BG113746A

BG113746A - Акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия

Info

Publication number: BG113746A
Application number: BG113746A
Authority: BG
Inventors: Валентин Терзиев; Николов Терзиев Валентин; Борислав Абрашев; Игнатов Абрашев Борислав
Original assignee: Институт по електрохимия и енергийни системи "Академик Евгени Будевски" на БАН
Priority date: 2023-07-13
Filing date: 2023-07-13
Publication date: 2025-01-31
Also published as: BG67765B1

Abstract

Изобретението се отнася до акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия с приложение в областта на съхранение на енергия от възобновяеми енергийни източници и нейното отдаване при необходимост. Задачата на изобретението е да бъде предложена алтернатива на използваните в момента акумулаторни системи за стационарно съхранение/отдаване на енергия.

Description

Акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия

Област на техниката

Изобретението се отнася до акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия с приложение в областта на съхранение на енергия от възобновяеми енергийни източници и нейното отдаване при необходимост. Задачата на изобретението е да бъде предложена алтернатива на използваните в момента акумулаторни системи за стационарно съхранение и последващо отдаване на акумулираната енергия.

Предшестващо състояние на техниката

Принципът на работа на метал-хидрид/въз душната батерия е следният: при разряд електродвижещата сила се поражда от отделените електрони във външната верига от метал-хидридния електрод. Тези електрони се получават при излизането на водородните катиони от кристалната решетка на метал-хидридната сплав. Отделените водородни катиони съответно се свързват с хидроксилни аниони, получени от каталитичното разпадане на кислород, извършващо се от газ-дифузионния електрод. При зареждане на батерията имаме обратният процес: водородни атоми влизат в структурата на метал-хидридната сплав, изграждаща електрода, а на газ-дифузионния електрод се извършва процес на каталитично отделяне на кислород. В литературата този тип батерии са известни и като хибридни такива, защото използват газ-дифузионен електрод от горивните клетки и метал-хидриден електрод от никел/металхидридните батерии, т.е. те съчетават част от предимствата на тези две електрохимични системи. Като се замества тежкият и заемащ голямо пространство никелов електрод от никел/метал-хидридната батерия с многократно по-лекия и по-малко обемист газ-дифузионен електрод, се постига по-висока ефективност на съхранение на енергия от едно и също количество метал-хидридна сплав (нарастват обемната и гравиметричната плътност на енергията). Тези акумулаторни батерии притежават редица преимущества - висока специфична енергия, висок капацитет, ниска цена, достъпност и екологичност на изходните материали, а също така и добре разработени в индустриален мащаб методи за рециклиране на металхидридни електроди.

Газ-дифузионният електрод е с практически неограничен капацитет, което е неговото основно предимство пред останалите видове електроди. Капацитетът му се лимитира от метал-хидридния електрод. От своя страна метал-хидридният електрод е най-стабилният и безопасен електрод при работа в силно алкален електролит, което го прави атрактивен за внедряване в акумулаторни алкални батерии. Метал-хидридната сплав, която изгражда метал-хидридния електрод в предлаганото от нас изобретение е от типа ABs. Този тип сплав е предпочетен поради побързото си активиране, по-дългия си експлоатационен живот при циклиране, широката си достъпност и ниска цена. Газ-дифузионните електроди в батерията са обратими, т.е. работят при циклично повтарящи се заряд/разряд на батерията.

В публикация S. Gamburcev et All. “Development of a novel metal hydride-air secondary battery” е описана конструкция на металхидри д/въз душна акумулаторна батерия. Посоченото разстояние между газ-дифузионния и метал-хидридния електрод е 4 cm. Целта на разстоянието между електродите е да се избегне вредното влияние на хидропероксидните аниони - НОг' върху газ-дифузионния електрод по време на разряд. Това голямо разстояние намалява значително енергийната плътност на батерията, поради увеличения й обем, а оттам и нейната маса (повишава се количеството на електролита в междуелектродното пространство, обема и теглото на самата батерия). Всичко това води до значително намаление на плътността на съхраняваната енергия.

Този проблем се избягва при предлаганата в настоящото изобретение акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия.

В публикация Т. Sakai et All. “Air-Metal Hydride Battery Construction and Evaluation” също е описана такъв тип батерия. В нейното описание е показано, че за защитата на газ-дифузионния електрод от вече посочените аниони, се използва сепаратор от нетъкана вълна.

В предлаганата от нас конструкция не се използва сепаратор, който да усложнява самото изработване на батерията, и по-важното да повишава допълнително вътрешното съпротивление на батерията и по този начин да влошава нейните енергийни показатели.

