Металловодяная батарея
METAL-WATER BATTERY

Изобретение относится к устройствам для накапливания электрической энергии и последующего использования ее и преобразования в автономном режиме для функционирования различных аппаратов и может быть использовано, например, в качестве маломощных источников питания.
Известна аккумуляторная батарея, содержащая металлический контейнер, в который помещены аккумуляторы в пластмассовых сосудах, соединенные между собой шинами, при этом контейнер выполнен герметичным, имеет узел крепления батареи к различным типам летательных аппаратов, устройство для соединения с дренажной системой летательного аппарата, а аккумуляторы - специальный V-образный экран для предотвращения обрызгивания батареи электролитом при заряде, причем батарея оснащена термодатчиком, сигнализирующим о критическом повышении температуры аккумуляторной батареи (патент РФ №2313159, МПК Н01М 10/28, опубл. 20.12.2007).
Недостатками известного аккумулятора являются необходимость заливки химического электролита, кроме того требуется периодический цикл доливки и зарядки аккумулятора, сложность в обслуживании аккумулятора.
3
Наиболее близким по технической сущности является изобретение «Металловоздушная батарея». Согласно изобретению МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, два металловодяных элемента карманного типа с газодиффузионными катодами, расположенными на противоположных стенках кармана, жидким электролитом и металлическими анодами, расположенными в электролите внутри кармана, установленные в корпусе с зазором друг от друга, контур электролита с общим коллектором и электролитной емкостью и систему подачи воздуха с вентилятором, при этом электролитная емкость и общий коллектор размещены выше верхней кромки металловоздушных элементов, а электролитная емкость соединена с коллектором гибким трубопроводом. В нижней части каждого элемента на одной или обеих торцевых стенках выполнено отверстие, диаметр которого составляет от 0,8 до 1 внутреннего поперечного размера элемента. Указанные отверстия гибкими трубопроводами соединены с одним или двумя общими коллекторами. Общие коллекторы выполнены из материала, не смачиваемого электролитом. Электролитная емкость выполнена в виде воронки с эластичной полусферической крышкой, надетой с натягом на воронку. В торцах коллекторов могут быть установлены съемные пробки. Каждый элемент МВБ снабжен уплотняемой крышкой, которая имеет полость, сообщающуюся трубопроводом с электролитом элемента и заполненную электролитом или водой. При этом нижняя кромка указанного трубопровода расположена под уровнем электролита в элементе. Соотношение объема полости в крышке и массы анода в элементе составляет (см/г) от 1 до 10. Вентилятор установлен на торцевой стенке корпуса батареи и через терморегулятор соединен с электрическими выводами батареи. Металлический анод каждого элемента МВБ снабжен цилиндрическим токоотводом, к которому присоединен гибкий герметичный токовывод, проходящий через уплотняемое отверстие, расположенное в верхней части торцевой стенки каждого элемента. В верхней части торцевой стенки каждого элемента выполнены отверстия для эвакуации выделяющегося водорода, при этом отверстия объединены общим коллектором. (Патент РФ №2183371, МПК Н01М 12/06 опубл. 10.06.2002).
Недостатком изобретения является сложность в обслуживании двух карманов, имеющих сужение в средней части и ненадежная эксплуатация с гибкими трубопроводами.
Задачей изобретения является создание МВБ, обладающей повышенной емкостью, длительным ресурсом и удобством эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что МВБ содержит корпус, электрические выводы, по крайней мере, двенадцать металловодяных элементов, водный раствор в котором в качестве металооводяных элементов используются угольные электроды, вставленные с зазором внутри оболочки из магниевых сплавов расположенные внутри магнитных секций с общим коллектором и электролитной емкостью включающей систему подачи воды и систему подачи воздуха с компрессором, при этом в нижней части сегмента вставлен распылитель воздуха. Парное сочетание электродов магниевый сплав и уголь в воде позволяет на выходе получать напряжение до 1,2 В, причем в результате электрохимической реакции магниевый сплав уменьшается, его поверхность требует очистки. Для этого используется барботаж с нижней части металооводяных элементов с помощью подводимого воздуха с компрессора и воздушного распылителя. Для повышения эффективности реакции между анодом и катодом корпус сегментов выполнен и магнитного сплава, создающего магнитное поле внутри сегмента, ускоряя процессы реакции.
Выполнение МВБ в соответствии с указанными признаками позволяет существенно повысить удельные электрические характеристики и ресурс батареи за счет исключения паразитных токов утечки по электролиту и упростить эксплуатацию за счет соединения сегментных корпусов с пакетами анодов и катодов с основанием-коллектором электролитной емкости, которая позволяет оперативно осуществлять обслуживание и заправку элементов водным электролитом.
На фиг. 1 изображено описываемое устройство, вид сбоку, на фиг. 2 - вид сверху. Металловодяная батарея (МВБ) имеет корпус 1, содержащий металловодяные элементы 2, включающие анод, катод, залитые электролитом и соединенные в общий заливочный трубопровод 8 с воронкой 7, которая соединяется с цилиндрической заливочной емкостью 6, отвод газов, образующихся в результате реакции осуществляется в коллектор 13, отличающаяся тем, что в металловодяных элементах 2 сегментный корпус 3 выполнен из намагниченного материала, представляющий подковообразный магнит, соединяемый в донной части с основанием-коллектором 10 через изолирующую прокладку, при чем анод содержит пластины из магниевого сплава 5, соединенные в пакет, между ними с зазором вставлены пластины из угля 4, соединенные в пакет, заливаемые электролитом на водной основе, в нижней части пакетов вставлен воздушный распылитель 12, к которому компрессором 9 через гибкий шланг 11 подводится воздух
Батарея работает следующим образом. В емкость основание-коллектор 10 через общий заливочный трубопровод 8 с воронкой 7, и цилиндрическую заливочную емкостью 6 через фильтр заливают воду, электролит самотеком поступает сразу во все элементы МВБ. Между анодом и катодом происходит электрохимическая реакция, которая ускоряется магнитным полем корпуса сегментов. В результате на пластинах происходит разделение зарядов, ЭДС через шины поступает на шины-электроды. Батарея готова к приему нагрузки. В процессе работы выделяющийся водород удаляется через коллектор 13, а твердые продукты реакции (шлам) скапливаются на дне емкости основание-коллектор 10. Израсходованный в процессе работы электролит автоматически доливается из полости 6 через общий заливочный трубопровод 8 в основание-коллектор 10. Чистота анода и катода, а также температурный режим МВБ поддерживается в заданном диапазоне путем периодического выключения компрессора по сигналу термодатчика (либо датчика времени).
Таким образом предлагаемая металловодяная батарея может обеспечить повышенными удельными электрическими характеристиками, длительным ресурсом и удобством эксплуатации и может быть реализована на практике в сельской местности и в труднодоступных районах для подачи энергии в компьютерную и радиоаппаратуру, а также зарядки аккумуляторных батарей.