DE1083879B

DE1083879B - Akkumulator

Info

Publication number: DE1083879B
Application number: DER21997A
Authority: DE
Inventors: Samuel Ruben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-10-14
Filing date: 1957-10-14
Publication date: 1960-06-23
Also published as: FR1186384A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft galvanische Sekundärzellen und Batterien mit neuen und verbesserten Eigenschaften.

Seit vielen Jähren besteht insbesondere für militärische Verwendungszwecke ein Bedarf für Akkumulatorbatterien, welche im ungeladenen Zustand längere Zeit unabhängig von Änderungen der umgebenden Temperatur, oder Änderungen anderer atmosphärischer Bedingungen ohne Nachteil gelagert und ohne spezielle Vorbereitung jederzeit wieder aufgeladen werden können.

Die Erfindung schafft einen Akkumulator, welcher den vorstehenden Anforderungen genügt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Akkumulators, der im ungeladenen Zustand mit dem Elektrolyt darin gelagert werden kann, ohne daß während sehr langer Lagerungszeiten irgendwelche örtlichen Wirkungen oder Zerstörungen auftreten und der jederzeit aufgeladen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines ao Akkumulators der vorstehend beschriebenen Art, welcher nach dem Laden eine wirksame und betriebssichere elektrische Energiequelle bildet und diese günstigen Eigenschaften während einer großen Anzahl von Ladungs- und Entladungszyklen beibehält.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine senkrechte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Sekundärzelle und

Fig.. 2 eine ähnliche Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform.

In der erfindungsgemäßen Zelle wird ein Elektrolyt verwendet, der überwiegend aus einem äußerst stabilen Bleisalz besteht, das elektrochemisch gleichzeitig an einer Elektrode Bleidioxyd und an der anderen Blei niederschlagen kann. Man erhält so im Zusammenwirken mit den Elektroden eine aufladbare Zelle mit den gewünschten Eigenschaften.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung eines Elektrolyts aus Bleisulfamat, der zweckmäßig SuIfaminsäure enthält, in Kombination mit inaktiven Elektroden eine elektrischen Strom erzeugende Zelle mit guter Lagerungsfähigkeit ergibt, die oft ge- und entladen werden kann. Obwohl das Mengenverhältnis von Bleisulfamat zu Sulfaminsäure variieren kann, verwendet man doch bei der bevorzugten Ausf ührungsform einen aus vier Teilen einer 15%igen wäßrigen Lösung von Bleisulfamat Pb(NH₂SOg)₂ und einen Teil einer 15 "/eigen Sulfaminsäurelösung HNH₂SO₃ bestehenden Elektrolyt und Graphitelektroden. Die Spannung dieser Zelle beträgt etwa 1,6 Volt, wobei die genaue Spannung von dem Prozentgehalt der freien Sulfaminsäure abhängt.

Bei der Elektrolyse lagert Bleisulfamat eine glatte, dichte Schicht von Bleidioxyd mit geringem elek-

Anmelder:

Samuel Ruben, New Rochelle, N. Y.
(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, München-Pasmg, Bodenseestr. 3 a

Samuel Ruben, New Rochelle, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

irischem Widerstand auf der positiven Elektrode und eine Schicht aus Blei auf der negativen Elektrode ab.

Bei der Aufladung wird Sulfaminsäure an der positiven Elektrode gebildet. Bei der Entladung verbinden sich das Blei und das Bleidioxyd elektrochemisch mit dem Elektrolyt unter Rückbildung von Bleisulfamat.

Das gebildete Bleidioxyd löst sich in dem Elektrolyt" während der Entladung, was in beträchtlichem Gegensatz zu dem üblichen Blei-Schwefelsäure-Akkumulator steht, der auf seinen Elektroden unlösliches Bleisulfat bildet. Es ist dies ein günstiger Faktor, da nämlich die wirksamen Oberflächen mit fortschreitender Entladung nicht infolge Bildung einer polarisierenden, unlöslichen Schicht verkleinert werden, wie dies bei Schwefelsäure-Blei-Akkumulatoren der Fall ist.

Die bei dem Betrieb der Zelle sich abspielenden Reaktionen können wie folgt dargestellt werden:
Bei der Aufladung:

2Pb (NH₂S O₃)₂+ 2H₂O

^Pb + PbO₂ + 4HNH₂ S O₃.

Bei der Entladung:

PbO₂+ Pb+ 4HNH₂S O₃

-^2Pb (NH₂SOg)₂

2H₂O.

Es wurde gefunden, daß zur Erzielung einer zusammenhängenden Schicht von Bleidioxyd eine leitende Oberfläche verwendet werden muß, die bei Schaltung als Anode in dem Elektrolyt keinen Film oder keine polarisierende Oxydschicht aus ihrem Material bildet. Graphit, Nickel oder Aluminium besitzen die gewünschten Eigenschaften und können in verschiedenen Formen, z. B.. als Bleche, Stäbe, Röhren

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oder Drahtnetze verwendet werden. Der Graphit kann auch als leitender Überzug z. B. mikroskopisch fein in einer Silikonharzlösung suspendiert aufgebracht und unter Bildung einer dichten, leitenden, wasserundurchlässigen und wasserabstoßenden Oberfläche gesintert werden. Nickel kann in verschiedenen Formen zur Anwendung kommen, z. B. elektroplattiert auf einem Stahlnetz, aufgesprüht auf ein Glas oder auf ein Stück Plastik usw. Bei Verwendung von Aluminium kann die eine Elektrode aus mit Graphit überzogenem Aluminium und die andere aus bleiplattiertem Aluminium bestehen. .: - -

Die beschriebene Zelle kann gegen den atmosphärischen Einfluß abgedichtet werden und eignet sich besonders für militärische oder Aushilfszwecke, wo ein Gerät erforderlich ist, das im ungeladenen Zustand eine lange Lebensdauer besitzt und das bei Bedarf sofort zu seiner vollen Kapazität aufgeladen werden kann.

