Биполярная электрохимическая батарея из пакетированных галетных гальванических элементов

Биполярная электрохимическая батарея из пакетированных галетных гальванических элементов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение было создано при поддержке Правительства США по контракту NAS3-27787, предоставленному Национальным комитетом по аэронавтике и исследованию космического пространства. Правительство США имеет определенные права на предлагаемое изобретение.

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение в целом относится к способам пакетирования и к технологии изготовления электрохимических гальванических элементов и многоэлементных электрохимических батарей. А в частности, предлагаемое изобретение относится к конструкции электрохимических гальванических элементов, пригодных для использования при составлении электрохимических батарей биполярной конструкции из первичных и/или аккумуляторных, т.е. допускающих повторную зарядку гальванических элементов, имеющих высокие характеристики емкости и эффективности. Более конкретно, предлагаемое изобретение относится к электрохимическим гальваническим элементам, в том числе, к конструкции положительных и отрицательных электродов, и к способам изготовления таких гальванических элементов, допускающих возможность их пакетирования с образованием многоэлементной электрохимической батареи.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Многоэлементные электрохимические батареи обычно создаются на основе широкого ассортимента электрохимических систем и часто упаковываются в корпуса цилиндрической или призматической формы. Отдельные гальванические элементы, составляющие батарею, соединены последовательно посредством электропроводных соединительных элементов, в результате чего получается многоэлементная электрохимическая батарея. При таком конструкционном подходе обеспечивается хорошая герметизация отсеков отдельных гальванических элементов и надежная работа батареи. Однако при таком конструкционном решении большая часть массы и объема многоэлементной батареи приходится на конструкцию упаковки, и, тем самым, не обеспечивается полное использование способности аккумулирования энергии активными компонентами гальванического элемента. Для увеличения запаса энергии батареи на единицу массы и объема предпринимаются поиски других конструктивных решений, касающихся упаковки, при которых обеспечивалось бы уменьшение массы и объема, приходящихся на упаковку, при обеспечении устойчивой работы и низкого внутреннего сопротивления электрохимической батареи.

Решение этих задач привело к попытке создания электрохимической конструкции биполярного типа, которая содержит электропроводный биполярный слой, служащий в качестве электрического промежуточного соединительного элемента между соседними гальваническими элементами. В конструкции такого типа направление протекания электрического тока может быть охарактеризовано как перпендикулярное, протекание электрического тока осуществляется от одного гальванического элемента к другому по всей площади гальванического элемента, благодаря чему обеспечивается высокая мощность. Однако для успешного использования электрохимической батареи биполярной конструкции упомянутый биполярный слой должен обладать электропроводностью, достаточной для пропуска электрического тока между гальваническими элементами, химической устойчивостью в окружении гальванических элементов, способностью создания и поддержания хорошего электрического контакта с электродами и быть выполненным с возможностью обеспечения электрической изоляции и герметизации по границам гальванического элемента, так чтобы обеспечивалось содержание электролита в пространстве гальванического элемента. Выполнение этих условий гораздо труднее обеспечить в перезаряжаемых аккумуляторных электрохимических батареях из-за зарядного потенциала, который может вызвать ускоренную коррозию биполярного слоя, и в щелочных аккумуляторных электрохимических батареях из-за ползучего характера используемого в них электролита. Достижение вышеперечисленных характеристик в приемлемом сочетании оказалось очень трудной задачей.

Для обеспечения работы, не требующей обслуживания, желательно, чтобы аккумуляторные батареи имели герметизированную конструкцию. Однако в герметизированных аккумуляторных батареях биполярного типа обычно используются плоские электроды и конструкции с пакетированными гальваническими элементами, которые не приспособлены в достаточной степени для удерживания газов, присутствующих или образующихся в процессе работы гальванического элемента. В конструкции с герметизированными гальваническими элементами происходит газообразование во время зарядки, для устойчивой работы батареи эти газы внутри гальванического элемента должны подвергнуться химической рекомбинации. Для минимизации массы конструкционных элементов, используемых для обеспечения удержания находящихся под давлением газов, батарея должна работать при сравнительно низком давлении. Требование удержания находящихся под давлением газов создает дополнительные проблемы при создании устойчивой биполярной конструкции.

