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Bleiakkumulator
Die üblichen Bleiakkumulatoren sind bekanntlich mit zwei Nachteilen behaftet, welche trotz vieler Anstrengungen bisher nicht beseitigt werden konnten. Erstens tritt eine Sulfatierung der Platten auf, wenn der Akkumulator unter eine gewisse Grenze entladen wird oder wenn er durch einen langen Zeitraum ausser Gebrauch steht, und zweitens haben diese Akkumulatoren hohes Gewicht, das insbesondere bei der Verwendung von Akkumulatorbatterien für elektrisch betriebene Fahrzeuge ungünstig ist.
Von den zahlreichen Versuchen, die Bleiakkumulatoren zu verbessern, sei der Zusatz von verschiedenen Metallen zu den Elektroden oder zu den aktiven Elektrodenpasten genannt, wofür u. a. auch metallisches Zink oder Kadmium vorgeschlagen wurden (vgl. Deutsche Patentschrift Nr. 320. 096). Nach einem anderen Vorschlag soll in Verbindung mit einer vollständig durchamalgamierten Kathodenplatte ein Elektrolyt verwendet werden, der ein Metallsulfat, z. B. Zinksulfat, enthält (vgl. schweizerische Patentschrift Nr. 199.574).
Gemäss der Erfindung enthält die bei einem Bleiakkumulator mit nicht amalgamierten Platten als Elektrolyt verwendete Schwefelsäure Zinkoder Kadmiumsulfat. Wie später noch genauer beschrieben wird, wirkt die Gegenwart dieser Salze im Elektrolyten im Sinne einer Verhinderung der Sulfatierung, auch wenn der Akkumulator vollständig entladen, z. B. kurzgeschlossen und während längerer Zeit in diesem Zustand aufbewahrt wird. Ausserdem wird die Ladekapazität des Akkumulators erhöht bzw. kann der Akkumulator bei gleicher Ladekapazität mit geringerem
Gewicht ausgeführt werden.
Die vorstehend erwähnte, bekannte Akku- mulatorausbildung mit durchamalgierter Katho- denplatte und einem Metallsulfat im Elektro- lyten hat den Nachteil, dass die Kathodenplatten schon nach kurzer Zeit Quecksilbertröpfchen ab- scheiden und dadurch porös werden, worunter die mechanische Festigkeit leidet. Dieser über- stand tritt insbesondere bei transportablen An- lagen hervor, four welche anderseits die Erhöhung der Kapazität son besonderer Bedeutung ist.
Der Vorteil einer Erhöhung der Kapazität des bekanntel Akkumulators wird also durch die Verringerung seiner Lebensdauer praktisch wieder aufgehoben. Ein Akkumulator gemäss der Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass bei grosser Lebensdauer die Sulfatisierung verhindert und die Kapazität erhöht ist.
Die Kapazitätserhöhung beträgt beim Akkumulator gemäss der Erfindung im Vergleich zu normalen Bleiakkumulatoren bei gleicher Entladungszeit mindestens 40-50%, bei gleicher Entladestromstärke mindestens 60-65%.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in der Fig. l Entladungskurven eines normalen Bleiakkumulators \. nd die Fig. 2 und 3 Entladungskurven von Bleiakkumulatoren gemäss der Erfindung darstellen.
Fig. l zeigt vier Entladungskurven (elektromotorische Kraft in Volt als Funktion der Entladungszeit in Stunden) eines üblichen Bleiakkumulators mit einer Kapazität von 13 Ah bei
10 Stunden Entladezeit. Die Kurven 1-4 gelten für konstante Entladestromstärken von 1-35 A,
EMI1.1
Bei diesem Akkumulator muss die Entladung zur Vermeidung einer Sulfatierung unterbrochen werden, sobald die elektromotorische Kraft auf ungefähr unter 1-7 Volt abgesunken ist.
Fig. 2 zeigt die Entladungskurve desselben Akkumulators, wenn sein Elektrolyt gemäss der Erfindung zusammengesetzt ist. Die Entladung wurde bis zu 0-1 Volt bei einem konstanten Strom von 1-7 A fortgesetzt.
In Fig. 3 sind die der Fig. 1 entsprechenden Entladungskurven für einen Akkumulator gemäss der Erfindung dargestellt. Durch das Fehlen der Sulfatierung ist hiebei eine Entladung unter 1. 7 Volt möglich und wegen der Reversibilität der elektrochemischen Reaktion und der Erhöhung der Dichte des Elektrolyts (Anfangsentladungsdichte 39 Bé) kann die Entladung erheblich verlängert werden, so dass die Kapazität (in Amperestunden) und die Leistung (in Wattstunden) erhöht sind.
