FI113417B - Water-activatable battery - Google Patents
Water-activatable battery Download PDFInfo
- Publication number
- FI113417B FI113417B FI20012040A FI20012040A FI113417B FI 113417 B FI113417 B FI 113417B FI 20012040 A FI20012040 A FI 20012040A FI 20012040 A FI20012040 A FI 20012040A FI 113417 B FI113417 B FI 113417B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cathode
- battery
- anode
- weight
- cell according
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/46—Alloys based on magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/30—Deferred-action cells
- H01M6/32—Deferred-action cells activated through external addition of electrolyte or of electrolyte components
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/30—Deferred-action cells
- H01M6/32—Deferred-action cells activated through external addition of electrolyte or of electrolyte components
- H01M6/34—Immersion cells, e.g. sea-water cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Description
1 113417113417
Vesiaktivoitava paristoWater-activated battery
Esillä oleva keksintö koskee vesiaktivoitavia paristoja. Erityisesti keksintö koskee vesiak-tivoitavia primaarisia paristoja, sellaisia, jotka sisältävät vähintään yhden metallianodin ja 5 katodin, joka käsittää johtavan komponentin ja läheisesti johtavan komponentin kanssa kontaktissa olevaa aktiivista katodimateriaalia.The present invention relates to water-activated batteries. In particular, the invention relates to water-activated primary batteries, which contain at least one metal anode and 5 cathodes comprising a conductive component and an active cathode material in contact with the closely conductive component.
Vesiaktivoitavat paristot ovat varastoitavia paristoja, joihin lisätään vettä ennen käyttöä. Tämä mahdollistaa erittäin reaktiivisten materiaalien käytön ilman itsepurkausongelmaa.Water-activated batteries are storage batteries that are topped up with water before use. This allows the use of highly reactive materials without the problem of self-discharge.
10 Vesi muodostaa elektrolyytin elektrodireaktioissa muodostuvien ionien kanssa.Water forms an electrolyte with ions formed in electrode reactions.
Vesiaktivoitavia paristoja käytetään voimanlähteinä radiosondeissa, ilmapelastusvälineissä, pelastusliiveissä ja pelastusveneissä, hätäraketeissa, ohjuksissa, torpedoissa ja vedenalaisissa tutkimuslaitteissa. Kyseessä olevien paristojen tulee kestää pitkiä varastointi aikoja 15 ilman itsepurkausta. Niitä käytetään erilaisissa lämpötilaolosuhteissa, erityisesti erittäin matalissa lämpötiloissa. Niiden virtatiheyden tulisi olla suuri, mutta toisaalta niiden käyttöiän ei tarvitse olla pitkä.Water-activated batteries are used as power sources in radiosondes, air rescue equipment, life jackets and lifeboats, emergency rockets, missiles, torpedoes and underwater research equipment. The batteries in question must withstand a long storage period of 15 without self-discharge. They are used in a variety of temperature conditions, especially at very low temperatures. They should have a high current density, but on the other hand they do not have to have a long life.
Radiosondit ovat vesiaktivoitavien paristojen pääkäyttötarkoitus. Radiosondi on mittauslai-20 te, jota käytetään meteorologiseen tutkimukseen yläilmakehässä. Luotauksen aikana radiosondi nostetaan säähavaintopallolla noin 20 - 40 km:n korkeuteen. Samanaikaisesti se mittaa ja lähettää tietoa lämpötilasta, paineesta ja ilmankosteudesta.Radiosondes are the main purpose of water-activated batteries. The radiosonde is a measuring device used for meteorological research in the upper atmosphere. During the sounding, the radiosonde is lifted with a weather observation ball to a height of about 20 to 40 km. At the same time, it measures and sends information on temperature, pressure and humidity.
; Olosuhteet yläilmakehässä radiosondiluotausten aikana ovat äärimmäiset: lämpötila laskee 25 noin -60...-90 °C:seen ja paine laskee noin 10 mbarriin. Matalissa paineissa veden kiehumispiste laskee melkein 0 °C:seen, mistä johtuen lämpötilaväli, jossa paristo ei kiehu eikä · · jäädy, on hyvin kapea. Lämpötila pysyy matalana ja kylmyys hidastaa kennon reaktioita.; The conditions in the upper atmosphere during radiosonde probing are extreme: the temperature drops to about -60 ... -90 ° C and the pressure drops to about 10 mbar. At low pressures, the boiling point of water drops to almost 0 ° C, which results in a very narrow temperature range where the battery does not boil or freeze. The temperature remains low and the cold slows down the cell's reactions.
.,.,: Kupari(I)kloridi/magnesium-paristo on tavallinen ja perinteinen vesiaktivoitavan pariston . “ ·. 30 tyyppi. Se käsittää magnesiumanodin ja katodin, joka käsittää grafiitin, kupari(I)kloridin ja ,, *, rikin seosta (vrt. US-patenttijulkaisu 3 205 096). Tämän tyyppiseen paristoon liittyvä on- * * ] [. gelma on kupari-ionien liukoisuus, joka aiheuttaa magnesiumanodin korroosiota ja yli- • » kuumenemista. Lisäksi jännite nousee melko hitaasti tarvittavalle tasolle..,.,: Copper (I) chloride / magnesium battery is a standard and conventional water-activated battery. "·. 30 type. It comprises a mixture of magnesium anode and a cathode comprising graphite, copper (I) chloride, and sulfur (cf. U.S. Patent 3,205,096). Related to this type of battery is- * *] [. gelma is a solubility of copper ions which causes corrosion and overheating of the magnesium anode. In addition, the voltage rises quite slowly to the required level.
113417 2113417 2
Kupari-ionien liukoisuuden vähentämiseksi on tekniikan alalla myös ehdotettu kupa-ri(I)kloridin korvaamista kupari(I)bromidilla [Vuorilehto, K. ja Rajantie, H., A water-activated cuprous bromide battery, Journal of Applied Electrochemistry 29 (1999) 903 -910]. CuBr-rikki havaittiin erittäin sopivaksi käytettäväksi katodimateriaalina. Vaikka sen 5 antama maksimijännite on alempi kuin tavanomaisella CuCl-rikki-paristolla, jännite on stabiilimpi. CuBr-pariston erityinen haitta on raaka-aineen korkea hinta, mikä tekee siitä taloudellisesti kiinnostamatonta.In order to reduce the solubility of copper ions, it has also been proposed in the art to replace copper (I) chloride with copper (I) bromide [Vuorilehto, K. and Rajantie, H., A water-activated cuprous bromide battery, Journal of Applied Electrochemistry 29 (1999). 903 -910]. CuBr sulfur was found to be very suitable for use as a cathode material. Although the maximum voltage provided by it 5 is lower than that of a conventional CuCl sulfur battery, the voltage is more stable. A particular disadvantage of a CuBr battery is the high price of the raw material, which makes it economically unattractive.
