DE1037536B - Staendig gas- und fluessigkeitsdicht verschlossener Akkumulator mit alkalischem Elektrolyten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ständig gas- und flüssigkeitsdicht verschlossenen Akkumulator, in dlem der Elektrolyt in porösen Separatoren und in den Poren der Elektroden durch Kapillarkraft völlig festgelegt ist und dessen negative Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens keine höhere Ladefähigkeit besitzen als die positiven Elektroden.

Nach bekannten Vorschlägen gibt man den negativen Elektroden gasdichter Akkumulatoren eine größere Kapazität als den positiven Elektroden und verschließt diese Akkumulatoren in einem derartigen Ladezustand der Elektroden, daß die negativen Elektroden eine größere Fähigkeit besitzen, elektrische Ladung aufzunehmen als die positiven Elektroden. Die negativen Elektroden haben in diesem Fall also eine sogenannte Ladereserve. Um diesen Zustand herzustellen, ist es notwendig, diese Akkumulatoren zunächst in der üblichen Weise aufzuladen und anschließend bis zur Entladung beider Elektroden, d. h. auch bis zur Entladung der mit einer größeren Kapazität ausgestatteten negativen Elektrode, zu entladen. Die auf diese Weise erhaltene Ladereserve der negativen Elektrode wird zur Vermeidung einer Wasserstoffentwicklung bei der Ladung für notwendig gehalten.

Diese Akkumulatoren haben den Nachteil, daß in der negativen Elektrode ständig ein beträchtlicher Anteil von ungenutzter aktiver Masse enthalten ist.

Gemäß neueren Vorschlägen können Akkumulatoren auch ohne Gegenwart einer Ladereserve der negativen Elektrode in gasdichtem Zustand mit der notwendigen Sicherheit betrieben werden, wenn der Elektrolyt durch Kapillarkraft in den Poren der Elektroden und in porösen Separatoren, die die einander gegenüberliegenden Elektrodenflächen bedecken, festgelegt ist und dadurch Oberflächenteile der negativen Elektroden, die vorzugsweise aus nicht von aktiver Masse bedecktem Metall, im Falle eines alkalischen Akkumulators vorzugsweise Nickel, bestehen, nicht mehr von einem frei beweglichen Elektrolyten bespült und dadurch freigelegt.sind. Auf diese Weise kommt der beim Laden entwickelte Sauerstoff mit diesen großflächig ausgebildeten Oberflachenteilen der Elektroden in Berührung, setzt sich in diesen elektrochemisch um, depolarisiert hierdurch die negative Elektrode und verhindert damit eine Wasserstoffentwicklung.

Die bisher für Akkumulatoren und auch für gasdichte Akkumulatoren bekannten Formationsvorschriften reichen nicht aus. um eine Ladereserye der negativen Elektrode im Augenblick des gasdichten Verschließen.-; zu vermeiden. Bisher hielt .man die Ladung dann für ausreichend und bezeichnete sie^;als vollständig, wenn diese Ladung mit einem Ladefakjtor 1,4 durchgeführt wurde. Dies besagt, daß

sich' ^fdie Ständig gas- und flüssigkeitsdicht
verschlossener Akkumulator
mit alkalischem Elektrolyten

Anmelder:

Accumulatoren-Fabrik Aktiengesellschaft, Hagen (Westf.)

Dr. Freimut Peters, Hagen (Westf.),
ist als Erfinder genannt worden

entnehmbare Strommenge und die zur Ladung aufgewendete Strommenge wie 1 : 1,4 verhielten. Als Kriterium einer völligen Aufladung sah man bisher lediglich die Klemmenspannung eines Akkumulators an, die sich in den letzten Stunden der Ladung bei dieser Ladeweise praktisch nicht mehr änderte, woraus man auf eine völlige Aufladung schloß.

