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Die Erfindung bezieht sich auf Akkumulatoren mit negativen löslichen Zinkelektroden, die abwechselnd mit positiven Nickel- bzw. Silberoxydelektroden oder Luftsauerstoffdepolarisationselektroden in einem Gefäss untergebracht sind, das einen elkalischen Elektrolyten enthält.
Bei bekanntgewordenen Akkumulatoren dieses Aufbaues sind die Zinkelektroden mit mehreren Lagen einer Trennfolie, beispielsweise aus Hydratzellulose, umwickelt. Diese Trennfolie wird aber in verhältnismässig kurzer Zeit, im allgemeinen nach hundert bis zweihundert Lade-Entlade-Zyklen örtlich zerstört, so dass sich zu Kurzschlüssen führende Zinkdendriten bilden und der Akkumulator unbrauchbar wird. Überdies vergrössern solche Umhüllungen den Innenwiderstand der Akkumulatorzellen und beschränken hiedurch die Kapazität bei grossen Entladungsströmen. Auch dürfen die bei der Aufladung angewendeten Stromstärken nur verhältnismässig klein sein, da andernfalls eine baldige Zerstörung eintritt.
Aus diesen Gründen ist versucht worden, Zinkelektroden ohne Umhüllungen zu benutzen, allerdings ohne Erfolg, denn an den Elektroden entsteht ein schwammiger Zinkniederschlag, der Kurzschlüsse mit den benachbarten positiven Elektroden hervorruft.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Akkumulators der eingangs umrissenen Art, bei dem diese Mängel behoben sind und der sich durch vorteilhafte elektrische Eigenschaften sowie durch eine erhebliche Lebensdauer auszeichnet. Dieses Ziel lässt sich in einfachster Weise erreichen, es genügt, erfindungsgemäss wenigstens die Zinkelektroden oder bei zwischen positiven und negativen Elektroden angeordneten Scheidewänden diese mit einem Schwingungsgenerator zu kuppeln, mit dem sie in Schwingungen versetzbar sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die in Schwingungen zu versetzenden Elektroden und/oder zwischen diesen angeordnete Scheidewände mit einem Halter verbunden, der von dem Schwingungsgenerator antreibbar ist. Die Elektroden können an dem Halter mittels ihrer als flexible Bänder ausgebildeten Stromzuführungen befestigt sein, so dass eigene Befestigungselemente nicht notwendig sind.
Die Erfindung ist auch bei Akkumulatoren anwendbar, die ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Gefäss aufweisen. In diesem Falle können die Stromzuführungen der Elektroden mit elastischen Manschetten, insbesondere Faltenbälgen umgeben sein, die einerseits mit dem Gefäss, anderseits mit dem Halter oder einer Stromzuführung dicht verbunden sind.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt Fig. l sowie Fig. 2 in schematischer Darstellung je einen mehrere Zinkelektroden aufweisenden, erfindungsgemäss ausgestalteten Akkumulator, Fig. 3 einen solchen Akkumulator in schaubildlicher Darstellung, Fig. 4 bzw. 5 in Schnittdarstellungen eine Batterie aus derartigen Akkumulatoren, Fig. 6 diese Batterie in Draufsicht und Fig. 7 eine elastische Manschette im Schnitt.
Bei der Akkumulatorenbatterie nach Fig. l, die aus einer Anzahl von Einzelakkumulatoren --1-- besteht, ist angedeutet, dass Bestandteile derselben, nämlich die Elektroden und/oder zwischen diesen befindliche Scheidewände mit einem Schwingungserzeuger--3--verbunden sind. Diese Bestandteile sind in einem Gefäss --2-- mit einzelnen Abteilen zur Aufnahme eines Elektrolyten untergebracht.
Der Akkumulator nach Fig. 2 weist negative Zinkelektroden--5--und zwischen diesen befindliche positive Elektroden --4-- auf. Zwischen benachbarten Elektroden können perforierte Scheidewände-6--,
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Die negativen sowie die positiven Elektroden sind untereinander parallel geschaltet.
Fig. 3 veranschaulicht eine Batterie aus Akkumulatoren, bei denen sowohl die positiven als auch die negativen Elektroden als Platten ausgebildet und mittels isolierender Verbindungen zu einem Paket zusammengeschlossen sind, und in den Fig. 4 bis 6 ist eine Batterie aus solchen Akkumulatoren wiedergegeben.
