊接在一起和在由此構(gòu)成的電極室中設(shè)置的電解液流入和排出通道以及熱交換器，一個(gè)至少由容器、陰極電解液流入和排出通道、泵室以及陰極室構(gòu)成的氣密封和水密封室單元通過(guò)隔離板唯一地與由另一個(gè)容器、陽(yáng)極電解液流入和排出通道，另一個(gè)泵室和陽(yáng)極室構(gòu)成的另一個(gè)氣密封和水密封室單元相連。
文檔編號(hào)H01M12/08GK1087209SQ9311883
公開(kāi)日1994年5月25日 申請(qǐng)日期1993年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月1日
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