В публикация D. Chartouni Et All. “Air-metal hydride secondary battery with long cycle life” също е описана батерия метал-хидрид/въздух и нейните показатели са задоволителни. Те обаче са постигнати с използването на обдухване на газ-дифузионните електроди с въздух или чист кислород. Това се прави с цел повишаване на количеството кислород достигащ до каталитичната му повърхност. Също така се използва и принудителна циркулация на електролита. Целта на тази циркулация е защита на газ-дифузионния електрод от разрушаващите го йони. Като се пресметне енергията използвана за обдухване и циркулация, тези задоволителни показатели значително намаляват.

При предлаганата от нас акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия защитата на газ-дифузионния електрод се осъществява от самата конструкция на батерията без необходимост от допълнителни методи за предпазване.

В презентация на Kumar Bugga et All “Rechargeable Metal Hydride-Air Battery for EV and Stationary Applications” е описана конструкция на металхидрид/въздушна батерия, която е не само за стационарно приложение, но и за мобилно приложение. В тази батерия се използва модификация на метал-хидридни сплави от предлагания от нас тип- АВ5. Тези сплави са некомерсиални (труднодостъпни и скъпи). Също така, поради пространственото разположение на електродите, се налага използване на принудителна циркулация на електролита и отново се използва сепаратор.

При предлаганата от нас акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия се използват комерсиални метал-хидридни сплави от тип АВ5, не се използва принудителна циркулация на електролита и не се използва сепаратор.

В патент US201389592 частично е защитена конструкция на металвъздушна батерия с триизмерна електродна решетка от множество планарни (пластинчати) цинкови (Zn) електроди, в които има разположени отвори, подредени в успоредна ориентация, през които минават тубуларни (пръчковидни) газ-дифузионни електроди. Пространството между Znелектродите е запълнено с алкален електролит (5 М КОН). В описаните специфични изпълнения цинковите електроди са с еднакви или различни размери, а тубуларните газ-дифузионни са с еднакъв или различен радиус от двете срещуположни страни. Изпълнението на описаната метал въздушна батерия би било много затруднено поради това, че изработването на тубуларни газ-дифузионни електроди е многократно посложен, а също тъка и по-скъп процес от този на планарните (особено на тубуларни електроди с различен диаметър в двата края). Също така, конструирането на самата клетка (основно поради спецификата на силно алкалния електролит) е трудно за практическо изпълнение инженерно решение.

В патент US10615393 е разкрита конструкция на биполярна оловнокиселинна батерия. Въпреки, че отчасти предлаганата от нас конструкция на акумулаторна батерия наподобява основната структура на биполярната, то има няколко основни разлики. Метал-хидридните електроди (анодите) са разположени перпендикулярно спрямо газ-дифузионните електроди (катодите), отделните електроди са пространствено разделени един от друг и не се използва(т) сепаратор(и).

В патент WO9321664 се разкрива метод и устройство за съхраняване и производство на електрическа енергия в електрохимична клетка, където катодът е порест въздушен електрод, а анодът е метален хидрид. Съгласно изобретението, в порестия въздушен електрод се образува свръхналягане по време на зареждането, като споменатото налягане предотвратява образуването на водородни мехурчета върху метал-хидридният електрод Свръхналягането остава на желаното ниво, тъй като порите на въздушния електрод са толкова малки, че повърхностното напрежение на електролитния разтвор, проникващ в порите, запечатва порестия въздушен електрод. Това е постигнато с използването на трети електрод (наречен помощен) по време на заряд. Триелектродните конструкции на батерии се характеризират с по-ниска енергийна плътност (заради повишеното тегло) и усложнен режим на заряд/разряд. Също така, при разряд на батерията се използва обдухване на батерията с въздух, като целта е нейното охлаждане, при което въздухът при разряд минава през СОз филтър. Това също са фактори, усложняващи и оскъпяващи изработването на тази клетка.

В патент WO2013161253 се разкрива метално-въздушна батерия, включваща отрицателен електрод, електролитен слой и положителен електрод, разположени концентрично в посочения ред, радиално навън от централната ос, а външната периферна повърхност на положителния електрод е обградена от репелент за течен слой. Отблъскващият течността слой включва сравнително високоякостен неорганичен порест материал, който има непрекъсната пореста структура, и базирана на флуор пореста част, образувана чрез сливане на базирани на флуор частици една към друга. Базираната на флуор пореста част е слята с неорганичния порест материал в порите на и върху външната повърхност на неорганичния порест материал. В специфично изпълнение е посочено, че и двата вида електроди на метал-въздушната батерия са тубуларни, което както вече беше споменато, води до усложняване изработването на батерията (особено по отношение на газ-дифузионния електрод). В допълнение, конструкцията има по малка теоретична енергийна плътност от призматичната конструкция.

