Электрохимическое устройство
ELECTROCHEMICAL DEVICE

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердотельным электрохимическим источникам тока, например аккумуляторным батареям и батареям двойнослойных конденсаторов - суперконденсаторов.
Из уровня техники известно электрохимическое устройство, содержащее корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона (см. патент RU 140924, кл. H01G 11/12, опубл. 20.05.2014). Недостатками известного устройства являются невозможность поддержания избыточного внутреннего давления и высокие контактные сопротивления входящих в батарею элементов, что повышает внутреннее сопротивление электрохимического источника.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления и сборки, а также повышении КПД устройства. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электрохимическом устройстве, содержащем корпусные элементы и сборный пакет единичных электрохимических элементов, каждый из которых выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон с концевыми катодным и анодным токоотводами, расположенными на противоположных сторонах стопки или рулона, концевые токоотводы электрохимических элементов соединены с плоскими электропроводящими деталями, выходящими за контуры электрохимического элемента, а между указанными деталями расположены электроизоляционные рамки с эластичными краями, образующие замкнутый герметичный контур вокруг каждого электрохимического элемента и выполненные с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Электроизоляционные рамки могут быть выполнены комбинированными из жесткого и эластичного материалов или полностью быть выполнены из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, или S-образную форму. Электроизоляционные рамки могут быть снабжены дополнительными электровыводами, а также клапанами или сапунами, а на их наружной поверхности предпочтительно выполнены крепежные элементы для фиксации корпусных элементов. Корпусные элементы предпочтительно снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого электрохимического устройства;
на фиг. 2 - один из его единичных электрохимических элементов с парой электропроводящих деталей и электроизоляционной рамкой;
на фиг. 3-7 - варианты поперечного сечения полностью эластичной электроизоляционной рамки;
на фиг. 8-9 - варианты поперечного сечения комбинированной электроизоляционной рамки.
Предлагаемое электрохимическое устройство состоит из корпусных элементов (скоб 1 и концевых крышек 2) и сборного пакета единичных электрохимических элементов 3. Крышки 2 снабжены цилиндрическими или тарельчатыми пружинами 4 или упругим элементом в виде заполненной газом эластичной оболочки (на чертежах не показана) для сжатия пакета единичных электрохимических элементов 3. Каждый элемент 3 выполнен в виде двух электродов и двух сепараторов, собранных в стопку или свернутых в плоский рулон (на чертежах не показано) с концевыми катодным и анодным токоотводами 5 на противоположных сторонах. Концевые токоотводы 5 соединены с плоскими электропроводящими деталями 6 в виде пластин, по длине и ширине выходящих за контуры электрохимического элемента 3. Между каждой парой смежных деталей 6 расположена электроизоляционная рамка 7 с эластичными краями 8, образующая замкнутый герметичный контур вокруг элемента 3 и выполненная с возможностью удержания внутреннего давления от 0.01 до 1 МПа. Рамка 7 может быть выполнена комбинированной с центральной жесткой вставкой 9 и эластичными краями 8 или полностью быть выполнена из эластичного материала и в поперечном сечении иметь П-, С-, М-, S-образную или иную форму (см. фиг. 3-7). Для удобства и безопасности эксплуатации рамку 7 снабжают дополнительными электровыводами, а также предохранительными и/или противоаварийными и/или заправочными клапанами или сапунами (на чертежах не показаны). На наружной поверхности рамки 7 выполняют крепежные элементы для фиксации скоб 1.
Предложенная конструкция электрохимического устройства за счет оснащения перемежающимися электропроводящими пластинами и гибкими рамками позволяет воспринимать нагрузки сжатия и поддерживать внутри образованного замкнутого контура избыточное внутреннее давление от 0.01 до 1 МПа, что значительно увеличивает КПД устройства, уменьшает его внутреннее сопротивление и расширяет рабочий интервал температур на 30-40°С. При этом за счет отсутствия специальной коммутации элементов, устройство просто в изготовлении и сборке, имеет уменьшенные массогабаритные характеристики и себестоимость.