Fig. 1 der Zeichnung erläutert eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zwischen den Elektroden ein frei fließender Elektrolyt verwendet wird. Der Weißblechbehälter 10 ist mit einem leitenden Graphitlack 11 versehen, welcher auf der Innenseite des Behälters sitzt. Zur Herstellung dieses Überzugsmaterials wird mikroskopisch feiner Graphit mit einer 5 %igen Losung eines Silikonlacks gemischt und darin suspendiert, so daß die erhaltene Mischung etwa 20 Gewichtsprozent Graphit enthält. Nachdem der Behälter in die Mischung eingetaucht oder anderweitig damit überzogen wurde, wird diese 1 Stunde bei 250° C zur Bildung einer wasserdichten, wasserabstoßenden leitenden Oberfläche erhitzt, die chemisch -und elektrochemisch widerstandsfähig ist. Die positive Graphitelektrode 13„ deren Mittelstück 14 hohl ist, erstreckt sich nach oben durch den isolierenden Deckel 12₃ in welchem sie fest, eingeformt sein kann. Die Öffnungen 15 in der Wand der Elektrode 13 ermöglichen . eine freie Zirkulation des Elektrolyts 18, welcher in die Zelle durch die Öffnung in dem Deckel 12 eingefüllt wird. Diese Öffnung wird dann mit einem Stöpsel 17 geschlossen. Dieser Stöpsel besteht aus einem gesinterten, porösen, keramischen Material, das mit einer 5 "/eigen Lösung des vorstehend beschriebenen Silikonlacks imprägniert wurde und als Dich-,tung dient. Diese Behandlung ergibt eine wasserabstoßende Oberfläche und ermöglicht, daß der Stöpsel eine Diffusion von Gas, das innerhalb der Zelle erzeugt werden könnte, zuläßt, ohne daß jedoch Flüssigkeit austreten kann. Zum Schluß wird das Ende des Behälters 10 in den plastischen Deckel 12 eingedrückt, so daß man einen dichten Verschluß erzielt. Eine an der Elektrode 13 befestigte Metallbandklemme 16 ergibt einen geeigneten positiven Klemmenanschluß für die Zelle. Wie man sieht, ermöglicht die verhältnismäßig große graphitisierte Innenfläche des Behälters 10 die Ablagerung des Bleies auf einem weiten Raum. Fig. 2 der Zeichnung erläutert einen Zellentyp, der sich für eine Serienstapelung unter Erzielung höherer Spannung eignet. Die beiden silikonbehandelten Graphitelektroden 20 und 21 sitzen fest in dem sie trennenden Ring 22 aus einem plastischen Kunststoff. Der Raum zwischen den Elektroden ist mit einem Absorptionsmittel 23, ζ. B. Filtratpapier, gefüllt, das mit dem Bleisulfamat enthaltenden Elektrolyt imprägniert ist. Zur Erzielung einer Absorptionswirkung kann man auch den Elektrolyt mit einem geeigneten Gelierungsmittel, z. B. Cellulosederivaten, wie sie für gewöhnlich zum Unbeweglichmachen eines Elektrolyts verwendet werden, gelieren. Die wasserabstoßenden Oberflächen der Elektroden helfen mit, ein Lecken und Kriechen des Elektrolyts zu vermeiden, ermöglichen jedoch eine Diffusion von Gas.

Es entsteht sowohl bei der Ladung als bei der Entladung nur eine zu vernachlässigende Gasmenge, wenn der Betriebszyklus aus der Überführung von Bleisulfamat in " Sulfaminsäure unter Ablagerung der elektrochemisch aktiven Zellkomponenten, nämlich Bleiperoxyd und Blei an ihren jeweiligen Elektroden und in deren Rücküberführung unter Reaktion mit Sulfaminsäure in Bleisulfamat besteht.

Die verwendeten Elemente ergeben in ihrer Kombination eine äußerst inerte und lagerungsbeständige Zelle, welche nach Aufladung ihre Ladungskapazität auch gut beibehält. ' -

Gegebenenfalls kann der Widerstand des Elektrolyts durch Zugabe der - SuIf amate mit größerer Leitfähigkeit, wie Kalium- oder Natriumsulfamat, erhöht werden. " .

Claims

PATENTANSPRÜCHE; ■

- 1. Akkumulator, dadurch gekennzeichnet, daß im geladenen Zustand die negative Elektrode Blei und die positive Elektrode Bleidioxyd enthält und daß der Elektrolyt eine wäßrige Lösung von . Sulfaminsäure ist.
2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Bleisulfamat und Sulfaminsäure enthält,
3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode und die positive Elektrode einen Träger aus einem leitenden, gegenüber dem Elektrolyt inerten Material aufweisen, auf welchem sich das Blei bzw. Bleidioxyd bildet.
4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger der negativen und der positiven Elektrode aus Kohlenstoff, Nickel oder Aluminium bestehen.
5. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger der positiven Elektrode aus mit Graphit überzogenem Aluminium und der Träger der negativen Elektrode aus bleiplattiertem Aluminium besteht.
6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in bekannter Weise unbeweglich gemacht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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