В патент BG67378 са разкрити безвъглеродни газ- дифузионни електроди за вторични металовъздушни батерии и методи за тяхното производство. Безвъглеродните газ-дифузионни електроди се състоят от метален цинков анод, въздушен газ-дифузионен електрод и електролит (калиева основа и цинков оксид). Газ-дифузионните електроди са изградени от газ-дифузионен слой, каталитичен слой и токовод. Газдифузионните електроди се изготвят от свободни от въглерод материализеолит или оксиди от перовскитен тип, например лантаново стронциево кобалтов ферит LaSrCoFeO3 и/ или лантаново стронциев манганит LaSrMnO3. Газ-дифузионните електроди са само елемент от конструкцията на една акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия, но могат да бъдат използвани различни видове газ-дифузионни електроди.

В патент US10153528 е защитена конструкция на батерия металхидрид/въздух. Освен метал-хидридни електроди като активен материал, за разлика от предлаганата от нас конструкция, тук се използват два различни електрода. Единият се използва при заряд на батерията, а другият при разряд, което усложнява управлението на процеса на заряд/разряд на батерията. Друга разлика е, че и тук се налага използването на сепаратор (анион проводима мембрана), върху който директно е разположен газ-дифузионният електрод. Това се налага заради самата конструкция на батерията, при която също като в предните примери и двата вида електроди са разположени хоризонтално един спрямо друг. Също така посочените метал-хидридни сплави, използвани за направата на метал-хидридните електроди, са специфични (некомерсиални) което е фактор оскъпяващ крайния продукт.

С предлаганото от нас перпендикулярно разположение на двата вида електроди, се преодолява основният недостатък на описаните дотук конструкции на метал-хидрид/въздушни батерии, а именно: избягва се почти напълно влиянието на корозивни йони върху двата вида електроди в процеса на работа, а това е съществен проблем на този тип батерии. От тук следва, че:

1. използването на сепаратори (или мембрани) не е необходимо;

2. и/или принудителната циркулация на електролит също не е необходима.

Липсата на сепаратор (мембрана) води до намаляване на вътрешното съпротивление, увеличаване на разрядното и намаляване на зарядното напрежение, като по този начин се повишават енергийните показатели на батерията. При избягване на обдухване и/или принудителна циркулация на електролита се намалява цената на съхраняваната енергия и се опростява конструкцията на батерията. Друго предимство е използването на лесно достъпни и евтини комерсиални метал-хидридни сплави от вече посочения тип, въпреки че са с около 25-30% по-ниски разрядни капацитети от посочените в предшестващото състояние на техниката. Друго голямо предимство пред останалите батерии от този тип предлагани досега е, че в по-малък обем се събира по-голямо количество активна маса, а от там се повишават гравиметричните и обемни енергийни показатели на батерията.

Техническа същност на изобретението

Задачата на настоящото изобретение е акумулаторна металхидрид/въздушна батерия. Целта е в тази батерия да се избегнат недостатъците на вече предложените подобни батерии. Това се постига от нас с промяна на пространственото разположение на електродите в батерията. Структурата е изградена по следния начин: метал-хидридните електроди са наредени успоредно в камера с размери 10 cm ширина, 20 cm дължина и 20 cm височина, и на равно разстояние един от друг, с пространствени разделители (3) между тях, като за ефективната работа на акумулаторната батерия техният брой трябва да е от 10 до 20. Те се разполагат перпендикулярно на два еднакви по площ газ-дифузионни електрода, които са също така и две от срещуположните страни на батерията. Тези газ-дифузионни електроди са еднакви по състав и структура. Конкретните състав, структура и дебелина не са определящите за ефективността на работа на батерията, а е необходимо те да са обратими (да работят еднакво ефективно при заряд/разряд на акумулаторната батерия), всеки един от тях да издържа на средни и/или високи токови натоварвания при заряд/разряд > ± 50 mA/cm², а също така да са с дълъг експлоатационен живот (сходен с този на метал-хидридните електроди).

