ПЛАНАРНАЯ БАТАРЕЯ ИСТОЧНИКОВ ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве химических источников тока с биполярными электродами.
Известна свинцовая аккумуляторная батарея (Патент РФ №2299501, МПК H01M 10/18, приоритет от 11 января 2006 года, публикация от 20 мая 2007 года), содержащая корпус, в котором размещены биполярные электроды с рамками, разделенные слоем электролита, соединенные последовательно для получения заданных значений напряжения, с четным количеством элементов и параллельно для увеличения электрической емкости, с четным количеством слоев, а также токоотводы с клеммами. Батарея снабжена электроизоляционными пластинами, которые располагаются на противоположных стенках аккумулятора и предназначены для размещения с одной стороны только односторонних биполярных электродов, с другой - односторонних биполярных и монополярных электродов, при этом биполярные электроды содержат на одной стороне положительную и отрицательную активную массу, а рамки располагаются между указанными пластинами и предназначены для размещения двусторонних биполярных электродов и двусторонних биполярных и монополярных электродов, при этом рамки с двусторонними биполярными и монополярными электродами устанавливаются через одну, а монополярные электроды образуют симметричные положительные и отрицательные выводы.
В известном устройстве содержатся электроизоляционные пластины и рамки, увеличивающие массу неактивных элементов, что ограничивает возможность повышения удельной энергоемкости.
Также известна свинцовая аккумуляторная батарея (Патент РФ №2094913, МПК H01M 10/18, приоритет от 22 сентября 1994 года, публикация от 27 октября 1997 года), содержащая корпус, блоки разнополярных электродов, разделенных сепараторными пластинами, сложенные зигзагообразно в один пакет, токосъемы и электролит. Корпус выполнен разъемным из двух полукорпусов, каждый из которых снабжен перегородками с отверстиями по оси симметрии, сепараторные пластины склеены между собой, места склеивания совпадают с соответствующими отверстиями в перегородках. Сборку аккумуляторной батареи осуществляют путем склеивания по сепараторной пластине биполярных электродов с расположенными между ними сепараторными пластинами из полимерной пленки и крайних монополярных электродов. На электродные пластины рядами укладывают сепараторные пластины с зазором 0,1 0,4 мм, затем осуществляют склеивание путем нанесения клея на продольные кромки сепараторных пластин и заполнения клеем зазора между сепараторными пластинами.
В известном устройстве для достижения требуемых значений внутреннего сопротивления необходимо компенсировать большую длину зигзагообразных электродов путем увеличения площади их сечения, что приводит к увеличению неактивной массы и снижению удельной энергоемкости.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является батарея источников тока (Патент РФ №155595, опубликовано: 10.10.2015), содержащая биполярные электроды, электролит, сепараторы, крайние монополярные электроды и токосъемы, при этом сепараторы выполнены, по крайней мере, в виде двух полотен, установленных с наложением друг на друга, внутренняя поверхность одного из полотен содержит чередующиеся слои токопроводящего клея, активного вещества анода, диэлектрического клея и активного вещества катода, внутренняя поверхность другого полотна содержит чередующиеся слои диэлектрического клея, активного вещества катода, токопроводящего клея и активного вещества анода, батарея также дополнительно содержит элемент фиксации, на котором закреплены с помощью диэлектрического клея одни края полотен с последующей круговой намоткой вокруг элемента фиксации этих полотен и закреплением на внешней поверхности батареи с помощью диэлектрического клея других краев полотен.
Недостатками такой конструкции являются: сложности, возникающие при круговой намотке при изготовлении планарных батарей источников тока, малоосвоенная технология круговой намотки, наличие элемента фиксации увеличивает долю массы неактивных частей конструкции, что ведет к уменьшению удельной энергоемкости батареи.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание батареи источников тока, обладающей высокой удельной энергоемкостью при сохранении объема батареи за счет сокращения доли неактивных элементов при одновременном упрощении конструкции.
Технический результат заключается в снижении себестоимости и упрощении процесса производства за счет применения освоенной технологии изготовления планарных элементов с использованием сверхтонких сепараторов и электродов.
