DE1020391B - Verfahren zur Herstellung eines staendig gasdicht verschlossenen elektrischen Akkumulators sowie nach dem Verfahren hergestellter Akkumulator - Google Patents

Description

PATENTAMT

P 13097 IVa/21b ANMELDETAG: 24. NOVEMBER 1954

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 5. DEZEMBER 1957

Verfahren zur Herstellung eines ständig

Bei derartigen Akkumulatoren nimmt üblicherweise

der aus Elektroden und Separatoren gebildete Block infolge seiner Porosität durch Kapillarwirkung den für die elektrochemischen Reaktionen notwendigen Elektrolyten auf.

Nun ist festgestellt worden, daß die Arbeitsweise

derartiger gasdicht abgeschlossener Akkumulatoren sehr häufig dann nicht befriedigt, wenn dieselben frei beweglichen Elektrolyt enthalten, und zwar insbesondere aus dem Grunde, weil der Innendruck der Akkumulatoren am Ende der Aufladung zeitweilig auf unzulässig hohe Werte ansteigt. So können zwei sonst identische Akkumulatoren am Ende des Aufladevorganges voneinander völlig verschiedene Innendrücke aufweisen.

Zweck der Erfindung ist es, derartige Nachtedle auszuschalten, um für die genannten Akkumulatoren eine stets sichere Arbeitsweise zu gewährleisten, indem unzulässig hohe Innendrücke ausgeschaltet werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, gasdicht abschließbare elektrische Zellen oder Akkumulatoren
auszubilden, bei denen praktisch eine Gasbildung
überhaupt unterbunden werden soll. Hierbei werden
mikroporöse Elektrodenplatten und sehr dünne Sepa- 30
ratoren zusammengeschichtet, so daß die zusammen- ~

liegenden Flächen derselben durch Zusammenpressen «

eines derart gebildeten Blockes in inniger Berührung

miteinander stehen. Nach Zugabe von zusätzlichem schließlich der gasdichte Abschluß des Akkumulator-Elektrolyt kann ein auf diese Weise gebildeter Akku- 35 gehäuses vorgenommen wird, jedoch erst dann, wenn mulator, falls gewünscht, gasdicht verschlossen und der Elektrolytüberschuß entfernt worden ist.

Es wurde gefunden, daß dann, wenn der Akkumulator eine solche Elektrolytmenge enthält, welche

Anmelder:

Jean Piroux,

Villemomble, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, München 5,

Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde,

und Dipl.-Ing. H. Bohr, München 5, Müllerstr. 31,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 26. November 1953 und 23. Oktober 1954

Jean Piroux, Villemomble, Seine (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

in Benutzung genommen werden, ohne daß eine sichtbare Gasbildung auftritt. Die Herstellung einer derartigen Zelle bzw. von Akkumulatoren dieser Art ist jedoch umständlich und mit erheblichen Kosten verbunden. Darüber hinaus gibt die Zufügüng von überschüssiger Elektrolytflüssigkeit, insbesondere dann, wenn der Akkumulator gasdicht verschlossen sein soll, nicht die Gewähr, daß ein stets gleichmäßiges Arbeiten vorliegt.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß für die Herstellung eines in normaler Weise aufgebauten, gebrauchsfertigen Akkumulators, der ständig verschlossen ist, welcher einen mit Elektrolyt getränkten einer genauen Sättigung des aus Elektroden und Separatoren beistehenden porösen Blockes am Ende des Aufladevorganges entspricht und wenn überschüssige Elektrolytflüssigkeit entfernt .wird, hierdurch die Unbestimmtheit und praktisch alle Unterschiede in der Arbeitsweise von Akkumulatoren der genannten Art ausgeschaltet werden können. . .