Кроме того, ограничивающим конструктивным фактором ввиду компактного характера конструкции может быть необходимость отвода тепла, образующегося во время нормальной работы батареи. Таким образом, при оптимальной биполярной конструкции должна обеспечиваться возможность отвода тепла, образующегося во время работы батареи.

В патенте США №5393617 раскрываются химический состав электродов, которые могут быть использованы в первичных и аккумуляторных (допускающих повторную зарядку) электрохимических галетных гальванических элементах. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения по указанному патенту, плоский галетный гальванический элемент включает электропроводные внешние слои из наполненного углеродом полимера, которые служат в качестве электродных контактов, а также в качестве защитной оболочки гальванического элемента. Путем пакетирования таких гальванических элементов могут быть получены многоэлементные электрохимические батареи с высокими значениями электродвижущей силы. Электроды особой конструкции и технологии обработки, совместимые с конструкцией галетных гальванических элементов, раскрыты, в частности, для электрохимических батарей никель-металлогидридной системы. При конструкции гальванического элемента и химическом составе электродов, раскрытых в патенте США №5393617, обеспечивается возможность индивидуальной работы такого гальванического элемента, вентилируемого или герметичного, и/или работа таких гальванических элементов в пакетированном наборе при размещении внутри внешнего корпуса батареи.

Вышеупомянутое конструктивное решение, раскрытое в патенте США №5393617, представляет преимущества и доказало свою гибкость с точки зрения создания электрохимических батарей, имеющих разную емкость, электродвижущую силу и химический состав. Однако ученые и инженеры, работающие под руководством представителя данного заявителя, находятся в непрерывном поиске дальнейших усовершенствований конструкции галетного гальванического элемента и батареи из таких элементов, а также способов их изготовления.

Преимущества предлагаемого изобретения и его краткое содержание

Предлагаемое изобретение обеспечивает достижение желаемой выгодной упаковки многоэлементных электрохимических батарей биполярной конструкции и преодоление присущих прежним техническим решениям проблем, связанных с материалами и конструкцией. Хотя материалы конструкции каждого типа гальванических элементов являются особыми для каждого конкретного химического состава батареи, общая биполярная конструкция, раскрываемая здесь, может быть использована для многих типов электрохимических гальванических элементов. В частности, несколько вариантов осуществления предлагаемого изобретения, представленные в примерах, которые будут описаны ниже, относятся к перезаряжаемым гальваническим элементам с никель-металлогидридным химическим составом, но подобные технические решения могут быть в целом применены и к гальваническим элементам с другим химическим составом.

Одно из преимуществ предлагаемого изобретения состоит в создании электрохимической батареи биполярной конструкции, представляющей собой многоэлементную электрохимическую батарею из первичных и/или аккумуляторных (допускающих повторную зарядку) электрохимических элементов, имеющую улучшенные характеристики энергетической емкости при обеспечении устойчивой и эффективной работы, а также долговременной химической и физической устойчивости.

Еще одно преимущество предлагаемого изобретения состоит в создании электрохимической батареи биполярной конструкции, в которой используются электрохимические гальванические элементы плоской формы, имеющие герметизированную конструкцию.

Еще одно преимущество предлагаемого изобретения состоит в создании электрохимической батареи биполярной конструкции, в которой могут быть использованы никель-металлогидридные электроды.

Эти и другие преимущества могут быть достигнуты путем создания электрохимической батареи биполярной конструкции, включающей

пакет из по меньшей мере двух электрохимических гальванических элементов, соединенных последовательно с обеспечением контакта электроположительной поверхности каждого гальванического элемента с электроотрицательной поверхностью соседнего гальванического элемента, при этом каждый гальванический элемент содержит

(a) отрицательный электрод,

(b) положительный электрод,

(c) сепаратор, расположенный между положительным и отрицательным электродами, при этом сепаратор содержит электролит,

(d) первую электропроводную слоистую структуру, содержащую первый внутренний металлический слой и первый внешний полимерный слой, при этом первый внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ к первому металлическому слою, при этом первая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с внешней поверхностью отрицательного электрода, и

(e) вторую электропроводную слоистую структуру, содержащую второй внутренний металлический слой и второй внешний полимерный слой, при этом второй внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ ко второму металлическому слою, при этом вторая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с внешней поверхностью положительного электрода,

