Спосіб виготовлення електрохімічного або гальванічного елемента

1. Спосіб виготовлення електрохімічного або гальванічного елемента, що має ряд електрохімічних компонентів, з'єднаних у набір, який відрізняється тим, що передбачає застосування першого компонента, сформованого з пластичного полімерного матеріалу, з щонайменше одним по суті безперервним пазом, що має заглиблення шириною w і глибиною h, застосування другого компонента з щонайменше одним по суті безперервним подовженим виступом шириною більше w i висотою менше h, притискання першого і другого компонентів один до одного для створення загального герметичного з'єднання між подовженим виступом другого компонента і заглибленням першого компонента, причому герметичність з'єднання забезпечується щільним контактом між сторонами подовженого виступ у і заглибленням, з'єднання ряду перших і других компонентів для утворення набору. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що незбіг ширини w заглибленням паза у першому ком C2 (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО АБО ГАЛЬВАНІЧНОГО ЕЛЕМЕНТА 42856 іі) кожний складовий шар набору має бути точно позиціонований відносно суміжного компонента; ііі) сукупність електродів, мембран і сіток накладених одне на одного має залишатись непорушною під час формування набору і герметизації його компонентів. Деякі мембрани можуть бути схильні до розриву, зморщування, складання або проколювання і/або можуть бути дуже чутливими до парціального тиску води. Відоме герметичне з'єднання, яке утворено стисненням металевого листа між язиком і пазом, які знаходяться один проти одного на суміжних рамках. Стискання листа здійснюється засобами для стиснення елементів у набір. Герметичність між рамками підтримується стисканням металевого листа [1]. Нами розроблено поліпшений спосіб виготовлення електрохімічного елемента, що має ряд електрохімічних компонентів, з'єднаних у набір, який для точного встановлення, герметизації і закріплення передбачає єдину процедуру герметизації. Згідно з винаходом, спосіб виготовлення електрохімічного або гальванічного елемента, що має ряд електрохімічних компонентів, з'єднаних у набір, передбачає: і) застосування першого компонента, сформованого з пластичного полімерного матеріала з щонайменше однією по суті безперервним пазом, який утворює заглиблення шириною w і глибиною h; іі) застосування другого компонента з щонайменше одним по суті безперервним подовженим виступом шириною більше w і висотою менше h; iii) притискання першого і другого компонентів один до одного для створення загального герметичного з'єднання між подовженим виступом другого компонента і заглибленням першого компонента, причому герметичність з'єднання забезпечується щільністю контакту між сторонами подовженого виступ у і заглиблення; iv) з'єднання ряду перших і других компонентів для утворення набору. Спосіб згідно з винаходом передбачає формування першого компонента з пластичного полімерного матеріалу, щоб при стисканні першого і другого компонентів розподіл деформації забезпечив потрібну герметичність між цими компонентами. Для виготовлення першого компонента придатні матеріали, здатні витримувати тривале розтягуюче напруження і здатні до локальної деформації стиснення без руйнування, зокрема, такі напівкристалічні полімери, як різні марки поліетилену, поліпропілену і суміші їх співполімерів, ацеталь, нейлон, поліетилен-терефталат, полівнілфторид, полівінілхлорид, політетрафторетилен, фторований співполімер етилен-пропілену, поліфторамід, хлорований поліоксиметилен та ін. Для надання потрібної форми першому компоненту ці полімери можна піддавати обробці машиною, формувати прискуванням, відливати під тиском або формувати іншими способами. Другий компонент можна, але не обов'язково, виготовляти з пластичного полімера, наприклад, такого ж, як для першого компонента. Крім цього, для виготовлення другого компонента можна використовувати інші матеріали, менш стійкі до три валого розтягування, наприклад, матеріали, які вміщують велику кількість наповнювачів, придатних для виготовлення першого компонента. Можуть також використовуватися і такі некристалічні полімери, як полістирол, поліметилметакрилат і полікарбонат. Слід зауважити, що др угий компонент може бути металевим електродом, або компонентом, виготовленим з вуглецю, титану або кераміки. У бажаному втіленні винаходу безперервне по суті заглиблення у першому компоненті має стінки, перпендикулярні або по суті перпендикулярні до площини першого компонента, а безперервний по суті подовжений виступ другого компонента має стінки, перпендикулярні