DE1028180B - Gitterelektrode fuer elektrische Sammler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Sekundärelemente. Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte Bauweise für Platten für Trocken-Akkumulatoren zu schaffen, im denen ein Paket mit aktiver Masse gefüllter Gittetrplatten, die durch dünne Separatoren voneinander getrennt sind, unter Druck zusammengehalten wird und der gesamte arbeitende Elektrolyt von den Separatoren und den Platten aufgesogen ist. Um einen- solchen Akkumulator wirksam arbeiten zu lassen und ihn. eine hohe Lebensdauer zu verleihen, ist es erwünscht, daß die elektrochemische Wirkung in den verschiedenen Teilen einer jeden Platte so gleichmäßig wie möglich ist, da andernfalls örtliche Wirkungen auftreten., die nicht nur die elektrische Wirksamkeit herabsetzen, sondern auch die Kapazität der Akkumulatorenbatterie sowie ihre Lebensdauer verringern.

Bei Platten, von Blei-Akkumulatoren normaler Bauart hat das Metallgitter einen äußeren Rahmen mit Stäben gleichmäßigen; Abstandes voneinander, die sich senkrecht und waagerecht erstrecken und ein rechtwinkliges Gitter ergeben, dessen Zwischenräume mit der aktiven Masse ausgefüllt sind. Die kleinen tafelähnlichen. Teile des aktiven Material's, die in jedem Feld des Gitters angeordnet sind, werden, im weiteren als Täfelchen bezeichnet. Die Gitterstäbe und der Rahmen dienen als elektrische Leiter, die den elektrischen Strom während des Ladens-und des Entladens der Batterie zu und von dem aktiven Material leiten.. Die Verbindung der Platte nach außen erfolgt durch die Strotnfahne, die an einem gegebenen Punkt am Umfang des Rahmens angeordnet ist. So ist der elektrische Widerstand der Stromwege entlang den. Stäben zwischen dem aktiven Material und der Stromfahne in unmittelbarer Nähe der letzteren, (als Nahzone bezeichnet) verhältnismäßig niedrig. Andererseits ist zwischen dem aktiven Material, das von der Stromfahne weit entfernt ist (entfernte Zone),, und der Fahne ein höherer elektrischer Widerstand, Es ist in der heutigen Praxis üblich, den, Querschnitt des Rahmens und der Gitterstäbe in der Richtung zur Stromfahne hin größer werden zu lassen, um deren Querschnitte dem zu leitenden Strom anzupassen. Dadurch verbessert man den ungleichmäßigen Verlauf der elektrischen. Widerstände der Stäbe, die von den verschiedenen Zonen des aktiven Materials und zu ihnen hin führen, nicht. So besteht bei der normalen Ausführungsform einer Platte die Neigung, daß das aktive Material in- den entfernten Zonen einer weniger intenisiven elektrochemischen Wirkung unterworfen, ist als das in. den nahen Zonen, und diese Wirkung- ist besonders fühlbar, wenn eine stafke Entladung stattfindet. Das Ergebnis ist, daß die chemische Zusammensetzung des aktiven Materials in den verschiedenen

Anmelder:

Leonard Fuller, London,

und Edmund William Sudlow,

Westcliff-on-Sea, Essex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 27. April 1953

Jonas Abraham Szper, Barking, Essex (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

Zonen der einzelnen Platten sich verändert, was unerwünschte örtliche Wirkungen hervorruft und eine Korrosion des Metallgitters, bewirkt. Die Erfindungist darauf gerichtet, diese Schwierigkeiten zu vermeiden oder zu vermindern, da diese besonders bei Batterien mit hohen Entladungen sehr groß werden können, wenn sehr dünne Platten benutzt werden. Es ist bereits bekannt, die Strombelastunig der Elektroden von Sekumdärbatterien über deren gesamte Fläche hin dadurch gleichmäßiger zu gestatten, daß man die Massefelder, ausgehend von- der der Stromableitungsfahne diagonal gegenüberliegenden Ecke, kleiner werden läßt. Dadurch wird jedoch lediglich eine gleichmäßigere Belastung der den. Strom leitenden Gitterstäbe erreicht, während dagegen die sehr wesentliehe Gleichförmigkeit der Belastung der einzelnen Massefelder erheblich ungünstiger wird, denn die in der Nähe der Stromableitungsfahne liegenden Maseefelder erzeugen wegen ihrer geringeren Ausdehnung einen, größeren Strom, den sie über einen, kleineren und daher auch widerstandsärmeren Weg an die Stromableitunigsfahne abgeben, als dies bei den diagonal gegenüberliegenden Massefeldern der Fall ist. Die Nachteile dieser bekannten Ausführungsformein von Gitterplatten werden dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die Zwischenräume zwischen den Gitterstäben progressiv in Richtung auf die Stromfahne zunehmen, so daß die Höhe und die Breite der in dem Gitter enthaltenden Täfelchen der aktiven Masse zunimmt, wobei der vergrößerte elektrische