при этом первая слоистая структура и вторая слоистая структура герметично соединены по периферии друг с другом с образованием замкнутого объема, в котором размещены положительный и отрицательный электроды, сепаратор и электролит.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к электрохимическому галетному гальваническому элементу, содержащему:

(a) отрицательный электрод,

(b) положительный электрод,

(c) сепаратор, расположенный между положительным и отрицательным электродами, при этом сепаратор содержит электролит,

(d) первую электропроводную слоистую структуру, содержащую первый внутренний металлический слой и первый внешний полимерный слой, при этом первый внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ к первому металлическому слою, при этом первая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с внешней поверхностью отрицательного электрода, и

(e) вторую электропроводную слоистую структуру, содержащую второй внутренний металлический слой и второй внешний полимерный слой, при этом второй внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ ко второму металлическому слою, при этом вторая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с внешней поверхностью положительного электрода,

при этом первая слоистая структура и вторая слоистая структура герметично соединены по периферии друг с другом с образованием замкнутого объема, в котором размещены положительный и отрицательный электроды, сепаратор и электролит.

Кроме того, предлагаемое изобретение относится к конструктивному узлу для удержания содержимого галетного гальванического элемента, содержащему:

(a) первую электропроводную слоистую структуру, содержащую первый внутренний металлический слой и первый внешний полимерный слой, при этом первый внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ к первому металлическому слою, при этом первая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с отрицательным электродом, и

(b) вторую электропроводную слоистую структуру, содержащую второй внутренний металлический слой и второй внешний полимерный слой, при этом второй внешний полимерный слой имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие, через которое открыт доступ ко второму металлическому слою, при этом вторая электропроводная слоистая структура находится в электрическом контакте с положительным электродом,

при этом первая слоистая структура и вторая слоистая структура выполнены с возможностью герметичного соединения по периферии друг с другом с образованием замкнутого объема, в котором может быть размещено содержимое галетного гальванического элемента.

Еще одно преимущество предлагаемого изобретения состоит в увеличенной электропроводности через гальванический элемент и/или через соседние гальванические элементы благодаря низкому сопротивлению, обеспеченному благодаря сквозным отверстиям в слоистых структурах, через которые обеспечен доступ к их металлическим слоям.

Другие преимущества предлагаемого изобретения станут понятными для специалиста соответствующего профиля из последующего подробного описания раскрываемых электрохимических батарей биполярной структуры и способов изготовления таких электрохимических батарей биполярной структуры, а также галетных гальванических элементов, используемых в таких батареях.

Краткое описание прилагаемых чертежей

На фиг.1 схематично показан общий вид галетного гальванического элемента по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.2А показан участок галетного гальванического элемента по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, вид сбоку.

На фиг.2В показан галетный гальванический элемент по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, в разрезе.

На фиг.3 показан многоэлементный пакет галетных гальванических элементов по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.4 в аксонометрии показан внешний вид многоэлементного пакета галетных гальванических элементов по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения, заключенный во внешний корпус батареи.

На фиг.5 графически показано изменение напряжения гальванического элемента по предлагаемому изобретению при различных значениях разрядного тока.

На фиг.6 графически показано изменение напряжения гальванического элемента, в сравнении с гальваническим элементом по предлагаемому изобретению, при различных значениях разрядного тока.

На фиг.7 графически показано изменение напряжения гальванического элемента, сравниваемого с гальваническим элементом по предлагаемому изобретению, при различных скоростях.

На фиг.8 приведены графики, характеризующие изменение напряжения во времени (испытание на срок службы) для гальванического элемента по предлагаемому изобретению.

На фиг.9 графически показано изменение напряжения гальванического элемента по предлагаемому изобретению при различных значениях разрядного тока.

На фиг.10 графически показано изменение напряжения в зарядно-разрядном цикле для батареи из гальванических элементов по предлагаемому изобретению.

Подробное описание предлагаемого изобретения

Следует заметить, что, хотя назначение нижеследующего описания вариантов осуществления предлагаемого изобретения состоит в предоставлении среднему специалисту соответствующего профиля подробных инструкций, позволяющих ему осуществить предлагаемое изобретение, все же, объем предлагаемого изобретения не ограничен рамками конкретных деталей описываемого далее продукта или процесса.