В единия случай газ-дифузионните електроди са разположени върху външната страна на две камери. Тези две камери са прикрепени към камерата с метал-хидридните електроди, като откъм вътрешната страна на всяка от тях има светъл отвор, с площ, равна на двата срещуположни светли отвора върху страната на камерата откъм метал-хидридните електроди и по този начин се осъществява връзката между двата вида електроди по време на работният режим. При този вариант на конструкцията газ-дифузионните електроди са осем пъти по-големи по площ от всеки един отделен метал-хидриден електрод, като целта е металхидридните електроди, които са активната маса на батерията, да може да се зареждат и разреждат при максималните токови натоварвания, допустими за тях. Също така, този вариант на изпълнение на изобретението позволява разполагането на максимално количество металхидридни електроди спрямо пространството на камерата, в която са разположени, и спрямо тях да се разположат два газ-дифузионни електрода със средна издръжливост на токови натоварвания > ± 50 mA/cm².

Двата газ-дифузионни електрода са с размери 42 cm ширина и 42 cm дължина или 22 cm ширина и 22 cm дължина. Те са свързани чрез клема към единия от тях, с проводник, като в другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод в единия полюс на батерията. Метал-хидридните електроди имат клеми, които са свързани успоредно с проводник, като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Проводникът, който свързва и двата вида електроди представлява меден кабел със сечение 2 cm².

При другия вариант на конструкцията се използва същият брой металхидридни електроди, съответно и със същият капацитет, но без използването на камери за газ-дифузионните електроди. При този вариант на изпълнение на изобретението, двата електрода са залепени към двата светли отвора на камерата съдържаща метал-хидридните електроди и са два пъти по-големи по площ от всеки един отделен метал-хидриден електрод. Това е възможно при положение, че се използват газдифузионни електроди, издържащи на високи токови натоварвания > ± 200 mA/cm². Двата газ-дифузионни електрода са с размери 22 cm ширина и 22 cm дължина или 11 cm ширина и 21 cm височина; метал-хидридните електроди имат клеми, които са свързани успоредно с проводник. Единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Проводниците, които свързват и двата вида електроди представляват меден кабел със сечение 2 2 спг.

Кой от двата варианта ще бъде предпочетен, се определя от това каква ще бъде последователността на свързване на отделните батерии в батерийния комплект, в който ще работят в режим на стационарно съхранение на електроенергия и наличното пространство, в което ще се разполага той. Другият фактор, който трябва да се отчита при избора на вариант, е себестойността на използвания газ-дифузионен електрод, т.е. по-високата издръжливост на токови натоварвания води и до нарастване на неговата цена и съответно до оскъпяване на акумулаторната батерия. Това се дължи на факта, че в по-добре работещите газ-дифузионни електроди се използват и по-скъпи катализатори.

Камерата/камерите представляват корпусът на батерията. Той може да е изграден от материал издържащ на работа в силно алкална среда, като за предпочитане е да е полимер за олекотяване на батерията, например поливинил хлорид, полиетилен гликол, полиетилен терефталат, метил метакрилат и др. Дебелината на стените на корпуса на батерията е стандартен за такъв вид корпуси (стени) на батерия - 0,4 cm, като материалът за изготвяне не е от значение.

Дебелината на всеки един метал-хидриден електрод е необходимо да е в границите 0,4-0,6 cm.

Метал-хидридните електроди имат размери: 10 cm ширина и 20 cm дължина във всички примерни изпълнения на изобретението.

Разстоянието между метал-хидридните електроди в зависимост от дебелината им е 0,4-0,6 cm и е запълнено с електролит, който е необходимо да бъде концентриран разтвор на калиева или натриева основа (> 29 wt %). Количеството на метал-хидридната сплав в метал-хидридните електроди е в границите 400-1000 g, което определя номинален капацитет на батерията 120-300 Ah.

Метал-хидридните електроди са изградени основно от комерсиална сплав използвана за производство на такъв тип електроди (тип-ABs) за никел/метал-хидридни батерии (90-95%) и малко количество помощни вещества, избрани от групата, съдържаща PTFE, сажди и въглеродни нанотръби (5-10%). Помощните вещества са слепващи и електропроводими. Първите осигуряват механичния интегритет на електрода т.е. връзка м/у частиците на метал-хидридната сплав и токовода, а вторите подпомагат електрическия контакт между тези частици. Като слепващи вещества се ползват такива, които са резистентни към използвания силно алкален електролит - политетрафлуоретилен (PTFE) или негови производни. Електрическият контакт се осъществява най-често от въглеродни материали с голяма площ - сажди, въглеродни нанотръби, графит, карбонил никел и др. Посочените сплави са предпочетени поради издръжливостта си на заряд/разрядно циклиране в силно алкален електролит, бързата си кинетика, продължително запазване на капацитета си и не на последно място: ниската си цена. Както беше споменато в Предшестващото състояние на техниката, предлаганата от нас акумулаторна батерия до известна степен може да се нарече хибридна и поради тази причина предлагаме използването на този тип широко използвани и почти изцяло изучени сплави за метал-хидридния електрод. Тези сплави най-често се предлагат с капацитет в граници 280-320 mAh/g (например Lao.9Ceo.1Ni5, Еа№з.зСо|.оА1о.зМпо.4, Lao.9Sio.1Ni5, LaNi4.8Sno.2 и ДР·)·