або по суті перпендикулярні до площини другого компонента. Зрозуміло, що система герметизації згідно з винаходом може працювати у будь-якому положенні, залежно від орієнтації компонентів, що мають бути з'єднані. Хоча бажаними є перпендикулярні або по суті перпендикулярні герметичні з'єднання, кути до 45° у разі необхідності теж припустимі. Хоча згідно з винаходом бажано, щоб герметичне з'єднання мало по суті постійну форму поперечного перетину по усій довжині, цей перетин у разі необхідності може бути змінним. Зрозуміло, що таким способом з'єднують ряд компонентів електрохімічного гальванічного елемента. Відповідно, коли перший і другий компоненти формують з полімера, другий компонент не тільки має мати по суті безперервний подовжений виступ з першої поверхні, але й мати щонайменше один по суті безперервне заглиблення на другій поверхні, необхідне для з'єднання з подальшим компонентом. Слід відзначити, що будь-який компонент з заглибленням, навіть якщо він має також виступ, має бути вироблений з пластичного матеріалу. Якщо другий компонент виготовлено з непластичного матеріалу, наприклад, металу, цей ряд компонентів необхідно з'єднувати у інший спосіб. У цьому випадку другий компонент матиме подовжені виступи на обох поверхнях і має з'єднуватись з подальшим компонентом, що має відповідний паз і виготовлений з пластичного матеріалу. Після того, як перший і другий компоненти з'єднано, стінки подовженого виступу і відповідного заглиблення, контактуючи, створюють один у одному напруження, звичайно від 10 до 100 мН/м 2, достатнє для забезпечення герметичного прилягання одного до одного. Форми виступ у та заглиблення разом з досягнутою герметичністю приляганням забезпечують підтримування цього напруження на рівні звичайно від 1 до 10 мН/м 2, яке є достатнім для забезпечення герметичності з'єднання при типових тисках у електролітичних елементах, що дорівнюють від 10 до 1000 кН/м 2. Рівень взаємодії і форми виступу і заглиблення залежать від властивостей матеріалів, з яких вони виготовлені, від допусків і чистоти поверхні, а також від вимог до складання і розбирання. Зрозуміло, що для підтримання цілісності набору елементів, у яких створено внутрішній тиск, можуть бути використані пластини і зтягуючі стрижні. Деформації, що виникають внаслідок нестикування, мають бути достатніми, щоб змінити форму поверхонь, що входять у зчеплення, згідно з нерівностями. Взагалі рівень нестикування ширини w 2 42856 заглиблення у першому компоненті з шириною подовженого виступ у у другому компоненті має бути таким, щоб викликати пружну деформацію від 0,1 до 20%, більш бажано від 3 до 5% у матеріалі герметизуючих поверхонь. В той час, як ширина виступу у другому компоненті перевищує ширину w відповідного заглиблення у першому компоненті, забезпечуючи цим напружене зчеплення їх поверхонь, для інших частин цих компонент ситуація зворотна. Важливо, щоб ці інші суміжні частини були розвантажені, а напружений контакт між цими компонентами був обмежений їх поверхнями. Таким чином, глибина заглиблення перевищує висоту виступу, а вхідна ширина заглиблення перевищує ширину виступу поблизу його основи. Збільшення вхідної ширини заглиблення і зменшення радіуса виступу також захищають герметизуючі поверхні від пошкоджень під час складання і полегшують цей процес. Герметичне з'єднання згідно з винаходом, таким чином, забезпечується контактом стінок подовженого виступу з стінками заглиблення і не потребує скріплювання набору для створення і підтримування герметичності. Отже, зусилля, що створюють герметичність, згідно з винаходом, перпендикулярні силам, стискаючим набір електрохімічних елементів. Форма дна, однак, має відповідати формі виступу, щоб зберегти форму заглиблення і рівень сил, що виникають внаслідок контакту між компонентами. Крім того, матеріал першого компонента, який оточує заглиблення, також має задовольняти цій вимозі. Звичайно цей матеріал має бути суцільним на відстані не менше глибини заглиблення. Перший компонент може мати кілька отворів, а другий - таку ж кількість відповідних подовжених виступів, і, таким чином, зчеплення забезпечується у кількох місцях. З іншого боку, перший компонент може бути з'єднаний з більш, ніж одним другим компонентом, і, отже, кількість отворів у першому компоненті дорівнюватиме кількості виступів у др угому компоненті. Кілька електрохімічних компонентів можуть бути з'єднані, утворюючи субмодуль набору, який може містити 10 або більше елементів. У такій конструкції мембрани і інші компоненти елементу не зазнають надмірних напружень. Такі субмодулі досить міцні і