DE102007033921B3

DE102007033921B3 - Separator für die Elektroden eines Bleiakkumulators

Info

Publication number: DE102007033921B3
Application number: DE102007033921A
Authority: DE
Inventors: Franz Xaver Mittermaier
Original assignee: Individual
Current assignee: Fxm Batterie Manufaktur De GmbH
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2027-07-21

Abstract

Separator für die Elektroden eines Bleiakkumulators aus einem plattenförmigen Grundelement 1, an dessen wenigstens einer Plattenfläche Abstandshalter aus einzelnen, über die Plattenfläche verteilten, noppenartigen Vorsprüngen 2 bis 6 vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Separator für die Elektroden eines Bleiakkumulators aus einem plattenförmigen Grundelement mit an wenigstens einer Plattenfläche vorgesehenen Abstandshaltern.
Ein derartiger Separator, der auch als Scheider bezeichnet wird, ist bei Bleiakkumulatoren zwischen den Elektroden angeordnet und dient dazu, diese mechanisch und elektrisch zu trennen.
Üblicherweise werden als Separatoren plattenförmige Bauteile verwendet, die aus einem Grundelement aus einem porösem Grundmaterial mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften hergestellt sind, die zur optimalen Arbeitsweise der Akkumulatoren erforderlich sind.
Insbesondere sollen die Separatoren eine Berührung der Elektroden verhindern, die zu einem elektrischen Kurzschluss und damit zur inneren Entladung des Bleiakkumulators führen würde.
Als Grundmaterialien kommen insbesondere mit Harz gebundene Phenole oder PVC in Frage.
Die Grundmaterialien haben physikalische Eigenschaften, die die Separatoren bei Erschütterungen vor Rissen und Deformationen und ggf. vor einem Abrieb durch die Elektroden schützen. Des Weiteren wird insbesondere ein Grundmaterial mit möglichst feinen Poren verwandt, um die chemischen Umwandlungen der aktiven Massen in den beiden benachbarten Elektroden des Bleiakkumulators zu ermöglichen und andererseits Wanderungen von Bleiionen soweit wie möglich zu verhindern. Die chemischen Eigenschaften des Grundmaterial sollten derart sein, dass dieses gegen den Elektrolyten, nämlich die Schwefelsäure und Wasserstoff und Sauerstoff resistent ist.
Zur Sicherung eines definierten Abstandes der Elektroden voneinander sind in verschiedenen Abständen voneinander am plattenartigen Grundelement vertikal durchgehend von einer Außenseite zur anderen verlaufende Rippen vorgesehen.
Derartige Separatoren haben allerdings den Nachteil, dass sich durch die Ausbildung der vertikalen Rippen eine vertikale Kanalwirkung für den Elektrolyten, d. h. für die im Bleiakkumulator befindliche Schwefelsäure ergibt, so dass die Bewegung des Elektrolyten in festen Kanälen vorzugsweise auf die vertikale Richtung festgelegt ist.
In der DE 199 24 137 C2 sowie der DE 699 23 103 T2 sind Separatoren beschrieben, die als Abstandshalter benachbarter Elektroden dienen. So weisen die Separatoren der DE 699 23 103 T2 vertikal verlaufende Rippen sowie kegelstumpfförmige oder pyramidenförmige Nop pen auf, die einen direkten Kontakt des Separators mit der Elektrode verhindern. Durch die Rippen ist allerdings das Strömungsverhalten des Elektrolyts bereits festgelegt und wird nicht weiter durch die als Abstandshalter dienenden Noppen beeinflusst. In der DE 199 24 137 C2 wird ein Separator beschrieben, der lediglich zur Distanzhaltung dient, und der keinen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse des Elektrolyts hat.