На фиг. 1, 3 и 2, 4 са показани примери за двата варианта на конструкцията на акумулаторната батерия с и без камера и с 20 или 10 метал-хидридни електрода. Те представляват схематично напречен разрез на различните варианти на предлаганата от нас конструкция. Свързването на определен брой такива батерии в батериен комплект (пакет), дава възможност да се получи компактна, екологична, продължително време работеща и безопасна система за съхранение на енергия. Тази система е една възможна алтернатива на сега използваните батерийни комплекти изградени от тежките и токсични оловни или скъпите и недостатъчно безопасни (за стационарно съхранение) литиеви акумулаторни батерии.

Пояснения към фигурите

Фигурите представляват схематично показан напречен разрез на предлаганата конструкция за акумулаторна батерия, като съдържат следните позиции:

(1) Газ-дифузионен електрод.

(2) Метал-хидриден електрод.

(3) Пространствен разделител.

(4) Изходяща клема на метал-хидриден електрод.

(5) Меден проводник, свързващ успоредно метал-хидридните електроди, като на края се намира единият полюс на батерията.

(6) Меден проводник, свързващ успоредно двата срещуположни газдифузионни електроди.

(7) Край на връзката между двата газ-дифузионни електрода и съответно другия полюс на батерията.

(8) Междуелектродно пространство запълнено с електролит.

(9) Камера на газ-дифузионен електрод.

(10) Корпус (кутия) на батерията.

(11) Клема към единия газ-дифузионен електрод, към която е свързан проводник, който го свързва с противоположния му.

(12) Камера съдържаща метал-хидридните електроди.

(13) Ръб на камерите от страната на газ-дифузионния електрод, към който той се залепя.

Примерно изпълнение на изобретението

Пример 1.

Към две от по-големите срещуположни страни на паралелепипед, представляващ камерата 12 с метал-хидридните електроди 2 със стени с размери: 10 cm ширина, 20 cm дължина и 20 cm височина (фиг. 1), се 10 разполагат две еднакви по размер камери 9 като от външната им страна са залепени два газ-дифузионни електрода 1. Размерът на всеки един газдифузионен електрод 1 е 42 cm ширина и 42 cm дължина и те представляват външна стена на камерата 12. Работната площ на електрода 1 е 1600 cm². Останалата площ на електрода 1 по целият му ръб 13 (164 cm²) служи за залепването му към перпендикулярно разположено продължение на камерата 9, което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm. Дебелината на този ръб 13 е колкото дебелината на кутията 10 - 0,4 cm. Обемът на всяка една от камерите 9, към които са залепени тези електроди, е 3200 cm³. Светлият отвор на камерата 12 от страната на паралелепипеда (камерата 12 с метал-хидридните електроди 2), към който са залепени двете срещуположни камери 9 е с размери: 20 cm ширина и 20 cm височина. Газ-дифузионните електроди 1 са обратими, с дълъг експлоатационен живот и издържат токово натоварване > ± 50 mA/cm² при заряд/разряд на батерията. Двата газ-дифузионни електрода 1 са свързани с клема 11 към единия от тях, а клемата 11 е свързана с проводник 6, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като в другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод 1 в единия полюс на батерията 7. Корпусът 10 (кутията) на батерията е изграден от поливинил хлорид. Перпендикулярно спрямо тях и на равно разстояние един от друг в обема на паралелепипеда, се разполагат 20 метал-хидридни електрода 2, към тях са свързани клеми 4, свързани успоредно с проводник 5, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Размерът на всеки един от тези електроди 2 е: 10 cm ширина и 20 cm височина. Между метал-хидридните електроди 2 се поставят пространствени разделители 3 с цел предотвратяване допира помежду им и фиксиране на еднаквото разстояние между всеки един от тях. Метал-хидридният електрод 2 е изработен от Lao.9Ceo.1Ni5 с капацитет 280 mAh/g, при количество 90%, 5% PTFE, 5% въглеродни нанотръби. Дебелината на всеки един металхидриден електрод 2 е 0,4 cm. Разстоянието 8 между метал-хидридните електроди 2, е 0,6 cm и е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на калиева основа (> 29 wt %). При това примерно изпълнение на предлаганото от нас изобретение, количеството на метал-хидридната сплав е 1000 g, което определя номинален капацитет на батерията 280 Ah.

