DE1163413B - Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen von Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten mit hohen Stromdichten - Google Patents
Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen von Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten mit hohen StromdichtenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: H Ol m
Deutsche Kl.: 21b-16
Nummer: 1 163 413
Aktenzeichen: A 32693 VI b / 21 b
Anmeldetag: 19. August 1959
Auslegetag: 20. Februar 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen von Akkumulatoren mit
saurem Elektrolyten mit hohen Stromdichten.
Es ist bekannt, den Entladevorgang in elektrischen Akkumulatoren mit saurem Elektrolyt dadurch zu
verbessern, daß der Elektrolyt in den Zellen bewegt wird. Da nämlich bei der Entladung der Akkumulatoren
Elektrolyt verbraucht wird, ist zwangläufig eine Verminderung der Elektrolytkonzentration die
Folge. Die Verdünnung der Akkumulatorensäure tritt primär unmittelbar an den Elektroden bzw. in den
Poren der aktiven Masse auf, wo die elektrochemischen Umsetzungen zwischen Elektrolyt und aktiver
Masse stattfinden. Gerade dort wirkt sich aber eine verringerte Säurekonzentration für die Stromlieferung
der Akkumulatoren nachteilig aus, denn die elektrochemischen Umsetzungen können dann nicht mehr
in vollem Umfange stattfinden. Insbesondere ist bei hohen Entladestromdichten eine unvollständige Ausnutzung
der aktiven Masse, d. h. eine verkleinerte Kapazität, die Folge, da ein Ausgleich der Elektrolytkonzentration
zwischen der in den Poren der aktiven Masse befindlichen sogenannten inneren Säure und
der zwischen den Elektrodenplatten befindlichen sogenannten äußeren Säure durch Diffusion nicht mit
derselben Geschwindigkeit möglich ist, mit der die Säure verbraucht wird. Außerdem fällt mit abnehmender
Elektrolytkonzentration die Klemmenspannung des Akkumulators.
Man hat zunächst versucht, diese Nachteile dadurch zu beheben, daß man die Akkumulatorsäure
beispielsweise durch Kippbewegungen des Akkumulators ständig durchmischte und so Konzentrationsunterschiede in der Zellensäure ausglich. Auf diese
Weise ließ sich jedoch ein Konzentrationsausgleich im wesentlichen nur in der äußeren Säure erreichen,
während der für die Stromlieferung maßgebliche Elektrolytanteil in den Poren der aktiven Masse, die
innere Säure, nur in unzureichender Weise durch die äußere Säure aufkonzentriert wurde.
Nach verschiedenen bekannten Verfahren wird daher die Akkumulatorensäure durch die Poren der
aktiven Masse gedrückt, was mit Hilfe von Pumpen oder durch die Wirkung des hydrostatischen Druckes
innerhalb der Elektrolytflüssigkeit geschehen kann.
Weiterhin ist es bekannt, nicht nur den in den Akkumulatorzellen befindlichen Elektrolyten durch
die Elektrodenplatten zu drücken, sondern zusätzlich einen verhältnismäßig kleinen Vorratsbehälter mit
Akkumulatorsäure vorzusehen, die gemeinsam mit der Zellensäure im Kreislauf umgepumpt wird.
Durch diese bekannten Maßnahmen wurde er-Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen
von Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten mit hohen Stromdichten
Anmelder:
Varta Aktiengesellschaft,
Hagen (Westf.), Dieckstr. 42
Als Erfinder benannt:
Dr. Hans Bode, Frankfurt/M.,
Franz Bronstert, Bad Homburg v. d. Höhe,
Dr. Herbert Haebler, Frankfurt/M.,
Hans-Georg Lindenberg, Hannover-Stöcken --
reicht, daß in den Poren der aktiven Masse die durch die elektrochemischen Vorgänge beispielsweise beim
Entladen des Akkumulators verdünnte Säure immer wieder durch konzentriertere Säure ersetzt wurde. Da
jedoch bei der Entladung eines Akkumulators immer Säure verbraucht wird, nahm die durchschnittliche
Konzentration des gesamten in Umlauf befindlichen Elektrolyten beim Entladen des Akkumulators in
jedem Falle ab.
Für die Entladung von Primärbatterien ist bereits ein Vorschlag bekanntgeworden, nach dem die Konzentration
der Elektrolytflüssigkeit mittels stetiger Zufuhr eines Ersatzes für die durch den Entladevorgang
verbrauchten Chemikalien konstant gehalten wurde. Der Elektrolyt wurde dabei an den Elektrodenoberflächen
vorbeigepumpt. Auch hierdurch konnte jedoch lediglich die Spannungslage der Primärbatterie
über größere Zeiträume verbessert werden, und selbst bei Anwendung dieses Vorschlages
auf den Betrieb von elektrischen Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten konnte damit nur bei verhältnismäßig
niedrigen Entladeströmen eine geringfügige Verbesserung des Spannungsverhaltens erzielt werden.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, nach dem elektrische Akkumulatoren
mit saurem Elektrolyten mit sehr hohen Stromdichten auch von wechselnder Stärke so entladen werden
können, daß die aktive Masse jederzeit nahezu vollständig ausgenutzt wird. Darüber hinaus sollte sich
das Verfahren auch auf die Formation der aktiven Masse und auf die Wiederaufladung von elektrischen
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Akkumulatoren anwenden lassen, so daß diese Prozesse mit sehr viel höheren Strömen und damit in
erheblich kürzerer Zeit, als bisher möglich, durchgeführt werden konnten.
Beim Formieren bzw. Laden von elektrischen Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten liegen die
Verhältnisse naturgemäß gerade entgegengesetzt denjenigen bei der Entladung. Durch die hierbei ablaufenden
elektrochemischen Umsetzungen wird der Elektrolyt aufkonzentriert, so daß die Aufladung der
aktiven Masse, die nur bei verhältnismäßig geringer Elektrolytkonzentration optimal abläuft, gehemmt
wird. Aus diesem Grunde war die Formation, wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, bisher
sehr zeitraubend, und auch bei der Ladung konnten nur verhältnismäßig niedrige Ströme angewandt
werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren verwendet,
welches durch die Kombination gekennzeichnet ist, daß der Elektrolyt in bekannter Weise durch die
aktive Masse der Elektroden einer oder beider Polaritäten hindurchgedrückt und in stetem Kreislauf gehalten
wird und daß durch kontinuierliche oder periodische Zugabe von Elektrolyt anderer, vom
Ladungs- und Entladungsvorgang unbeeinflußter Konzentration oder von Wasser die Konzentration
des Betriebselektrolyten in den Poren der aktiven Masse geregelt, nämlich erhöht, erniedrigt oder konstant
gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird also unter Anwendung der an sich bekannten Maßnahme des Umpumpens des
Elektrolyten die Säurekonzentration stets so geregelt, daß sie dem jeweiligen Entlade-, Formier- oder Ladestrom
angepaßt ist. Auf Grund der vorliegenden Erfindung laufen daher die elektrochemischen Umsetzungen
in Akkumulator jederzeit und bei jeder Stromdichte unter optimalen Bedingungen ab. Damit
ist zum erstenmal möglich, sowohl beim Entladen als auch beim Formieren und Laden der Akkumulatoren
ohne Schaden Stromdichten anzuwenden, die weit über den bisher zulässigen bzw. möglichen Werten
liegen.