Являющаяся предметом предлагаемого изобретения электрохимическая батарея биполярной конструкции прежде всего связана с изготовлением электрохимического галетного гальванического элемента 1. На фиг.1 и 2В схематично показаны иллюстративные варианты осуществления электрохимического галетного гальванического элемента 1, который содержит отрицательный электрод 2 и положительный электрод 3. При этом с помощью сепаратора 4 обеспечено недопущение вступления отрицательного и положительного электродов в непосредственный физический контакт друг с другом, и отрицательный и положительный электроды расположены между двумя внешними слоями: первой электропроводной слоистой структурой 5 и второй электропроводной слоистой структурой 6, которые находятся в электрическом контакте с отрицательным электродом 2 и положительным электродом 3 соответственно. Как можно видеть на фиг.1 и 2В, вариант осуществления предлагаемого изобретения включает электрохимический гальванический элемент 1, у которого отрицательный электрод 2, положительный электрод 3, сепаратор 4, расположенный между этими электродами, и две внешних электропроводных структуры 5 и 6 имеют практически плоскую форму, и каждый из вышеперечисленных конструкционных элементов находится в плотном физическом контакте с соседним конструкционным элементом, благодаря чему получена представляющая собой преимущество конструкция тонкого галетного электрохимического гальванического элемента.

В качестве отрицательного электрода 2 в галетном гальваническом элементе по предлагаемому изобретению может быть использован любой отрицательный электрод, известный в данной отрасли. Например, отрицательный электрод 2 может быть выполнен из материала, выбранного из следующего перечня: кадмий, железо, водород, цинк, серебро, гидрид металла, литий, свинец, литиевоугольный материал, например уголь, содержащий литиевый материал, а также смеси этих материалов. Кроме того, в качестве материала для отрицательного электрода 2 могут быть использованы следующие вещества: гидриды никеля, гидриды железа, гидрид лития, гидриды меди, а также смеси этих веществ. В другом варианте осуществления предлагаемого изобретения отрицательный электрод 2 выполнен из связанного порошка металлогидридного сплава, способного электрохимически и обратимо удерживать водород. В число таких подходящих для использования в галетном гальваническом элементе по предлагаемому изобретению отрицательных электродов входят электроды, изготовленные из материалов, раскрытых в следующих патентах США (этот перечень не имеет исчерпывающего характера): №№4487817, 4728586, 5552243, 5698342 и 5393617. В частности, в число подходящих сплавов могут входить, например, сплавы, известные под названием мишметаллогидридных сплавов, которые могут состоять из гидридобразующих металлов, таких как Mn Ni_3,5Со_0,7Al_0,83, типа АВ₅ или композиций AB₂.

В качестве положительного электрода 3 в галетном гальваническом элементе по предлагаемому изобретению также может быть использован любой положительный электрод, известный в данной отрасли, в том числе так называемый электрод никелевого типа, или, проще говоря, никелевый электрод. Активным компонентом никелевого электрода является гидроокись никеля, примеры никелевых электродов раскрываются в патенте США №5393617, патенте Германии №491498 и патенте Великобритании №917291. Положительный электрод 3 может представлять собой, например, синтерированный, связанный пластиком или клееный пенный никелевый электрод. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения положительный электрод 3 может быть выполнен из другого, чем окись или гидроокись никеля, материала, как раскрывается в вышеперечисленных патентах. К числу материалов, подходящих для изготовления положительного электрода 3, относятся также следующие вещества (этот перечень не имеет исчерпывающего характера): кислород, никель, литий, марганец, медь, кобальт, серебро, окись или гидроокись марганца, окись или гидроокись меди, окись или гидроокись ртути, окись или гидроокись серебра, окись или гидроокись магния, окись или гидроокись лития (в том числе электроды, используемые в литиевых аккумуляторных батареях), а также комбинации этих материалов. В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения отрицательный электрод 2 и положительный электрод 3 имеют плоскую форму и выполнены в соответствии с указаниями патента США №5393617 или патента США №5552242.