Mangaanidioksidin käyttö aktiivisena katodimateriaalina paristoissa tunnetaan itsessään 10 tavanomaisista paristoista alkaliparistot mukaan lukien. Mangaanidioksidia on kuitenkin myös testattu joissakin viivästetysti toimivissa paristoissa. Esimerkiksi US-patentti-julkaisussa 3 433 678 esitetään sellaisen merivesipariston käyttö, jossa on magnesium- tai sinkkianodi ja katodi, joka käsittää mangaanidioksidia, joka on kerrostettu elektrolyyttisellä prosessilla grafiitti substraatin päälle. Nicholas T. Wilburn esittää samanlaisen paristo-15 rakenteen aikakausjulkaisuartikkelissa (Proc. 21st Annual Power Sources Conference, 16 -18 May 1967,113 - 116). Kuvatussa rakenteessa elektrolyyttinä käytetään magnesiumper-kloraattia edellä viitatussa US-patentissa mainitun meriveden sijasta.The use of manganese dioxide as an active cathode material in batteries is known per se from conventional batteries including alkaline batteries. However, manganese dioxide has also been tested on some delayed batteries. For example, U.S. Patent 3,433,678 discloses the use of a seawater battery having a magnesium or zinc anode and a cathode comprising manganese dioxide deposited by an electrolytic process on a graphite substrate. Nicholas T. Wilburn discloses a similar battery-15 structure in a journal article (Proc. 21st Annual Power Sources Conference, 16-18 May 1967, 113-116). In the structure described, magnesium perchlorate is used as the electrolyte instead of the seawater mentioned in the above-cited U.S. Patent.
Kumpikaan kahdesta aikaisemmasta rakenteesta ei ole todella "vesiaktivoitu". US-; 20 patentissa 3 433 678 esitetty paristo toimii vain merivedessä, jolla on huono johtokyky.Neither of the two previous structures is really "water activated". US; The battery disclosed in 20 Patent 3,433,678 only works in seawater with poor conductivity.
Näin ollen tuotetut virta- ja tehon tiheydet ovat alhaiset. Pariston käyttö rajoittuu mereen; : järvivesi ei sisällä riittävästi suolaa elektrolyytin riittävän johtokyvyn takaamiseksi. Mag- ; ! nesiumperkloraattiparisto saa aikaan käsittely- ja varastointiongelmia, koska elektrolyytti ';' : on haitallista ja se täytyy kuljettaa ja varastoida erillään.Therefore, the current and power densities produced are low. Battery usage is limited to the sea; : lake water does not contain enough salt to ensure sufficient conductivity of the electrolyte. Core; ! a nasium perchlorate battery causes handling and storage problems because the electrolyte ';' : is harmful and must be transported and stored separately.
2525
Kuten edellä esitetty selvitys osoittaa, on olemassa tarve varastoitavalle paristolle, joka ..!: ’ voidaan aktivoida normaalilla vedellä (vesijohtovedellä) ja joka ei sisällä mitään liukeneviaAs the above statement shows, there is a need for a storage battery which can be activated with normal water (tap water) and does not contain any soluble
I I II I I
"... * metalleja, jotka voivat aiheuttaa korroosiota ja ylikuumenemista. Lisäksi on olemassa sel- laisten paristojen tarve, jotka ovat välittömästi aktiivisia. Tarvitaan myös taloudellisesti ' t _ t ’· 30 kilpailukykyisiä vaihtoehtoja tavanomaisille CuCl-rikki-paristoille."... * metals that can cause corrosion and overheating. In addition, there is a need for batteries that are immediately active. There is also a need for economically 't _ t' · 30 competitive alternatives to conventional CuCl sulfur batteries.
• · •; · · · Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan uudenlainen kenno primaariselle paris tolle, joka pohjautuu myrkyttömiin aktiivisiin katodimateriaaleihin. Lisäksi tavoite on saada aikaan kenno, joka tuottaa tasaisen ulostulojännitteen pitkien ajanjaksojen ajan.• · •; It is an object of the present invention to provide a novel cell for a primary battery based on non-toxic active cathode materials. A further object is to provide a cell which provides a uniform output voltage for long periods of time.
3 1134173, 113417
Esillä olevan keksinnön kolmas tavoite on saada aikaan uusi primaarinen paristo ja tällaisen pariston käyttö.A third object of the present invention is to provide a new primary battery and the use of such a battery.
5 Nämä ja muut tavoitteet sekä niiden edut tunnettuihin tuotteisiin verrattuna, joiden on tarkoitus tulla ilmeisiksi seuraavasta selityksestä, saadaan aikaan keksinnöllä, kuten tämän jälkeen on kuvattuja patenttivaatimuksissa esitetty.These and other objects, as well as their advantages over known products, which are intended to be apparent from the following description, are accomplished by the invention as further described in the claims.
Keksintö perustuu mangaanidioksidia aktiivisena katodimateriaalina käsittävän katodin 10 käyttämiseen vesiaktivoitavassa paristossa. Elektrolyytin johtokyvyn lisäämiseksi katodi käsittää lisäksi ionisoituvaa komponenttia sekoitettuna johtavan komponentin ja aktiivisen katodimateriaalin kanssa. Yllättäen on havaittu, että käyttämällä kohtuullisia määriä neutraaleja suoloja, erityisesti alkalimetallihalogenideja, voidaan saada aikaan paristo, jossa mangaanidioksidin sähkökemialliset reaktiot ovat samanlaisia kuin alkaliparistolla, kuiten-15 kin sillä erolla, että sen sisältämä elektrolyytti on alkalista vain purkauksen aikana. Sekä uudet että käytetyt paristot ovat neutraaleja.The invention is based on the use of a cathode 10 comprising manganese dioxide as an active cathode material in a water-activated battery. In order to increase the conductivity of the electrolyte, the cathode further comprises an ionizable component mixed with a conductive component and an active cathode material. Surprisingly, it has been found that the use of reasonable amounts of neutral salts, in particular alkali metal halides, can provide a battery having the same electrochemical reactions as manganese dioxide, but with the difference that the electrolyte it contains is alkaline only during discharge. Both new and used batteries are neutral.
Katodi käsittää lisäksi lievästi emäksistä alkalista ainetta, joka kykenee nostamaan katodin sisällä vesipitoisen faasin pH:n, kun kennoon on lisätty vettä, vähintään 9:ään passivoimat-20 ta anodia.The cathode further comprises a mildly alkaline alkaline agent capable of raising the pH of the aqueous phase within the cathode when water is added to the cell to at least 9 inactive anodes.
Asentamalla useita tämänlaisia paristokennoja koteloon tai pitimeen voidaan saada varas-. \ : taitava, vesiaktivoitava paristo, joka kykenee tuottamaan virtaa, joka on vähintään 150 •; : mA, ja jännitteen, joka on vähintään 15 V, ajanjakson, joka on vähintään 135 minuuttia, ; ” ’ i 25 jopa ankarissa olosuhteissa. Jännitemuutos on lievä toiminnan ensimmäisten 10 minuutin aikana.By installing several of these types of battery cells in a housing or holder, a spare can be obtained. \: a high-performance, water-activated battery capable of providing at least 150 • current; : mA, and for a voltage equal to or greater than 15 V for a period of at least 135 minutes; "'25 even under harsh conditions. The voltage change is slight during the first 10 minutes of operation.
» 5 * ·' ** Täsmällisemmin sanottuna esillä olevan keksinnön mukaiselle paristokennolle on tunnus- • f omaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.More particularly, the battery cell according to the present invention is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1.
30 • Keksinnön mukaiselle primaariselle paristolle on tunnusomaista se, mikä on esitetty pa- ,; tenttivaatimuksen 15 tunnusmerkkiosassa.The primary battery according to the invention is characterized by what is shown above; 15.
, 113417 4, 113417 4
Esillä olevan keksinnön mukaiselle käytölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 19.The use of the present invention is characterized in what is set forth in claim 19.