Der Elektrolyt wird zu diesem Zweck in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden Stromdichte entweder
aus einem Reservoir mit einer Säure, deren Dichte höher ist als diejenige der nomalen Akkumulatorsäure,
aufkonzentriert, oder aber er wird von außen mit destilliertem Wasser verdünnt. Die erste
Möglichkeit wird naturgemäß in erster Linie bei der Entladung, die zweite hauptsächlich bei der Formation
und Wiederaufladung angewandt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Konzentration des
Elektrolyten bei wechselnden Stromstärken nach Bedarf automatisch durch Zugabe von Säure zu erhöhen
oder durch Zugabe von Wasser zu erniedrigen und sie so den Erfordernissen für eine optimale Ausnutzung
der aktiven Masse anzupassen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß die Elektrodenplatten mittels einfacher Anordnungen seitlich wirkungsvoll abgedichtet sind und der
Elektrolyt auf diese Weise gezwungen wird, wenigstens die aktiven Massen der Elektroden einer Polarität
zu durchdringen, wobei durch verschiedene Maßnahmen dafür Sorge getragen werden kann, daß
die Elektroden verschiedener Polaritäten von verschieden großen Elektrolytmengen durchflossen werden.
Die Übertragung des Verfahrens auf die Formation wird dadurch ermöglicht, daß unter Kühlung
und stetem Kreislauf des Betriebselektrolyten dessen Dichte durch Zugabe von Wasser auf den günstigsten
Stand eingestellt wird.
Unter dem Begriff Formation versteht man in der Akkumulatorenindustrie die erste Ladung der bis
dahin in der Hauptsache aus basischen Bleiverbindungen, Bleistaub und Bleisulfat bestehenden positiven
und negativen Rohplatten. Diese Platten werden nach dem bisher üblichen Verfahren vor der eigentlichen
Formation in eine auf 30° C erwärmte Schwefelsäure der ungefähren Dichte von 1,06 eingebracht.
Nach etwa 1 stündigem Warten werden die Platten mittels eines Stromes bestimmter Stärke formiert.
Während der ersten Stunde der Formation sinkt die Dichte der Schwefelsäure von etwa 1,06 auf
etwa 1,03 ab, weil während dieser Zeit mehr Schwefelsäure von den auf den Platten befindlichen Bleiverbindungen
gebunden als unter Einwirkung des Formationsstromes aus dem gleichfalls in den Platten
vorhandenen Bleisulfat frei wird. Erst nach diesem Absinken erfolgt ein Wiederanstieg der Dichte der
im Elektrolytraum vorhandenen Schwefelsäure. Dabei nimmt aber die Dichte der innerhalb der wirksamen
Masse der Platten vorhandenen Schwefelsäure bedeutend stärker zu als die der dazwischen befindlichen
Säure. Untersuchungen haben ergeben, daß die höchste Dichte der in der aktiven Masse vorhandenen
Säure im Verlauf des Formierverfahrens einen Wert von etwa 1,6 erreicht. Man kann beobachten,
daß sowohl von der Oberfläche der positiven als auch von der Oberfläche der negativen Platten Schlieren
konzentrierter Schwefelsäure auf den Boden des Gefäßes herabsinken. Diese bei der üblichen Formation
durchaus normalen Vorgänge haben den großen Nachteil, daß im Bleischwamm die Spannung wegen
der hohen Säuredichte anomal rasch ansteigt und dadurch sowohl die positive als auch die negative Platte
viel schneller an die Grenze, bei der die Gasentwicklung beginnt, herangeführt werden, als wenn die
Säure im Blei schwamm oder im Bleidioxyd auf der ursprünglichen Konzentration der Formationssäure
hätte gehalten werden können. Die überhöhte Säurekonzentration im Inneren der Platte begrenzt also die
Höhe des Formierstromes und führt im Verlauf des Formierverfahrens zu einer verfrühten Gasentwicklung,
wodurch die Lebensdauer der Platten und der Formationsablauf im Kern der Platten äußerst nachteilig
beeinflußt werden. Parallel zu diesen Vorgängen findet auch eine sich schädlich auswirkende örtliche
Überhitzung an den Außenflächen der Platten statt, die eine Folge der Vermischung der in den Platten
entstandenen konzentrierten Säure mit der verdünnten Formationssäure ist. Die aufgezeigten Nachteile
erlauben es nicht, die gewünschte Aktivierung der wirksamen Masse im Inneren der Platte in vollem
Umfange zu erzielen.
Führt man dagegen die Formation unter Kreislauf des Elektrolyten durch, so wird der innerhalb der
aktiven Massen gebildete konzentriertere Elektrolyt ebenso wie dort entstehende Gasblasen aus den
Platten herausgedrückt. Aus diesem Grunde ist es ohne weiteres möglich, die Dichte des Formierstromes
um ein Vielfaches zu erhöhen und dadurch die Formierzeit auf etwa ein Zehntel der bisher üblichen
herabzudrücken. Wesentliche Hilfen, die zur Verwirklichung derart kurzer Formierzeiten beitragen,
sind einmal die Abführung der beim Formieren mit hohen Stromdichten entstehenden großen Wärmemengen
durch kontinuierliche Kühlung des Elektrolyten sowie die gesteuerte Zugabe von Wasser zum
Formierelektrolyten mit dem Ziel, stets die jeweils günstigste Konzentration einzustellen. Die Formation
läßt sich also unter ganz wesentlich günstigeren Bedingungen durchführen, als es bisher der Fall war.
Überraschend ist in diesem Zusammenhang die Feststellung, daß die schnell formierten Elektrodenplatten
ganz besonders für die Abgabe von Starkstrom geeignet sind und eine Nutzkapazität aufweisen, die
sogar bis auf das Dreifache der bisher üblichen Werte
zu steigern ist, mindestens jedoch das Doppelte beträgt.