Durch Versuche hat es sich gezeigt, daß man diese bekannten und üblichen Formationsverfahren nicht auf gasdichte Akkumulatoren anwenden kann, wenn deren negative Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens keine höhere Ladefähigkeit besitzen sollen als die positiven Elektroden. Bei einem Betrieb im gasdichten Zustand zeigte sich in Akkumulatoren, die zwar nach den bekannten Verfahren formiert waren, immer wieder eine schädliche Entwicklung von Wasserstoff bei der Ladung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in geeigneter Weise einen derartigen Ladezustand der positiven und negativen Elektroden herbeizuführen, daß einerseits die negative Elektrode im Augenblick des gasdichten Verschließens keine höhere Ladefähigkeit besitzt als die positive Elektrode und daß andererseits aber .auch eine Wasserstoffentwicklung bei der Ladung gasdichter Akkumulatoren im dichten Zustand verhindert.wird. , .' . ,

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch die Festlegung des Elektrolyten Teile der .negativen Elektroden außerhalb' der einander, gegenüberliegenden. Flächen der Elektroden entgegengesetzter Polarität freigelegt sind und.mit.dem beim L.aden entwickelten Sauerstoff.in Berührung kommen und daß..die Schließung des- Akkumulators in einem derartigen Zustand der Elektroden erfolgt, bei dem beide Elektroden, d. h. die positiven und die negativen Elektroden,

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völlig, d. h. bis zur erreichbaren Grenze der Aufladbarke.it unter entsprechender Verlängerung der Ladedauer, aufgeladen sind und daher keine aufladbaren Teile mehr besitzen oder Iwi dem beide Elektroden infolge einer auf diese völlige Aufladung folgenden Entladung äquivalente Mengen ungeladener Teile enthalten.

Die völlige Aufladung der Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens ist dann gewährleistet, wenn der Akkumulator vor dem gasdichten Verschluß nicht — wie bisher üblich — mit einem Ladefaktor von 1,4 aufgeladen wurde, sondern entsprechend einem Ladefaktor von mindestens 5. Lädt man beispielsweise den Akkumulator mit einer Stromstärke auf, die dem Zahlenwert der Kapazität geteilt durch 10 entspricht, so benötigt man zur völligen Aufladung mindestens etwa 50 Stunden. Bei Anwendung eines höheren Ladestromes wird die Aufladezeit unter Beibehaltung eines Ladefaktors von mindestens 5 entsprechend verkürzt.

Bei dieser Ladeweise hat die negative Elektrode ihren höchstmöglichen Reduktionszustand und die positive Elektrode ihren höchstmöglichen Oxydationszustand erreicht. Wird der Akkumulator nach der Erfindung nach Entfernung des frei beweglichen Elektrolyten bei diesem Ladezustand der Elektroden verschlossen, ist in diesem Zustand mit Sicherheit eine Wasserstoffentwicklung bei der Ladung verhindert, denn die positive Elektrode ist nun mit Sicherheit spätestens zum gleichen Zeitpunkt wie die negative Elektrode völlig aufgeladen.

Der gasdichte Verschluß kann nach der beschriebenen völligen Aufladung auch dann erfolgen, wenn zuvor beide Elektroden um den gleichen Absolutbetrag in Amperestunden entladen wurden und damit äquivalente Mengen ungeladener Teile enthalten.

Der beschriebene Ladezustamd im Augenblick des gasdichten Verschließens muß mit Rücksicht auf das Ladeverhalten der positiven Elektrode hergestellt werden.

Dieses Ladeverhalten ist in der Fig. 1 dargestellt. In der Fig. 1 gibt die Abszisse den Ladefaktor und die Ordinate die zur Ladung aufgewendeten bzw. bei der Ladung gespeicherten Amperestunden wieder.

Formiert man einen ungeladenen Akkumulator in der herkömmlichen Weise, so wird die Ladung bei einem Ladefaktor 1,4 als beendet angesehen. Die Kurve 1 zeigt für diesen Fall die zur Ladung aufgewendete Strommenge, die Kurve 2 die von der positiven Elektrode aufgenommene Strommenge.

