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Fédération de Russie Patent RU2127932

éléments AIR-aluminium, batterie sur la base ALUMINIUM Air ELEMENT ET PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE LA BATTERIE

éléments AIR-aluminium, batterie sur la base ALUMINIUM Air ELEMENT ET PROCEDE DE FONCTIONNEMENT DE LA BATTERIE

Nom de l'inventeur:. Alekhin VV; Bilinkin AP. Guskov GI. Ivlev AE. Fists EB. Sevruk ASD. Cherskiy OM
Le nom du titulaire du brevet: la recherche et la production de sources actuelles complexes "Alten"
Adresse pour la correspondance: 142490, région de Moscou, Elektrougli, PER.1 de bain NPK IT "Alten".
Date de début du brevet: 30.09.1996

Utilisation: batteries air-métal comme une source autonome d'alimentation rechargeable compact. Le type de boîte à cellule galvanique selon l'invention d'air en métal, comprenant une cuve d'électrolyse avec une ouverture de remplissage dans sa partie supérieure, un couvercle, une anode sacrificatoire en métal est une forme plate, placée dans un réservoir d'électrolyte, une cathode de diffusion de gaz, situé à une certaine distance de la surface de travail de l'anode et librement rodée à l'extérieur gaz tel que l'air, la chambre de collecte de gaz. A la partie supérieure du réservoir d'électrolyte autour du trou de remplissage a une forme conique saillante agissant en continu comme un joint à labyrinthe dans la partie médiane des parois latérales de la cuve électrolytique et dans sa partie inférieure contient deux saillie restrictive, le fond de la chambre de réservoir d'électrolyte V est formée pour la collecte des boues V SHL avec rapport volumique V: V = SL 15/05, l'épaisseur de l' anode dans l'intervalle de 1 à 3 mm et est de 0,05 à 0,50 mezhkatodnogo sur la taille de l'écart, le volume du réservoir d'électrolyte est donnée par:

V = V E + V en;

V e = E · Q q .n · K 1;

V en = q + q eh Q Kor .n · K 2,

où V - volume du réservoir d'électrolyte cm3;

V E - quantité d'électrolyte, 3 cm;

En V - le volume de l'anode, voir 3;

q E - débit spécifique de l' électrolyte, cm 3 / A · H;

q eh - consommation spécifique de l' aluminium dans la réaction électrochimique, voir 3 / A · H;

Q - capacité de la cellule par cycle, A · H;

n - le nombre de cycles;

K 1 = (0,44-1,45) - facteur constructif;

K 2 = (1,97-1,49) facteur constructif

et le rapport de longueur a, b la largeur et la hauteur c est 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9. batterie métal-air comprend un boîtier, un couvercle commutée au moins une cellule électrochimique métal-air proposé structure. Procédé de fonctionnement d'une cellule électrochimique métal-air et, à partir de la batterie comprend la décharge de l'électrolyte et le remplacement des anodes éléments de lavage frais. Anodes prétraitée avant l'emploi dans la concentration d'hydroxyde de sodium aqueux (2,5) mole / l de sodium, métastannate trehvodnogo concentration en additif (0,01-0,10) mol / l.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention concerne l'électrochimie, un procédé pour faire fonctionner une batterie air-métal et peut être utilisé dans l'application des batteries air-métal en tant que source de petite taille autonome rechargeable puissance.

Cellule électrochimique connu, comme un type métal-air. Elément comporte essentiellement un réservoir d'électrolyte, le couvercle, la forme plate électrode consommable métallique, placé dans la cuve d'électrolyse. A quelque distance de la surface de travail de l'électrode de diffusion de gaz est une cathode qui est en dehors lavé gaz libre, en particulier l'air. Afin d'améliorer la circulation de l'électrolyte et d'augmenter ainsi l'efficacité de la conversion d'énergie électrochimique d'hydrogène généré pendant la réaction électrochimique, on accumule dans le réservoir d'électrolyte et augmente la pression utilisée pour déplacer l'électrolyte. Dans cette cuve d'électrolyse comprend une chambre de collecte de gaz dans lequel la pression du gaz peut agir sur l'électrolyte. Après que le tuyau déplacé par l'électrolyte provenant de la partie supérieure à la partie inférieure du réservoir d'électrolyte (N Europatent 0071015 A2 du 22.06.82 - le prototype).