Keksintö saa aikaan huomattavia etuja. Esimerkiksi raaka-aineet ovat myrkyttömiä ympä-5 ristölle, käyttäjälle ja paristonvalmistushenkilöstölle. Paristo aktivoidaan helposti ja välittömästi normaalia vesijohtovettä lisäämällä. Ei tarvita mitään ylimääräistä ionisoituvien suolojen lisäämistä elektrolyyttiin. Aktivointivesi ja paristosta käytön jälkeen vuotava vesi eivät ole myrkyllisiä eivätkä epäpuhtaita. Verrattuna muihin vaihtoehtoihin tavanomaisille CuCl-S-paristoille raaka-aineet ovat myös melko halpoja. Toiminnan ensimmäisten 10 10 minuutin aikana jännitteen vaihtelu on vähemmän kuin 25 %, eikä esiinny suuria jännite- huippuja, mikä olisi vahingollista minkä tahansa paristoon liittyvän elektronisen komponentin toiminnalle.The invention provides considerable advantages. For example, raw materials are non-toxic to the environment, the user, and the battery manufacturing personnel. The battery is easily and immediately activated by the addition of normal tap water. No additional addition of ionizable salts to the electrolyte is required. Activation water and water running off the battery after use are neither toxic nor contaminated. Compared to other alternatives to conventional CuCl-S batteries, the raw materials are also quite cheap. During the first 10 to 10 minutes of operation, the voltage variation is less than 25% and there are no major voltage peaks, which would be detrimental to the operation of any battery-related electronic component.
Kennon jännite on korkeintaan 1,95 V purkauksen alkamisajankohtana ja 1,25 V 135 mi-15 nuutin kuluttua.The cell voltage is up to 1.95 V at the time of discharge and 1.25 V at 135 mi-15 noodle.
Seuraavassa keksintöä tutkitaan lähemmin yksityiskohtaisen selityksen ja useiden sovellutusesimerkkien avulla.In the following, the invention will be further explored by means of a detailed description and several embodiments.
20 Kuviossa 1 on esitetty perspektiivikuva esillä olevan tyyppisestä paristosta, * ' J kuviossa 2 on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisen paristokennon yksinkertaistettua , · -, sivuleikkausta, osoittaen kennon perusrakenteen, ja . : kuviossa 3 on esitetty jännitekäyrät ilmakehäsimulaatioissa (a) esillä olevan keksinnön ...: mukaiselle paristolle, (b) FI-patenttihakemuksen 20000947 mukaiselle paristolle ja (c) ta- . * * ‘. 25 vanomaiselle CuCl-paristolle. Viimeksi mainitussa paristossa kupari(I)halidi:rikki - moolisuhde oli 1:1,5. Purkausvirta oli 150 mA (10 mA cm-2). Jokaisen pariston kuivapai-·:· no oli 115 g.Figure 1 is a perspective view of a battery of the present type, * 'J Figure 2 is a simplified side view of a battery cell of the present invention, showing the basic structure of the cell, and. Fig. 3 illustrates voltage curves in atmospheric simulations of (a) a battery of ... of the present invention, (b) a battery of FI patent application 20000947, and (c) a. * * '. For 25 conventional CuCl batteries. In the latter battery, the copper (I) halide: sulfur to molar ratio was 1: 1.5. The discharge current was 150 mA (10 mA cm-2). The dry weight of each battery was 115 g.
...,; Esillä olevassa keksinnössä käytetään seuraavia määritelmiä: 30 » » .. \ "Paristokenno" on sähkökemiallinen (galvaaninen) kenno, joka käsittää vähintään yhden ’ . anodin ja vähintään yhden katodin, jotka muodostavat sähköparin, kun molemmat ovat kosketuksessa vesipitoisen liuoksen kanssa, joka muodostaa elektrolyytin....; For the purposes of the present invention, the following definitions are used: 30 »» .. \ "Battery cell" is an electrochemical (galvanic) cell comprising at least one '. an anode and at least one cathode which form an electrospun when both are in contact with the aqueous solution which forms the electrolyte.
113417 5 "Vesiaktivoitava paristo" käsittää vähintään yhden kennoyksikön, joka on asetettu pitimeen tai koteloon, joka on varustettu aukoilla veden sisääntulolle. Kennoyksikkö käsittää tavallisesti onkalon, joka erottaa yhden yksikön anodin saman yksikön katodista, joka onkalo on yhdistetty veden sisääntuloaukkoihin.113417 5 A "water-activated battery" comprises at least one cell unit mounted in a holder or housing provided with openings for water inlet. The cell unit usually comprises a cavity which separates the one unit anode from the cathode of the same unit, which cavity is connected to the water inlets.
5 "Aktiivinen katodimateriaali" tarkoittaa katodikomponenttia, joka sisältää reaktiivista materiaalia, joka tuottaa sähköä, kun paristo purkautuu.5 "Active cathode material" means a cathode component containing a reactive material that generates electricity when the battery is discharged.
"Ionisoituva komponentti" merkitsee yhdistettä tai ainetta, joka dissosioituu osittain tai 10 kokonaan vesipitoisessa liuoksessa ja aikaansaa kationeja ja anioneja, jotka lisäävät elektrolyytin johtokykyä."Ionizable component" means a compound or substance that dissociates partially or completely in an aqueous solution to produce cations and anions that increase the conductivity of the electrolyte.
Esillä olevan keksinnön mukainen paristo esitetään perspektiivikuvana kuviossa 1. Kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin yksittäisen kennon rakenteen. Kuvioissa käytetään seuraavia 15 viitenumerolta: 1. Paristo 2. Kenno 3. Liitin 20 4. Pidin t 5. Päätylevy !' 6. Aukko i’’: 7. Tinattu levy .,,,: 8. Virtaa johtava, tiivis kalvo . · · ·. 25 9. Magnesiumanodi » > 10. Ontelo, joka on täytetty imukykyisellä materiaalilla 11. Mn02-katodi.The battery of the present invention is shown in perspective view in Figure 1. Figure 2 shows in more detail the structure of a single cell. The following 15 reference numerals are used in the figures: 1. Battery 2. Cell 3. Connector 20 4. Holder t 5. End plate! ' 6. Aperture i '': 7. Tinplate plate ,,,: 8. Flowing conductive, dense film. · · ·. 9. Magnesium anode »> 10. Cavity filled with absorbent material 11. MnO2 cathode.
. ’ : Esillä olevan keksinnön mukainen paristo 1 koostuu useista kennoista 2, jotka on yhdistet- , · · ·, 30 ty Saijaan kennokaskadin muodostamiseksi kahden päätylevyn 5 väliin. Yksittäisten ken- ,. *. nojen välissä on sähköä johtavia, olennaisesti tiiviitä kalvoja erottamassa ja yhdistämässä (kuten jäljempänä selitetään) kennon anodia viereisen kennon katodin kanssa. Tällainen paristo, joka käsittää 12 kennoa kytkettynä sarjaan, tuottaa minimijännitteen 15 V, edullisesti jännite on vähintään 18 V toiminnan alussa.. The battery 1 according to the present invention consists of a plurality of cells 2 which are connected to form a cell cascade between two end plates 5. Individual ken-,. *. between the terminals, there are conductive, substantially dense membranes separating and bonding (as explained below) the cell anode with the cathode of the adjacent cell. Such a battery, comprising 12 cells connected in series, produces a minimum voltage of 15 V, preferably at least 18 V at the start of operation.
