163487. lajstromszámú szabadalom • Villamos akkumulátor

3 163487 4 Az 1 cellatest lényegében a cella fala szerepét tölti be, ennek megfelelően tehát merevnek és át nem eresztőnek kell lennie. Előnyösen színterelt alumíniumoxidból, vagy egyéb anyagból lehet készíteni, kikötés csupán annyi, hogy ehhez az anyaghoz az 5 membránlapot - mely a szilárd elektrolit-membránt képezi - hozzá lehessen kötni, és amely egyszersmind szigetel. Az 1 cellatestnek előnyösen a nátrium hatásával szemben ellenállónak kell lennie. Az 5 membrán lap polikristály-anyagból van előállítva, melynek rács-szerkezetében nátrium-ionok foglalnak helyet, amelyek a kristályrácson belül helyüket változtatják. Az 5 membránlap az 1 cellatesthez az át nem eresztő 9 kötőanyag segítségével kapcsolódik - ez az anyag lehet például üveg (előnyösen a nátrium és a kén hatásával szemben ellenálló tulajdonságú üveg), mely azonban ezen tulajdonságok ellenére mind az 5 membrán-laphoz, mind pedig az 1 cellatesthez jól köt. Ha az 5 membrán-lapot színterezett alumíniumoxidból készítjük, akkor kötőanyagként Kovar-üveg a legalkalmasabb. Mindegyik 4 lemezelektróda villamos szempontból vezető tulajdonságú, flexibilis válaszfal, amelyek előnyösen a nátrium és a kén hatásával szemben ellenálló tulajdonságokkal rendelkeznek. A kénnel szembeni ellenállóképességet fokozni lehet rozsdamentes acél alkalmazásával, vagy azzal, hogy olyan fémlappal vonjuk be, amely e tulajdonságokkal rendelkezik, például a következőkkel: 1. krómlappal, vagy krómbevonattal ellátott lappal, 2. valamilyen fémszulfiddal, például vasszulfiddal, 3. fémkarbiddal, vagy nitriddel, vagy szilíciumkarbiddal, illetve szilíciumnitriddel. A 4 lemezelektródák az 1 cellatesthez vannak kötve a 2 és 3 kötőanyag segítségével. A kötőanyag kialakítása történhet kompresszió útján, melynek lényege az, hogy a kötőanyagban tömítőanyag vagy egy „O" alakú gyűrű van, melynek anyaga összenyomható, és amely a nátrium hatásával szemben előnyösen ellenállást tanúsít. Alkalmazni lehet például alumínium anyagú „O" gyűrűt, vagy grafittömítést (például olyant, amit grafoilnak szokás nevezni). Alternative lehet a 2 és 3 kötőanyagot hőszigetelő kötésként is kialakítani, amelyek előnyösen a nátriummal szemben ellenálló hatást fejtenek ki. A 2. ábrán mutatjuk be azt, hogy a cella töltése és kisülés alkalmával a 4 lemezelektródák hogyan hajlanak be. Annak érdekében, hogy a 4 lemezelektródák hajlékonyságát növeljük, helyesen járunk el, hogyha a lemezek teljes aktív felületét keresztben redőzettél látjuk el, úgy, amint ezt a 3. ábrán látjuk - de úgy is lehet a redőzetet kialakítani, hogy a redők a lemezelektródák végén levő tartományban legyenek kiképezve, úgy, amint azt a 4. ábra mutatja. Ha a cella ki van sütve, a 7. cellateret kezdetben nátriumpoliszulfiddal töltve, nincs szükségünk arra, hogy a 8 cellateret is kitöltsük fémnátriummal -feltéve, hogy a 8 cellatérhez tartozó 4 lemezelektróda és 5 membrán-lap között van kontaktus. A nátriumfémet a 8 cellatérben elektrolízis útján is előállíthatjuk, miután a cellát olyan hőmérsékletre melegítettük fel, amely nagyobb, mint a 7 cellatérben levő nátrium-poliszulfid olvadási pontjának hőmérséklete. Az 1. ábrán bemutatott, példaképpeni cella-konst-5 rukció esetében az 5 membránlap egy 1,5 mm vastagságú béta-alumíniumoxid lap, a 8 cella-tér (anód) mélysége 4,5 mm, átmérője 35 mm volt és 0,7 gramm nátriummal volt megtöltve. A katódot tartalmazó tér megfelelő méretei: 2,6 10 mm mélység, 22 mm átmérő és megközelítően 1,42 gramm ként tartalmazott, mely szivacsos szénben volt elnyelve, mimellett a komprimáció aránya 2:1. A 4 lemezelektróda anyaga rozsdamentes acél, melynek vastagsága 0,13 mm volt. 15 Az 5. ábrán azt láthatjuk, hogy az akkumulátor több, egymásra rakott cellából van összerakva, melyek a végeikkel csatlakoznak egymáshoz és villamos szempontból sorba vannak kötve. Az egyes szomszédos cellák között egy szimpla 4 lemezelekt-20 róda van elhelyezve, mely így bipoláris elektróda gyanánt szolgál mindkét, egymással szomszédos cellához, melyek egyik végén van elhelyezve. Az 5. ábrán három cellából álló battériát látunk, természetesen ez a szám változhat és bármilyen sok cel-25 lát lehet így elrendezni. A cellákból álló halmazt a 10 alumínium-tárcsák fogják közre, melyeket egymáshoz menetes végű 11, 12 szorítóanyával ellátott acélrudak szorítanak öszsze. Két ilyen menetes rudat és anyát látunk az 5. 30 ábrán, de természetesen három vagy több menetes rúd és anya is alkalmazható szimmetrikusan a cellák által alkotott halmaz hosszanti tengelyével párhuzamosan. Annak érdekében, hogy a villamos kontaktus fo-35 lyamatosságát a két darab 10 alumínium-tárcsa között megszakítsuk, a 10 menetes rúdra - ott ahol az alumíniumtárcsákon áthalad - alfa-alumíniumoxid anyagú 13 hüvelyt szerelünk rá, ugyanakkor pedig a menetes rúd feje és az alumínium-tárcsa 40 közé egy 14 azbesztlemezt helyezünk el. A 12 menetes rúd és szorítóanya anyagának hőkitágulási együtthatója hasonló, előnyösen kisebb, mint annak az anyagnak hőtágulási együtthatója, amely anyagból az 1 cellatestet készítettük. 45 A két 10 alumíniumtárcsa méretei úgy vannak megválasztva, hogy lineáris nyúlásuk az akkumulátor működése közbeni normál hőmérsékleten, amely például 350 °C, meghaladja az acélból készült menetes tengely lineáris expanzióját. 50 Ennek következtében az akkumulátor normál üzemi hőmérsékletén az 1 cellatestek halmazán keresztülhaladó kompressziós erő megmarad, sőt növekszik ahhoz a hőmérséklethez képest, amikor a cella hideg. |55 Kisülés alkalmával a cellák nátrium tartalma áthatol az 5 membrán lapon a 8 cellatérből (anód) a 7 cellatérbe (katód). Ennek eredményeképpen a 7 cellatérben az anyag volumene és a hidrosztatikus nyomás megnő, amit a bipoláris 4 lemezelektróda [60| behajlása igyekszik kompenzálni. A behajlást a 2. ábrán szaggatott vonallal jelöltük. Amikor sok cellából van az akkumulátor felépítve, akkor a katódtérben megnövekedett térfogat, s ennek következményeképpen a bipoláris elektródák behajlása azzal |65 van kompenzálva, hogy a szomszédos 8 cella-térből 2