L'inconvénient de la cellule électrochimique du type métal-air sont des caractéristiques de faible production d'énergie spécifique en raison de l'excès de poids causée par la complexité de la conception.

Connu batterie métal-air primaire comprenant un boîtier, un couvercle commutée au moins une cellule électrochimique métal-air (brevet US N 4626482, H 01 M 06/12, 1986 - le prototype).

L'inconvénient des batteries primaires air-métalliques connus sont faibles caractéristiques spécifiques de production d'énergie.

Il existe une méthode de fonctionnement de l'air-métal cellule galvanique et la batterie sur sa base par la décharge, l'anode et l'électrolyte de remplacement avec des produits frais, élément de rinçage (AS URSS, 621041, H 01 M 10/42, H 01 M 08/12).

L'inconvénient de cette méthode est la plus longue période de mode de sortie spécifié pour la batterie (10-20) min.

Le but de l'invention est d'augmenter les caractéristiques électriques spécifiques des piles métal-air et des batteries basées sur eux, ce qui augmente les caractéristiques de stabilité dans le temps et une diminution du rendement en temps de mode (1-3) min.

Ce but est atteint par le fait que dans l'élément en forme de boîte galvanique connu air métallique comprenant le réservoir d'électrolyte avec une ouverture de remplissage dans sa partie supérieure, un couvercle, une anode sacrificatoire en métal est une forme plate, placée dans un réservoir d'électrolyte, une cathode de diffusion de gaz, situé à une certaine distance de la surface de travail anode et librement lapé en dehors du gaz tel que l'air, la chambre de collecte de gaz dans la partie supérieure autour du trou de remplissage a une forme conique saillie agissant en continu comme un joint à labyrinthe dans la partie médiane des parois latérales du réservoir d'électrolyte et dans sa partie inférieure contient deux saillie restrictive dans la partie inférieure le réservoir d'électrolyte (V) est formé à la chambre de collecte des boues (V SL) à rapport volumique V: V SL = 5-15, l' épaisseur de l' anode dans la gamme de (1-3) est 0,05 au 0,50 mm du mezhkatodnogo volume de dégagement de magnitude le réservoir d'électrolyte est donnée par:

V = V E + V en;

V e = E · Q q .n · K 1;

V en (q + q ehcoréen) · Q .n .K 2;

où V - volume du réservoir d'électrolyte cm3;

V E - quantité d'électrolyte, 3 cm;

En V - le volume de l'anode, voir 3;

q E - débit spécifique de l' électrolyte, cm 3 / A · H;

q eh - consommation spécifique de l' aluminium dans la réaction électrochimique, voir 3 / A · H;

q cor - la consommation spécifique de corrosion de l' aluminium, cm 3 / A · H;

Q - capacité de la cellule par cycle, A · H;

n - le nombre de cycles;

k = 1 (0,44-1,45) - facteur constructif;

k 2 = (1,97-1,49) - facteur constructif;

et le rapport de la longueur (a), la largeur (b) et la hauteur (c):

a: b: c = 1: 0,38: 2,7;

a: b: c = 1: 0,35: 3,1;

a: b: c = 1: 0,33: 3,9.

La batterie principale connue métal-air comprenant un boîtier, un couvercle à commutation, une ou plusieurs cellules électrochimiques métal-air utilisées dans l'élément proposé d'un tel élément; dans le procédé connu de fonctionnement de la cellule de batterie métal-air et sur la base de celle-ci par la décharge de l'électrolyte et le remplacement des anodes de rinçage frais prétraité élément d'anode dans une solution aqueuse de concentration de l'hydroxyde de sodium (2,5) mole / l de sodium métastannate trehvodnogo concentration en additif (0, 01-0,10) mol / l.

Une caractéristique commune est la présence du boîtier de type pile galvanique air-métal cuve d'électrolyse avec une ouverture de remplissage dans sa partie supérieure, couvre l'anode sacrificatoire en métal, une forme plate, placée dans un réservoir d'électrolyte, d'une cathode à diffusion gazeuse, qui est située à une certaine distance de la surface de travail de l'anode et washcoat libre à l'extérieur gaz tel que l'air, la chambre de collecte de gaz, en présence du boîtier de batterie, les, un ou plusieurs éléments de couverture à commutation, par l'opération de décharge de la batterie, des anodes et des électrolytes élément de rinçage frais.