Zur besseren Veranschaulichung der im einzelnen getroffenen Maßnahmen dienen die schematischen
Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt einen Akkumulator, der geeignet ist, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Formieren,
Laden und Entladen benutzt zu werden; in
F i g. 2 ist ein trocken geladener Akkumulator abgebildet, der ebenfalls nach dem genannten Prinzip
betrieben wird;
F i g. 3 bis 6 zeigen vorteilhafte Anordnungen von Platten nach der Erfindung, wobei F i g. 5 a einen
waagerechten Teilschnitt der Fig. 5 darstellt zur besseren Kenntlichmachung des sogenannten Hohlraumscheiders;
F i g. 7 und 8 zeigen eine Gitterplatte, die zwecks Erzielung eines elektrolytdichten Abschlusses und zur
Strömungslenkung mit einer Gummirandauflage versehen ist; F i g. 7 zeigt eine derartige Platte in der
Aufsicht, F i g. 8 im Schnitt;
F i g. 9 und 10 geben den Hohlraumscheider aus F i g. 5 und 5 a in der Aufsicht und im Schnitt wieder;
Fig. 11 und 12 zeigen jeweils einen größeren
Zellenverband, wobei nach Fig. 11 der gesamte
Zellenverband durch einen einzigen Elektrolytkreislauf versorgt wird, während in Fig. 12 jeweils benachbarte
Zellen von verschiedenen Elektrolytkreisläufen durchflossen werden;
Fig. 13 deutet schematisch an, wie die Versorgung
von Elektroden verschiedener Polarität mit unterschiedlich konzentrierten Elektrolyten unter Zuhilfenahme
zweier Kreislaufe vorgenommen werden kann;
Fig. 14 zeigt im Querschnitt einen erfindungsgemäßen
Behälter für die Schnellformation.
Bei den Fig. 11 bis 14 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
darauf verzichtet worden, die Vorrichtung für die Konzentrationsregelung des Elektrolyten
aufzuzeigen.
Die F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreibenden
Akkumulator. In dem Zusatzbehälter 1 befindet sich die zur beliebigen Regelung des spezifischen
Gewichtes des im Kreislauf bewegten Betriebselektrolyten bestimmte Flüssigkeit 2. Durch
Betätigung des Ventilstiftes 3 wird die Ausflußöffnung 4 in dem Maße freigegeben, wie es zur Einstellung
oder Konstanthaltung beliebiger Konzentrationsverhältnisse gerade erforderlich ist. Auf dem
Zusatzbehälter 1 ist eine mit einer Schraube verschlossene Nachfüllöffnung 5 angebracht. Der Zusatzbehälter
1 ist über ein mit oben angesetztem Überdruckventil? versehenes Entgasungsrohr 6 verbunden
mit dem Überlaufraum 16, um Veränderungen des Gas- und Flüssigkeitsvolumens auszugleichen. Das
Überdruckventil 7 ist dafür vorgesehen, beim Formieren, Laden und Entladen zusätzlich entstehende
Gase abzulassen. Das Entgasungsrohr 6 ist an der Einmündung in den Zusatzbehälter 1 mit einem
Federventil 8 ausgestattet, welches die Luft während des Ausfließens der Flüssigkeit 2 aus dem Überlaufraum
16 in den Zusatzbehälter 1 strömen läßt, gleichzeitig jedoch ein Überlaufen oder Uberspritzen der
Flüssigkeit 2 in den Uberlaufraum 16 verhindert. Die
ίο durch die Ausflußöffnung 4 zu dem Betriebselektrolyten
gelangende Flüssigkeit 2 durchmischt sich mit diesem im Sammelraum 9, der mit einer Pumpvorrichtung
10 versehen ist, die den nunmehr eine bestimmte Konzentration aufweisenden Betriebselektrolyten
in den Verteilerraum 11 drückt, von wo aus er durch die untere Lochplatte 13 den Plattensatz 14
durchströmt und durch die obere Lochplatte 15 in den Überlaufraum 16 gelangt. Durch die dort vorgesehene
Öffnung 18 fließt der Betriebselektrolyt wieder in den Sammelraum. Um den Betriebselektrolyten
einzufüllen und abzulassen, sind der Schraubverschluß 17 und die Abflußöffnung 12 angebracht.
Ein Akkumulator der eben beschriebenen Art läßt sich auf einfache Weise formieren, indem man entweder
einen Teil des umgepumpten Elektrolyten durch die Abflußöffnung 12 aus dem Behälter entnimmt,
mit Wasser verdünnt, dann kühlt und durch die Einfüllöffnung 5 bzw. den Schraubverschluß 17
wieder hinzugibt oder mittels eines in den Schraub-Verschluß 17 eingebrachten Rohrstutzens den durch
die Lochplatte 15 austretenden Betriebselektrolyten absaugt, mit Wasser verdünnt, kühlt und durch die
Nachfüllöffnung 5 dem Akkumulator wieder zuführt. Überdies kann man sowohl das im Zusatzbehälter 1
befindliche Wasser wie auch den den Sammelraum 9 durchströmenden Betriebselektrolyten von außen
kühlen.
Um beim Entladen eines derartigen Akkumulators das spezifische Gewicht des Betriebselektrolyten zu
regeln, betätigt man den Ventilstift 3, was sich entweder von Hand aus oder, besonders bei einer Hintereinanderschaltung
der Elektrolytkreisläufe mehrerer Akkumulatoren, vollautomatisch, z. B. mittels eines
Dichteanzeigers als Steuerorgan, durchführen läßt.
Die den Betriebselektrolyten im Kreislauf fördernde Pumpe 10 wird mittels eines kleinen Teils des vom
Akkumulator gelieferten elektrischen Stromes angetrieben, wobei ihre Förderleistung sich der in der
Zeiteinheit entnommenen Gesamtstrommenge anpaßt.
Bei sogenannten »Schnellentladungen«, d. h. bei Entladeströmen von beispielsweise 0,5 A/cm2, hat es
sich als sehr vorteilhaft erwiesen, dem Betriebselektrolyten durch Zufluß von höher konzentriertem
Elektrolyten ein gleichbleibendes spezifisches Gewicht zu geben. Für bestimmte Zwecke, z. B. für den
Fall, daß entweder die Stromstärke oder aber die Spannung auf zeitlich gleichbleibender Höhe gehalten
werden soll oder sich sowohl Stromstärke als auch Spannungslage bei der Entladung nach Möglichkeit
nicht ändern sollen, erscheint eine andersartige Beeinflussung des spezifischen Gewichtes des Betriebselektrolyten
angebracht. Für Sonderfälle ist deshalb vorgesehen, den Zusatzbehälter 1 in zwei ihm gleichende
Behälter zu teilen, von denen der eine Wasser und der andere konzentrierten Elektrolyten enthält.
