<Desc/Clms Page number 1>
Gas- und laugendicht abgeschlossen zu betreibender Akkumulator, insbesondere alkalischer Akkumulator
Es sind Vorschläge vorhanden, nach denen zur Beherrschung der Gasentwicklung in einem praktisch gasdicht verschlossenen Akkumulatorengehäuse, insbesondere dem Gehäuse eines alkalischen Akkumula- tors, die Elektroden dichtschichtig aneinanderliegend unter Benutzung eines als Abstandhalter zwischen benachbarten Elektrodenflächen verwendeten Separators als Paket oder Wickel, bevorzugt unter Flächen- pressung, in das Gehäuse eingesetzt sind.
Es sollen dabei die Erkenntnisse für die Verwendung dünner
Elektroden verwirklichtwerden, nach denen die aktive Masse der Elektroden sehr grossflächig aufgeteilt ist, um engste Abstände zwischen den sich flächenparallel einander gegenüberliegenden Elektrodenoberflä- chen ungleicher Polarität zu erreichen, weil damit die Möglichkeit vorhanden ist, dass die bei der Über- ladung und Überentladung entstehenden Gase (Wasserstoff und Sauerstoff), über grosse Flächen verteilt und durch den engen Abstand der Elektrodenoberflächen begünstigt, schnell zur Gegenelektrode gelangen und dort so rasch elektrisch oxydiert bzw. reduziert werden, dass es selbst dann nicht zu einer schädlichen
Gasbildung zwischen den benachbarten Elektrodenoberflächen und damit etwa zu einer nachteiligen Gas- ansammlung in.
dem Akkumulatorengehäuse kommt, wenn dasselbe praktisch gasdicht verschlossen ist.
Es wurde nun gefunden, dass es für die Gestaltung solcher gasdicht verschlossen zu betreibender Akku- mulatoren wichtig ist, dass an dem aus dünnen Elektroden dicht geschichteten Elektrodenpaket oder an einem aus solchen Elektroden dichtschichtig hergestellten Wickel Massnahmen getroffen werden, die eine
Gasentwicklung beim Überladen oder Überentladen des Akkumulators an den Flächen des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels ausschliessen, die sich nicht als ungleichpolige Elektrodenoberflächen durch die Separatorschicht, Separatoreinlage od. dgl. voneinander getrennt gegenüberliegen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein gas-und laugendicht abgeschlossen zu betreibender Akkumulator, insbesondere alkalischer Akkumulator, bei dem die Elektroden, insbesondere Sin- tergerUstfolien-Elektroden, und Separatoren dicht aneinanderliegend als Paket oder als Wickel in das Akkumulatorengehäuse eingesetzt sind, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schnittflächen der Elektroden mit einem Kunststoffüberzug laugendicht abgedeckt sind und dieser Überzug sich zu einem das Paket oder den Wickel umschliessenden Gehäuse ergänzt, das ganz oder teilweise das Gehäuse des Akkumulators bildet. Dabei werden als Material für die Bildung des die Elektrodenschnittflächen od. dgl. abdeckenden Überzuges Kunststoffe, vorzugsweise Äthoxylin-oder Epoxydharze, verwendet.
Dieser Überzug kann entweder das Elektrodenpaket oder den Elektrodenwickel gehäusebildend umschliessen, als dichter Abschluss eines Gehäuses bzw. als dichte Verbindung zwischen gehäusebildenden Begrenzungsscheiben od. dgl. dienen oder auch die Schnittkanten an einzelnen Elektroden, die paketiert oder spiralig gewickelt werden, isolierend dicht abschliessen.
Es kann sich bei der Verwendung des erfindungsgemässen Kunststoffüberzuges zur Bildung eines Zellengehäuses um die Gestaltung eines Ein- oder Mehrzellenakkumulators in Form einer blockartigen Baueinheit handeln oder auch um Mehrzellenakkumulatoren, bei denen die einzelnen Zellen von ineinanderliegenden zylindrischen Zellenräumen mit ihren dichtschichtigen Elektrodenwickeln gebildet sind und der Kunststoffüberzug den allen Zylinderräumen eines Akkumulators gemeinsamen Gehäusedeckel und/oder
<Desc/Clms Page number 2>
Gehäuseboden, bildet. Der Kunststoffüberzug kann also den dichtschichtigen Elektrodenblock 6der -wickel mindestens an den von der Schichtung gebildeten Stirnseiten in Verbindung mit einem zusätzlichen Gehäuse oder mit gehäusebildenden Bauteilen, z. B.
Elektrodenpaket-Pressplatten, Zellenhülsen od. dgl., dicht abschliessen. oder es kann das ganze Gehäuse des Elektrodenwickels bzw. Elektrodenpaketes von dem den Wickel oder das Paket umschliessenden Kunststoffüberzug als dichtes Akkumulatoren- bzw. Zellengehäuse gebildet sein.