Пример 2

Към светлия отвор на две от по-големите срещуположни страни на паралелепипед, който е камерата 12 с метал-хидридните електроди 2 със стени с размери: 10 cm ширина, 22 cm дължина и 22 cm височина (фиг. 2), са залепени два газ-дифузионни електрода 1. Размерът на всеки един газдифузионен електрод 1 е 22 cm ширина и 22 cm дължина. Работната площ на електрода 1 е 400 cm². Останалата площ на електрода 1, по целия му ръб 13 (164 cm²), служи за залепването му към перпендикулярно разположено продължение на камерата 12, което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm. Дебелината на този ръб 13 е колкото дебелината на кутията 10 - 0,4 cm. Светлите отвори на камерата 12 (камерата 12 с метал-хидридните електроди), са с размери: 20 cm ширина и 20 cm височина. Газ-дифузионните електроди 1 са обратими, с дълъг експлоатационен живот и издържат токово натоварване > ± 200 mA/cm²при заряд/разряд на батерията. Дебелината им не е определяща за работата на предложената от нас конструкция на батерия. Двата газ-дифузионни електрода 1 са свързани с клема 11 към единия от тях, свързана с проводник 6, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод 1 в единия полюс на батерията 7. Корпусът 10 (кутията) на батерията е изграден от полиетилен гликол. Перпендикулярно спрямо тях и на равно разстояние един от друг в обема на паралелепипеда се разполагат 20 метал-хидридни електрода 2, към тях са свързани клеми 4 и тези клеми са свързани успоредно с проводник 5, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Размерът на всеки един от тези електроди 2 е: 10 cm ширина и 20 cm височина. Между метал-хидридните електроди 2 се поставят пространствени разделители 3 с цел предотвратяване допира помежду им и фиксиране на еднаквото разстояние между всеки един от тях. Метал-хидридният електрод 2 е изработен от LaNiyjCoi.oAloj Мп₀.4 с капацитет 310 mAh/g, при количество 95%, 2% PTFE, 3% сажди. Дебелината на всеки един метал-хидриден електрод 2 е 0,6 cm. Разстоянието 8 между метал-хидридните електроди 2 е 0,4 cm и е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на натриева основа (> 29 wt %). При това примерно изпълнение на предлаганото от нас изобретение, количеството на метал-хидридната сплав е 800 g, което определя номинален капацитет на батерията 248 Ah.

Пример 3

Към две от по-големите срещуположни страни на паралелепипед, който е камерата 12 с метал-хидридните електроди 2, със стени с размери: 10 cm ширина, 10 cm дължина и 20 cm височина (фиг. 3) се разполагат две еднакви по размер камери 9 като от външната им страна са залепени два газ-дифузионни електрода 1. Размерът на всеки един газ-дифузионен електрод 1 е 22 cm ширина и 22 cm дължина и те представляват външна стена на камерата 12. Светлият отвор на камерата 12 от страната на паралелепипеда (камерата 12 с метал-хидридните електроди 2), към който са залепени двете срещуположни камери 9, е с размери: 10 cm ширина и 20 cm височина. Работната площ на електрода 1 е 800 cm². Останалата площ на електрода 1 по целия му ръб 13 (164 cm²) служи за залепването му към перпендикулярно разположено продължение на камерата 12, което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm. Дебелината на този ръб 13 е колкото дебелината на кутията 10 - 0,4 cm. Обемът на всяка една от камерите 9, към които са залепени тези електроди 1, е 1600 cm³. Светлият отвор на камерата 12 от страната на паралелепипеда е с размери: 10 cm ширина и 10 cm дължина. Газ-дифузионните електроди 1 са обратими, с дълъг експлоатационен живот и издържат токово натоварване > ± 50 mA/cm² при заряд/разряд на батерията. Двата газ-дифузионни електрода 1 са свързани с клема 11 към единия от тях, а клемата 11 е свързана с проводник 6, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като в другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод 1 в единия полюс на батерията 7. Корпусът 10 (кутията) на батерията е изграден от полиетилен терефталат. Перпендикулярно спрямо тях и на равно разстояние един от друг в обема на паралелепипеда се разполагат 10 метал-хидридни електрода 2, към тях са свързани клеми 4 и тези клеми 4 са свързани успоредно с проводник 5, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Размерът на всеки един от тези електроди 2 е: 10 cm ширина и 20 cm височина. Между метал-хидридните електроди 2 се поставят пространствени разделители 3 с цел предотвратяване допира помежду им и фиксиране на еднаквото разстояние между всеки един от тях. Метал-хидридният електрод 2 е изработен от Lao.9Sio.1Ni5 с капацитет 320 mAh/g, при количество 90%, 5% PTFE, 5% въглеродни нанотръби. Дебелината на всеки един метал-хидриден електрод 2 е 0,4 cm. Разстоянието 8 между метал-хидридните електроди 2 е 0,6 cm и е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на калиева основа (> 29 wt %). При това примерно изпълнение на предлаганото от нас изобретение, количеството на метал-хидридната сплав е 500 g, което определя номинален капацитет на батерията 160 Ah.