113417 6113417 6
Kennot on asennettu yhteen kahdella liimanauhalla 4, jotka ympäröivät perifeerisesti kennojen yläosia ja alaosia, pitäen kennoja paikallaan. Molemmissa päätylevyissä 5, jotka edullisesti on valmistettu sähköä johtamattomasta materiaalista, kuten muovilevystä, on aukko, joka ulottuu levyn läpi ja sallii kontaktin kaskadin ensimmäisen ja viimeisen ken-5 non 2 virtaa johtavien kalvojen 8 kanssa. Päätylevyjen ja virtaa johtavien kalvojen välissä on ohut kalvo tai ohut levy 7 sähköä johtavasta materiaalista, kuten kuparilevy tai tinattu levy, joka on kosketuksessa virtaa johtavien kalvojen kanssa ja joka tarjoaa sopivan alustan, jolle sähköliittimen 3 päät voidaan kiinnittää aukon läpi juottamalla.The cells are assembled together by two adhesive tapes 4 which peripherally surround the upper and lower parts of the cells, holding the cells in place. Each endplate 5, preferably made of a non-conductive material, such as a plastic sheet, has an opening that extends through the plate and allows contact with the first and last conductive membranes 8 of the cascade 5. Between the end plates and the conductive membranes there is a thin film or thin plate 7 of electrically conductive material, such as a copper plate or a tinplate, which is in contact with the conductive membranes and provides a suitable substrate to which the ends of the electrical connector 3
10 Kuten kuviossa 2 on yksityiskohtaisemmin esitetty, kukin kenno sisältää vähintään yhden anodin 9, vähintään yhden katodin 11, joka on sijoitettu erilleen anodista välitilan tai ontelon 10 rajaamiseksi elektrodien väliin, ja virtaa johtavat kalvot 8, jotka toisaalta erottavat vierekkäiset kennot toisistaan saamalla aikaan esteen veden migraatiolle, ja toisaalta sähköisesti liittävät kennot yhteen saamalla aikaan sähkövirran kulun kennokaskadin läpi.As shown in more detail in Figure 2, each cell contains at least one anode 9, at least one cathode 11 spaced from the anode to define a space or cavity 10 between the electrodes, and current-conducting membranes 8 which on the other hand separate adjacent cells from each other migration and, on the other hand, electrically interconnect the cells by providing an electrical current flow through the cell cascade.
15 Virtaa johtavat kalvot voivat käsittää hiilikalvon tai termoplastisen kalvon, joka on tehty sähköä johtavaksi seostamalla. Erityisen edullinen kalvo käsittää grafiitilla seostetun po-ly(isobutyleeni)kalvon. Kalvon 8 paksuus ei ole kriittinen, tavallisesti se on välillä 50 - 500 pm. Vaikka varustaminen yhdellä anodilla on edullista, on mahdollista konstruoida kenno, jossa on kaksi tai useampia anodeja.The conductive films may comprise a carbon film or a thermoplastic film made by conducting an alloy. A particularly preferred film comprises a graphite doped poly (isobutylene) film. The thickness of the film 8 is not critical, usually between 50 and 500 µm. Although it is advantageous to provide one anode, it is possible to construct a cell having two or more anodes.
20 ’; _ Välitila 10 on täytetty imukykyisellä materiaalilla, joka imee itseensä (absorboi) vesipitoi- . · *. sen nesteen, jota käytetään akti vointi vetenä ja elektrolyyttinä. Imukykyisen materiaalin . ·, : tulisi olla erittäin huokoista ja inerttiä elektrolyyteille. Sopivia materiaaleja ovat sellaiset, . I..: jotka perustuvat luonnon- tai synteettisiin kuituihin. Erityisen edullisia ovat täytteet sellu- ;: 25 loosakuiduista, regeneroiduista selluloosakuiduista ja synteettisistä polymeereistä, kuten puuvillavanu-, viskoosi-, polyesteri- tai polypropeenitäytteet.20 '; Intermediate space 10 is filled with an absorbent material which absorbs (absorbs) the aqueous. · *. of the liquid used as water and electrolyte for Akti. Absorbent material. ·,: Should be highly porous and inert to electrolytes. Suitable materials include:. I ..: based on natural or synthetic fibers. Particularly preferred are cellulose fillers: loose fibers, regenerated cellulose fibers and synthetic polymers such as cotton wool, viscose, polyester or polypropylene fillings.
: ’ ’ ’: Materiaali, joka täyttää ontelon, voi olla jäykän huokoisen aineen muodossa. Kuten piirus- j .;: tuksesta ilmenee, onkalo on auki molemmilla lateraalisilla sivuilla sisääntuloaukon muo- "': 30 dostuessa yläosaan. Mainittu aukko johtaa onkaloon ja sallii elektrolyytin muodostavan .. ’ vesipitoisen nesteen tuonnin onkaloon. Alaosa on edullisesti suljettu tiivisteellä, esimerkik- ; si polymeeri- tai vahakerroksella, estämään absorboitumattoman nesteen vuotamisen pois kennosta. On myös mahdollista osittain tai kokonaan tiivistää auki olevat sivut vettä läpäisemättömällä kalvolla, kuten polymeerikalvokerroksella, esimerkiksi liimanauhalla, 113417 7 "mikroilmaston" muodostamiseksi kennon sisään. Tällainen tiivistys parantaa kennon suorituskykyä.: '' ': The material which fills the cavity may be in the form of a rigid porous material. As shown in the drawing, the cavity is open on both lateral sides, with the inlet opening forming the upper part. Said opening leads into the cavity and allows the electrolyte to form an aqueous liquid into the cavity. The lower part is preferably closed by a seal, e.g. It is also possible to partially or completely seal open sides with a water-impermeable film, such as a polymeric film layer such as an adhesive tape, to form a "microclimate" within the cell, such sealing improves cell performance.
Katodi voidaan muodostaa integroiduksi jäykäksi laminaariseksi kerrokseksi, joka muo-5 dostaa elektrodikerroksen. Kun absorbentti on huokoinen aine, jonka tekstuuri on kova, on kuitenkin myös mahdollista muotoilla katodimateriaali yhdeksi pelletiksi tai useiksi pelleteiksi (toisin sanoen useiksi katodeiksi). Esimerkiksi kuviossa 2 esitetään kenno, joka käsittää kaksi katodipellettiä. Yleensä katodin pinta-ala on ainakin vähän pienempi kuin anodin pinta-ala. Erityisesti tulisi välttää, että elektrodien välille muodostuu suora kontakti 10 virtaa johtavan kalvon reunalla. Tällainen kontakti saattaa aiheuttaa anodin korroosiota.The cathode may be formed into an integrated rigid laminar layer which forms a electrode layer. However, when the absorbent is a porous material with a hard texture, it is also possible to shape the cathode material into a single pellet or multiple pellets (i.e., multiple cathodes). For example, Figure 2 shows a cell comprising two cathode pellets. Generally, the area of the cathode is at least slightly less than the area of the anode. In particular, direct contact between the electrodes 10 at the edge of the conductive film should be avoided. Such contact may cause corrosion of the anode.
Näin ollen on edullista varustaa katodi pinta-alalla, joka on vähintään noin 5 %, edullisesti noin 10 %, pienempi kuin anodin pinta-ala. Kuvioissa 1 ja 2 esitetyssä suoritusmuodossa, jossa pariston yläosa on avoin, on edullista, että katodin korkeus on pienempi kuin anodin korkeus, jotta vältetään kontakti katodin ja anodin välillä pariston yläosassa.Thus, it is preferable to provide the cathode with a surface area of at least about 5%, preferably about 10%, smaller than the surface area of the anode. In the embodiment shown in Figures 1 and 2 with the top of the battery open, it is preferred that the height of the cathode is less than the height of the anode to avoid contact between the cathode and the anode at the top of the battery.