Отрицательный электрод 2 и положительный электрод 3 могут включать также токосъемники, предназначенные для прохождения электрического тока между соседними гальваническими элементами. Необходимости в таких токосъемниках может не быть, потому что путь прохождения электрического тока между соседними гальваническими элементами относительно короток, а площадь физического и электрического контакта по отношению к общей площади непосредственно соседних участков велика. Кроме того, электроды обычно имеют достаточную электропроводность для того, чтобы была возможна работа гальванических элементов без токосъемников, которые увеличивали бы массу гальванического элемента и делали бы его конструкцию более сложной.

Непосредственный физический контакт между отрицательным электродом 2 и положительным электродом 3 может быть предотвращен с помощью сепаратора 4, который выполнен с простиранием за пределы краев отрицательного электрода 2 и положительного электрода 3, как это можно видеть на фиг.1 и 2В. Сепаратор 4 обычно выполнен из волокон синтетической смолы, например из полиамидных или полипропиленовых волокон. Кроме того, сепаратор 4 может быть выполнен также, в числе прочего, из неорганических слоистых материалов или из любого другого материала для сепаратора, известного среднему специалисту соответствующего профиля. Сепаратор 4 является плоским по форме и имеет пористую структуру, обеспечивающую возможность впитывания и удерживания электролита во внутреннем пространстве гальванического элемента 1 по одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

В гальванических элементах щелочного типа электролит обычно представляет собой водный раствор одной или более гидроокисей щелочных металлов, таких как гидроокись лития, гидроокись натрия и гидроокись калия. В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения сепаратор 4 содержит два слоя нетканого полиолифина, а электролит представляет собой щелочной раствор. В другом варианте осуществления никель-металлогидридной электрохимической системы щелочной раствор представляет собой смесь гидроокиси калия и гидроокиси лития.

Отрицательный электрод 2, положительный электрод 3 и сепаратор 4 могут быть заключены внутри галетного гальванического элемента 1 с помощью первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй электропроводной слоистой структуры 6, что, как было определено заявителем, является преимуществом относительно предшествующего уровня техники. Как можно видеть на фиг.1 и 2В, первая электропроводная слоистая структура 5 и вторая электропроводная слоистая структура 6 равны между собой по размерам и расположены друг напротив друга. Первая электропроводная слоистая структура 5 содержит первый внутренний металлический слой 7 и первый внешний полимерный слой 8. Упомянутый первый полимерный слой 8, как это можно видеть на фиг.2А, имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие 10, с помощью которого обеспечен доступ к первому внутреннему металлическому слою 7 и участок электрического контакта для прохождения электрического тока через гальванический элемент 1. Сходным образом, вторая электропроводная слоистая структура 6 содержит второй внутренний металлический слой 7а и второй внешний полимерный слой 8а. Упомянутый второй полимерный слой 8а также имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие 10а, с помощью которого обеспечен доступ ко второму внутреннему металлическому слою 7а, и участок электрического контакта для прохождения электрического тока через гальванический элемент 1. Сквозные отверстия 10 и 10а могут по расположению быть выровнены друг относительно друга с целью обеспечения оптимальной проводимости между соседними гальваническими элементами, как показано на фиг.3.

Первый внутренний металлический слой 7 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внутренний металлический слой 7а второй электропроводной слоистой структуры 6 могут быть выполнены из любого металлического материала и могут иметь различные форму и размеры. Например, первый внутренний металлический слой 7 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внутренний металлический слой 7а второй электропроводной слоистой структуры 6 могут быть выполнены из тонкой металлической фольги, совпадающими по размерам с отрицательным электродом 2 и положительным электродом 3 соответственно, и выровнены по расположению с соответствующим электродом, как это можно видеть на фиг.1, 2В и 3. Может быть использовано также несколько слоев. В число материалов, подходящих для изготовления первого внутреннего металлического слоя 7 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второго внутреннего металлического слоя 7а второй электропроводной слоистой структуры 6, входят следующие металлические материалы (этот перечень не имеет исчерпывающего характера): медь, алюминий, сталь, серебро, никель, а также смеси этих материалов, в том числе материалы с металлическим покрытием, хорошо известные специалистам соответствующей отрасли. Толщина фольги может быть такой, насколько это практически возможно, например, в зависимости от технических условий и требований к их соблюдению, толщина фольги может находиться в диапазоне от приблизительно 7,62 мкм (приблизительно 0,0003 дюйма) до приблизительно 127 мкм (приблизительно 0,005 дюйма).