Пример 4

Към светлия отвор на две от по-големите срещуположни страни на паралелепипед, който е камерата 12 с метал-хидридните електроди 2 със стени с размери: 12 cm ширина, 10 cm дължина и 22 cm височина (фиг. 2) са залепени два газ-дифузионни електрода 1. Размерът на всеки един газдифузионен електрод 1 е 11 cm ширина и 21 cm височина. Работната площ на електрода 1 е 200 cm². Светлите отвори на камера 12 (камера 12 с метал-хидридните електроди), са с размери: 10 cm ширина и 20 cm височина. Останалата площ на електрода 1 по целият му ръб 13 (164 cm²) служи за залепването му към перпендикулярно разположено продължение на камерата 12, което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm. Дебелината на този ръб 13 е колкото дебелината на кутията 10 - 0,4 cm. Газ-дифузионните електроди 1 са обратими, с дълъг експлоатационен живот и издържат токово натоварване > ± 200 mA/cm² при заряд/разряд на батерията. Дебелината им не е определяща за работата на предложената от нас конструкция на батерия. Двата газ-дифузионни електрода 1 са свързани с клема 11 към единия от тях, свързана с проводник 6, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод 1 в единия полюс на батерията 7. Корпусът 10 (кутията) на батерията е изграден от полиметил метакрилат. Перпендикулярно спрямо тях и на равно разстояние един от друг в обема на паралелепипеда се разполагат 10 метал-хидридни електрода 2, към тях са свързани клеми 4 и тези клеми са свързани успоредно с проводник 5, който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията. Размерът на всеки един от тези електроди 2 е: 10 cm ширина и 20 cm височина. Между метал-хидридните електроди 2 се поставят пространствени разделители 3 с цел предотвратяване допира помежду им и фиксиране на еднаквото разстояние между всеки един от тях. Металхидридният електрод 2 е изработен от LaNiisSniu с капацитет 290 mAh/g, при количество 95%, 2% PTFE, 3% сажди. Дебелината на всеки един метал-хидриден електрод 2 е в границите 0,6 cm. Пространството 8 между метал хидридните електроди 2 е 0,4 cm и е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на натриева основа (> 29 wt %). При това примерно изпълнение на предлаганото от нас изобретение количеството на метал-хидридната сплав е 400 g, което определя номинален капацитет на батерията 116 Ah.