Die Erfindung kann auch vorteilhaft für die Gestaltung vonMehrzellenakkumulatorec Anwendungfin- den, bei denen benachbarte Zellen eine gemeinsame Zellentrennwand besitzen und diese'1 rennwand Träger einer Anode der einen Zelle und einer Kathode der andern Zelle ist. Die Trennwand zwischen benachbarten Zellen steht allseitig gegenUber den zu dieser Wand gehörenden-Elektroden vor und sie bildet mit ihren beidseitig benachbarten Trennwänden durch Vergiessen der dazwischenliegenden Elektrodenpaare an den Schnittflächen der Elektroden ein dichtes Zellengehäuse. Auch für dieses gehäusebildende
EMI2.1
wickels aufgetragen werden.
Die genannten als Giessharz und Bindemittel bekannten Äthoxylin-und Epoxydharze eignen sich her- vorragend zur Verfestigung und zur vollkommenen Abdichtung der mit Elektrolytflüssigkeit gefüllten Zel- lenräume von Mehrzellenakkumulatoren, bevorzugt alkalischen Akkumulatoren. Insbesondere durch die
Ausnutzung der für diese Kunstharze bekannten Eigenschaft der aussergewöhnlich hohen Haftfestigkeit an
Metallen wird bei der beschriebenen Bildung des Zellengehäuses gleichzeitig erreicht, dass an den Elek- trodenkanten keine betriebsnachteilige Gasentwicklung entstehen kann und jede Kriechwegbildung zwi- schen benachbarten Zellen an den Verbindungsstellen der Zellentrennwand ausgeschlossen ist.
Für die ab- solut dichte Verbindung zwischen dem Kunststoffüberzug und der metallischen Trennwandoberfläche kann es von Vorteil sein, wenn der gegenüber den aktiven Elektrodenflächen vorstehende Zellentrennwandrand vor dem Aufbringen des das Gehäuse bildenden Giessharzüberzuges bzw. der Giessharzschichten mit einem
Anstrich von Äthoxylin-oder Epoxydharz versehen ist und dieser Anstrich z. B. durch Erwärmen des Zel- lentrennwandrandes in die Oberfläche desselben eingeschmolzen wird.
Für die erfindungsgemässe Gestaltung eines Strom- oder Spannungsblocks wird die vorbereitete Schichtang der Elektroden mit den zwischen benachbarten Elektroden ungleicher Polarität vorhandenen Separatoren und den Zellentrennwänden, die gleichzeitig Kontaktbleche für die Hintereinanderschaltung der
Zellen bilden, zwischen metallischen Endplatten dicht gepresst als Blockeinheit mit Kunststoff (Äthoxylin- oder Epoxydharz) gehäusebildend umgossen bzw. mit mehreren Schichten von diesem Harz bestrichen. Vor dem Umgiessen oder Bestreichen sind in die Blockeinheit Kemstifte für die Bildung von Kanälen im Bereiche jeder Separatorschicht eingesetzt.
Diese Kernstifte werden aus dem erhärteten Kunstharz- überzug entfernt, und es werden die bis auf die durch das Entfernen der Kernstifte durch den aufgetragenen Kunststoff gebildeten Kanäle dicht abgeschlossenen Zellen evakuiert und danach mit Lauge gefüllt. Die Einstellung der richtigen Laugenmenge erfolgt durch Austreiben überschüssiger Lauge aus der Zelle durch die genannten Kanäle, indem die Zelle mit einer für den späteren Betrieb vorgesehenen Ladespannung überladen wird.
Ist auf diese Weise bei vorbestimmter Überladung das richtige Verhältnis zwischen Laugenmenge und Hohlraum in den Zellen hergestellt, was entweder durch Abwiegen bestimmt wurde oder dadurch erkennbar ist, dass keine Lauge mehr ausgetrieben wird, so werden die Kanäle mit Kunstharz, bevorzugt Äthoxylin- oder Epoxydharz, dicht verschlossen. Der derart vorbereitete Blockkörper wird in einem als Bandage wirkenden Gehäuse mit Kunststoff, bevorzugt Äthoxylin-oder Epoxydharz, vergossen. Zur Erhöhung der Wirkung des für die Blockpressung vorgesehenen Gehäuses oder der Bandage können zwischen dem Block und den Gehäusewandungen in der Pressrichtung der Schichtung wirkende Keile eingetrieben werden.
Es ist zweckmässig für die Aufrechterhaltung der Gehäusepresswirkung, dasselbe aus einem Material mit einem Dehnungsfaktor, der gleich oder kleiner als der Dehnungsfaktor des zum Vergiessen verwendeten Materials ist, herzustellen. Geeignet ist z. B. ein gegossenes Silumin-oder Aluminiumge- häuse bzw. eine Stahlbandage.
