177480. lajstromszámú szabadalom • Szeparátor elrendezés ezüst-cink kémiai áramforrásokhoz
5 177480 6 legfeljebb hét rétegből állnak, melyek vastagsága 10 és 40 jam között van. A pótszeparátor célszerűen legfeljebb négy, egyenként 20 és 100 pm vastagságú makroporózus rétegből áll. Makroporózusnak olyan rétegek tekinthetők, melyek az -ionvezetésen kívül molekuláris nagyságú kisebb részecskék áthatolását is lehetővé teszik. A találmány egy további jellemzője szerint a szeparátor elrendezésben egymással szöget, előnyösen derékszöget bezáró anizotrop molekulaszerkezetű szomszédos rétegek vannak. A szeparátor rétegeket alkotó celofánhártyák a gyártásnak megfelelő irányított molekulaszerkezettel rendelkeznek, és a hártya nyúlási-zsugorodási értékei iránytól függőek. A javasolt elrendezésnél az egymásra rétegezett hártyák irányítottsága eltérő és ilyen módon az irányfüggő tulajdonságok kiegyenlítődnek. A mikroporózus hártyákat előnyösen természetes cellulóz alapú polimerszármazékok, például celofán képezi. A pótszeparátort képező makroporózus réteg vagy rétegek természetes cellulóz és/vagy más kopolimer alapú anyagból, előnyösen papírból készül illetve készülnek. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1. ábra légmentesen lezárt miniatűr ezüst-cink akkumulátor metszeti képe, amely a találmány szerinti szeparátor elrendezést tartalmazza, és a 2. ábra az 1. ábra szeparátor elrendezését szemléltető nagyított részlet. Az 1. ábrán vázolt ezüst-cink akkumulátor szerkezeti felépítését tekintve a hivatkozott „Hermetically Sealed Silver-Zinc Batteries Operating in the Silver (I) Oxide (Ag,0) Phase” 3. ábráján bemutatott akkumulátornak felel meg, amelynek zárt házban kialakított 1 ezüst-oxid elektródja, 5 cink elektródja és ezek között elhelyezett szeparátor elrendezése van. A szeparátor elrendezés felépítését a 2. ábrán ügyelhetjük meg. A pozitív 1 ezüst-oxid elektródon a szeparátor elrendezés első főrészét képező 2 előszeparátor egység helyezkedik el, amely a bemutatott példánál két előkezelt és egymásra rétegezett celofánhártyából áll. A celofánhártyák egymáshoz képest 90 °-kal elfordított helyzetben vannak, azaz gyártási irányítottságuk derékszöget zár be. A 2 előszeparátor egység mellett az 1 ezüst-oxid elektróddal átellenes oldalon a szeparátor elrendezés második főrésze, azaz 3 pótszeparátor helyezkedik el, amely a példakénti esetben egyrétegű makroporózus cellulóz származék. A 3 pótszeparátor és az 5 cink elektród között helyezkedik el a szeparátor elrendezés harmadik főrésze : a 4 szeparátor egység, amely a példa szerinti kivitelnél négy előkezelt és egymásra felváltva keresztrétegezett mikroporózus celofánhártyából áll. A 4 szeparátor egység mikroporózus celofánhártyái ugyanolyanok, mint a 2 előszeparátor egységben lévő celofánhártyák. Az így kialakított ezüst-cink áramforrás élettartam szempontjából lényegesen kedvezőbb az eddig ismert hasonló áramforrásokénál, mert az 1 ezüst-oxid elektród és a 3 pótszeparátor közé helyezett 2 előszeparátor egység mikroporózus rétegei — jóllehet az ezüsttel való viszonylag hamar bekövetkező telítődésük miatt szeparátorként nem hatásosak — az 1 ezüst-oxid elektród felől érkező récsecskékkel szemben szűrőhatást fejtenek ki és védik a 3 pótszeparátort és. a mögötte elhelyezkedő 