1515
Edullisen suoritusmuodon mukaan anodimateriaali käsittää magnesiumia tai magnesiumle-jeerinkiä. Yleensä tällainen materiaali käsittää vähimmäismäärän 93 massa-% magnesiumia, 0 - 7 massa-% alumiinia, 0-3 massa-% sinkkiä ja 0-2 massa-% mangaania. Esimerkkeinä erityisen sopivista magnesiumlejeeringeistä voidaan mainita seuraavat: lejee-... ^ 20 ringit, jotka käsittävät vähintään 93 massa-% magnesiumia, 1-7 massa-% alumiinia ja 0 - 2 v « ’ 11 massa-% sinkkiä, kuten esimerkiksi lejeeringit, jotka ovat kaupallisesti saatavina nimik- , · ·, keillä AZ-31 ja AZ-61; ja lejeeringit, jotka käsittävät vähintään 98 massa-% magnesiumia , *. : ja 0,1 - 2 massa-%, edullisesti 0,5 -1,5 massa-% mangaania (Mnl50; ASTM Specification B-843-93).According to a preferred embodiment, the anode material comprises magnesium or magnesium alloy. Generally, such material comprises a minimum of 93 weight percent magnesium, 0 to 7 weight percent aluminum, 0 to 3 weight percent zinc, and 0 to 2 weight percent manganese. As examples of particularly suitable magnesium alloys, the following may be mentioned: an alloy containing at least 93% by weight of magnesium, 1-7% by weight of aluminum and 0-2% by weight of zinc, such as alloys, commercially available under headings AZ-31 and AZ-61; and alloys containing at least 98% by weight of magnesium, *. and 0.1 to 2% by weight, preferably 0.5 to 1.5% by weight of manganese (Mnl50; ASTM Specification B-843-93).
"·. 25"·. 25
Katodi 11 käsittää mangaanidioksidia sekoitettuna sellaisen alkalimetallikloridin kanssa, *: · joka on valittu natriumkloridin ja kaliumkloridin ja niiden seosten ryhmästä. Kaliumklori- ; : din ja natriumkloridin määrä nousee noin 6-25 massa-%:iin katodin painosta. Katodin .,,..: johtava komponentti käsittää tavallisesti grafiittia, esimerkiksi ekspandoitua grafiittia, tai ;" ‘. 30 hiilen muuta muotoa, kuten hiilimustaa tai aktiivihiiltä. Hiilikomponenttia, kuten grafiittia, .. ‘ käytetään edullisesti jauheen muodossa ja sekoitetaan aktiivisen katodimateriaalin ja ioni- ,, ; soituvan komponentin muodostaman massan kanssa niin, että se jakautuu tasaisesti. Seos puristetaan joko kylmäpuristuksella tai lämpöpuristuksella lujaksi elektrodikerrokseksi. Mangaanidioksidia käytetään edullisesti γ-muodossa.Cathode 11 comprises manganese dioxide mixed with an alkali metal chloride * selected from the group consisting of sodium chloride and potassium chloride and mixtures thereof. Potassium chloride; and sodium chloride increase to about 6-25% by weight of the cathode. The conductive component of the cathode generally comprises graphite, for example expanded graphite, or; ". Other forms of carbon, such as carbon black or activated carbon. The carbon component, such as graphite, is preferably used in powder form and mixed with the active cathode material and ion. with the pulp formed by the volatile component so that it is uniformly distributed. The mixture is compressed either by cold pressing or by thermal pressing into a strong electrode layer. Manganese dioxide is preferably used in the γ form.
8 1124178 112417
Katodi sisältää myös lievästi emäksistä alkalista ainetta. "Lievästi emäksisellä" tarkoitetaan, että alkalinen aine veteen liuotettuna muodostaa vesipitoisen liuoksen, jonka pH on noin 9-13. Tällaisten aineiden pKb on yleensä 1-5. Tavallisesti alkalinen aine on suola, 5 kuten alkalimetallikarbonaatti, maa-alkalimetallikarbonaatti tai maa-alkalimetalli- hydroksidi. Voidaan käyttää myös vastaavia suoloja, joissa on fosfaattianioni. Samoin voidaan käyttää erilaisia metalli oksideja. Orgaaniset emäkset, kuten amiinit, ovat myös mahdollisia. Yleensä vaaditaan, että alkalinen aine kykenee nostamaan katodin sisällä olevan vesipitoisen faasin pH:n riittävän korkeaksi, kun paristoon lisätään vettä. Näyttäisi, että 10 alussa heikosti alkalinen pH katodin sisällä on edullinen kennon toiminnalle ja erityisesti vähentämään tai jopa eliminoimaan jännitehuippuja alussa. Mutta edellä esitetty on vain yksi mahdollinen selitys.The cathode also contains a slightly alkaline alkaline substance. By "slightly alkaline" is meant that the alkaline substance dissolved in water forms an aqueous solution having a pH of about 9 to 13. Such substances generally have a pKb of 1-5. Usually the alkaline agent is a salt, such as an alkali metal carbonate, an alkaline earth metal carbonate or an alkaline earth metal hydroxide. Corresponding salts having a phosphate anion may also be used. Similarly, various metal oxides can be used. Organic bases such as amines are also possible. It is generally required that the alkaline agent be capable of raising the pH of the aqueous phase within the cathode to a sufficiently high level when water is added to the battery. It would appear that initially a slightly alkaline pH inside the cathode is advantageous for cell operation and especially for reducing or even eliminating voltage peaks in the beginning. But the above is only one possible explanation.
Alkalinen aine tulisi valita niin, että voidaan välttää magnesiumanodin passivoituminen.The alkaline agent should be selected so as to avoid passivation of the magnesium anode.
15 Siksi voimakkaita aikalisiä aineita, kuten natrium- tai kaliumhydroksidia, ei voida käyttää. Tavallisesti passivoivat aineet aiheuttavat vesipitoiseen faasiin voimakkaan alkaliset olosuhteet (pH:n ollessa korkeampi kuin 14). Passivoituminen ilmenee kennon huonontuneesta suorituskyvystä, joka näkyy alempana maksimijännitteenä ja epätasaisena toimintana.Therefore, strong alkaline substances such as sodium or potassium hydroxide cannot be used. Usually, the passivating agents cause strong alkaline conditions (at pH above 14) in the aqueous phase. Passivation is manifested by the degraded cell performance, which is reflected by the lower maximum voltage and uneven operation.
20 Lievästi emäksinen alkalinen aine valitaan edullisesti ryhmästä, joka koostuu magnesium- * ! > hydroksidista, kaliumkarbonaatista ja natriumkarbonaatista. Sen pitoisuus on noin 0,1 -10 , %, edullisesti 0,2 - 5,0 %, katodin painosta.The slightly basic alkaline agent is preferably selected from the group consisting of magnesium *! > hydroxide, potassium carbonate and sodium carbonate. It has a concentration of about 0.1 to 10%, preferably 0.2 to 5.0%, by weight of the cathode.
‘ · • k » > · • · * · ,.: Erityisen edullisen sovellutusmuodon mukaan katodi käsittää mangaanidioksidia, kalium- . 25 tai natriumkloridia ja grafiittijauhetta. Katodin kemiallinen koostumus on sellainen, että se sisältää noin 70 - 85 massa-% mangaanidioksidia, 6-25 massa-% kalium- tai natriumklo-: · ridia, 0,2 - 5,0 % magnesiumhydroksidia ja noin 4-8 massa-% grafiittia.In a particularly preferred embodiment, the cathode comprises manganese dioxide, potassium. 25 or sodium chloride and graphite powder. The chemical composition of the cathode is such that it contains about 70 to 85% by weight of manganese dioxide, 6 to 25% by weight of potassium or sodium chloride, 0.2 to 5.0% by weight of magnesium hydroxide and about 4 to 8% by weight graphite.
..,: Katodimateriaalin lujuusominaisuuksien lisäämiseksi on mahdollista sekoittaa komponentit '". 30 sidosaineen kanssa. Erityisen edulliset sidosaineet käsittävät polymeerit, kuten klooratut tai..,: In order to increase the strength properties of the cathode material, it is possible to mix the components with a binder. Particularly preferred binders comprise polymers such as chlorinated or
Huoratut polymeerit.Polished polymers.