Для того, чтобы увеличить электрический контакт, между первым внутренним металлическим слоем 7 первой электропроводной слоистой структуры 5 и отрицательным электродом 2 и между вторым внутренним металлическим слоем 7а второй электропроводной слоистой структуры 6 и положительным электродом 3 может быть нанесена электропроводная паста или электропроводное вяжущее вещество, такое как электропроводная эпоксидная смола, или другой подходящий материал, хорошо известный специалистам соответствующего профиля. Толщина такого промежуточного слоя из электропроводного вяжущего вещества может составлять от 12,7 мкм (0,0005 дюйма) до 25,4 мкм (0,001 дюйма).

Первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 могут быть выполнены из любого подходящего полимерного материала, включая такие материалы, как: нейлон, полипропилен, полиэтилен, полисульфон, поливинилхлорид (этот перечень не имеет исчерпывающего характера), а также смеси этих материалов. Нет необходимости в том, чтобы полимерные материалы, из которых выполнены первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 были электропроводными. Преимущество этого признака состоит в том, что выбор материала для первого внешнего полимерного слоя 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второго внешнего полимерного слоя 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 не ограничивается требованием электропроводности. В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 представляют собой полипропиленовую пленку толщиной от приблизительно 25,4 мкм (приблизительно 0,001 дюйма) до приблизительно 76,2 мкм (приблизительно 0,005 дюйма). Первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 должны допускать термосварку и проявлять химическую устойчивость в среде гальванического элемента 1.

Для получения первой электропроводной слоистой структуры 5 первый внешний полимерный слой 8 может быть прикреплен к первому внутреннему металлическому слою 7 с использованием любого подходящего механизма герметизирующего прикрепления, создающего, тем самым, межфазную герметизированную поверхность раздела 9. Сходным образом, для получения второй электропроводной слоистой структуры 6 второй внешний полимерный слой 8а может быть прикреплен ко второму внутреннему металлическому слою 7а с использованием любого подходящего механизма герметизирующего прикрепления, создающего, тем самым, межфазную герметизированную поверхность раздела 9а. К числу подходящих механизмов такого герметизирующего прикрепления относятся, например, использование таких клеящих веществ, как битум, гудрон, неопрен, каучук, эпоксидная смола, цемент (этот перечень не имеет исчерпывающего характера), а также комбинации этих веществ.

В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения потенциальная утечка электролита из гальванического элемента 1 может происходить по пути вдоль межфазной герметизированной поверхности раздела 9 и вдоль межфазной герметизированной поверхности раздела 9а, между первым внутренним металлическим слоем 7 и первым внешним полимерным слоем 8 и между вторым внутренним металлическим слоем 7а и вторым внешним полимерным слоем 8а вокруг краев первого внутреннего металлического слоя 7 и второго внутреннего металлического слоя 7а к ближайшему сквозному отверстию 10 или 10а соответственно. Для обеспечения эффективной герметизации вокруг краев сквозных отверстий может быть нанесен подходящий контактный материал, например цементирующее вещество, который был бы химически устойчивым в среде электролита гальванического элемента 1, при этом толщина слоя такого контактного материала может составлять от приблизительно 7,62 мкм (приблизительно 0,0003 дюйма) до приблизительно 25,4 мкм (приблизительно 0,001 дюйма), так чтобы было обеспечено достаточное покрытие межфазной поверхности раздела и предотвращение, тем самым, всякой потенциальной утечки. К числу подходящих контактных цементирующих веществ относятся такие вещества, как битум, гудрон, неопрен, каучук, эпоксидная смола, цемент (этот перечень не имеет исчерпывающего характера), а также комбинации этих веществ.