Ein zusätzlicher aus dem Verfahren erwachsender Vorteil ist die durch die Mischungswärme hervorgerufene
Temperaturerhöhung des Elektrolyten, die
eine weitere Leistungssteigerung des Akkumulators verursacht. Natürlich ist es zusätzlich möglich, nach
dem Tauchsiederprinzip oder auch mit anderen Wärmequellen den Elektrolyten vor oder während
des Betriebs im Sammelraum 9, Verteilerraum 11 und Zusatzbehälter 1 aufzuheizen.
Für Zwecke der Hochstromentladung hat sich besonders die Verwendung eines trockengeladenen
Akkumulators bewährt.
Trockengeladene Akkumulatoren, die mit einer Vorrichtung zum Ausgleich der Elektrolytkonzentration
nach dem üblichen Füllvorgang des Elementes ausgerüstet sind, wurden bis jetzt noch nicht beschrieben.
F i g. 2 bringt ein Ausführungsbeispiel. Ähnlich, wie in F i g. 1 beschrieben, findet man auch
hier den Zusatzbehälter 1 mit der für die Regelung der Elektrolytkonzentration bestimmten Flüssigkeit 2,
die durch den mittels des Ventilstiftes 3 zu öffnenden Ausfluß 4 in den Sammelraum 9 gelangen kann. Die
an der Oberseite des Zusatzbehälters angebrachte Nachfüllöffnung 5' ist mit einem Ventil ausgerüstet,
um die abfließende Flüssigkeit durch Luft ersetzen zu können. Der gesamte Betriebselektrolyt befindet
sich im Vorratsraum 19. Dieser kann mittels des Ventils 20 geöffnet werden, wonach der Elektrolyt
durch die Öffnung 18 ausschließlich in den Sammelraum 9 gelangt, da das Rückschlagventil 21 das
Überfließen des Betriebselektrolyten in den Überlaufraum 16 verhindert. Die Forderung, daß der Akkumulator
sofort.nach dem Eindringen des Elektrolyten in den Plattensatz 14 Strom für die Pumpvorrichtung
liefern soll, läßt sich selbstverständlich nur dann verwirklichen, wenn der Elektrolyt die Pumpe frei
durchfließen kann und über den Verteilerraum 11 durch die untere Lochplatte 13 in den Plattensatz 14
eindringt, worauf der für den Antrieb der Pumpe erforderliche Strom erzeugt wird. Ist die Pumpe einmal
in Betrieb, so treibt sie die zuvor im Vorratsraum 19 untergebrachte Elektrolytmenge durch den Plattensatz
14 hindurch, wobei der Elektrolyt nach dem Durchfließen der oberen Lochplatte 15 in den Überlaufraum
16 gelangt. Die von ihm aus dem Sammelraum 9 und den übrigen Räumen verdrängte Luft gelangt
über das Entgasungsrohr 6, das mit einem Überdruckventil 7 und einem Rückschlagventil 8 versehen
ist, in den Vorratsraum 19. Der Elektrolyt selbst fließt durch das sich ihm öffnende Rückschlagventil
21 und die Öffnung 18 wiederum in den Sammelraum 9 und wird von da ab im Kreislauf bewegt. Die
Regelung der Konzentration des Elektrolyten erfolgt auf genau die gleiche Weise wie beim Akkumulator
nach Fig. 1. Bei beiden schematisch wiedergegebenen Akkumulatoren sind die Zusatzbehälter vorzugsweise
über dem Plattensatz 14 angeordnet, doch können sie auch ebenso wie der Vorratsraum 19
unter Ausnutzung etwa vorhandenen toten Raumes an anderen Stellen des Akkumulators angebracht
werden. Im Falle des trockengeladenen Akkumulators der F i g. 2 muß jedoch sichergestellt werden,
daß nach dem Öffnen des Ausflußventils 20 unter dem Einfluß der Schwerkraft so viel Elektrolyt durch
die noch stillstehende Pumpe 10 fließt, daß der von ihr benötigte Antriebsstrom erzeugt wird.
Da bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 2 der Plattensatz 14 nicht den gesamten Raum
des eigentlichen Zellenbehälters ausfüllt, wird er besonders gehaltert und verspannt. Am einfachsten
kann dies dadurch geschehen, daß oberhalb und unterhalb des Plattensatzes 14 perforierte Lochplatten 13 und 15, vorzugsweise aus Isoliermaterial,
angebracht werden, die zusätzlich den Ausgleich des hydrostatischen Druckes bewirken. Für die Herrichtung
des Plattensatzes 14 ergeben sich für die Praxis hauptsächlich zwei Möglichkeiten: Die Elektroden
können wie in F i g. 1 senkrecht zu den Lochplatten 13 und 15 liegen oder auch im anderen Fall parallel
zu ihnen wie in F i g. 2 angeordnet sein. Beide An-Ordnungen haben je nach Verwendungszweck ihre
Vor- und Nachteile, jedoch wird durch die in den F i g. 1 und 2 getroffenen Maßnahmen auf jeden Fall
erreicht, daß der Betriebselektrolyt tatsächlich die aktive Masse zumindest der positiven Elektroden
durchdringt, wenn man nur dafür sorgt, daß der Elektrolyt nicht zwischen dem eigentlichen Plattensatz
und der Innenwandung des Elementbehälters vorbeifließen kann. Deshalb müssen die Elektroden
an vier der sechs Innenwände des Elementbehälters flüssigkeitsdicht anliegen.
Für den Fall, daß der Plattensatz 14 des Akkumulators aus parallel zu den Lochplatten 13 und 15 gelagerten
positiven und negativen, durch Separatoren voneinander getrennten Elektroden aufgebaut ist,
wobei die Elektroden sowohl bei dieser als auch bei allen anderen Anordnungen elektrisch leitend hintereinandergeschaltet
sind, müssen alle vier Kanten der Elektrodenplatten flüssigkeitsdicht an der Innenwandung
des Elementbehälters abschließen. Dieser flüssigkeitsdichte Randabschluß läßt sich auf verschiedene
Weise erreichen, von denen als Beispiele folgende Möglichkeiten beschrieben werden:
1. Der flüssigkeitsdichte Randabschluß des Plattensatzes wird durch eine an der Innenwandung
des Elementgefäßes anliegende, elektrolytbeständige elastische Auskleidung hergestellt, die sich
fest gegen die Kanten der Elektrodenplatten preßt.