Поставленная задача решается тем, что планарная батарея источников тока, содержащая биполярные электроды, электролит, сепараторы, крайние монополярные электроды, токосъемы, сепараторы, выполненные, по крайней мере, в виде двух полотен, установленных с наложением друг на друга, внутренняя поверхность одного из полотен содержит последовательно чередующиеся слои токопроводящего клея, активного вещества анода, диэлектрического клея и активного вещества катода; внутренняя поверхность другого полотна содержит последовательно чередующиеся слои диэлектрического клея, активного вещества катода, токопроводящего клея и активного вещества анода, согласно заявляемому техническому решению дополнительно содержит герметичное основание, на котором закреплены с помощью диэлектрического клея края полотен с последующим чередующимся наложением этих полотен и закреплением на верхней поверхности батареи полотен с помощью диэлектрического клея и герметичного покрытия. При этом чередующиеся полотна расположены на герметичном основании до достижения количества слоев, соответствующего расчетной емкости батареи.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлена схема нанесения материалов на полотно первого сепаратора, на фигуре 2 - схема нанесения материалов на полотно второго сепаратора, на фигуре 3 - схема планарной батареи, вид сбоку, продольный разрез.
Позициями на чертежах обозначены 1 - герметичное основание, 2 - полотно первого сепаратора, 3 - полотно второго сепаратора, 4 - токопроводящий клей, 5 - диэлектрический клей, 6 - электродная масса анода, 7 - электродная масса катода, 8 - токосъемы, 9 - электродная масса анода, крайний монополярный электрод, 10 - электродная масса катода, крайний монополярный электрод, 11 - биполярный электрод, 12 - герметичное покрытие.
Планарная батарея источников тока (фиг. 3) содержит сепараторы, выполненные, по крайней мере, в виде двух полотен 2, 3 (фиг. 1, 2). На внутренней поверхности первого из сепараторов (фиг. 1) последовательно расположены слои токопроводящего клея 4, электродной массы анода 6, диэлектрического клея 5 и электродной массы катода 7. На внутренней поверхности второго сепаратора 3 (фиг. 2) последовательно расположены чередующиеся слои диэлектрического клея 5, электродной массы катода 7, токопроводящего клея 4 и электродной массы анода 6. Электролит (на чертеже не показан) добавляют в электродную массу анода 6 и катода 7. Батарея источников тока содержит герметичное основание 1, на котором закреплены с помощью диэлектрического клея 5 края полотен 2 и 3 сепараторов с последующим чередующимся наложением этих полотен и закреплением на верхней поверхности батареи посредством диэлектрического клея 5 и герметичного покрытия 12. При этом чередующиеся полотна 2 и 3 расположены на герметичном основании 1 до достижения количества слоев, соответствующего расчетной емкости батареи.
Таким образом, корпус батареи образован герметичным основанием 1, токосъемами 8, являющимися боковыми стенками батареи, диэлектрическим клеем 5, являющимся передней и задней стенкой батареи, а также герметичным покрытием 12. На фигуре 3 представлены примеры образования крайних монополярных электродов 9, 10 на основе электродной массы анода и катода, а также биполярного электрода 11.
Заявляемая планарная батарея может быть изготовлена в условиях серийного производства освоенными технологическими методами с использованием существующих материалов и оборудования. Так, например, нанесение слоев активного и неактивного вещества на сепараторы, выполненные в виде полотен 2, 3, может быть выполнено с помощью плоттера или 3D принтера.
Заявляемая полезная модель по сравнению с ближайшим аналогом обладает более высокой удельной энергоемкостью при одновременном уменьшении массогабаритных характеристик батареи, так как позволяет разместить в объеме ближайшего аналога большее количество активного вещества за счет сокращения таких неактивных частей, как элемент фиксации.
Заявляемая полезная модель по сравнению с ближайшим аналогом имеет более простое конструктивное и технологическое решение как за счет уменьшения количества элементов, необходимых для изготовления батареи, так и за счет сокращения количества операций по сборке батареи.