La principale caractéristique est que la partie supérieure du réservoir d'électrolyte autour du trou de remplissage a une saillie agissant conique continue comme un joint à labyrinthe dans la partie médiane des parois latérales de la cuve électrolytique et dans sa partie inférieure contient deux saillie restrictive, le fond du réservoir d'électrolyte (V) une chambre de collecte de boues (V SL) à rapport volume V: V SL = 5-15, l' épaisseur de l' anode dans l'intervalle (1 - 3) est de 0,05 à 0,50 mm à partir de la valeur de l' écart de mezhkatodnogo, le volume de la chambre d'électrolyte définie par l'expression:

V = V E + V en;

V e = E · Q q .n · K 1;

V en = (q + q ehcoréen) · Q .n .K 2;

où V - volume du réservoir d'électrolyte cm3;

V E - quantité d'électrolyte, 3 cm;

En V - le volume de l'anode, voir 3;

q E - débit spécifique de l' électrolyte, cm 3 / A · H;

q eh - consommation spécifique de l' aluminium dans la réaction électrochimique, voir 3 / A · H;

q cor - la consommation spécifique de corrosion de l' aluminium, cm 3 / A · H;

Q - capacité de la cellule par cycle, A · H;

n - le nombre de cycles;

k = 1 (0,44-1,45) - facteur constructif;

k 2 = (1,97-1,49) - facteur constructif;

et le rapport de la longueur (a), la largeur (b) et la hauteur (c):

a: b: c = 1: 0,38: 2,7;

a: b: c = 1: 0,35: 3,1;

a: b: c = 1: 0,33: 3,9.

La batterie comme une pile électrochimique métal-air appliqué à l'élément proposé; pendant le fonctionnement des anodes de la cellule électrochimique et de la batterie métal-air en fonction de sa pré-traité dans une solution aqueuse de concentration d'hydroxyde de sodium (5,2) mole / l de sodium, métastannate trehvodnogo concentration d'additif (0,01-0,10) mol / l.

L'ensemble inventive de traits distinctifs, et la relation dans le brevet de l'art antérieur et de la littérature scientifique ont été trouvés.

Ainsi, la solution proposée a la nouveauté et l'activité inventive.

L'invention est applicable industriellement comme Il peut être utilisé comme système d'alimentation électrique autonome, respectueux de l'environnement constitué par les éléments suivants:

- Type de bande portable Portable "joueur" avec des fonctions d'enregistrement et de lecture par le biais de haut-parleurs externes;

- Un récepteur de télévision portable, à cristaux liquides;

- Une lampe de poche portative;

- Le ventilateur;

- Cristaux liquides jeux vidéo pour enfants,;

- Commande électrique à distance des enfants;

- Radio portable;

- Chargeur de batterie;

- Un instrument de mesure portable.

La source de courant proposé garantit des caractéristiques de production d'énergie spécifique élevée, les garder stables tout au long de sa vie, mais réduit également le mode avec un 10 temps-courant - 20 minutes à 1-3.

Les indicateurs d'état conduit à la conclusion sur l'opportunité d'utiliser les relations géométriques obtenues dans la conception des batteries air-aluminium.

L'invention est illustrée par un dessin, où la figure. La figure 1 montre un élément air-aluminium - forme N 1, Fig. élément air-aluminium - - 2 sous forme de N 2, sur la figure. 3 - élément air-aluminium - une sorte de N 3. Fig. La figure 4 représente un élément d'aluminium électrolytique air-capacité, et la Fig. 5 - la batterie sur la base des éléments air-aluminium.

