ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЛИТИЙ-ДИСУЛЬФИД ЖЕЛЕЗА

Полезная модель относится к химическим источникам тока одноразового действия высокой удельной мощности и энергии, применяемых для электропитания электронной аппаратуры.
Известен элемент электрохимической системы литий - дисульфид железа (Патент РФ на ПМ №188114, Опубликовано 29.03.2019, МПК Н01М 6/16), содержащий анод, катод и электролит, размещенные в герметичном металлическом корпусе, в качестве анода используется лента из литий-алюминиевого сплава, в качестве катода - алюминиевая фольга с нанесенным при помощи фторопластовых добавок дисульфидом железа, а электролитом служит раствор перхлората лития в смеси пропиленкарбоната с диметоксиэтаном.
В данном техническом решении не разработаны конструктивные особенности элемента, в связи с чем оно не достаточно для достижения высоких характеристик при его малых размерах.
Известен элемент литий-дисульфид железа фирмы Energizer (http://data.energizer.com/pdfs/lithiuml91192_xsection.pdf принят за прототип) типоразмеров АА и ААА типовой конструкции, содержащий ленточный литиевый анод, ленточный катод из дисульфида железа и полимерный сепаратор, пропитанный электролитом, собранные в рулон, один конечный участок токоотвода анода зафиксирован на корпусе элемента, противоположный конечный участок токоотвода анода зафиксирован на ленте анода, один конечный участок токоотвода катода зафиксирован на крышке элемента, противоположный конечный участок токоотвода катода зафиксирован на ленте катода, крышка содержит: предохранительный клапан; токовывод катода, выполненный в виде перфорированного колпачка; предохранитель от повышенных токов разряда и герметично зафиксирована в корпусе.
К недостаткам прототипа относится низкая надежность конструкции за счет выбранного способа фиксации токоотвода катода, а также конструкции шарового клапана, который при кратковременном повышении давления внутри корпуса элемента может открыть доступ влажного атмосферного воздуха в электролит, в результате чего элемент преждевременно закончит работу.
Проблемой реализации рулонной конструкции в цилиндрических элементах типоразмеров АА и ААА является низкая надежность крепления токоотводов электродов, а также возможность нарушения герметичности элемента при разовом срабатывании предохранительного шарового клапана.
Техническим результатом полезной модели является повышение устойчивости элемента к внутренним и внешним механическим нагрузкам.
Указанный технический результат обеспечивается конструкцией цилиндрического элемента литий-дисульфид железа. Цилиндрический элемент системы литий-дисульфид железа содержит ленточный литиевый анод, ленточный катод из дисульфида железа и полимерный сепаратор, пропитанный электролитом, собранные в рулон, один конечный участок токоотвода анода зафиксирован на корпусе элемента, противоположный конечный участок токоотвода анода зафиксирован на ленте анода, один конечный участок токоотвода катода зафиксирован на крышке элемента, противоположный конечный участок токоотвода катода зафиксирован на ленте катода, крышка содержит: предохранительный клапан; токовывод катода, выполненный в виде перфорированного колпачка; предохранитель от повышенных токов разряда и герметично зафиксирована в корпусе, один конечный участок токоотвода катода зафиксирован на ленте катода сварным соединением и закрыт изолирующей лентой, а противоположный конечный участок токоотвода катода зафиксирован сварным соединением на оправе мембраны крышки, один участок токоотвода анода зафиксирован на ленте анода сварным соединением и закрыт изолирующей лентой, а противоположный конец токоотвода анода зафиксирован на корпусе элемента сварным соединением, предохранительный клапан выполнен в виде мембраны из полипропиленовой пленки, армированной фольгой.
Фиксация конечного участка токоотвода катода на ленте катода сварным соединением с одновременным изолированием его изолирующей лентой предотвращает проникновение в место контакта токоотвода катода с лентой катода электролита, вызывающего электрохимическую коррозию контакта, увеличение внутреннего сопротивления элемента и отрыв токоотвода даже при незначительных механических воздействиях на элемент. Фиксация противоположного конечного участка токоотвода катода на оправе мембраны крышки элемента сварным соединением предотвращает проникновение электролита между контактирующими поверхностями, чем предотвращается контактная коррозия, приводящая к полному отрыву токоотвода катода от крышки при даже незначительных механических воздействиях. Аналогично выполнен токоотвод анода, который одним конечным участком зафиксирован на ленте анода, а противоположный конечный участок зафиксирован на дне корпуса сварным соединением. Выполнение предохранительного клапана в виде мембраны из полипропиленовой пленки, армированной фольгой, предотвращает нарушение герметичности при небольших увеличениях давления. Прорыв мембраны произойдет при значительном увеличении давления внутри корпуса, после прорыва мембраны на корпусе появляются следы электролита, что является индикатором неработоспособности элемента и позволяет провести его своевременную замену. Тем самым достигается повышение устойчивости элемента к внутренним и внешним механическим нагрузкам.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция цилиндрического элемента в поперечном сечении.