Nach dem Entfernen des Elektrolytüberschusses verbleibt im Innern des Akkumulatorengehäuses lediglich der aus Platten und Separatoren bestehende Block, der nun mit einer solchen Menge an Elektrolyt

Block aus Elektroden und dünnen Separatoren auf- 50 getränkt ist, daß keine freie Elektrolytmenge mehr

weist und der keinen frei beweglichen Elektrolyt enthält, beim erstmaligen Aufladen der Überschuß an Elektrolyt gegen Ende des Aufladevorganges entfernt, also sobald eine stärkere Gasbildung einsetzt, worauf vorliegt.

Vorzugsweise wird zum Entfernen der überschüssigen Menge an Elektrolytflüssigkeit der Akku-, mulator während seines erstmaligen Aufladens in

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ist für die meisten Akkumulatoren Polyvinylalkohol, welcher auch noch die zusätzliche Eigenschaft aufweist, daß er benetzend wirkt.

Trotz der auf diese Weise erreichbaren Verringerung der Beweglichkeit des Elektrolyten tritt mit der Zeit ein teilweises Heruntersinken desselben auf den Boden des Akkumulatorengehäuses auf.

Um hier Abhilfe zu schaffen, d. h. um den Elektrolyten wieder in den genannten Block hinein zurück-

Überkopflage gehalten, so daß die Öffnung des Akkumulators nach unten zeigt und der Flüssigkeitsüberschuß durch Schwerkraft entfernt wird.

Nun kann es jedoch eintreten, daß die Wirkung der
Schwerkraft nicht ausreicht, um den durch die Gasbildung ausgetriebenen Elektrolyten restlos entfernen
zu können. Infolge der Porosität des aus Elektrodenplatten und Separatoren gebildeten Blockes ist es
praktisch möglich, daß überschüssiger Elektrolyt
durch Kapillarwirkung zurückgehalten wird. Ein Ab- io zuleiten und derart wiederum gleichmäßig innerhalb führen dieser Überschußmenge wird nun erfmdungs- dieses Blockes zu verteilen, wird vorteilhaft die räumgemäß dadurch begünstigt, wenn durch die Füll- liehe Lage des Sammlers periodisch gewechselt, indem öffnung des Gehäuses ein Baumwolldocht eingeführt der Akkumulator in bestimmten zeitlichen Abständen wird, welcher mit den Platten und Trennschichten in umgewendet wird. Insbesondere kann bei solchen Berührung tritt und den Überschuß an Elektrolyt ab- 15 Akkumulatoren, welche in tragbaren Geräten untersaugt, gebracht sind, ein derartiges Umwenden dadurch vor-

Nach dem gasdichten Abschließen kann ein derart gebildeter und aufgeladener Sammler in normaler Weise belastet, sogar überlastet werden. Während einer Überbelastung stellt sich der Innendruck auf einen zulässigen Wert ein, welcher sogar vorher bestimmbar ist.

Je stärker die Intensität des erstmaligen Aufladen^ ist, um so intensiver ist auch die Gasbildung am Ende

dieser Aufladung und demzufolge um so größer die 25 bildung Elektrolyt ausgetrieben. Trotzdem treten an Menge der ausgetriebenen Elektrolytflüssigkeit. An- sich mögliche Elektrolytverlüste nicht auf, da während dererseits ist, je mehr die verbleibende Elektrolyt- des Entladens die Gase absorbiert sind und der Akkumenge verringert wird, der Akkumulator um so ge- mulator sich unter Unterdruck befindet. Derart köneigneter, im abgeschlossenen Zustand eine hohe Über- nen keinerlei Leckverluste eintreten, selbst wenn die belastung auszuhalten, ohne daß der innere Überdruck 30 öffnung des Gehäuses nach unten zeigt.

genommen werden, daß dieselben in umgekehrter Lage wieder aufgeladen werden.

Eine Möglichkeit für die Benutzung der erfindungsgemäßen Akkumulatoren besteht darin, sie normalerweise bei nach unten zeigender öffnung arbeiten zu lassen und während des Wiederaufladens diese Öffnung nach oben zu richten.