Aéroporté cellule électrochimique en aluminium est constitué d'un réservoir d'électrolyte 1, qui présente au niveau des parois latérales extérieures de deux fenêtres 3, la partie supérieure 4 de l'orifice de remplissage 5 est entouré par une saillie conique continue 6 qui agit comme un joint à labyrinthe avec la face interne de la cuve d'électrolyse 1 dans le milieu du côté les parois 2 et dans sa partie inférieure est pourvue de deux saillie de restriction 7 au fond de la cuve d'électrolyse 1, une chambre 8 de collecte de la boue qui est produite dans un processus d'opération. Dans la cuve d'électrolyse 1 est hermétiquement inséré dans la cathode de diffusion de gaz 9 dans le cadre 10. L'étanchéité 3 électrolyte réservoir 1 est réalisée au moyen d'un neutre par rapport à la solution aqueuse d'électrolyte d'étanchéité de fenêtre. La connexion électrique avec la cathode 9 par le consommateur lors de l'utilisation de l'air comme élément d'aluminium est la batterie, mais également dans sa composition au moyen de la cathode, collecteur de courant 11, l'électrolyte recouvrant le récipient 1 par deux enroulements horizontaux 12 qui sont connectées électriquement aux deux colonnes en comprimant 13. La cuve électrolytique 1 à travers le trou de remplissage 5 est inséré dans une plaque métallique plane 14 avec la saillie 15 de forme rectangulaire conçue pour la collecte de courant. Le plan de projection 15 sert à sceller la ligne "anode 14 - couvrir 16". Orifice de remplissage 5 est fermé et scellé par un couvercle 16, comportant un trou 17 pour le passage à travers lui de l'anode 14 et une ou plusieurs ouvertures 18 pour l'évacuation de l'hydrogène à partir de la cuve d'électrolyse 1 dans l'air de traitement à travers l'élément de couvercle en aluminium 16, qui sert également comme une membrane hydrophobe. La présence au sommet du réservoir d'électrolyte 4 sur le périmètre autour du trou de remplissage 5 forme conique 6 de projection permet de meilleures propriétés d'étanchéité du couvercle 16. Les rapports de conception géométrique, ce qui permet des paramètres électriques spécifiques amélioré comme suit:

H1 / (H2 + H3 + H4) = 01.05 à 01.20

H3 / H2 = H3 / H4 = 5-15

H5 / H1 = 1,1-1,5

H6 / H3 = 1-1.1

L2 / LI = 1-1,1

L3 / LI = 1,1-1,5

L5 / L6 = 0,05-0,50

2xL4 / L6 = 0,95-0,75

Batterie basée sur un des éléments air-aluminium se compose d'un boîtier 19 avec des fentes verticales internes 20 pour maintenir les éléments air et fenêtres en aluminium 21 pour organiser le flux d'air libre externe dans les serrures de la batterie 22 pour la fixation du couvercle commuté 23 au boîtier 19, un ou plusieurs électrolytes conteneurs 1 montés avec cathode collecteurs de courant 11, avec qui y est inséré des anodes 14 et mettre sur le dessus des bouchons 16, tokorazvodyaschey panneaux double face 24 ayant sur le côté tourné vers les éléments air-aluminium, câblages 25 pour le raccordement électrique de la cathode 9 aux cuves d'électrolyse 1 à travers la cathode collecteurs de courant 11 à tokorazvodyaschey double face carte de circuit imprimé 24, plusieurs trous 26 de forme rectangulaire pour le passage de la saillie 15 de l'anode métallique 14 pour mettre en oeuvre la connexion électrique entre l'anode métallique 14 et collecteur de courant anodique 27, plusieurs trous de toute forme 28 est le drainage d'hydrogène du réservoir d'électrolyte 1 dans l'atmosphère, à travers le couvercle 23, plusieurs connecteurs 29 situé sur la face supérieure tokorazvodyaschey recto-verso bord 24, le pont du cavalier conducteur 30 pour sélectionner la tension de fonctionnement du consommateur et la connexion avec les pistes conductrices 25 et 31 des deux côtés, plusieurs connecteurs 32 situé sur le côté supérieur tokorazvodyaschey carte double face 24 servant à relier le consommateur, et un couvercle 23 recouvrant la batterie à partir du haut et comportant une pluralité d'ouvertures 33 pour les connecteurs 32, plusieurs trous 34 pour les connecteurs 29, un ou plusieurs trous 35 sous un écoulement d'hydrogène, deux rainures longitudinales 36 sous les verrous 22, l'étiquette 37 court manuel d'instruction.

Le principe et le mode de fonctionnement d'une cellule électrochimique métal-air et une batterie sur la base, par exemple la batterie 3, BA-24, comme suit.

