ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям суперконденсаторов.
Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и электродную сборку (см. патент RU 109921, кл. Н01М 10/00, опубл. 27.10.2011). Основой известной конструкции является жесткий корпус-рамка элементов, содержащих внешние катодный и анодный выводы, которые герметизируются по контуру канавок, выполненных по периметру боковых поверхностей рамок. Электрический контакт электродной сборки с внешними выводами обеспечивается при помощи гибких токосъемников, сваренных с указанными электродными сборками. Таким образом, токосъем в устройстве происходит через две контактные поверхности по каждой полярности - через гибкие токосъемники и внешние пластины-токовыводы, что приводит к увеличению габаритных размеров конструкции, к повышенным токовым потерям и снижению эффективности работы устройства. Узел герметизации катодного и анодного вывода по контуру канавки по периметру жесткого корпуса-рамки усложняет и удорожает процесс сборки, а также снижает надежность герметизации устройства в целом.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров при повышении надежности работы электрохимического устройства.
По первому варианту выполнения поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и сборку, состоящую из единичных электрохимических элементов, каждый единичный электрохимический элемент представляет собой заключенные между концевыми токоотводами последовательно собранные в пакет электроды чередующейся полярности на токоотводящих подложках и сепараторы между электродами, причем токоотводящие подложки электродов одной полярности электрически соединены по одной из сторон пакета с одним концевым токоотводом, а токоотводящие подложки электродов другой полярности электрически соединены на противоположной стороне пакета с другим концевым токоотводом, длина и ширина концевых токоотводов совпадает с длиной и шириной электродов, а толщина, по меньшей мере, в N раз больше толщины электродных подложек, где N - количество электродов одной полярности в сборке, при этом каждый единичный элемент заключен в ламинирующий корпус, в боковых стенках которого выполнены сквозные окна.
По второму варианту выполнения поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы, катодный токосъемный вывод, анодный токосъемный вывод и сборку, состоящую из единичных электрохимических элементов, каждый единичный электрохимический элемент представляет собой заключенные между концевыми токоотводами последовательно собранные в пакет электроды чередующейся полярности на токоотводящих подложках и сепараторы между электродами, причем токоотводящие подложки электродов одной полярности электрически соединены по двум противоположным сторонам пакета с одним концевым токоотводом, а токоотводящие подложки электродов другой полярности электрически соединены по двум другим противоположным сторонам пакета с другим концевым токоотводом, длина и ширина концевых токоотводов совпадает с длиной и шириной электродов, а толщина, по меньшей мере, в N раз больше толщины электродных подложек, где N - количество электродов одной полярности в сборке, при этом каждый единичный элемент заключен в ламинирующий корпус, в боковых стенках которого выполнены сквозные окна.
Окна в боковых стенках ламинирующего корпуса предпочтительно по периметру герметично соединены с соответствующими концевыми токоотводами. Между единичными электрохимическими элементами предпочтительно установлены токо- и теплопроводящие пластины, снабженные ребрами для теплоотвода и выступами, входящими в окна ламинирующего корпуса. В боковых стенках ламинирующего корпуса может быть дополнительно выполнено несколько отверстий квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной или круглой формы, общая площадь которых составляет от 0.5 до 0.95 площади электродов.
На фиг. 1 представлены базовые компоненты предлагаемого электрохимического устройства;
на фиг. 2 - компоненты единичного элемента электродной сборки по первому варианту;
на фиг. 3 - поперечное сечение единичного элемента электродной сборки по первому варианту;
на фиг. 4 - компоненты единичного элемента электродной сборки по второму варианту;
на фиг. 5 - поперечное сечение единичного элемента электродной сборки по второму варианту с концевым токоотводом одной полярности;
на фиг. 6 - то же, что на фиг. 5 с концевым токоотводом другой полярности (в ортогональной плоскости).
Предлагаемое электрохимическое устройство (фиг 1) состоит из корпусных элементов (фланцев 1 и стяжных элементов 2), служащих для фиксации сжатых электрохимических элементов, катодного и анодного токосъемных выводов 3, единичных электрохимических элементов 4 и токо-теплопроводящих пластин 5. Единичные электрохимические элементы 4 посредством элементов 2 сжаты между фланцами 1 удельным давлением от 0.05 до 2.0 МПа.
Единичный электрохимический элемент 4 состоит из набора электродов 6 чередующейся полярности (фиг. 2), представляющих собой электродный материал 7 с активным веществом, расположенный на гибкой токоотводящей подложке 8. Электроды 6 разделены сепараторами 9 и совместно с концевыми токоотводами 10 упакованы в герметичный ламинирующий корпус 11 с электролитом. В боковых стенках корпуса 11 выполнены сквозные окна 12, через которые происходит межэлементная коммутация устройства. Сквозные окна 12 по периметру с помощью герметизирующих прокладок 13 соединены с соответствующими концевыми токоотводами 10 на ширине равной 3-10 толщинам токоотводов 10. Длина и ширина концевых токоотводов 10 совпадает с длиной и шириной электродов 6, а толщина, по меньшей мере, в N раз больше толщины электродных подложек 8, где N - количество электродов одной полярности в сборке.
Согласно первому варианту (фиг. 2-3) токоотводящие подложки 8 электродов одной полярности выступают над пакетом электродов с одной стороны и с помощью прижимной планки 14 электрически соединены с концевым токоотводом 10 той же полярности. Токоотводящие подложки 8' электродов другой полярности выступают над пакетом электродов с противоположной стороны и с помощью другой прижимной планки 14' электрически соединены с концевым токоотводом 10 другой полярности. Концевые токоотводы 10 разной полярности с противоположных сторон электрохимического элемента имеют герметизированные прокладками 13 наружные контактные поверхности, выходящие через окна 12 в ламинирующем корпусе 11.
Токо- и теплопроводящие пластины 5 могут быть снабжены ребрами для теплоотвода по одной, двум, трем или четырем сторонам батареи. Пластины 5 также могут быть снабжены выступами, входящими в окна 13 ламинирующего корпуса 11, высота которых не менее толщины стенки корпуса 11.
В боковых стенках ламинирующего корпуса 11 может быть выполнено несколько отверстий квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной или дисковой формы, общая площадь которых составляет от 0.5 до 0.95 от площади электродов.
Согласно второму варианту (фиг. 4-6) каждая токоотводящая подложка 8 одной полярности выступает над контуром пакета с двух противоположных сторон и с помощью прижимных планок 14 электрически соединена в двух местах с концевым токоотводом 10 той же полярности. Токоотводящие подложки электродов другой полярности 8' выступают над пакетом электродов с двух противоположных сторон ортогонально токоотводам 8 и с помощью прижимных планок 14' электрически соединяются с концевым токоотводом 10 другой полярности. Таким образом достигается уменьшение контактных сопротивлений, выравнивание электрических и тепловых полей внутри элемента.
Полезная модель позволяет улучшить качество электрохимического устройства, а именно, уменьшить его вес, и, одновременно, увеличить мощность и электрическую емкость. Массогабаритные характеристики электрохимического устройства улучшаются за счет уменьшения количества деталей, кроме того, снижается стоимость и повышается эффективность и надежность работы за счет повышения технологичности конструкции.