Wird die positive Elektrode über den Ladefaktor 1,4 hinaus weiter formiert, so zeigt sich, daß sie noch eine beträchtliche Strommenge speichert und daß dann erst nach einer längeren Ladedauer, im Beispiel der Fig. 1 bei einem Ladefaktor 5, eine völlig aufgeladene positive Elektrode vorliegt. Die Aufladung der positiven Elektrode folgt dann etwa der Kurve 2a. Die Differenz gegenüber der Linie la gibt die durch die Sauerstoffentwicklung an der positiven Elektrode verlorene Strommenge in Amperestunden an.

Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß man zur völligen Aufladung der positiven Elektrode nicht mit einem Ladefaktor von 1,4 auskommen kann, sondern daß die Grenze der Aufladbarkeit unter entsprechender Verlängerung der Ladedauer erst bei einem Ladefaktor von etwa 5 erreicht ist.

Die Unterschiede zwischen der Stromaufnahme der positiven Elektrode und der negativen Elektrode bei der erstmaligen Formation der ungeladenen Elektroden zum Zeitpunkt C, dargestellt in Prozent der zugeführten Strommenge, ergeben sich aus Fig. 2.

In der Fig. 2 stellt die Kurve 3 die Stromaufnahme der positiven Elektrode dar. Bei dieser Art der Wiedergabe ist deutlich, daß die positive Elektrode etwa bei einem Ladefaktor von 5 völlig aufgeladen ist und infolgedessen keinen Strom mehr speichert.

Anders verhält sich die negative Elektrode, die etwa nach einem Ladefaktor von 1,4 bereits praktisch völlig aufgeladen ist.

Die Fig. 2 verdeutlicht, daß man mit Rücksicht auf die positive Elektrode die Aufladung der Elektroden gasdichter Akkumulatoren beträchtlich verlängern muß, wenn man ungeladene Teile im Moment des gasdichten Verschließens ausschließen will.

Besitzt nämlich die positive Elektrode im Moment des gasdichten Verschließens noch ungeladene Teile, so ist im gasdichten Zustand noch eine weitere Aufladung der positiven Elektrode entsprechend der Kurve 3 der Fig. 2 möglich. Infolge dieser weiteren Aufladung würde dann die negative Elektrode zu einer schädlichen Wasserstoffentwicklung gezwungen.

Beim Akkumulator nach der Erfindung dagegen ist diese schädliche Wasserstoffentwioklung vermieden, und gleichzeitig ist die Gegenwart ungeladener und daher elektrochemisch nicht reduzierbarer Teile der negativen Elektrode im Moment des gasdichten Verschließens ausgeschaltet, wodurch ein technischer Fortschritt erreicht ist.

Die Merkmale der Erfindung lassen sich auf jede beliebige Elektrodenanordnung anwenden, d. h. auf Taschen-, Faltband-, Röhrchen-, Sinter- oder Preßelektroden.

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Ständig gas- und flüssiigkeitsdicht verschlossener Akkumulator mit alkalischem Elektrolyten, in dem der Elektrolyt in porösen Separatoren und in den Poren der Elektroden durch Kapillarkraft völlig festgelegt ist und dessen negative Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens keine höhere Ladefähigkeit besitzen als die positiven Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Festlegung des Elektrolyten Teile der negativen Elektroden außerhalb der einander gegenüberliegenden Flächen der Elektroden entgegengesetzter Polarität freigelegt sind und mit dem beim Laden entwickelten Sauerstoff in Berührung kommen und daß die Schließung des Akkumulators in einem derartigen Zustand der Elektroden erfolgt, bei dem beide Elektroden, d. h. die positiven und die negativen Elektroden, völlig, d. h. bis zur erreichbaren Grenze der Aufladbarkeit unter entsprechender Verlängerung der Ladedauer, aufgeladen sind und daher keine aufladbaren Teile mehr besitzen oder bei dem beide Elektroden infolge einer auf diese völlige Aufladung folgenden Entladung äquivalente Mengen ungeladener Teile enthalten.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Französische Patentschriften Nr. 1 012 555,
   583, 1004176;

   britische Patentschrift Nr. 677 770;

   belgische Patentschrift Nr. 507667;

   Preisliste über Deac-Stahl-Akkumulatoren, Februar 1930.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809 599/133 S.