L'énergie électrique est générée dans la pile à la mise en oeuvre de l'oxydation électrochimique d'aluminium à l'anode et à la réduction de l'oxygène à la cathode. Les solutions ou l' hydroxyde de sodium aqueux (NaOH) ou du chlorure de sodium (NaCl) est utilisé comme électrolyte ou un mélange desdites solutions à des additifs inhibiteurs de Na 2 SnO 3 · 3H 2 O - dans l'électrolyte alcalin et NaHCO 3 - dans du sérum physiologique. Pendant la réaction, ainsi que le taux d'oxygène de la consommation d'alumine est l'air et de l'eau de l'électrolyte, de sorte que le fonctionnement de la batterie que leur consommation pendant la décharge remplacent périodiquement l'anode et l'électrolyte frais. Les produits de réaction sont l' hydroxyde d'aluminium, Al (OH) 3 et à la chaleur. La batterie fonctionne à des températures allant de -10 ° C à 60 ° C , sans chauffage supplémentaire lors du démarrage à partir des températures inférieures à zéro. L'un des facteurs négatifs de l'air des batteries d'aluminium est la corrosion de l'anode. Ceci conduit à une réduction des caractéristiques électriques des batteries et séparation de petites quantités d'hydrogène. Dans une large mesure l'impact de la corrosion est indiquée sur les caractéristiques de départ, résultant en mode time-to-préréglé est (10-20) minutes. Les anodes de traitement proposées au cours de laquelle la surface est revêtue d'étain, ce qui réduit la densité de courant de corrosion et d'améliorer considérablement le fonctionnement du fonctionnement de la pile aluminium-air, augmentant ainsi le mode de sortie caractéristiques électriques et le temps est réduit à (03,01) min. Le revêtement de l'anode est effectuée avant la mise en fonctionnement de la batterie. anodes précuites dégraissée, puis traitée de la concentration de l'hydroxyde de sodium aqueux (2,5) mole / l de sodium, métastannate trehvodnogo concentration d'additif (0,01 à 0,10) mole / l à température ambiante pendant 5 à 60 min.

Les résultats d'essai du prototype de la batterie de l'air d'aluminium proposés et présentés dans le tableau. 1 et 2.

Comme on peut le voir sur les tables, la batterie air-aluminium proposé offre des caractéristiques de production d'énergie spécifiques et stables élevées au fil du temps à un temps de traitement à faible.

REVENDICATIONS

De type boîte 1. L'air-métal cellule électrochimique comprenant un électrolyte remplissant un récipient avec un trou dans sa partie supérieure, une forme plane consommable métallique d'anode, placé dans un réservoir d'électrolyte, une cathode de diffusion de gaz, situé à une certaine distance de la surface de travail de l'anode et le gaz disponible en externe rodé, tel que l'air, la chambre de collecte de gaz, caractérisé en ce que la partie supérieure du réservoir d'électrolyte autour du trou de remplissage a une forme conique saillante agissant en continu comme un joint à labyrinthe dans la partie médiane des parois latérales de la cuve électrolytique et dans sa partie inférieure contient deux saillie restrictive, le fond du réservoir d'électrolyte V V SHL une chambre de collecte de rapport de volume des boues V: V SL = 5-15, l' épaisseur de l' anode dans la gamme de 1 - 3 mm de 0,05 à 0,50 mezhkatodnogo l'ampleur de l'écart, le volume du réservoir d'électrolyte est donnée par:

V = V E + V en;

V e = E · q · n · Q k 1;

V en = (q + q ehKor) · Q · n · k 2;

où V - volume du réservoir d'électrolyte cm3;

V E - quantité d'électrolyte, 3 cm;

En V - le volume de l'anode, voir 3;

q E - débit spécifique de l' électrolyte, cm 3 / Ah;

q eh - La consommation spécifique de l' aluminium dans la réaction électrochimique cm 3 / Ah;

q cor - la consommation spécifique de corrosion de l' aluminium, cm 3 / Ah;

Q - capacité de la cellule par cycle Ah;

n - le nombre de cycles;

K 1 = (0,44 à 1,45) - un facteur constructif;

K 2 = (1,97 - 1,49) - un facteur constructif;

et le rapport de longueur a, b la largeur et la hauteur c est 1: 0,38: 2,7; 1: 0,35: 3,1; 1: 0,33: 3,9.

2. La batterie métal-air primaire comprenant un carter, un couvercle, au moins une cellule électrochimique métal-air, dans lequel un tel élément est pris Elément selon la revendication 1.

3. Procédé pour faire fonctionner une cellule électrochimique métal-air et une batterie sur la base de celle-ci par la décharge de l'électrolyte et le remplacement de l'élément de rinçage frais d'anodes, caractérisé en ce que l'anode est prétraitée dans une solution aqueuse de concentration d'hydroxyde de sodium (2 - 5) mol / l additif trehvodnogo métastannate de sodium à une concentration (de 0,01 à 0,10) mole / l.

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Date de publication 13.01.2007gg