Durch das erneute Aufladen wird infolge der Gas

unzulässig hohe Werte annimmt.

Die sehr geringe Menge an Elektrolyt, welche zwiden Elektroden verbleibt, reicht aus, um normale Arbeitsvorgänge beim Laden und Entladen zu gewährleisten.

Wenn die Zersetzung des Elektrolyten einsetzt, bedecken die auf einer der Elektrodenplatten befindlichen Gase sehr bald die gesamte Oberfläche dieser Platte, und da der Abstand der Elektrodenplatten voneinander nur sehr gering ist, berühren die Gasbläschen schnell auch die benachbarte andere Platte, so daß die Elektrolyse unterbrochen und demzufolge jede Druckerhöhung im Gehäuse verhindert wird.

Der sich einstellende Druck hängt von der Stärke

In den Zeichnungen sind Beispiele für Akkumulatoren nach dem Verfahren der Erfindung schematisch dargestellt.

zeigt einen Schnitt durch den Aufbau und

Fig.

die Lage eines Akkumulators gemäß der Erfindung beim erstmaligen Aufladen;

Fig. 2 zeigt den Akkumulator in Gebrauchslage;
Fig. 3 zeigt den Akkumulator beim erneuten Aufladen.

Der Akkumulator besteht aus einem Gehäuse 10 und den positiven und negativen Elektrodenplatten 11, 12, die unter Zwischenfügung von Separatoren 13 zu einem Block zusammengefügt sind. Die Separatoren bestehen aus dünnem Gewebe, beispielsweise aus Tex-

der Separatoren ab und ist bekanntlich um so geringer, 45 tilmaterial aus Kunststoffen, das nach Art von Nylon je schwächer diese Schichten sind. gewebt sein kann und eine Stärke von etwa einigen

Da die im Akkumulator enthaltene Menge an Elek- Hundertstelmillimetern aufweist.

trolyt nur sehr gering ist, muß dafür gesorgt werden, Die Gesamtheit aus Platten 11,12 und Separatoren

daß eine stets gleichmäßige Verteilung der Elektrolyt- 13 wird zuammengepreßt, um einen im Gehäuse 10 flüssigkeit innerhalb des Elektrodenblockes erhalten 50 eingesetzten porösen Block zu erhalten, wobei das Gebleibt, d. h. daß die gesamte Oberfläche sowohl der häuse gasdicht abschließbar ist. Die Platten 11 wer-Platten wie auch der Separatoren gleichmäßig mit dem den an die Klemme 14 und die Platten 12 an die Elektrolyten benetzt ist. Zu diesem Zweck wird ge- Klemme 15 angeschlossen.

maß der Erfindung dem Elektrolyten ein Netzmittel Für das erstmalige Aufladen des Akkumulators

zugegeben, welches chemisch mit dem gewählten Elek- 55 wird in das Gehäuse 10 durch die Füllöffnung 16 trolyten verträglich ist. Elektrolyt eingegeben, so daß sich der Block 11,12,13

Trotzdem ist es nicht möglich, einmal die Wirkung mit Elektrolyt sättigen kann. Nun wird durch die der Schwerkraft insofern auszuschalten, als sich stets Öffnung 16 ein Baumwolldocht 17 eingeführt, welcher Elektrolyt am tiefsten Punkt des Akkumulatorenge- mit dem Block 11,12,13 in Berührung tritt. Anhäuses ansammelt, und andererseits die Wirkung von 60 schließend wird der so vorbereitete Akkumulator in Stoßen oder Beschleunigungskräften auf den Akku- die in Fig. 1 dargestellte Lage umgewendet, worauf mulator zu vermeiden, welche ebenfalls eine uner- die Klemmen 14 und 15 an die Pole einer elektrischen wünscht ungleichmäßige Verteilung des Elektrolyten Gleichstromquelle angeschlossen werden. Die Spanzur Folge hat. nung an diesen Klemmen stellt sich auf einen Wert