Aus der DE 692 10 136 T2 ist eine Speicherbatterie bekannt, die elektrolyt-immobilisierende Mattenseparatoren aufweist. Das Mattengewebe, das nach Befüllen der Speicherbatterie mit Elektrolyt den Spalt zwischen benachbarten Elektroden vollständig belegt, hält das Elektrolyt lokal fest, wodurch Selbstrekombinationen vermieden werden.
In der DE 42 41 037 C1 sind am schmalen Rand eines Separators für einen elektrochemischen Speicher wabenförmige Aufwölbungen vorgesehen, die einen bestimmten Abstand des Elektrodenpakets von den Außenwänden der Zelle sicherstellen.
Durch die Erfindung soll dem gegenüber ein Separator der eingangs genannten Art geschaffen werden, der eine Durchmischung und/oder ein gezieltes Strömungsverhalten in Richtungen und Geschwindigkeit je nach den Erfordernissen des Elektrolyten erlaubt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Abstandshalter aus einzelnen, über die Plattenfläche verteilten, noppenartigen Vorsprüngen bestehen.
Bei dieser Ausgestaltungen sind auch Querbewegungen des Elektrolyten möglich und wird aufgrund der Ausgestaltung der Vorsprünge als Noppen die Durchmischung des Elektrolyten während des Ladungsvorganges unterstützt.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Separators sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 5.
Dadurch, dass die Form und die Anordnung der Noppen in beliebiger Weise und insbesondere in Abhängigkeit von den technischen Erfordernissen gewählt werden können, kann die Bewegung des Elektrolyten in definierten Richtungen gelenkt werden und kann somit eine Durchmischung weitgehend schon während des Ladevorganges erfolgen. Durch eine entsprechende Formgebung der noppenartigen Vorsprünge kann das Strömungsverhalten in seiner Richtung und in seiner Geschwindigkeit je nach den Erfordernissen beeinflusst werden. Bei schalen- oder sichelförmigen Ausgestaltungen der Noppen wird darüber hinaus ein zeitweises Verharren des Elektrolyten erreicht, wodurch die Reaktion an den Elektroden beeinflusst werden kann.
Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind darüber hinaus Material- und Kosteneinsparungen.
Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt auf der linken Seite eine Stirnansicht und auf der rechten Seite eine Seitenansicht eines Separators mit verschiedenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen noppenartigen Vorsprünge.
Wie es In der Zeichnung dargestellt ist, besteht ein Separator für die Elektroden eines Bleiakkumulators aus einem plattenförmigen Grundelement 1, das an wenigstens einer Plattenfläche mit Abstandshaltern versehen ist.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Abstandshalter sind noppenartige Vorsprünge 2, 3, 4, 5, 6, d. h. einzelne nicht durchgehende, örtlich begrenzte Punkt- oder fleckenförmige Vorsprünge, die über die Plattenfläche verteilt sind.
Dabei kann es sich um im Querschnitt kreisförmige Vorsprünge 2, 3, 4, um linsen- oder lanzettartige Vorsprünge 5, oder um schalen- oder sichelförmige Vorsprünge 6 handeln.
Die Vorsprünge können auch eine geradlinige stegartige Form haben und in einer Linie zueinander parallel zur vertikalen oder unter einem gewissen Neigungswinkel hierzu angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ist in der Zeichnung nicht dargestellt und besteht im Wesentlichen aus einzelnen Teilabschnitten der üblicherweise durchlaufend vorgesehenen Rippen mit dazwischen befindlichen Lücken.
Bei allen oben beschriebenen Vorsprüngen sind die Querströmungen des Elektrolyten mit der gewünschten Durchmischung möglich.
Wie es auf der rechten Seite auf der Figur dargestellt ist, können die Vorsprünge ebene Stirnflächen haben, wie es bei den Vorsprüngen 4, 5 und 6 der Fall ist. Die Form der Vorsprünge kann Insbesondere kegelförmig, wie bei den Vorsprüngen 2, kegelstumpfförmig, wie bei den Vorsprüngen 4 oder zylinderförmig, wie bei den Vorsprüngen 3 mit abgerundeter Stirnfläche sein.