Claims

1. Акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия съдържаща газдифузионни (1) и метал-хидридни електроди (2), изработени от сплави тип-АВ₅, поместени в корпус (10), при което в между електродното пространство (8) има електролит, характеризираща се с това, че метал-хидридните електроди (2), на брой от 10 до 20, са наредени успоредно в камера (12) с размери 10 cm ширина, 20 cm дължина и 20 cm височина, и на равно разстояние един от друг, с пространствени разделители (3) между тях, при което метал-хидридните електроди (2) се разполагат перпендикулярно на два, еднакви по площ, състав и структура, газ-дифузионни електрода (1), които са разположени върху външната страна на две камери (9), които са прикрепени към камерата (12), газ-дифузионните електроди (1) са залепени с ръб (13) към перпендикулярно разположено продължение на камерата (9), което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm, дебелината на този ръб (13) е колкото дебелината на кутията (10)- 0,4 cm; откъм вътрешната страна на всяка от камерите (9) има светъл отвор, с размери: ширината е сумата от дебелината на всичките метал-хиридните електроди (2) и ширината на между електродно пространство (8) между всеки един от тях и височината е височината на метал-хидриден електрод (2), газдифузионните електроди (1) са осем пъти по-големи по площ от всеки един отделен метал-хидриден електрод (2), газ-дифузионните електроди (1) са обратими, всеки един от тях е предвиден за средни и/или високи токови натоварвания при заряд/разряд > ± 50 mA/cm², а също така те са с експлоатационен живот, сходен с този на металхидридните електроди (2); двата газ-дифузионни електрода (1) са с размери 42 cm ширина и 42 cm дължина или 22 cm ширина и 22 cm дължина, и те са свързани чрез клема (11) към единия от тях, с проводник (6), който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като в другия му край се свързва със срещуположния му газдифузионен електрод (1) в единия полюс на батерията (7); металхидридните електроди (2) имат клеми (4), които са свързани успоредно с проводник (5), който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията; корпусът (10) е изработен от полимер, избран от групата, съдържаща поливинил хлорид, полиетилен гликол, полиетилен терефталат, метил метакрилат с дебелина на стените 0,4 cm; металхидридните електроди (2) са изградени основно от комерсиална сплав,тип-АВ₅ за никел/метал-хидридни батерии (90-95%) и помощни вещества, избрани от групата, съдържаща PTFE, сажди и въглеродни нанотръби (5-10%), с капацитет в граници 280-320 mAh/g, избрани от групата, съдържаща Lao.9Ceo.1Ni5, ЕаК1з.зСо1.оА1о.зМпо.4, Lao.9Sio.1Ni5, LaNi^sSno.a, дебелината на всеки един метал-хидриден електрод (2) е в границите 0,4-0,6 cm, техните размери са 10 cm ширина и 20 cm височина, разстоянието между метал-хидридните електроди, в зависимост от дебелината им, е 0,40,6 cm; междуелектродното пространство (8) е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на калиева или натриева основа (> 29 wt %); количеството на метал-хидридната сплав в метал-хидридните електроди (2) е в границите 400-1000 g, съответно при номинален капацитет на батерията 120-300 Ah.

2. Акумулаторна метал-хидрид/въздушна батерия съдържаща газдифузионни (1) и метал-хидридни електроди (2), изработени от сплави тип-АВ₅, поместени в корпус (10), при което в междуелектродното пространство (8) има електролит, характеризираща се с това, че метал-хидридните електроди (2), на брой от 10 до 20, са наредени успоредно в камера (12) и на равно разстояние един от друг, и са разположени перпендикулярно на два, еднакви по площ, състав и структура, газ-дифузионни електрода (1), които са залепени към двата светли отвора на камерата (12), газдифузионните електроди (1) са залепени с ръб (13) към перпендикулярно разположено продължение на камерата (9), което е по цялата нейна обиколка и е с ширина 1 cm, дебелината на този ръб (13) е колкото дебелината на кутията (10) - 0,4 cm; газдифузионните електроди (1) са два пъти по-големи по площ от всеки един отделен метал-хидриден електрод (2), газ-дифузионните електроди (1) са обратими, всеки един от тях е предвиден за високи токови натоварвания при заряд/разряд > ± 200 mA/cm², а също така са с експлоатационен живот, сходен с този на метал-хидридните електроди (2); двата газ-дифузионни електрода (1) са с размери 22 cm ширина и 22 cm височина или 11 cm ширина и 21 cm височина, те са свързани чрез клема (11) към единия от тях, с проводник (6), който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като в другия му край се свързва със срещуположния му газ-дифузионен електрод (1) в единия полюс на батерията (7); метал-хидридните електроди (2) имат клеми (4), които са свързани успоредно с проводник (5), който представлява меден кабел със сечение 2 cm², като единият край на тази връзка е другият полюс на батерията; корпусът (10) е изработен от полимер, избран от групата, съдържаща поливинил хлорид, полиетилен гликол, полиетилен терефталат, метил метакрилат с дебелина на стените 0,4 cm; метал-хидридните електроди са изградени основно от комерсиална сплав,тип-ABs за никел/металхидридни батерии (90-95%) и помощни вещества, избрани от групата, съдържаща PTFE, сажди и въглеродни нанотръби (5-10%), с капацитет в граници 280-320 mAh/g, избрани от групата, съдържаща Lao.9Ceo.1Ni5, LaNi3.3C01.oAlo.3Mno.4, Lao.9Sio.1Ni5, LaNi4.sSno.2, дебелината на всеки един метал-хидриден електрод (2) е в границите 0,4-0,6 cm, техните размери са 10 cm ширина и 20 cm височина, разстоянието между метал-хидридните електроди в зависимост от дебелината им е 0,4-0,6 cm; междуелектродното пространство (8) е запълнено с електролит, който е концентриран разтвор на калиева или натриева основа (> 29 wt %); количеството на метал-хидридната сплав в метал-хидридните електроди е в границите 400-1000 g, съответно при номинален капацитет на батерията 120-300 Ah.