при формуванні набору можуть використовуватись як окремі одиниці. Для побудови повного модуля кілька субмодулів набору можна з'єднати разом звичайними способами або використати спосіб згідно з винаходом. Наприклад, можна з'єднати 10 субмодулів і одержати повний модуль, який матиме у складі до 100 елементів; можливе з'єднання навіть більшої кількості субмодулів для побудови повного модуля з більш, як 100 елементами. Спосіб згідно з винаходом робить виготовлення елементів відносно легким, забезпечує дотримання допусків, вимагає мінімуму обладнання, операцій і забезпечує мінімальну вартість. Важливо відзначити, що, оскільки герметичне з'єднання між першим і другим компонентами створюється механічними засобами, цей спосіб герметизації можна використовувати при з'єднуванні компонентів, вироблених з різних полімерів, включаючи не придатні для зварювання, яке застосовувалось у існуючих способах. Перевагою способу згідно з винаходом є також те, що компоненти можуть бути розібрані для пошуку і усунення пошкоджень, наприклад, мембрани або електрода, можливо, не пов'язаних з герметизацією. Зокрема, спосіб згідно з винаходом можна використовувати для з'єднання рамки електрохімічного компонента з електродами навіть тоді, коли матеріали рамки і електродів не можна з'єднувати зварюванням. У подальшому детальному описі винаходу використовуються креслення, де: фіг. 1 містить поперечний перетин частин першого і другого компонентів перед зчепленням; фіг. 2 містить поперечний перетин частин першого і другого компонентів після зчеплення; фіг. 3 містить поперечний перетин електрохімічного елемента, побудованого способом згідно з винаходом; фіг. 4 і 5 містять поперечні перетини частин першого і другого компонентів перед зчепленням. Зображений на фіг. 1, 2 перший компонент 1, сформований з термопластичного матеріалу, наприклад, поліетилену високої щільності, має борозку 2 шириною w и глибиною h. Другий компонент 3 має виступ 4. З відносних розмірів виступу 4 і заглиблення 2 можна бачити, що ширина виступу перевищує w, а його висота менша за h. Компоненти 1, 3 стисканням зчеплено разом, причому виступ 4 утиснено у заглиблення 2, який зазнав деформації, достатньої для розміщення у ньому виступу 4. Вертикальні стінки заглиблення 2 і виступу 4 (позначені S, S' на фіг. 2) забезпечують герметичність з'єднання двох частин. На фіг. 2 зображено перетин окисно-відновної рідинної батареї 5. Батарея має набір з 12 біполярних електродів 6, які мають електричні з'єднання 7, 8 на кінцях набору. Біполярні електроди відокремлено один від одного катіонообмінними мембранами 9 і кожен з них з'єднаний з ізолюючою рамкою 10, що утримує потік. У наборі кожну рамку 10 герметично з'єднано з суміжною у спосіб згідно з фіг. 1, 2. Подовжені виступи 4 безперервно або по суті безперервно проходять уздовж периметра рамок 10. Ці виступи утиснутої у відповідні безперервні або по суті безперервні пази суміжної рамки. Електроди 6 закріплено на рамках 10 у будь-який придатний спосіб (не показано). Електроліти А, В заповнюють порожнини, утворені переміжними боками біполярних електродів 6 і мембранами 9. Засоби спрямовування потоків не показані. Окисно-відновна рідинна батарея має пластини 11, 12, профільовані таким чином, що вони можуть бути герметично закріплені на верхній і нижній рамках набору відповідно. Для збереження цілісності елемента з внутрішнім тиском може виявитись необхідним застосувати зтягуючі стрижні і кінцеві плати (не показані). Перший компонент (зображений з збільшенням 10Х на фіг. 4) сформовано з термопластичного матеріалу, наприклад, поліетилену високої щільності. Цей компонент має заглиблення 2 висотою, що відповідає h. Стінки заглиблення мають 3 42856 невеликий схил у середину, який починається у точці Х стінки. У точці X, з якої починається схил внутрішньої стінки, заглиблення має ширину w=2,614 мм, а ширина w' заглиблення у точці закінчення схилу дорівнює 2,358 мм. Другий компонент (зображений з збільшенням 10Х на фіг. 5), сформований з поліетилену, має виступ 4. Цей виступ має висоту H, меншу за висоту h заглиблення 2 фіг. 4. Найбільша шири на W виступу дорівнює 2,512 і перевищує ширину w' заглиблення 2. Компоненти 1, 3 з'єднано стисненням, причому виступ 4 під тиском увійшов у заглиблення 2, який зазнав достатньої для цього деформації. У конструкції на фіг. 4, 5 зона герметичності між компонентами 1, 3 досить мала, що зумовлює невеликий рівень зусиль, що при цьому виникають, і це полегшує складання і обслуговування. Фіг. 1 Фіг. 2 4 42856 Фіг. 3 Фіг. 4 Фіг. 5 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5