Die Vorsprünge können bei der Wälzung des Grundmaterials für das plattenförmige Grundelement durch Formaussparungen an den Walzen aus dem Grundmaterial gepresst werden. Sie können auch durch Verformung des Grundelementes, d. h. aus dem Grundelement herausgetrieben werden, indem Formzapfen an den Walzen vorgesehen sind, die die Vorsprünge aus dem noch plastischen Grundmaterial heraustreiben.
Es ist grundsätzlich auch möglich, die Vorsprünge separat zu fertigen und durch Kleben oder Schweißen oder in anderer Weise am Grundelement anzubringen.
Die Ausbildung der Vorsprünge durch Verformung des Grundelementes 1, d. h. durch Heraustreiben aus dem Grundelement 1 in Form einer Ausbauchung ist auf der rechten Seite der Zeichnung bei dem Vorsprung 3 dargestellt.
Die Vorsprünge 2 bis 6 sind so auf der Plattenfläche des Grundelementes 1 angeordnet, dass sich ein solches Strömungsverhalten des Elektrolyten zwischen den Elektroden während des Ladens des Bleiakkumulators ergibt, dass hierdurch eine Durchmischung erzielt wird. Wenn die Vorsprünge in Form von schalenartigen Noppen 6 ausgeführt sind, ergibt sich eine Auffangwirkung wodurch ebenfalls eine Durchmischung erzielt wird.
Bei runden oder kegelförmigen Vorsprüngen oder Noppen ist es vorteilhaft, diese nicht in einer senkrechten Linie, sondern zur vertikalen Richtung gegeneinander versetzt anzuordnen. Noppen 5 in Linsenform bieten die Möglichkeit, die aufsteigenden und abfallenden Flüssigkeitsbewegungen je nach Wunsch zu lenken. Je nach Neigung der Linsenform gegen die Horizontale kann die Fließgeschwindigkeit beeinflusst werden. Auch die aufsteigenden Ladungsgase Wasserstoff und Sauerstoff können dadurch in ihrer Richtung und Steiggeschwindigkeit beeinflusst werden. Bei der Verwendungen von schalenartigen Noppen 6 führt eine in vertikaler Richtung versetzte Anordnung dazu, dass eine Dichteschichtung der Schwefelsäure vermieden oder wenigstens vermindert wird und dadurch die Elektroden geschont werden. Des Weiteren bietet diese Ausgestaltung die Möglichkeit einer Schnellladung. Die schalenartigen Noppen 6 sind mit der Schalenöffnung nach oben anzu ordnen. Die während des Ladevorgangs entstehende Schwefelsäure hoher Dichte fließt dabei in die schalenartigen Noppen 6 und vermengt sich danach mit der Flüssigkeit aus der Umgebung.

Claims

Separator für die Elektroden eines Bleiakkumulators aus einem plattenförmigen Grundelement (1) mit an wenigstens einer Plattenfläche vorgesehenen Abstandshaltern, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus einzelnen, über die Plattenfläche verteilten noppenartigen Vorsprüngen (2, 3, 4, 5, 6) bestehen, die derart angeordnet sind, dass durch die Vorsprünge das Strömungsverhalten des in dem Bleiakkumulator enthaltenen Elektrolyts beim Laden und Entladen des Bleiakkumulators gesteuert wird.
Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenartigen Vorsprünge (2, 3, 4, 5, 6) im Querschnitt kreisförmig, oval, lanzettförmig, linsenförmig, sichelförmig oder schalenförmig ausgebildet sind.
Separator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenförmigen Vorsprünge (4, 5, 6) ebene Stirnflächen haben.
Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenartigen Vorsprünge (2, 3, 4) kegel-, kegelstumpf-, oder zylinderförmig ausgebildet sind.
Separator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die noppenförmigen Vorsprünge (3) als aus dem Grundelement (1) getriebene Ausbauchungen ausgebildet sind.