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Widerstand der größeren Täfelchen den geringeren elektrischen Widerstand; der. entsprechenden Gitterstäbe ausgleicht, wodurch die chemische Wirkung über den gesamten Bereich der Platte im wesentlichen gleichmäßig wird. So sind in den entfernten Zonen der Platte die Abstände zwischen den Stäben verhältnismäßig klein, so daß der durchschnittliche elektrische Widerstand von, einem Partikelchen aktiven Materials zu dem nächsten Gitterstab verhältnismäßig gering ist. Andererseits sind die Abstände zwischen den Stäben in der Nähe der Strotnfahne verhältnismäßig groß, so daß der durchschnittliche Widerstand von einem Partikelchen in einer Tafel des aktiven Materials in der Nahzone zum nächsten Gitterstab

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fiig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer abgeänderten Form einer Platte, und

Fig. 5 ist eine teilweise Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4. :'

Der in. Fig.-l gezeigte Akkumulator ist von allgemein bekannter Bauart mit einem, Gehäuse 10 und einem Platteriblock 11 mit Separatoren, wobei das ίο Ganze zusammengepreßt ist, um eng an den Seiten des Gehäuses 10 anzuliegen. Die Platten sind abwechselnd positiv und negativ, und alle positiven Platten sind durch eine Brücke 12 mit dem positiven Pol 13 verbunden. In gleicher Weise sind die negaentsprechenid größer ist als der für die Tafel in der 15 tiven Platten mit einem hinter dem Pol 13 angeordentfernten, Zone. Auf diese Weise gleicht diese Ver- neten negativen Pol 14 verbunden, Die Batterie ist änderung in, dem Widerstand von dem Partikelchen vorteilhaft ein sogenannter Trocken-Akkumulator, zum Gitterstab die Veränderung des Widerstandes dessen Platten und Separatoren genügend porös sind, der Stabe in den verschiedenen Zonen der Platten um den gesamten Elektrolyt aufzunehmen, der für die aus, so daß der Durchsehnittswiderstand Partikelchen 20 normale Arbeitsweise des Akkumulators erforderlich Stromfahne einen/im wesentlichen konstanten ist.

Die positiven Platten sind von der in Fig. 2 und 3 gezeigten Bauart. Jede hat ein Gitter 15 aus Blei oder einer Bleilegierung mit einem rechtwinkligen·,, 25 außen veriaufendm Rahmen mit einem oberen Teil 16, zwei senkrechtein Seiten 17 und 18 und einem unteren Tail 19. Ebenso¹ erstreckt sich ein Satz paralleler: Stäbe 20 von oben nach unten, und diese kreuzen sich mit einem Satz waagerechter Stäbe 21, die ein Gitter untersten horizontalen Gitterstab nur ein Drittel des 30 mit senkrechten Reihen von' öffnungen A, B, C und D entsprechenden Maßes im oberen Rahmenende sein, und waagerechten Reihen a, b, c, d, e, f, g, h bilden, wodurch die dazwischenliegenden Tafelhöhen pro- Der Rahmen und die Stäbe haben sämtlich ovalen gressiv von unten nach oben zunehmen. Außerdem Querschnitt, um die elektrolytische Korrosion auf ein, kann die Breite der Zwischenräume an der der Strom- Mindestmaß herabzudrücken, und der gesamte Raum fahne gegenüberliegenden Seite ungefähr halb so groß 35 im Innern des Rahmens 16 bis 19 ist mit aktivem siein wie die Breite der Räume unmittelbar unter der Material 22 (Bleidioxyd) ausgefüllt, wie das allgemein Stromfahne. Dies ergibt ein Verhältnis von ungefähr üblich ist.