On havaittu, että esillä olevan keksinnön mukainen kenno voi tuottaa jännitteen, joka on 1,55 - 1,95 V vähintään 10 minuutin ajanjakson ajan, laskettuna purkauksen alkamisajan- 113417 9 kohdasta, jännitteen vaihtelun ollessa vähemmän kuin 25 %, edullisesti vähemmän kuin 20 %, ensimmäisten 10 minuutin aikana. Vaihtelu lasketaan kennon tuottamasta alkujännit-teestä. 125 minuutin ajanjakson aikana, joka lasketaan lähtien 10 minuuttia aktivoinnin jälkeen 135 minuuttiin asti aktivoinnin jälkeen, jännite ei pienene enempää kuin noin 30 5 %, edullisesti ei enempää kuin 25 %. Jännite on tavallisesti 1,5 -1,95 V vähintään 30 mi nuutin ajanjakson ajan.It has been found that the cell of the present invention can provide a voltage of 1.55 V to 1.95 V for a period of at least 10 minutes, calculated from point 9 of discharge, at a voltage variation of less than 25%, preferably less than 20%. , within the first 10 minutes. The variation is calculated from the initial voltage produced by the cell. During a 125 minute period, from 10 minutes after activation to 135 minutes after activation, the voltage does not decrease by more than about 30%, preferably not more than 25%. The voltage is usually 1.5 to 1.95 V for a period of at least 30 minutes.
Pariston dimensiot saattavat vaihdella. Kuitenkin erityisen mielenkiintoiseen käyttösovellukseen radiosondeissa on edullista rajoittaa pariston kuivapaino vähemmäksi kuin 150 g, 10 tavallisesti noin 80 -120 g:aan. Primaarinen paristo tätä sovellusta varten käsittää elektrodit, joiden kummankin paksuus on noin 0,1-3 mm. Elektrodien välisen ontelon leveys on tavallisesti noin 1-4 mm.Battery dimensions may vary. However, for a particularly interesting application in radiosondes, it is preferable to limit the dry weight of the battery to less than 150 g, usually about 80 to 120 g. The primary battery for this application comprises electrodes each having a thickness of about 0.1 to about 3 mm. The width of the cavity between the electrodes is usually about 1-4 mm.
Sähkökemialliset reaktiot esillä olevan keksinnön mukaisessa Mg/modifioitu Mn02 15 -paristossa ovat seuraavat:The electrochemical reactions in the Mg / modified MnO 2 15 battery of the present invention are as follows:
Katodireaktio on 2 Mn02 + 2H20 + 2e' —»2 MnOOH + 20H' (1) 20 ''! Anodireaktio on *The cathode reaction is 2 MnO 2 + 2H 2 O + 2e '- 2 MnOOH + 20H' (1) 20 ''! The anode reaction is *
Mg —»Mg2+ + 2 e'. (2) I · i · » ' · < · ‘ . 25 Vesipitoisessa liuoksessa magnesiumin pinnalle muodostuu passivoiva hydroksidikerros.Mg - »Mg2 + + 2 e '. (2) I · i · »'· <·'. In an aqueous solution, a passivating hydroxide layer is formed on the surface of the magnesium.
Passiivinen kerros voi aiheuttaa viivettä estämällä elektrodireaktion ja hidastamalla reak-• · · tionopeutta. Viive määritellään ajaksi, joka kuluu pariston liittämisestä, kunnes pariston : ” ‘; jännite saavuttaa vaaditun minimijännitteen. Purkautumisen alussa passiiviseen kerrokseen ,.. : muodostuu pistesyöpymiä ja kerros ei enää korjaannu täydellisesti. Koska metalli kykenee ,' * . 30 olemaan yhteydessä elektrolyyttiin pistesyöpymien läpi, passivointi heikkenee asteittain.The passive layer can cause delay by preventing the electrode reaction and slowing the reaction speed. The delay is defined as the time it takes for the battery to be inserted until the battery: "'; the voltage reaches the required minimum voltage. At the beginning of the discharge into the passive layer, ..: punctate edges are formed and the layer is no longer completely repaired. Because metal is capable, '*. In order to be in contact with the electrolyte through pitting, the passivation gradually decreases.
,. \ Kloridi voimistaa pistesyöpymien muodostumista. Tämä passiivisen kerroksen hajoaminen ’ I on pakollista paristolle.,. \ Chloride enhances the formation of pitting edges. This passive layer decomposition 'I is mandatory for the battery.
10 11341710 113417
Magnesium elektropositiivisena metallina hapettuu, toisin sanoen syöpyy, erittäin helposti. Toivotun elektrodireaktion (2) lisäksi anodilla tapahtuu vetyä muodostava korroosioreaktio: 5 Mg + 2 H20 -> Mg(OH)2 + H2 ΔΗ = -353 kJ/mol (3) Tämä korroosioreaktio on voimakkaasti eksoterminen. Kylmissä olosuhteissa radiosondi-luotausten aikana magnesiumanodin korroosio tuottaa lämmön, joka tarvitaan pitämään pariston lämpötila yli 0 °C:ssa. Jos kuitenkin liian paljon korroosiokatalyyttejä, kuten ku-10 paria, rautaa, kloridia tai bromidia, on läsnä, korroosio voi kehittää liiallisia määriä lämpöä. Seurauksena vesi haihtuu, elektrolyytti vähenee ja pariston jännite laskee. Kupari ja rauta aiheuttavat galvaanista korroosiota, kun taas aggressiiviset ionit kloridi ja bromidi aiheuttavat pistekorroosiota.Magnesium as an electropositive metal, that is to say corrosion, is very easily oxidized. In addition to the desired electrode reaction (2), the anode undergoes a hydrogen-forming corrosion reaction: 5 Mg + 2 H2O -> Mg (OH) 2 + H2 ΔΗ = -353 kJ / mol (3) This corrosion reaction is strongly exothermic. In cold conditions, during radiosonde probing, the corrosion of the magnesium anode produces the heat needed to keep the battery temperature above 0 ° C. However, if too much corrosion catalysts such as ku-10 pairs, iron, chloride or bromide are present, the corrosion can produce excessive amounts of heat. As a result, the water evaporates, the electrolyte is reduced and the battery voltage drops. Copper and iron cause galvanic corrosion, whereas aggressive ions chloride and bromide cause pitting corrosion.
15 Edellä kuvatunlainen paristo, joka käsittää 12 kennoa, tuottaa keskimääräisen jännitteen noin 18 V. Ilmakehän olosuhteissa, kuten sellaisissa, jotka kohdataan radioluotauksen aikana, 12-kennoinen paristo tuottaa 150 mA:n virran ja vähintään 15 V:n jännitteen vähintään 135 minuutin ajanjakson ajan. Alkuvaiheen aikana, joka käsittää toiminnan ensimmäiset 30 minuuttia, 12 Saijaan kytkettyä kennoa tuottavat minimijännitteen 18 V, mainitun , · · *, 20 jännitteen vaihtelun ollessa vähemmän kuin 25 % ensimmäisten 10 minuutin aikana paris- • * .:. ton vedellä aktivoinnin ja purkauksen alkamisen jälkeen. Verrattuna paristoon, joka ei si- ." ‘. säliä lievästi emäksistä alkalista ainetta kennon katodimateriaalissa, esillä olevassa paris- : ‘ 11 tossa ei ole alkujännitehuippuja, jotka ovat yli 23,5 V.A battery of the type described above, comprising 12 cells, provides an average voltage of approximately 18 V. Under atmospheric conditions such as those encountered during radio sonication, a 12-cell battery delivers a current of 150 mA and a voltage of at least 15 V for a period of at least 135 minutes. . During the initial phase, which comprises the first 30 minutes of operation, the 12 cells connected to the earth produce a minimum voltage of 18 V, said · · *, 20 with a voltage variation of less than 25% during the first 10 minutes. ton with water after activation and discharge. Compared to a battery that does not contain a slightly alkaline alkaline material in the cathode material of the cell, the present battery does not have peak voltage peaks above 23.5V.