Die gleichpoligen Elektroden des Paketes sind mit Hilfe von Kopfschrauben und Muttern an je eine Stromzuführung--10--z. B. aus dünnem Kupferband angeschlossen, und die beiden Stromzuführungen des Paketes sind an einem Halter--7--befestigt. Dieser Halter weist an seiner Unterseite einen Ansatz mit einem Fenster auf, in dem eine Nocke, z. B., ein Exzenter--11--einer Exzenterwelle angeordnet ist.
Die Oberseite der Fensterwandung liegt an dem Exzenter unter dem Einfluss des Elektroden- und Haltergewichtes an. Die Exzenterwelle ist mittels eines Elektromotors--8--antreibbar. An ihren freien Enden sind die Stromzuführungen mit den Halter--7--durchsetzenden Schraubenbolzen versehen und mittels Muttern befestigt.
Aus den Fig. 4 und 5 sind die isolierten, an den Ecken der Elektrodenplatten angeordneten Verbindungen der gleichpoligen Elektroden erkennbar. Da die Endbolzen der Stromzuführungen über die Oberseite des Halters --7-- vorstehen, sind sie bequem zugänglich, und die einzelnen Akkumulatoren können bequem mittels Verbindungslaschen-12--z. B. in Serie geschaltet werden (Fig. 6), die mit Hilfe von Muttern-14unmittelbar mit den Bolzen verbunden sind.
Wenn ein Akkumulator oder eine Batterie gegen die Umgebung abgeschlossen sein soll, so muss das Gefäss samt den Verbindungen mit dem Schwingungsgenerator dicht sein. Bei den Akkumulatoren nach den Fig. 3 bis 6 sind die Stromzuführungen --10-- von elastischen Manschetten--13--umgeben. Der untere Manschettenrand ist mit dem Akkumulatorgefäss, der obere mit der zugehörigen Stromzuführung--10--dicht
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verbunden. Es versteht sich, dass die Manschette anstatt mit der Stromzuführung auch mit dem Halter dicht verbunden sein könnte.
Die in Fig. 7 gezeigte Manschette --13-- ist balgförmig gestaltet und trägt an ihrem oberen Ende einen mit der Stromzuführung --10-- dicht verbundenen Rohransatz. Die untere, zylindrische Manschettenzone ist verdickt und mittels eines Ringes an einem Ansatz des Akkumulatorengefässes--2--dicht befestigt.
Der Schwingungsgenerator kann als Ultraschallgenerator, elektromagnetischer Rüttler oder, wie gezeigt, als mechanischer Schwingantrieb ausgebildet sein.
Die vorteilhafte Einwirkung der auf die Akkumulatorenbestandteile übertragenen Schwingungen beruht auf der hiedruch erzeugten Bewegung des Elektrolyten. Bekanntlich geht das Entstehen der oben erwähnten schwammigen dendritischen Zinkniederschläge auf eine Zinkionenverarmung der elektrodennahen Schicht, also auf eine Konzentrationspolarisation zurück. Mit Hilfe der Schwingungen wird der Elektrolyt in der Zone, in welcher die elektrochemische Reaktion auftritt, intensiv gerührt und hiedurch das Konzentrationsgefälle der Zinkionen ausgeschaltet, so dass glatte Elektrodenflächen erhalten bleiben. Es hat sich gezeigt, dass die Anwendung von Schwingungsfrequenzen zwischen 50 bis 1000/min am vorteilhaftesten ist, wobei die Schwingungsamplituden 0, 5 bis 20 mm betragen können.
Auf diese Weise kann nicht nur die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen wesentlich erhöht, sondern auch die Aufladezeit sehr beträchtlich, nämlich z. B. auf ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der sonst notwendigen Zeitspanne herabgesetzt werden. Überdies ist bei erfindungsgemässen Akkumulatoren, insbesondere bei fehlenden Scheidewänden, eine erhebliche Steigerung der Entladeströme ohne Beschädigung möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Akkumulator mit negativen löslichen Zinkelektroden, die abwechselnd mit positiven Nickel- oder Silberoxydelektroden oder mit Luftsauerstoffdepolarisationselektroden in einem Gefäss untergebracht sind, das
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(4) oder bei zwischen positiven und negativen Elektroden angeordneten Scheidewänden (6) diese Scheidewände mit einem Schwingungsgenerator (3) gekuppelt und mittels desselben in Schwingungen versetzbar sind.
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