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Verfahren zur Herstellung eines ständig dicht verschlossenen Akkumulators,
insbesondere eines alkalischen Akkumulators Alkalische Akkumulatoren, die unter
Verwendung von dünnen Elektroden, insbesondere Blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden,
aufgebaut sind und bei denen solche Elektroden zusammen mit ihren Separatoren dichtschichtig
flächenparallel aneinanderliegend ein Elektrodenpaket oder einen Elektrodenwickel
bilden, können als sogenannte ständig gasdicht verschlossene Akkumulatoren betrieben
werden, vorausgesetzt, daß beim Laden eines solchen Akkumulators ein vorbestimmter
Ladestrom nicht wesentlich überschritten wird. Es wurde beispielsweise eine günstige
Betriebsmöglichkeit bei ständig gasdicht verschlossenen Akkumulatoren mit Blatt-
oder foliendünnen Sintergerüstelektroden ermittelt bei Ladeströmen, die 1/1o C bis
1/s C auch bei langer Überladezeit betragen. Dabei ist »C« die Kapazität des aufzuladenden
Akkumulators in Amperestunden.
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DerErfindung liegt ein Verfahren zurEinstellung der Elektrolytmenge
eines ständig dicht verschlossenen Akkumulators zugrunde, nach dem es möglich ist,
die langzeitigen überladungsvoraussetzungenherstellungstechnisch einfach durch richtige
Bemessung der betriebsmäßig erforderlichen Elektrolytmenge zu schaffen. Nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird das vollständig mit Elektrolyt$üssigkeit gefüllte,
mechanisch starre Akkumulatorengehäuse für seinen späteren Betrieb als ständig gasdicht
verschlossener Akkumulator bei gleichzeitiger Unterbrechung des Ladeprozesses erst
dicht verschlossen, nachdem das Aufladen und Überladen mit einem Strom, der von
dem vorbestimmten betriebsmäßigen Ladestrom nicht überschritten wird, bis zum Abzug
von Gas aus der Elektrolyteinfüllöffnung oder einer anderen dafür vorgesehenen Gehäuseöffnung
erfolgt ist. Es wird also die in dem gasdicht zu verschließenden Gehäuse verbleibende
Elektrolytmenge bei der Herstellung des Akkumulators unter Anwendung eines später
betriebsmäßig eintretenden Zustandes vor dem Verschließen des Gehäuses eingestellt,
womit Gewähr dafür gegeben ist, daß sich in dem Akkumulator tatsächlich die betriebsmäßig
bedingte Elektrolytmenge befindet.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind in den Spalten und Freiräumen
des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels beim dichten Verschließen des Akkumulatorengehäuses
Gasbläschen vorhanden, deren Größe und Anzahl sich aus dem Grad der Überladung bestimmen.
Das Volumen dieser Gasbläschen macht bekanntlich ein Vielfaches von dem Wasservolumen
aus, was sich aus der Rückbildung der Gase dieser Bläschen ergibt. Dadurch tritt
bei der Rückbildung der im Moment des gasdichten Verschließens des Akkumulatorengehäuses
in den Spalten und Freiräumen des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels vorhandenen
Gase eine stellenweise Druckverminderung zwischen den benachbarten Elektrodenoberflächen
ungleicher Polarität ein und es, begünstigt diese Druckänderung das Eindringen des
Elektrolyten in das Innere des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels. Es ist
also durch das Verfahren der Erfindung ein gutes Funktionieren für das bekannte
Elektrolytwechselspiel beim Laden und Entladen eines Akkumulators auch für den Betrieb
in dauernd dicht verschlossenem Gehäusezustand gewährleistet.
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Für die Erzielung einer hochwirksamen Gasrückbildung in den Spalten
des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels ist es bei der Verwendung von Blatt-
oder foliendünnen Elektroden zum Aufbau eines ständig gasdicht verschlossenen zu
betreibenden Akkumulators wichtig, die Separatorschicht zwischen zwei Elektroden
ungleicher Polarität möglichst dünn und gleichmäßig zu haben. Es ist für die Anwendung
des Verfahrens der Erfindung deshalb günstig, wenn die zur Verwendung kommenden
Elektrodenpakete oder -wickel so aufgebaut sind, daß der Flächenabstand zwischen
benachbarten Elektroden des Paketes oder Wickels in an sich bekannter Weise durch
eine auf die aktive Elektrodenoberfläche aufgetragene gas-und ionendurchlässige
Isolierschicht geringster Dicke, z. B. aus feinpulvriger Diatomeenerde mit Kunststofflösung
vermischt, bestimmt ist. Es ist auf diese Weise auf der aktiven Elektrodenober$äche
eine sehr dünne Schicht in Form eines ionen- und gasdurchlässigen Überzuges mit
feinsten Poren vorhanden. Dabei kann es genügen, wenn beim Schichten des Paketes
oder Herstellen des Wickels immer nur
eine der aneinanderliegenden
Oberflächen benachbarter Elektroden ungleicher Polarität mit einer solchen Schicht
versehen ist. Die Dicke der als Separator wirkenden Isolierschicht oder Isoliereinlage
soll nicht wesentlicher als 0,2 mm sein, bevorzugt sogar weniger als 0,1 mm.