4 szeparátor egység mikroporózus hártyáit. A szeparátorrendszer három főrészre, tehát előszeparátorra, pótszeparátorra és szeparátorra való osztásával kedvezően befolyásoljuk a szeparátorrendszer és ezáltal az ezüst-cink áramforrás élettartamát. A 2 előszeparátor egység méretezésével, ill. rétegszámának megfelelő megválasztásával szabályozható annak előszűrő és ezüstmegkötő képessége, amellyel viszont kedvezően szabályozható a szeparátorrendszer harmadik főrészének, tehát a 4 szeparátor egységnek az élettartama. A példa szerinti cellákon végzett kísérletek tapasztalata alapján megállapítottuk, hogy kb. 2x1 ]0 áramerősségnél nem nagyobb töltő és kisütő áramok esetén a hagyományos felépítésű akkumulátorok ciklusélettartamának 2—4-szerese, tárolási élettartamának 2—3-szorosa érhető el. Valószínűnek látszik, hogy a példa szerinti akkumulátorok két év tárolás után is biztonsággal teljesítik a hagyományos felépítésű akkumulátorok friss — azaz építés után rögtön használatba vett — ciklusélettartamát. A találmány szerinti szeparátor elrendezés által elért eredményeket az alábbi példákban foglaljuk össze. Az egyes példák során az ismertetett mérési eredmények minden esetben azonos felépítésű tagokból álló csoportra vonatkoztatott átlagértékek, ahol a csoportokban vizsgált darabok száma 6 és 18 között volt. 1. példa Kísérletet végeztünk 15,5 mm átmérőjű, 6,0 mm magas 1,5 V-os, 160 mAh névleges kapacitású nem tölthető (primerelem) gombelemekkel, amelyekből csak a szeparáció szempontjából eltérő - három változatot készítettünk. la) Ezen változatnál a 3 pótszeparátor egy réteg 0,21 mm vastag pergamen papírból, a 4 szeparátor egység pedig öt réteg 0,027 mm vastag KALLE PT 400/1 jelű celofánból készült. Ez a változat az ún. normál kivitel, amely a kísérletek során az eredmények összehasonlítására szolgált. Itt a 2 előszeparátor egységet nem alkalmaztuk. A vizsgált elemek egyes csoportjai a különböző idejű, 25 ' C-on történő tárolás után a következő kapacitás értékeket mutatták : friss állapotban (szerelés után max. 48 óra) 175 mAh, 6 hónap után 152 mAh, 12 hónap után 139 mAh, 18 hónap után 10 mAh. Megjegyezzük, hogy a vizsgált cellák mintegy 60%-a már belső átvezetés miatt mérhető kapacitást nem mutatott. A szeparátorok működése szempontjából jellemző ezüstbehatolás vizsgálatára a fenti tárolási idők után az elemeket szétbontva, az egyes szeparátor fajták az alábbi mennyiségű ezüstöt tartalmazták : Friss állapotban a pótszeparátor 3,2 mg, a szeparátor 0,27 mg 6 hónap után pótszeparátor 18,4 mg, szeparátor 2.6 mg 12 hónap után pótszeparátor 25,5 mg, szeparátor 7,4 mg 18 hónap után pótszeparátor 30,1 mg, szeparátor 14,2 mg ezüstöt tartalmazott. lb) Ennél a változatnál az 1 ezüst-oxid elektród és a 3 pótszeparátor közé egyrétegű 2 előszeparátor egységet helyeztünk, melyet a szeparátorrétegekkel azonos celofánból készítettünk. Az alkalmazott anyagok, az elkészítés és a vizsgálat módja mindenben megegyezett az la) változatnál leírtakkal. Az egyes vizsgálatok az alábbi kapacitásértékeket és ezüsttartalmat mutatják. Friss állapotban a pótszeparátor 0,7 mg, a szeparátor 0,15 mg 6 hónap után pótszeparátor 6,2 mg, szeparátor 0,9 mg 12 hónap után pótszeparátor 10,6 mg, szeparátor 2,1 mg 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