25 Esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää ilmapelastusvälineissä, pelastusliiveissä ja pelas- 1 * « tusveneissä, hätäraketeissa, ohjuksissa, torpedoissa ja vedenalaisissa tutkimuslaitteissa.The present invention can be used in air rescue equipment, life jackets and lifeboats, emergency rockets, missiles, torpedoes and underwater research equipment.
_ *: * Edullisen suoritusmuodon mukaan esillä olevaa paristoa käytetään sähkönlähteenä radio-_ *: * According to a preferred embodiment, the present battery is used as a power source for radio
t I It I I
:: sondeissa.:: in probes.
I II I
> t t · ;> t t ·;
* I* I
11 11341711 113417
Esimerkki A. Pariston konstruktio 5 Valmistettiin paristo, jolla oli kuviossa 1 esitetty rakenne. Anodi oli magnesiumlejeerinki AZ-31, jossa oli 3 massa-% alumiinia ja 1 massa-% sinkkiä Ja jonka valmisti Spectrulite Consortium Inc. (USA).Example A. Battery Construction 5 A battery having the structure shown in Figure 1 was prepared. The anode was AZ-31 magnesium alloy containing 3 wt% aluminum and 1 wt% zinc and manufactured by Spectrulite Consortium Inc. (USA).
Reaktiivinen katodimateriaali oli sähkökemiällisesti saostettua mangaanidioksidia (EMD) 10 Tosoh Hellas:lta (Kreikka). Reaktiivisen materiaalin määrä oli riittävä noin 5 tunnin käyt töä varten. Katodi sisälsi 79,5 massa-% mangaanidioksidia, 11 massa-% KCl:a ja 0,5 massa-% Mg(OH)2:a. Lisäksi katodit sisälsivät 7 massa-% grafiittia elektroneja johtavana aineena ja 2 massa-% poly(tetrafluorietyleeniä) sidosaineena. Katodiseoksia jauhettiin 30 sekuntia Ikä M20 Universal -myllyssä. Jauhe puristettiin katodipelleteiksi käyttämällä noin 15 150 MPa:n painetta.The reactive cathode material was electrochemically precipitated manganese dioxide (EMD) from Tosoh Hellas (Greece). The amount of reactive material was sufficient for approximately 5 hours of operation. The cathode contained 79.5 wt% manganese dioxide, 11 wt% KCl and 0.5 wt% Mg (OH) 2. In addition, the cathodes contained 7% by weight of graphite as an electron conductor and 2% by weight of poly (tetrafluoroethylene) as a binder. The cathode alloys were milled for 30 seconds in Age M20 Universal. The powder was compressed into cathode pellets using a pressure of about 15,150 MPa.
Kunkin kennon geometrisen katodin pinta-ala oli 15 cm2. Katodipellettien paksuus oli noin 0,14 cm. Elektrodeja erotti synteettinen ei-kudottu täyte, joka kykeni absorboimaan akti-vointiveden.The geometric cathode area of each cell was 15 cm 2. The cathode pellets had a thickness of about 0.14 cm. The electrodes were separated by a synthetic non-woven pad that was able to absorb Akti ointment.
20 » ’, Paristo koostui 12 kennosta, jotka oli kytketty sarjaan inertillä kalvolla, joka käsitti grafii- *. tiliä seostettua poly(isobutyleenia). Oikosulkuvirrat kennojen välillä eliminoitiin laittamal- . : la liimanauhaa absorbenttikerroksen reunaan. Pariston pohja vahattiin ja sivut suljettiin . : läpäisemättömästä muovikalvosta olevalla tiivistekerroksella.20 »', the battery consisted of 12 cells connected in series with an inert film comprising graphite. accounts of doped poly (isobutylene). Short-circuit currents between the cells were eliminated by applying. with adhesive tape to the edge of the absorbent layer. The bottom of the battery was waxed and the sides closed. : with a sealing layer of impermeable plastic film.
*. 25*. 25
Paristo pakattiin hermeettiseen kalvoon itsepurkauksen välttämiseksi. Ennen käyttöä paris-; * to piti aktivoida upottamalla se vesijohtoveteen kolmeksi minuutiksi. Absorbenttikerros ,, : kykeni absorboimaan noin 40 g vettä (3,3 g kennoa kohti). Elektrolyytti muodostui vedestä ja elektrodeista liuenneista ioneista. Pariston kuivapaino oli 115 g. Pariston dimensiot oli-30 vat: pituus: 60 mm, leveys: 29 mm ja korkeus: 64 mm.The battery was packed in an airtight film to prevent self-discharge. Before use; * to was activated by immersing it in tap water for three minutes. Absorbent layer: was able to absorb about 40 g water (3.3 g per cell). The electrolyte consisted of water and dissolved ions at the electrodes. The dry weight of the battery was 115 g. The dimensions of the battery were -30 inches: length: 60 mm, width: 29 mm and height: 64 mm.
12 113417 B. Simulaatiot ilmakehäkammiossa12 113417 B. Simulations in the Atmospheric Chamber
Pariston ominaisuuksia tutkittiin ilmakehän simulaatiokammiossa (Weiss, Saksa), jossa lämpötila ja paine säädettiin arvoihin, jotka olivat samanlaiset kuin normaaleissa radioson-5 diluotauksissa. Ilmavirtausta radiosondiluotausten aikana simuloitiin tuuletuksella ja tietokone kontrolloi lämpötilaa ja painetta kammiossa ja rekisteröi niiden arvot. Simulaatio-ohjelman kesto oli 135 minuuttia. Purkauksen ensimmäisten 30 minuutin aikana lämpötila oli 25 °C ja paine oli 1015 mbar, koska 30 minuuttia on oletettu aika, joka tarvitaan luota- Λ uksen pohjavalmistelulle. Paristot purettiin käyttämällä 150 mA:n (10 mA cm') tasavirtaa 10 ja niiden vaadittiin antavan vähintään 15 V:n minimijännite, jotka ovat tyypillisiä arvoja, jotka moderni radiosondi tarvitsee. Pariston jännite mitattiin simulaation aikana ja esitettiin ajan funktiona. Aika, jonka pariston jännite pysyi sulkujännitteen yläpuolella, määritettiin.Battery properties were studied in an atmospheric simulation chamber (Weiss, Germany) where temperature and pressure were adjusted to values similar to those of normal radioson-5 probes. Airflow during radiosonde probes was simulated with ventilation and the computer controlled temperature and pressure in the chamber and recorded their values. The duration of the simulation program was 135 minutes. During the first 30 minutes of the discharge, the temperature was 25 ° C and the pressure was 1015 mbar, since 30 minutes is the expected time required for the preparation of the sludge. The batteries were discharged using a 150 mA (10 mA cm ') DC 10 and were required to provide a minimum voltage of at least 15 V, which are typical values that a modern radiosonde needs. Battery voltage was measured during the simulation and plotted against time. The time that the battery voltage remained above the cut-off voltage was determined.