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Störende Faktoren bei der Funktion der Gasmechanik in einem nach dem
Verfahren der Anmeldung hergestellten ständig gasdicht verschlossen zu betreibenden
Akkumulator können insbesondere bei vorhandenem Elektrolytüberschuß in dem Akkumulatorengehäuse
ausgeschaltet werden, wenn in an sich bekannter Weise alle Flächen und Teile des
Elektrodenpaketes oder des Elektrodenwickels und der im Gehäuse liegenden Anschlußmittel
od. dgl., soweit diese ein elektrisches Potential führen und zur Gasbildung außerhalb
der zwischen benachbarten Elektroden des Paketes oder Wickels vorhandenen Flächenspalte
neigen, mit einem an diesen Flächen oder Teilen festhaftenden laugenbeständigen
Isolierüberzug versehen sind. Bei einem so aufgebauten alkalischen Akkumulator werden
die bei Überladung oder Überentladung nur an den aktiven Elektrodenoberflächen entstehenden
Gasbläschen in kürzester Zeit wieder zu Wasser zurückgebildet, weil sie durch den
vorhandenen engen Oberflächenabstand zwischen Elektroden ungleicher Polarität bei
Verwendung eines bevorzugt gasdurchlässigen Separators als Isoliereinlage zwischen
solchen benachbarten Flächen schon unmittelbar nach ihrem Entstehen mit der Oberfläche
der Gegenpolelektrode in Berührung kommen und sich damit der Gasrückbildungsprozeß
in bekannter Weise vollzieht.
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Die in Fig. 2 der Zeichnung dargestellten Kurven veranschaulichen
die Beziehung zwischen Überlade-Strom und Druckanstieg in dem Akkumulatorengehäuse,
sowie das erreichbare Druck-Strom-Gleichgewicht und den Druckrückgang in Abhängigkeit
von der Zeit. Den Kurven liegt eine nach den Merkmalen der Erfindung hergestellte
Wickelzelle eines alkalischen Akkumulators zugrunde, deren Außendurchmesser 14 mm
beträgt bei einer Länge von 50 mm. Die Kapazität der Zelle ist 600 mAh.
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Auf der Ordinate ist der Zelleninnendruck in atü aufgetragen und in
der Abszisse die Ladezeit in Minuten. Das Kurvenbild zeigt, daß bei einem Ladestrom
von 100 Milliamp6re nach allmählichem Druckanstieg das Druckgleichgewicht bei 1,6
atü eintritt. Der Druckrückgang erfolgt bei Unterbrechung der Überladung, wie die
Kurve zeigt, innerhalb einer Zeit von etwa 30 Minuten.
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Wird die gleiche Zelle mit 200 Milliamp6re dauernd überladen, so steigt
der Innendruck innerhalb der ersten Viertelstunde auf 3,6 atü an und tritt bei diesem
Druck ein Gleichgewichtszustand (Druck-Strom-Gleichgewicht) ein, der betriebsmäßig
eine, dauernde Überladung der Zelle zuläßt. Nach Unterbrechung der Überladung sinkt
der Druck im Gehäusen innerhalb von etwa 30 Minuten wieder auf Null ab. Bei einem
Ladestrom von 300 Milliamp6re, also 1/2 C, ist das Druck-Strom-Gleichgewicht bei
12,5 atü Gehäuseinnendruck vorhanden, und es wird dieser Druck innerhalb von etwa
45 Minuten auf Null abgebaut; wenn der Ladestrom unterbrochen ist.
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Die Zelle, an der die wiedergegebenen Messungen durchgeführt worden
sind, wurde für die einzelnen Untersuchungsphasen nach dem Verfahren der Erfindung
hergestellt, d. h. also, die Zelle wurde im Zeitpunkt ihres dichten Verschließens
mit dem Strom überladen, bei dem nach der Kurve das Druck-Strom-Gleichgewicht eingetreten
ist. Der Aufbau der Zelle ist aus Fig. 1 erkennbar. Es sind Blatt- öder foliendünne
Sintergerüstelektroden 1 flächenparallel mit geringstem Abstand voneinander dicht
gewickelt mit einer nur oben eine geringe Öffnung aufweisenden Kunststoffhülle 2
umgeben in das druckfeste und mechanisch starre Gehäuse 3 eingesetzt. Nach dem Aufladen
des so verbreiteten Akkumulators wurde dieser z. B. mit 300 Milliamp6re längere
Zeit dauernd überladen, und es konnte dabei das überschüssige Gas aus der Deckelöffnung
des Gehäuses 3 entweichen. Im Moment der überladungsunterbrechung ist der Akkumulator
bei gleichzeitigem Aufsetzen des Manometers 4 gasdicht verschlossen worden, und
es wurde dabei Vorsorge getroffen, daß im Zeitpunkt des Verschließens das Akkumulatorengehäuse,
der Manometeranschluß und der Druckraum des Manometers vollkommen mit Flüssigkeit
(Lauge) angefüllt sind. Mit dieser Anordnung wurden die dargestellten Kurven ermittelt.