Als Separatoren werden bevorzugt Kunststoffgewebe mit feinsten Elektrolytkanälen gewählt. Als hervorragend geeignet hat sich neben Perlongeweben auch Polyamid-Filterpapier, wie es z. B. als Rhovylfaserpapier von etwa 0, 08 - 0, 1 mm Dicke bekanntgeworden ist, für den Aufbau von dichtschichtigen Elektrodenblocks bei gasdicht verschlossenen Akkumulatoren bewährt.
Vorteilhaft ist es, die gegenüber den Elektroden vorstehenden Ränder der Trennwandbleche aufzurauhen und in die so geschaffene Randzone vor dem Einlegen der Bleche in die Schichtung Kunstharz, z. B.
<Desc/Clms Page number 3>
Äthoxylin- oder Epoxydharz, einzuschmelzen bzw. einzubrennen. Mit einem solchen Kunstharzrand ver- sehene Trennwand-und Kontaktbleche gewährleisten eine einwandfreie Lösungs- oder Schmelzverbindung mit dem gehäusebildenden Kunststoffüberzug, was für das absolut dichte Trennen und Abschliessen der zu einem Block vereinigten Zellen und für die Vermeidung von Laugen-Nebenwegen bzw. Selbstentladungsstrecken wichtig ist. Die Aufrauhung der Randzonen der Trennwand- oder Kontaktbleche kann günstig durch Aufsintern einer Metallpulverschicht auf die Bleche erzielt werden. Es ist aber auch jedes andere bekannte Verfahren für die Randaufrauhung möglich, wenn seine Anwendung zweckmässig erscheint.
Für die Einsparung von für die Bildung des Gehäuses verwendetem Kunststoff und zur Beschleunigung des Abbindens dieses Stoffes können demselben Füllmittel, z. B. Schieferstaub, fein pulverisierte Glasoder Basaltfasern, Glasmehl od. dgl., beigemengt sein.
EMI3.1
zweck der Erfindung noch den wesentlichen Vorteil, dass sie auch trotz entsprechender Dickflnssigkeit noch eine absolut gas-und laugendichte Verbindung mit den metallischen Zellentrennwänden eingehen, ohne wesentlich in die zwischen benachbarten Elektrodenoberflächen ungleicher Polarität vorhandenen Separatorenschichten, die bevorzugt aus feinporigem, hygroskopischem Material bestehen. oder in das Gerüstmaterial der Elektrode einzudringen.
Herstellungstechnisch bedeutet die Erfindung, dass der dichtschichtige Elektrodenblock oder Elektrodenwickel, gleichgültig, ob er als Ein- oder Mehrzellenblock bzw. -wickel'Vorbereitet ist und gleichgültig, ob die benachbarten Zellen eine gemeinsame Trennwand besitzen, die Träger einer Anode der einen Zelle und einer Kathode der andern Zelle ist, an den von der Schichtung gebildeten Seitenflächen bzw. Stirnflächen in der zur Verarbeitung von Äthoxylin- oder Epoxydharz vorgeschriebenen Weise mit diesem
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
hige Epoxydringe und wohl auch alkoholische Hydroxydgruppen an der Kette enthalten. Diese schmelzbaren Harze sind durch spezifische Additionsreaktionen der Endgruppen mit Anhydriden zweibasiger Säuren oder mit Aminen drucklos heiss oder kalt härtbar.
Für den Verwendungszweck der Erfindung ergeben diese Harze den Vorteil, dass der Schwund derselben beim Härten gering ist, die Erzeugnisse alsospannungsfrei aushärten, ohne dass sie reissen. Die Harze haften hervorragend an Metallen und greifen diese nicht an. Weiter besitzen sie sehr gute elektrische Isolationseigenschaften und sie sind laugen- und säurebeständig, also für die Bildung von Überzügen an Elektroden bzw. Elektrodenpaketen oder-wickeln sowie für die Benutzung solcher Überzüge zur Bildung von Gehäusen alkalischer Akkumulatoren geeignet.
Mit der Erfindung ist ei ; 1 neuer Verwendungszweck für die bekannten Giessharze (Äthoxylin- oder Epoxydhar- ze) erschlossen, und es ist damit in fabrikationstechnisch günstigerweise möglich geworden, gas-und laugendicht verschlossene Akkumulatoren herzustellen, die alle zumutbaren Gebrauchseigenschaften aufweisen. Das wesentliche Merkmal der Erfindung folgt aus der Erkenntnis, dass die genannten Äthoxylin-oder Epoxydharze auch zum dichten Abschluss gegenüber Kalilauge an den Verbindungsstellen dieser Harze mit Metall bestens geeignet sind und somit die Verwirklichung gas-und laugendichter Akkumulatorenzellen durch die Verwendung dieser Harze in. konstruktiv einfacher Weise möglich geworden ist.