6 : 1 zwischen den am nächsten und am weitesten von Schnitte einzelner Täfelchen sind bei 23 in Fig. 3

der Stromfahne entfernt liegenden Räumen. Vorteil- dargestellt. An ihrer linken oberen Ecke hat die haft sind die senkrechten Stäbe und der obere und die 40 Platte die Stromfahne 25. Der Strom, der in. den

zur Mromianne einen/im
Wert für alle oder den größten Teil der Täfelchen, aus aktivem Material der Platte erhält. Falls erwünscht, können zwischen mehrere verhältnismäßig dicke Gitterstäbe, deren Abstand progressiv auf die Stromfahne zu zunimmt, mehrere dünne Hilfsstäbe angeordnet werden.

Bei einer Platte gemäß der Erfindung kann der Abstand zwi sehen dem unteren Rahmenteil und dem

seitlichen. Rahmenteile in ihrer Stärke in Richtung von der Stromfahne weg abnehmend, um Metallquerschnitte zu schaffen, die im wesentlichen den Strömen proportional sind, die in diesen Teilen der Platte fließen.

Es ist sehr erwünscht, daß der Rahmen, und die Stäbe der positiven Gitter kreisförmig, oval oder rund und die Achsen aller Gitterstäbe in einer gemeinsamen Ebene liegen, in der auch die Achsen des Ober-

Stäben 20 fließt, nimmt progressiv nach dem Oberteil der Platte hin zu,, und um eine bestimmte Stromdichte in dem Metall aufrechtzuerhalten, sind die Stäbe 20 an ihren oberen Enden breit und laufen gegen den unteren Teil der Stange 19 progressiv konisch zu. Der Entladungsstrom der von den Tafeln in der Nahes der Strotnfahne 25 (beispielsweise durch die Tafeln, in den Räumen Dh, Ch und Dg) abgegeben wird, brauchtnur ein. kurzes Stück des Stabes zu durchlaufen, bevor

teiles, der Seiten und des unteren Teiles des Rahmens 5° er die Fahne 25 erreicht. Andererseits muß der Strom, selbst liegen, und daß die Verbindungsstellen abgerun- der von entfernten Tafeln erzeugt wird (z. B. Cc und det sind, um scharfe Ecken zu vermeiden; dadurch
wird das Metall im wesentlichen immun gegen elek-

tro'lytiisohe Angriffe während der normalen; Lebens-

Bb) eine verhältnismäßig große Strecke der Gitter-, stäbe durchlaufen, bevor er zu der Stromfahne 25 kommt, und daher ist der Widerstand des Strotndauer der Batterie, und es wird ein kräftiges Gitter 55 weges zwischen diesen Tafeln und der Stromfahne 25 mit einem minimalen Gewicht für eine gegebene Ka- wesentlich größer als für Tafeln, die näher an der pazität geschaffen. Fahne liegen·. Bei einer gegebenen Tafel wird der elek-

Bei einem sogenannten Trocken-Akkumulator wird irische Widerstand zwischen einem Partikelchen des das aktive Material durch den Druck der Separatoren aktiven Materials in der Mitte der Tafel und dem fest und innig an seinem Platz gehalten.. Falls er- 60 Metall des Gitters, das dieses Täfelchen umgibt, mit wünscht, können ein oder mehrere Verstärkungs- zunehmender Größe der Tafel größer. Daher kann die stäbe von größerer Dicke als der größte Teil der elektrochemische Wirkung während einer hohen Entanderen Gitterstäbe in Abständen horizontal und/oder ladung praktisch über den gesamten Bereich der vertikal angeordnet werden. Platte gleichmäßig gemacht werden, indem die näher

Die Erfindung wird unter Hinweis auf die schema- 65 an der Stromfahne 25 liegenden Tafeln verhaltais-

tische Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Akkumulators, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Platte nach der Erfindung,

mäßig groß gemacht werden und um so kleiner werden, je weiter ihr Abstand von der Fahne wird. Diese Wirkung wird in sehr zufriedenstellender Weise dadurch erreicht, daß die Gitterstäbe 20 in, einem solchen Abstand voneinander angeordnet

werden, daß die Breite der senkrechten Räume A bis D progressiv in Richtung auf die Stromfahne 25 zunimmt, d. h. von rechts nach links.

Auch die horizontalen Stäbe 21 sind in einem ungleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet, wobei die unteren näher beieinanderliegen und der Abstand zum oberen Teil der Platte hin progressiv zunimmt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Tafel Aa (die am weitesten von der Fahne entfernt ist) etwa halb so breit und ein Drittel so hoch wie die Tafel Dh, die der Fahne am nächsten liegt, wodurch das Verhältnis des Bereiches zwischen dar kleinsten und der größten Tafel ungefähr 1 : 6 ist.

Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Plattenaufbau die erreichbare kurzzeitige Entladung (etwa eine 2-MiniUten-Enitladung) viel höher ist als bei Platten mit dem üblichen gleichmäßigen Abstand der Stäbe voneinander, und in der Tat konnte eine Entladung von 15% der Maximalentladung eines ähnlichen Akkumulators mit Gittern, die einen gleichmäßigen Stababstand, aufweisen, erreicht werden.

Die Platte nach der Erfindung ist besonders bei niedrigen Temperaturen vorteilhaft (etwa —20° C). Außerdem, hat ein derartiger Akkumulator bessere Eigenschaften bezüglich der Selbstentladung bei der Lagerung, da eine örtliche Wirkung zwischen dein aktiven Material in den nahen und den fernen Zonen einer jeden Platte weitgehend vermieden ist.

Wenn die Platten nach der Erfindung in· einem sogenannten Trocken-Akkumulator verwendet werden, dann könneni die Tafeln in der Nähe des oberen Teiles der Platten sehr breit sein, ohne daß eine Gefahr für ihr Ausschlämmen besteht, da das aktive Material fest, aber nachgiebig von den benachbarten Separatoren gehalten wird, die gegen den gesamten Bereich der Tafel drücken. Dadurch kann eine wesentliche Ersparnis an Blei erzielt werden, und dadurch wird nicht nur die Platte leichter, sondern es wird auch Raum für eine vergrößerte Menge aktiven Materials geschaffen, wodurch es möglich wird» einen Akkumulator gegebener Kapazität und Leistung mit weniger Platten als bisher herzustellen. Andererseits· kann eine vergrößerte Leistung erreicht werden, ohne Größe, Gewicht und Herstellungskosten zu erhöhen.

Bei der in Fig. 4 und 5 gezeigten abgewandelten Platte ist die Bauart gemäß Erfindung angewendet, und die Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Jedoch zusätzlich zu den Gitterstäben 21 hat die Platte in. jeder der Tafelreihen α bis e eine Anzahl von Hilfsstäbeni 30, die dünner sind als die Stäbe 21, wie in Fig. 5 gezeigt. Zur Vereinfachung der Herstellung können diese Hilfsstäbe so angeordnet werden, daß die Gitterstäbe, die zu jeder einzelnen Reihe α bis e gehören, innerhalb der Höhe der entsprechenden Tafeln in gleichem Abstand voneinander liegen. Diese Hilfsstäbe dienen hauptsächlich als leichte Verstärkung des aktiven Materials vor und während des Zusammenbaus der Batterie. Bei der Benutzung der Batterie neigen sie dazu, vollständig in Oxyd verwandelt zu werden, so daß ihre stromleitendien Eigenschaften unwichtig sind.

Es ist möglich, für jede Gittergröße die theoretische optimale Verteilung des Oberflächenbereiches einer jeden Tafel mathematisch zu berechnen, obwohl dies in der Praxis einerseits durch die Handlichkeit der Platte vor und während des Zusammenbaus der Batterie begrenzt ISt₁, besonders, wenn große Platten benutzt werden, sowie andererseits durch die sehr geringe Widerstandsabinahme, die als Ergebnis der Verkleinerung der Tafelgröße unter einen, gewissen Wert eintritt. Zur Zeit begrenzen diese Faktoren die Maximalgröße der Tafeln auf ungefähr 50 · 25 mm und die Mindestgröße auf ungefähr 5-3,25 mm.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gitterelektrode für elektrische Sammler mit sich kreuzenden Gitterstäben und eimer Stromableitungsfahne am Gitterrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der die aktive Masse aufnehmenden Zwischenräume zwischen den Gitterstäben (20, 21) progressiv in Richtung auf die Stromableitungsfahne hin zunimmt.

2. Gitterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gitterstäben (20), deren Abstand zueinander progressiv auf die Stromableitungsfahne (25) hin zunimmt, mehrere dünne Hilfsstäbe (30) parallel zu den Gitterstäben (21) angeordnet sind.

3. Gitterelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsstäbe (30) in gleichem Abstand voneinander zwischen den Gitterstäben (20, 21) angeordnet sind.

4. Gitterelektrode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstäbe (20,21) einen ovalen Querschnitt aufweisen und eine solche konische Form haben, daß die Stäbe an dem Ende am dünnsten sind, das am weitesten von der Stromableitungsfahne (25) entfernt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 741 634;
britische Patentschrift Nr. 656 111.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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