Um nun die Beweglichkeit des Elektrolyten inner- 65 ein, welcher von der Art der aktiven Stoffe der Platten halb des aus Platten und Separatoren gebildeten abhängig ist. So steigt beispielsweise bei Eisenelek-Blockes zu verringern, wenden dem Elektrolyten er- troden diese Spannung ungefähr auf 2,10 V an. Der findungsgemäß Mittel nach Art der bekannten Ver- Überschuß an Elektrolyt wird durch Schwerkraft und dickungsmittel zugefügt, welche seine Viskosität er- den Docht 17 abgeführt und in einen Sammelbehälter höhen. Ein besonders vorteilhaftes Mittel dieser Art 70 18 geleitet.

Nach Beendigung dieses Vorganges wird der Docht 17 entfernt und das Gehäuse 10 z.B. mittels des in die Öffnung 16 eingesetzten Stopfens 19 gasdicht verschlossen.

Fließt im Element des Akkumulators Gleichstrom, S der die gleiche Stärke aufweist wie der Ladestrom, dann bleibt der Innendruck auf einen niedrigen Wert stabilisiert, der kleiner ist als 2 at, während sich die Spannung auf einen geringeren Wert als oben angegeben einstellt. Für Eisenelektroden beträgt dieser Spannungswert etwa 1,8 V.

Der Sammler ist vorzugsweise mit einem Handgriff 20 versehen, welcher an derjenigen Seite angeordnet ist, die den Klemmen 14,15 und der öffnung 16 gegenüberliegt. An den Klemmen 14 und 15 werden Leitungsdrähte 21 angeschlossen.

Weiterhin weist das Akkumulatorengehäuse 10 Ansätze 22 auf.

Im Gebrauch wird der Akkumulator in die in Fig. 2 dargestellte Lage gebracht, in welcher sich die Klemmen 14, 15 unten befinden.

Ist nun der Akkumulator entladen, dann wird er zum Aufladen in die Lage der Fig. 3 verbracht, so daß das umgewendete Gehäuse 10 mittels der Ansätze 22 auf einer Abstützung oder einem Gestell aufliegt und der Handgriff 20 nach unten zeigt, während die Klemmen 14,15 und die Öffnung 16 mit dem Stopfen 19 oben liegt.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 10 derart ausgebildet, daß durch die Aufstellung des Sammlers in die Lage der Fig. 3 selbsttätig die erforderlichen Verbindungen hergestellt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines ständig gasdicht verschlossenen elektrischen Akkumulators, der einen mit Elektrolyt getränkten Block aus Elektroden und dünnen Separatoren aufweist und

35 welcher keinen frei beweglichen Elektrolyten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß beim erstmaligen Aufladen des Akkumulators der Überschuß an Elektrolyt gegen Ende des Aufladevorganges entfernt wird, sobald Gasbildung einsetzt, und daß der Akkumulator erst nach diesem Entfernen des Elektrolytüibersohusses gasdicht verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des erstmaligen Aufladens zum Entfernen der überschüssigen Menge an Elektrolytflüssigkeit der Akkumulator mit nach unten zeigender Öffnung angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des erstmaligen Aufladens die überschüssige Menge an Elektrolytflüssigkeit mittels eines Dochtes abgezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyten ein Netzmittel zugefügt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyten ein Mittel zur Erhöhung seiner Viskosität zugefügt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler beim Laden in bestimmter Zeitfolge umgewendet wird, insbesondere auch während des jeweiligen Wiederaufladens im gasdicht verschlossenen Zustand.

7. Nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6 hergestellter, ständig gasdicht verschlossener tragbarer elektrischer Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß das Akkumulatorengehäuse einen Handgriff an der den Klemmenanschlüssen gegenüberliegenden Seite aufweist und daß dieses Gehäuse Trägerteile an sich aufnimmt, um dasselbe in einem Ladegestell halten zu können.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 027 186;
USA.-Patentschrift Nr. 2 646 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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