Es wurde ferner festgestellt, dass ein Akkumulator gemäss der Erfindung im Anschluss an eine in der beschriebenen Weise erfolgte Entladung nach einer gewissen Ruheperiode einer zweiten, ergänzenden Entladung unterzogen werden kann, wie dies im Diagramm der Fig. 3 rechts dargestellt ist.
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Das Zink- oder Kadmiumsulfat wird beim Akkumulator gemäss der Erfindung dem Elektrolyten und gegebenenfalls auch der Kathodenplatte einverleibt. Selbstverständlich ist die Einverleibung dieser Salze in die Platten nur während der Herstellung der letzteren möglich. Die Platten werden hiebei mit den üblichen Pasten von aktiver Substanz (Blei, Minium, Bleiglättepulver) behandelt, denen Zink-oder Kadmiumsulfat beigemengt wird.
Der Anteil der Salze im Elektrolyten und gegebenenfalls in der Paste kann in einem weiten Bereich schwanken, beispielsweise von einem Minimum von wenigen Tausendsteln, wodurch die Gefahr der Sulfatierung bereits sehr wesentlich herabgesetzt wird, vorzugsweise etwa 5%, mit einem Maximum, das höher als 15% liegen kann, wodurch eine günstige Beeinflussung der Ladekapazität erzielt wird.
Schliesslich kann man gemäss der Erfindung vollständig oder teilweise sulfatierte Akkumulatoren durch einen Zusatz der oben genannten SaLe zu dem Elektrolyten regenerieren.
Die Wirkungsweise der Erfindung scheint darauf zu beruhen, dass das eingeführte Zinkoder Kadmiumsulfat während der Ladungsperiode an der Aussenfläche und an der Innenfläche der negativen Platte einen Niederschlag in metallischer Form bildet, welcher während der Entladungsperiode wieder gelöst wird und dadurch den auf einer chemischen Transformation der Bleiplatte beruhenden elektrochemischen Effekt unterstützt. Diese beiden Wirkungen erzeugen also die elektromotorische Kraft, unabhängig von der bereits erwähnten, wahrscheinlich katalytischen Wirkung, welche die Sulfatierung des Bleies verhindert und das bereits gebildete unlösliche Bleisulfat in Lösung bringt.
Aus den experimentellen Beobachtungen hat sich die Möglichkeit ergeben, die Konzentration des Elektrolyten mit einem Gewinn an elektro- motorischer Kraft und daher an Energie zu er- höhen, ohne die Lebensdauer der Platten zu beeinträchtigen und ohne den elektrolytischen
Widerstand zu erhöhen.
Durch diese Versuche ist ferner festgestellt worden, dass die Abnutzung der Platten wesentlich herabgesetzt ist, so dass die Lebensdauer des Akkumulators erheblich erhöht (wenigstens mehr als verdoppelt) wird. Auch die Erhaltungskosten werden wesentlich herabgesetzt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind im folgenden genauere Ausführungsbeispiele angegeben :
Beispiel 1 : In das Gitter der negativen Platte wird eine übliche Bleioxydpaste von bekannter Zusammensetzung eingebracht und auch die positive Platte wird wie bei einem normalen Bleiakkumulator hergestellt.
Der Elektrolyt hat hingegen die folgende Zusammensetzung
EMI2.1
<tb>
<tb> Schwefelsäure <SEP> 30 <SEP> Gel.-%
<tb> Zink-oder <SEP> Kadmiumsulfat <SEP> 2 <SEP> bis <SEP> 4 <SEP>
<tb> Wasser <SEP> (destilliert) <SEP> 68 <SEP> 66
<tb>
Beispiel 2 : In die negative Gitterplatte eines Akkumulators wird eine Paste der folgenden Zusammensetzung eingebracht :
EMI2.2
<tb>
<tb> Bleiglätte <SEP> 64 <SEP> Gew.- < 1/"
<tb> Minium................... <SEP> 22 <SEP>
<tb> Bleipulver................. <SEP> 11 <SEP>
<tb> Zink-oder <SEP> Kadmiumsulfat.. <SEP> 3
<tb>
Die positive Platte kann normale Bauart haben. Der Elektrolyt kann die vorstehend beschriebene Zusammensetzung haben.
PATENTANSPRÜCHE : l. Bleiakkumulator, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung nicht amalgamierter Bleiplatten als Kathoden die als Elektrolyt verwendete Schwefelsäure Zink-oder Kadmiumsulfat enthält.