2. Der Randabschluß wird wie unter 1 hergestellt, nur daß die Auskleidung in diesem Falle aus
einem elektrolytbeständigen Material besteht, welches in Berührung mit dem Elektrolyten
rasch quillt und sich unter Erzielung eines bündigen Abschlusses gegen die Kanten der Elektrodenplatten
legt.
3. Die Elektrodenplatten sind, nachdem ihre Kanten mit einem vierseitigen Abdichtungsrahmen
aus elastischem Isoliermaterial, ζ. Β. Gummi, bedeckt werden (der in sich wiederum den Separator
aufnimmt), im Elementbehälter aufgestapelt, wobei der Raum zwischen Plattensatz 9
und Behälterwandung mit erhärtendem Kunststoff ausgegossen ist.
Bei der Erprobung des Akkumulators nach der Erfindung hat sich gezeigt, daß der Ablauf der Entladung
in Abhängigkeit von der Anordnung der Elektroden ganz besonders günstig erfolgt, wenn die
negativen Elektroden eine große Oberfläche besitzen und die gesamte aktive Masse der positiven Platten
in inniger Berührung mit dem Elektrolyten steht.
Ohne die Energieabgabe des erfindungsgemäßen Akkumulators merklich zu verringern, kann man deshalb
zur Verkleinerung des Strömungswiderstandes bei dem mit horizontal angeordneten Elektroden ausgestatteten
Plattensatz 14 die Fläche der negativen Elektrodenplatten ein wenig kleiner als die der positiven
halten, wobei nur letztere bündig an der Innen-
ίο
wandung des Elementbehälters anliegen, während der Elektrolyt die negativen Elektroden umfließen kann
und nur zum Teil durch sie hindurchtritt.
Eine ähnliche Verringerung des Strömungswiderstandes läßt sich auch dadurch erreichen, daß die
negativen Elektrodenplatten bei gleicher Fläche wie die positiven Platten eine Anzahl massefreier Gitterfelder
aufweisen.
Ebenfalls aus dem Bestreben, den Strömungselastischem Isoliermaterial, der an drei Seiten des
Gitterrahmens aufliegt und nur eine Seitenkante des Gitters für den Ein- oder Austritt des Elektrolyten
frei läßt. Die dort angebrachten Noppen 22 aus dem gleichen Material wie der Rahmen 29 dienen der Abstandshalterung
der Platten. Aus F i g. 8 geht hervor, daß der Abdichtungsrahmen um ein weniges an den
Gitterkanten übersteht, damit beim Einbau des Plattensatzes in den Elementbehälter auch wirklich
widerstand möglichst klein zu halten, ergibt sich die io ein flüssigkeitsdichter dreiseitiger Randabschluß erAnordnung,
daß die Stege der Gitter der positiven zielt wird. Die Anordnung des Plattensatzes nach
und negativen Elektroden im Plattensatz 14 überein- F i g. 3 läßt sich, wie ein Ausschnitt in F i g. 4 zeigt,
ander in Deckung liegen. auch dahingehend abändern, daß zwischen die senk-
Da sich ein gewisser Staudruck innerhalb des recht zu den Lochplatten 13 und 15 im Element-Plattensatzes
14 als günstig erwiesen hat, wird dieser 15 behälter eingesetzten, abwechselnd positiven und
dadurch hervorgerufen, daß in Richtung der Elek- negativen Elektroden U-förmige Abdichtungsrahmen
aus elastischem Isoliermaterial, z. B. Gummi, so eingelegt sind, daß bei allen Platten ein flüssigkeitsdichter
Abschluß an der inneren Wandung des Elementbehälters hergestellt ist, während — von Platte zu
Platte abwechselnd — das Mittelteil des elastischen Rahmens die Einzelzellen entweder gegen die obere
oder die untere Lochplatte abdichtet. Bei einer bevorzugten Ausführung sind die negativen Elektroden
sind. Überdies ist der Plattensatz so dicht gepackt, 25 stärker und/oder weniger porös als die positiven
daß kein Raum vorhanden ist, der unnötige Säure- Elektroden.
Mittels der Anordnung nach F i g. 4 wird erreicht, daß der Elektrolyt durch die Massen beider Elektroden
hindurchströmen muß; doch ist es durch eine entsprechende Gestaltung der negativen Elektroden
möglich, das Verhältnis der die positiven und die negativen Elektroden durchströmenden Elektrolytmenge
innerhalb weiter Grenzen im Sinne einer maximalen Stromlieferung zu verändern.
Zwei weitere Elektrodenanordnungen werden in den F i g. 5 und 6 gebracht. Der in F i g. 5 gezeigte
Ausschnitt des Plattensatzes läßt erkennen, daß hier wie bei F i g. 4 Elektroden verschiedener Polaritäten
einander ablösen. Die Elektroden sind senkrecht zu
den Plattensatz hindurchzudrücken, sondern ihn 40 den Lochplatten 13 und 15 angeordnet. Der Elektrodurch
senkrecht stehende Platten zu leiten, wobei der lyt tritt durch die untere Lochplatte 13 ein, und zwar
nur an den Stellen, an denen der in F i g. 9 und 10 gezeigte Hohlraumscheider seine durch Noppen 26
nur wenig behinderte Einströmseite aufweist. Dabei ist dieser Hohlraumscheider so eingelegt, daß er mit
seiner vollen Fläche der negativen Elektrode fest anliegt, während die rippentragende Fläche der positiven
Elektrode zugekehrt ist. Durch um 180° wechselndes Einlegen des Plattensatzes wird erreicht, daß
wechselnd aus einer negativen und zwei positiven 50 der von unten eintretende Elektrolyt an der Rippen-Platten,
wobei der Raum zwischen den nebenein- seite des Scheiders nach oben steigt und dann, um
anderstehenden positiven Platten oben und an den weiter fließen zu können, entweder die positive Elekinneren
Seitenwandungen des Behälters durch U-för- trode oder aber den Scheider selbst, die negative
mige flüssigkeitsdichte Rahmen 29 (Fig. 7) aus Elektrode und den zweiten ihr anliegenden Scheider
elastischem Isoliermaterial, z. B. Gummi, abgeschlos- 55 durchströmen muß. Durch diese Anordnung wird
sen ist, während jede zwischen zwei auf solche Art automatisch erreicht, daß die Hauptmenge des Elekhergestellten
positiven Hohlraumelektroden stehende trolyten die positive Elektrode durchströmt, wobei es
negative Platte gegen einen Elektrolytzutritt an der durch das Auswählen einer bestimmten Dicke des
unteren Lochplatte 13 und den beiden inneren Seiten- Scheiders möglich ist, ganz bestimmte Durchwandungen
des Elementbehälters bündig abgedich- 60 Strömungsverhältnisse zu schaffen,
tet ist. Ein kleiner Teil des in Richtung A-A' geführten
Der Elektrolyt kann also nur in den zwischen zwei Schnittes in F i g. 5 wird in F i g. 5 a wiedergegeben,
positiven Elektrodenplatten befindlichen Raum ein- In der Reihenfolge von links nach rechts kommt zudringen,
muß danach diese Elektroden durchströmen erst die negative Elektrode, dann der Hohlraumund
gelangt dann, an den Scheidern 23 und den 65 scheider, der nun in der Aufsicht betrachtet werden
negativen Platten vorbeifließend, in den Überlauf- kann, und anschließend die positive Elektrode. Der
raum 16. F i g. 5 a ist zu entnehmen, daß der Scheider senk-
F i g. 7 zeigt einen Abdichtungsrahmen 29 aus rechte Rippen 27 aufweist, zwischen denen der Elek-
409 509/111
trolytströmung der Strömungswiderstand der Elektroden entweder durch deren geringere Porosität oder
durch größere Dicke, gegebenenfalls auch durch Kombination dieser beiden Größen, zunimmt.
Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, besteht der horizontal angeordnete Plattensatz 14 aus einer großen
Anzahl sehr dünner Elektrodenplatten, während die Separatoren hochporös und äußerst dünn gehalten
mengen zu seiner Auffüllung benötigt. Aus diesem Grunde benötigen die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren betriebenen Akkumulatoren trotz der Zusatzräume 1 und 19 kaum zusätzliche Volumen.
Durch eine Vielzahl von übereinanderliegenden Elektrodenplatten wie in F i g. 2 wird von der Pumpe
eine hohe Leistung verlangt, um den Elektrolyten trotz des großen Strömungswiderstandes in Fluß zu
halten. Deshalb hat es sich für bestimmte Zwecke als vorteilhaft erwiesen, z. B. bei der Verwendung von
höher viskosen Elektrolyten oder bei höher dimensionierten Plattensätzen, den Elektrolyten nicht durch
einen parallel zu den Lochplatten 13 und 15 liegen-
durch einen derartig angeordneten Plattensatz fließende Elektrolyt, wie die F i g. 3 bis 6 im Ausschnitt
zeigen, bei jedem vollzogenen Kreislauf nur eine Platte zu durchströmen hat.
Bei einer derartigen Anordnung des Plattensatzes, von dem F i g. 3 nur einen Abschnitt zeigt, bestehen
die senkrecht zu den Lochplatten 13 und 15 im Behälter des Elementes eingesetzten Elektroden ab-
11 12
trolyt aufsteigen kann. Die Vollseite 23 des Scheider- Platten durchfließenden Schwefelsäure Werte auf-
materials liegt dagegen der negativen Elektrode an. weisen kann, die weit über der gebräuchlichen Dichte
Auch der in Fig. 6 gezeigte Ausschnitt eines von 1,22 bis 1,28 liegt.
Plattensatzes soll zur Verwirklichung der Erkenntnis Um das Formieren nach dem erfindungsgemäßen
beitragen, daß vor allem die aktive Masse der positi- 5 Verfahren nicht nur bei schon in Akkumulatoren einven
Platten in innige Berührung mit den Elektrolyten gebauten Platten durchführen zu können, wurde die
gelangen muß. Die Elektroden werden senkrecht zu in F i g. 14 schematisch gezeichnete Vorrichtung geden
Lochplatten 13 und 15 mittels einer auf den schaffen. Die zu formierenden Platten werden durch
Lochplatten ruhenden elastischen Isolierschicht mit Scheider voneinander getrennt und in einen mit
entsprechendem Profil gehalten, wobei diese Isolier- io elastischem und elektrolytbeständigem Isoliermaterial
schicht unten an jeder zweiten negativen Elektrode 43 ausgekleideten Kasten 41 gesetzt, der an seiner
Durchtrittsöffnungen 28 aufweist. Durch diese tritt Unterseite einen durchgehenden Längsschlitz 42 aufder
Elektrolyt ein, durchdringt danach die angrenzen- weist und dessen eine Schmalseite fehlt. Nach dem
den positiven Platten und gelangt, an der darauf- Einsetzen der zu formierenden Platten werden auf
folgenden negativen Platte entlangfließend, am ent- 15 den Kasten 41 ein ebenfalls mit elastischem und elekgegengesetzten
Ende des Plattensatzes durch die Öff- trolytbeständigem Isoliermaterial 43 und Längsschlitz
nungen 28' in den Überlaufraum 16. Diese Führung 42' versehener Deckel 45 und ein die noch fehlende
des Elektrolytstromes sorgt dafür, daß auf beiden Schmalseite des Behälters 41 ersetzender Stempel
Seiten jeder negativen Elektrode Druckgleichheit aufgesetzt, so daß Platten und Scheider zusammenherrscht,
so daß nur die positiven Elektroden vom 20 gepreßt werden. Der Deckel 45 wird dabei mittels
Elektrolyten durchströmt werden, während er an den einer Spannvorrichtung, die aus Spannbügeln 47 mit
negativen Elektroden entlangfließt. aufgesetzten Noppen 46 und den Verspannungs-
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schrauben 48 besteht, gehalten. Eine ähnliche Vorverfahrens
wird in den Fig. 11 und 12 wieder- richtung gibt dem Stempel seinen Halt. Durch diese
gegeben. Selbstverständlich ist es möglich, auch meh- 25 Maßnahmen werden die Platten allseitig so fest gegen
rere Zellen mittels eines Kreislaufsystems stetig mit das Isoliermaterial 43 gepreßt, daß ein Elektrolytfluß
frischem Elektrolyten zu versorgen. Diese Anordnung an den Kanten der Platten vorbei mit Sicherheit vereignet
sich genausogut dazu, Elektroden zu formieren hindert wird. Der Kasten 41 steht auf Klötzen 40 in
wie auch zu laden und zu entladen. Einfacher als bei einem Formierbehälter 39, wobei dieser Formiereinem
einzigen Plattensatz ist es mittels dieser An- 30 behälter den eingesetzten Kasten 41 an den Seitenordnung
auch möglich, den Betriebselektrolyt auf wänden so umschließt, daß ein elektrolytdichter Abbestimmte
Temperaturen einzustellen. Der Nachteil schluß mittels der elastischen Auskleidung 44 erreicht
dieser Anordnung besteht aber darin, daß über die wird. Der Formierelektrolyt tritt unter Druck in den
Zellenverbinder 31 und die zugeordneten Einfluß- freien Raum 50 zwischen der Innenwand des Formieröffnungen
des Elektrolytkreislaufes eine Selbstentla- 35 behälters 39 und der Außenwand des Kastens 41 ein,
dung der Batterie erfolgen kann. Verwendet man strömt durch den Längsschlitz 42 in das Innere des
dagegen, wie in Fig. 12 schematisch angedeutet, Kastens 41, wird mit Hilfe von Scheidern den Platten
zwei oder mehr Kreislaufsysteme (32 und 33), so zugeführt und tritt an dem im Deckel angebrachten
können jeweils benachbarte Zellen 30' von verschie- Längsschlitz 42 wieder aus, läuft über den Deckel in
denen Kreisläufen gespeist werden. Versuche haben 40 die auf der Oberseite des Formiertroges 39 angegezeigt,
daß durch diese Maßnahme die Selbstentla- brachten Rinnen 49 ab und wird nach entsprechender
dung auf ein Zehntel des bei einer Anordnung nach Kühlung und Konzentrationseinstellung dem Formier-Fig.