Jännitekäyrät esillä olevan keksinnön mukaiselle Mg/MnCh+KCl -paristolle, FI-patentti-15 hakemuksen nro 20000947 mukaiselle paristolle ja Mg/CuCl-paristolle ilmakehäsimulaati-oissa esitetään ajan funktiona kuviossa 3. Mg/MnC^+KCl -pariston keskijännite kuormitettaessa oli yli 17 V. Pariston jännite laski hitaasti ja pysyi minimijännitteen (15 V) yläpuolella vaadittujen 135 minuutin ajan.Voltage curves for the Mg / MnCh + KCl battery of the present invention, the FI patent application No. 20000947 and the Mg / CuCl battery in atmospheric simulations are plotted against time in Figure 3. The average voltage of the Mg / MnCh + KCl battery was over 17 V. Battery voltage slowly dropped and remained above minimum voltage (15 V) for the required 135 minutes.
20 Kuten tuloksista on ilmeistä, esillä olevan keksinnön mukaisten paristojen paristojännite » · • 1; nousee minimiarvoon (15 V) ilman vertailuna käytetyn pariston erittäin korkeaa alkujänni- ’; ; tehuippua. Lievästi emäksinen alkalinen komponentti leikkaa pariston alkujännitettä (huip- * · • · ;", pu) noin 2 - 3 V:lla. Jännite pysyy yli 15 V:ssa pidennetyn ajan.20 As will be apparent from the results, the battery voltage of the batteries of the present invention »· • 1; rises to the minimum value (15 V) without the very high initial voltage of the reference battery; ; tehuippua. The slightly alkaline alkaline component cuts the initial battery voltage (peak * · • ·; ", pu) by about 2 to 3 V. The voltage remains above 15 V for an extended period.
t 1 « * · 1111 1 1 25 Mn02-katodi modifioituna ionisoituvalla alkalimetallikloridilla ja lievästi emäksisellä aika-lisella katodikomponentilla sopii hyvin käytettäväksi katodimateriaalina vesiaktivoitavissa ,:. paristoissa. Tulisi korostaa, että ylikuumenemisen riski on pienempi esillä olevan keksin- ; . non mukaisille paristoille kuin tavanomaisille paristoille. Lisäksi uudessa paristossa ei ole ' . alkuviivettä. Vaikka esillä oleva paristo tuottaa hiukan pienempää jännitettä kuin _ > · t 30 Mg/CuCl-paristo, raaka-aine on halvempaa eikä ongelmaa liukenevista metalli-ioneista esiinny. Koska komponentit eivät ole myrkyllisiä, uusi katodimateriaali on ympäristöystä- i 1 » ' ', vähistä.t 1 «* · 1111 1 1 25 MnO2 cathode modified with ionizable alkali metal chloride and a slightly basic alkaline cathode component is well suited for use as a cathode material in water-activated form:. batteries. It should be emphasized that the risk of overheating is lower with the present invention; . non-standard batteries. Also, the new battery does not have '. the initial delay. Although the present battery delivers a slightly lower voltage than the · · · 30 Mg / CuCl battery, the raw material is cheaper and there is no problem with soluble metal ions. Since the components are non-toxic, the new cathode material is environmentally friendly.
» »»»
Claims (19)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20012040A FI113417B (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Water-activatable battery |
PCT/FI2002/000813 WO2003034521A1 (en) | 2001-10-19 | 2002-10-18 | Water activated battery cell, primary battery and its use |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20012040A FI113417B (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Water-activatable battery |
FI20012040 | 2001-10-19 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20012040A0 FI20012040A0 (en) | 2001-10-19 |
FI20012040A FI20012040A (en) | 2003-04-20 |
FI113417B true FI113417B (en) | 2004-04-15 |
Family
ID=8562095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20012040A FI113417B (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Water-activatable battery |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI113417B (en) |
WO (1) | WO2003034521A1 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007059589A1 (en) * | 2005-11-25 | 2007-05-31 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | A water activated system including a flexible substrate |
US10720632B2 (en) * | 2009-08-14 | 2020-07-21 | Mark A. Bedol | Liquid powered assembly |
WO2012000195A1 (en) * | 2010-06-30 | 2012-01-05 | China Dragon Group Manufacturing Limited | Battery |
CN102340011A (en) * | 2010-06-30 | 2012-02-01 | 伊高亚洲环保集团有限公司 | Battery |
WO2013017901A1 (en) | 2011-08-02 | 2013-02-07 | Imk Greenpower Kft. | System and method for producing electrical energy |
US10754301B2 (en) * | 2014-03-13 | 2020-08-25 | Mark A. Bedol | Liquid powered device |
CN108075148A (en) * | 2017-05-27 | 2018-05-25 | 深圳市水动力环保新能源有限公司 | A kind of mixture of powders of water activated battery |
EP3540419A1 (en) | 2018-03-12 | 2019-09-18 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas (CSIC) | A device and a method for sensing the conductivity of a fluid |
CN112002945B (en) * | 2020-10-28 | 2021-03-12 | 深圳市寒暑科技新能源有限公司 | Solid-state flexible battery, preparation method and use method |
CN113921813B (en) * | 2021-09-30 | 2024-09-17 | 武汉中原长江科技发展有限公司 | Novel high specific energy sea water battery |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU1571370A (en) * | 1969-06-16 | 1971-12-02 | Honeywell Inc | Improvements in or relating to electrochemical cells |
EP0110344A1 (en) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | Eveready Battery Company, Inc. | Nonaqueous cells |
US5424147A (en) * | 1994-07-15 | 1995-06-13 | Electric Fuel (E.F.L.) Ltd. | Water-activated battery |
US6010799A (en) * | 1997-04-03 | 2000-01-04 | Prosar Technologies | Cathode member for water-activated storage battery |
-
2001
- 2001-10-19 FI FI20012040A patent/FI113417B/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-10-18 WO PCT/FI2002/000813 patent/WO2003034521A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20012040A (en) | 2003-04-20 |
WO2003034521A1 (en) | 2003-04-24 |
FI20012040A0 (en) | 2001-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4957826A (en) | Rechargeable metal-air battery | |
EP2441109B1 (en) | Magnesium cell with improved electrolyte | |
US20020142203A1 (en) | Refuelable metal air electrochemical cell and refuelabel anode structure for electrochemical cells | |
US3880672A (en) | Battery barrier and battery | |
CA2839543A1 (en) | Metal-air cell with ion exchange material | |
FI113417B (en) | Water-activatable battery | |
US3306776A (en) | Galvanic primary cell | |
Hamlen et al. | Anodes for refuelable magnesium‐air batteries | |
US4293622A (en) | Step cell | |
EP0747981A2 (en) | Manganese dioxide alkaline cell | |
WO2015183607A1 (en) | Cathode for an electrochemical cell including at least one cathode additive | |
US9825311B2 (en) | Water activated battery | |
US3592693A (en) | Consumable metal anode with dry electrolytic enclosed in envelope | |
US3392057A (en) | Air cell including zinc anode and alkali zincate electrolyte | |
JPWO2004082060A1 (en) | High current capacity battery | |
US3378408A (en) | Electrolytic cell employing aluminum as negative electrode and an alkaline electrolyte containing hypochlorite anions | |
US10693149B2 (en) | Survivor locator light | |
US6010799A (en) | Cathode member for water-activated storage battery | |
US3783026A (en) | Air-depolarized cells utilizing a cyanate or thiocyanate-containing electrolyte | |
US4487821A (en) | Battery cell for a primary battery | |
CN108963290B (en) | Improved cathode formula for lifesaving positioning lamp | |
WO2000036685A1 (en) | Corrosion resistant high performance electrochemical cell | |
JPH10189006A (en) | Air cell | |
CA2356395A1 (en) | Reduced leakage metal-air electrochemical cell | |
US5665487A (en) | Water-acivated storage battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MA | Patent expired |