На фиг. 2 показана конструкция ленточного анода (катод выполнен аналогично)
1 - лента анода
2 - лента катода
3 - полимерный сепаратор, пропитанный электролитом
4 - токоотвод анода
5 - корпус элемента
6 - токоотвод катода
7 - изолирующая лента
8 - мембрана из полипропиленовой пленки, армированная фольгой
9 - прокладка
10 - оправа мембраны крышки
11 - предохранитель
12 - уплотнительное кольцо
13 - токовывод катода
14 - нижняя изолирующая прокладка
15 - верхняя изолирующая прокладка
16 - термоусадочная пленка
Цилиндрический элемент электрохимической системы литий-дисульфид железа формы содержит ленточный литиевый анод, состоящий из ленты анода 1 и приваренного к нему участка токоотвода анода 4, ленточный катод, состоящий из ленты катода 2 из дисульфида железа и приваренного к нему участка токоотвода катода 6 и полимерный сепаратор 3, пропитанный электролитом. Ленточный литиевый анод, ленточный катод из дисульфида железа и полимерный сепаратор, пропитанный электролитом, собраны в рулон.
Один конечный участок токоотвода анода 4 зафиксирован на ленте анода 1 сварным соединением и закрыт изолирующей лентой 7, а противоположный конечный участок токоотвода анода 4 зафиксирован на корпусе элемента 5 сварным соединением. Один конечный участок токоотвода катода 6 зафиксирован на ленте катода 2 сварным соединением и закрыт изолирующей лентой (поз.на фигурах не обозначено), выполненной аналогично изолирующей ленты 7, а противоположный конечный участок токоотвода катода 6 зафиксирован сварным соединением на оправе мембраны крышки 10. Крышка элемента состоит из уплотнительного кольца 12, которое фиксирует: оправу мембраны крышки 10, с запрессованными в нее предохранительным клапаном, выполненным в виде мембраны из полипропиленовой пленки, армированной фольгой 8 и прокладкой 9; предохранитель 11; токовывод катода 13. Рулон, собранный из ленточного катода 2, ленточного анода 1 и полимерного сепаратора 3, пропитанного электролитом, отделен от корпуса элемента 5 нижней изолирующей прокладкой 14 и от крышки верхней изолирующй прокладкой 15. Конструкция цилиндрического элемента электрохимической системы литий-дисульфид железа зафиксирована термоусадочной пленкой 16.
Цилиндрический элемент электрохимической системы литий-дисульфид железа работает следующим образом. Элемент подключают к цепи питания потребителя, после чего между ленточным литиевым анодом 1 и ленточным катодом 2 из дисульфида железа начинает протекать ток за счет анодного растворения лития и катодного восстановления дисульфида железа. Этот ток протекает через корпус элемента 5, оправу мембраны крышки 10, предохранитель 11 и токовывод катода 13. Соединение токоотвода катода 6 с оправой мембраны 10 сваркой обеспечивает минимальное сопротивление коммутации, что способствует увеличению максимально возможного разрядного тока, а значит мощности элемента. Если разрядный ток вызовет чрезмерный нагрев в месте приваривания, произойдет расширение предохранителя, рост его сопротивления и прерывание контактной цепи токоотвод катода 6 - токовывод катода 13. При чрезмерном повышении давления внутри корпуса элемента 5 происходит разрыв мембраны 8, частичное вытекание электролита, что позволит своевременно удалить элемент из цепи потребителя. Выполнение мембраны 8 из полипропиленовой пленки армированной фольгой препятствует ее разрыву от кратковременных и случайных скачков давления внутри корпуса и позволяет сохранить его работоспособность, чем обеспечивается устойчивость к внутренним механическим воздействиям. Побочные коррозионные процессы на границе токоотводы катода 6 - дисульфид железа ленточного катода 2 подавляются изолирующей лентой. Аналогично подавляются и побочные коррозионные процессы на границе токоотводы анода 4 - литий ленточного анода 1. Герметичность элемента, определяющая его срок службы, обеспечивается уплотнительным кольцом 12. Уплотнительное кольцо 12 в совокупности с термоусадочной пленкой 16 обеспечивает также устойчивость конструкции элемента к механическим воздействиям, направленным на нарушение герметичности. Верхняя изолирующая прокладка 15 и нижняя изолирующая прокладка 14 предотвращает короткое замыкания ленточного катода 2 и ленточного анода 1 при прижатии торца рулона к оправе мембраны 10. Таким образом, в процессе работы элемента прослеживается достижение технического результата, а именно повышение устойчивости элемента к внутренним и внешним механическим нагрузкам.