11 gemessenen Betrages abfällt. behälter im Kreislauf wieder zugeführt. Es sind auch
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen andere Anordnungen möglich, die den gleichen
Verfahrens wird schematisch durch Fig. 13 wieder- 45 Zweck erfüllen wie die eben beschriebene Vorrichgegeben.
Nach der hier getroffenen Anordnung wird tung, z. B. Einbau der Platten in anschließend durch
der Betriebselektrolyt vermittels zweier Kreisläufe 34 Preßluft oder hydraulisch an die eingesetzten Elek-
und 35 gleicher oder unterschiedlicher Konzentration troden und Scheider angedrückten Weichgummijeweils
den Elektroden einer Polarität 37 bzw. 38 schläuchen.
zugeführt. Die einzelnen Elektrodenräume sind durch 50 Weil auf Grund des Durchpressens des Elektro-Elektronenaustauschermembranen
36 voneinander lyten durch die aktive Masse der positiven und negagetrennt.
Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, tiven Platten der Anstieg der Elektrolytkonzentration
daß man nun über die Möglichkeit verfügt, dafür zu innerhalb der aktiven Masse so gut wie völlig ausgesorgen,
daß die Masse der positiven Elektroden 37 schaltet wird, ist es auch möglich, die bisher üblichen
vom Elektrolyten durchströmt wird, während der 55 Formationszeiten ganz bedeutend zu verkürzen. VerElektrolyt
an den negativen Platten 38 entweder nur suche haben ergeben, daß der Formationsstrom um
entlangfließt oder aber durch Vorkehrungen nach das Zehnfache zu steigern ist, ohne daß nachteilige
F i g. 3 bis 5 nur ein geringer Teil dieses Elektrolyten Folgen für die Lebensdauer derart formierter Platten
die aktive Masse der negativen Elektrode 38 durch- zu beobachten wären. Die mit hohem Formationsstrom
fließt. Zusätzlich kann man die Konzentration des 60 geladenen Platten eignen sich besonders gut für Ent-Betriebselektrolyten
in den beiden Kreisläufen 34 ladungen mit hohen Stromstärken; nach Erreichen und 35 so wählen, daß sie der optimalen Leistungs- der für die 20stündige Entladung vorgeschriebenen
abgabe der negativen und der positiven Elektroden Werte kann man den Elektrolyten auf eine höhere
entspricht. So hat sich aus Versuchen ergeben, daß Konzentration bringen, eine Prüfung auf Starkstromes
bei Verwendung von Schwefelsäure-Blei-Akku- 65 entladung durchführen und anschließend wieder aufmulatoren
sehr günstig ist, die negativen Elektroden laden.
mit einer Schwefelsäure der Dichte von 1,04 bis 1,25 Bei der Herstellung trockengeladener Akkumula-
Zu versorgen, während die Dichte der die positiven toren wird so lange nach dem Durchflußprinzip mit
Wasser gewaschen, bis in dem Waschwasser kein Elektrolyt mehr nachzuweisen ist. Anschließend kann
für etwa 10 bis 20 Minuten eine 5%>ige Borsäurelösung durch die Platten hindurchgepumpt werden.
Nach dem Entfernen der Borsäure, z. B. durch Kippen der Formierkästen um 180°, ist es ohne
weiteres möglich, die Platten mittels Heißluft oder heißen inerten Gasen völlig zu trocknen. Da auch
diese Verfahren sämtlich im Kreislauf durchgeführt werden, treten keine Materialverluste auf. Beim Vergleich
von unter Elektrolytumlauf formierten Platten mit Platten anderer bisher ausgeübter Verfahren
wurde festgestellt, daß die Kapazität derart formierter Elektroden auch bei wiederholt durchgeführten
Ladungen und Entladungen nach dem Durchströmungsverfahren auf einem Stand gehalten wird, der
zumindest um 75 % über den bisher erhaltenen Werten liegt.
Wird die Formation in Akkumulatoren durchgeführt, die mit einer Einrichtung für den Elektrolytumlauf
versehen sind, so treten hier ebenfalls alle Vorteile des eben beschriebenen Formationsverfahrens
auf. Die den Elektrolytumlauf bewirkende Pumpe 10 wird in diesem Falle natürlich mit Fremdstrom
gespeist.
Für die Herstellung solcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreibenden Akkumulatoren
lassen sich alle üblichen Typen verwenden.
Weiterhin ist es möglich, in besonderen Fällen für Hochstrombatterien alle Verfahren und Anordnungen
zu treffen, die bei wiederholt zur Verwendung gelangenden Akkumulatoren nicht benutzt werden dürfen.
Als Beispiel wäre zu erwähnen die Verwendung von Zink als negative Elektrode, die direkte Zellenverbindung
sowie die Verwendung von Elektrolyten, die aktive Massen zu lösen vermögen.
Ein Vorteil der Anwendung strömender Elektrolyten liegt darin begründet, daß sich von den Platten
lösende Masseteilchen aus dem Elementbehälter abgeschwemmt werden.
Die Vorgänge beim Laden entsprechen weitgehend denen bei der Formation. Beim Formieren mit Hochstrom
ergeben sich kurze Formierzeiten und eine Kapazitätssteigerung, deren Ergebnisse weit über den
bisher bekannten liegen. Diese beiden Vorteile sind auch beim Laden festzustellen. Durch die Verwendung
zweckmäßig geformter Platten und bei Speisung der Elektroden gleicher Polarität durch besonderen
Elektrolyten mittels getrennter Kreisläufe läßt sich eine Leistungssteigerung der Akkumulatoren auf etwa
das Dreifache der üblichen Höhe erreichen.