In der Zeichnung sind Beispiele für die Verwirklichung der Erfindung zur Gestaltung eines gasdicht verschlossenen Blockakkumulators dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein beidseitig aufgerauhtes Kontaktblech 1, das als Trennwand zwischen zwei benachbarten Zellen des Akkumulatorenblocks Verwendung findet. Die Aufrauhung ist von einer im Bereiche der äusseren Randzonen verstärkten Metallpulversinterschicht 2 gebildet. In den Sintergerüstrand 3 wird entsprechend Fig. 2 das Kunstharz, bevorzugt Äthoxylin- oder Epoxydharz, eingeschmolzen, das durch Ausfüllen der Gerüstporen einen mit dem Kontaktblech bzw. Trennwandblech 1 innig verbundenen Kunststoffwulst 4 bildet. Das Einbetten dieses Kunststoffwulstes 4 in die Kunststoffmasse 5, die das Gehäuse des Blockakkumulators bildet, zeigt Fig. 3.
Die für die Bildung des Wulstes 4 und des Überzuges 5 verwendeten Kunstharze, bevorzugt Äthoxylin-oder Epoxydharze, sind so aufeinander abgestimmt, dass der Wulst 4 mit der Gehäusewandung 5 eine innige Schmelz- oder Lösungsverbindung beim Aufbringen des Kunststoff- überzuges 5 eingeht.
<Desc/Clms Page number 4>
Fig. 4 zeigt einen unter Verwendung der als Zellentrennwände wirkenden Kontaktbleche aufgebauten Mehrzellen-Bloekakkumulator mit den Merkmalen der Erfindung. Der Mehrzellenblock ist von der sich mehrfach wiederholenden Schichtung. Anode 6, Separator 7, Kathode 8 und Kontaktblechtrennwand S gebildet.
Die Zellentrennwand 9 dient der Hintereinanderschaltung benachbarter Zellen durch direkten i Flächenkontakt der daran anliegenden Elektroden dieser Zellen. 10 und 11 sind die als Aussenkontakte verwendeten Pressplatten, die der Erhöhung der Stabilität des Zellenblocks dienen und über die bei der
Verwendung von Keilen zwischen diesen Platten und einem zusätzlich noch vorzusehenden Gehäuse bzw. einer Bandage der Pressdruck auf die Blockschichtung übertragen wird, was für die Erreichung gleichblei- bender Flächenabstände zwischen benachbarten Elektroden für die Beherrschung der Gasrtickbildung beim Überladen der Zellen von grösster Wichtigkeit ist. 12 sind Kernstifte, die zur Bildung von in die Separa- torschicht einer jeden Zelle mündenden Kanälen in den Überzug 5 eingesetzt sind.
13 zeigt einen solchen
Kanal nach Entfernen des Kemstiftes offen und 14 den mit Kunststoff, bevorzugt Äthoxylin- oder Epoxyd- harz, verschlossenen Kanal nach der für die Erlangung einer sicheren Betriebsbereitschaft erforderlichen und in Verbindung mit der Erfindung beschriebenen Behandlung der einzelnen Zellen.
Der dargestellte Mehrzellenblock wird zur Erhöhung seiner Stabilität und insbesondere zur Erzielung einer Flächenpresswirkung in Richtung der Pfeile in ein zusätzliches Gehäuse eingesetzt und unter entspre- chend grossem Flächendruck, also vorgespannt, mit Kunstharz vergossen, so dass er eine stabile Einheit bildet.
Der Kunststoffüberzug 5, in den die Ränder der Zellentrennwandbleche 1 eingebettet sind, bildet gleichzeitig auch einen dicht abdeckenden Überzug aus ionen-und gas-nichtdurchlässigem Kunststoff, bevorzugt aus Äthoxylin - oder Epoxydharz, an den Schnittflächen der Elektroden. und es ist damit erreicht, dass diese Elektrodenflächen nicht an einer betriebsnachteiligen Gasentwicklung in dem dicht verschlos- senen Akkumulatorengehäuse teilnehmen können.
PATENTANSPRÜCHE :.
1. Gas- und laugendicht abgeschlossen zu betreibender Akkumulator, insbesondere alkalischer Akku- mulator, bei dem die Elektroden, insbesondere Sintergerüstfolien-Elektroden, und Separatoren dicht an- einanderliegend als Paket oder als Wickel in das Akkumulatorengehäuse eingesetzt sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schnittflächen der Elektroden mit einem Kunststoffüberzug laugendicht abgedeckt sind und dieser Überzug sich zu einem das Paket oder den Wickel umschliessenden Gehäuse ergänzt, das ganz oder teilweise das Gehäuse des Akkumulators bildet.
2. Akkumulator nachAnspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffüberzug aus Athoxylin- oder Epoxydharz besteht.
EMI4.1