Для того чтобы была обеспечена возможность размещения отрицательного электрода 2, положительного электрода 3, расположенного между ними сепаратора 4 и электролита внутри галетного гальванического элемента 1, первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 и второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 должны иметь большую физическую площадь, чем соответственно отрицательный электрод 2 и положительный электрод 3 и перекрывать соответствующий электрод по всему периметру, как это можно видеть на фиг.1 и 2В. Кроме того, первый внешний полимерный слой 8 первой электропроводной слоистой структуры 5 выполнен с простиранием за пределы первого внутреннего металлического слоя 7 первой электропроводной слоистой структуры 5, а второй внешний полимерный слой 8а второй электропроводной слоистой структуры 6 выполнен с простиранием за пределы второго внутреннего металлического слоя 7а второй электропроводной слоистой структуры 6, и эти первый и второй внешние полимерные слои 8 и 8а прикреплены друг к другу с образованием герметизированного соединения по периметру галетного гальванического элемента 1, что составляет преимущество рассматриваемого варианта осуществления предлагаемого изобретения. Такие герметичные соединения по периметру, которые могут образовывать спаи 11 полимера с полимером, могут быть осуществлены с использованием любой подходящей известной технологии, в том числе с помощью таких технологий, как (этот перечень не имеет исчерпывающего характера) термосварка, склеивание с помощью цементирующего вещества или материала-заполнителя, связывающегося с материалом внешних полимерных слоев 8 и 8а. Этим обеспечивается положительный результат с точки зрения герметизации содержимого галетного гальванического элемента 1.

Закрытый галетный гальванический элемент 1 может быть герметизирован полностью, или же может быть выполнено одно или более вентиляционных отверстий или один или более клапанов декомпрессии для стравливания избыточного давления, возникающего в процессе зарядки. Для сосуда, находящегося под давлением, плоская конструкция гальванического элемента не является физически оптимальной, поэтому в варианте с вентилируемой конструкцией может быть особенно полезным использование сплавов гидридов, которые работают при атмосферном давлении. Если же конструкция галетного гальванического элемента 1 полностью герметизирована, то преимущество может представлять техническое решение, электрохимически ограниченное вместимостью положительного электрода. При этом техническом решении в конце цикла зарядки около положительного электрода имеет место образование газообразного кислорода, перед тем как будет полностью использована способность гидридного электрода вмещать водород. Кислород, образующийся около положительного электрода, может мигрировать к отрицательному гидридному электроду, и при этом может происходить его химическая рекомбинация с водородом, содержащимся в гидридном электроде, благодаря чему обеспечивается предотвращение возникновения избыточного давления. Эта химическая рекомбинация кислорода и водорода в настоящем описании дальше будет называться реакцией рекомбинации кислорода. С этой точки зрения для нас может представлять интерес патент США №5393617, в котором раскрывается, в частности, средство для увеличения миграции газообразного кислорода к отрицательному электроду и средство для стимулирования эффективной химической рекомбинации кислорода с водородом у поверхности гидридного электрода.

Среднему специалисту соответствующего профиля должно быть понятно, что галетный гальванический элемент 1 может быть изготовлен в сухом состоянии и снабжен отверстием для заполнения, выполненным в первой электропроводной слоистой структуре 5 или второй электропроводной слоистой структуре 6, через которое может быть осуществлено вакуумное заполнение галетного гальванического элемента 1 или его заполнение под давлением, после чего отверстие для заполнения может быть заделано с помощью подходящих средств. При такой технологии воздух из гальванического элемента может быть удален, если он там имеется, через это отверстие для заполнения путем вакуумного отсоса, а под действием разности давлений электролит заполнит поры электродов и сепаратора. В альтернативном варианте осуществления предлагаемого изобретения перед осуществлением герметизации галетного гальванического элемента 1 по периметру, как это было описано выше, отрицательный электрод 2, положительный электрод 3 и сепаратор 4 могут быть подвергнуты предварительному увлажнению или предварительному смачиванию с помощью взятого в надлежащем количестве электролита. Объем электролита, который может быть введен в гальванический элемент, может составлять, например, от 60% до 90% от объема пор электродов и сепараторов.

В одном из вариантов осуществления предлагаемого изобретения первая электропроводная слоистая структура 5 находится в электрическом контакте с внешней поверхностью отрицательного электрода 2 через посредство по меньшей мере одного сквозного отверстия 10, как это можно видеть на фиг.1 и 2В. Сходным образом, вторая электропроводная слоистая структура 6 находится в электрическом контакте с внешней поверхностью п