Aus den schematisch wiedergegebenen Elektrodenanordnungen kann man ersehen, daß in den Akkumulatoren
und den Batterien eine sehr gute Raumausnutzung möglich ist, wodurch es gelingt, den zusätzlich
für die Regelung der Elektrolytkonzentration erforderlichen Raum weitgehend auszugleichen. Daraus
ergeben sich bislang nicht für erreichbar gehaltene Steigerungen in bezug auf das Volumen-Kapazität-
und Gewicht-Kapazität-Verhältnis von mit saurem Elektrolyten betriebenen Akkumulatoren.
Claims (25)
1. Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen von Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten
mit hohen Stromdichten, gekennzeichnetdurchdie Kombination, daß der Elektrolyt
in bekannter Weise durch die aktive Masse der Elektroden einer oder beider Polaritäten hindurchgedrückt
und in stetem Kreislauf gehalten wird und daß durch kontinuierliche oder periodische
Zugabe von Elektrolyt anderer, vom Ladungs- und Entladungsvorgang unbeeinflußter
Konzentration oder von Wasser die Konzentration des Betriebselektrolyten in den Poren der aktiven
Masse beliebig geregelt, nämlich erhöht, erniedrigt oder konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Formieren oder Laden
Wasser zugegeben und der Elektrolyt in bekannter Weise außerdem gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entladen eines Akkumulators
durch kontinuierliche Zugabe von höher konzentriertem Elektrolyt das spezifische Gewicht
des Betriebselektrolyten dauernd konstant gehalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebselektrolyt in
zwei Kreisläufen (34 und 35) gleicher oder unterschiedlicher Konzentration jeweils den Elektroden
einer Polarität (37 bzw. 38) zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer
Mehrzahl von Kreislaufsystemen (32 und 33) jeweils benachbarte Zellen (30') von verschiedenen
Kreisläufen des gleichen oder verschiedener Betriebselektrolyten gespeist werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung (3) des spezifischen
Gewichtes des oder der Betriebselektrolyten von Hand aus oder vollautomatisch erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebselektrolyt beim
Formieren der Elektroden und beim Betrieb des Akkumulators in bekannter Weise mittels einer
Pumpvorrichtung (10), deren Förderleistung der in der Zeiteinheit zugeführten oder entnommenen
Strommenge angepaßt ist, bewegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Entladung in
bekannter Weise die Pumpe (10) mittels eines kleinen Teiles des vom Akkumulator gelieferten
elektrischen Stromes angetrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Akkumulator zusätzlicher
Elektrolyt bzw. Wasser (2) aus einem Zusatzbehälter (1) derart zugeführt wird, daß sich
die Flüssigkeit (2) und der Betriebselektrolyt im vor der Pumpe befindlichen Sammelraum (9)
mischen, worauf der Elektrolyt über eine Pumpe (10) zunächst dem Verteilerraum (11) und dann
von unten aufsteigend dem Plattensatz (14) oder den Elektroden einer Polarität zugeleitet und
durch diesen hindurchgepreßt wird, um dann über den Überlaufraum (16) und dessen Auslaß (18)
wieder in den Sammelraum (9) zu gelangen.
10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, bestehend aus einem
den Plattensatz (14) enthaltenden Elektrolytgefäße, einem damit in Verbindung stehenden,
darüber angeordneten Uberlaufraum (16), einem oder mehreren zweckmäßig über diesem angeordneten,
mit Einlaßöffnungen (5, 5', 17) versehenen Zusatzgefäß(en) (1, 1'), welche(s) durch Ventile
(3, 20) mit einem zweckmäßig seitlich vom Elek-
trolytgefäß angeordneten Sammelraum (9) verbunden ist (sind), an den eine Pumpe (10) angeschlossen
ist, deren Auslaßöffnung zu dem unterhalb des Plattensatzes (14) angeordneten und von
diesem durch eine Lochplatte (13) getrennten Verteilerraum (16) führt.
11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß in bekannter Weise der Überlaufraum (16) durch ein mit einem Überdruckventil
(7) und Sperrventil (8) versehenes Entgasungsrohr (6) mit dem Flüssigkeitsbehälter (1 bzw. 19) verbunden
ist und der Verteilerraum eine Auslaßöffnung (12) besitzt.
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattensatz (14)
durch oberhalb und unterhalb angebrachte Lochplatten (13 und 15), vorzugsweise aus Isoliermaterial,
gespannt und gehalten ist.
13. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß bei horizontal zu den Lochplatten (13 und 15) liegenden Elektrodenplatten der Plattensatz (14) vorzugsweise mit den
Kanten der positiven Elektroden bündig an der Innenwand des Elementgefäßes liegt.
14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der flüssigkeitsdichte Randabschluß des Plattensatzes (14) aus einer an
der Innenwandung des Elementgefäßes anliegenden elektrolytbeständigen Auskleidung besteht.
15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der flüssigkeitsdichte Randabschluß des Plattensatzes (14) aus einem
an der Behälterwandung anliegenden elektrolytbeständigem, quellfähigem Material besteht.
16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der flüssigkeitsdichte Randabschluß des Plattensatzes (14) darin besteht,
daß der Raum zwischen Plattensatz (14) und Behälterwandung mit Kunststoff ausgegossen
ist, nachdem auf der Gitterumrandung jeder Elektrode ein aus elastischem Isoliermaterial,
z. B. Gummi, bestehender elektrolytbeständiger Abdichtungsrahmen aufgelegt ist.
17. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß bei den negativen Platten eine Anzahl massefreier Gitterfelder vorhanden
ist.
18. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß in Richtung der Elektrolytströmung der Strömungswiderstand durch
geringer werdende Porosität und/oder zunehmende Dicke der Elektroden gesteigert ist.
19. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden durch äußerst dünne Separatoren (23) getrennt sind, die
bei großem Porenvolumen feinste Poren aufweisen.
20. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und 5 bis 12 und 19,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer weiteren Ausführungsform der Plattensatz derart aufgebaut
ist, daß die senkrecht zu den Lochplatten (13 und 15) im Behälter des Elementes eingesetzten Elektroden
abwechselnd aus einer negativen und zwei positiven Platten bestehen und der Raum zwischen
den nebeneinanderstehenden positiven Platten an der oberen Lochplatte (15) und an den inneren
Seitenwandungen des Behälters durch U-förmige flüssigkeitsdichte Rahmen (29) aus elastischem,
elektrolytbeständigem Isoliermaterial, z.B. Gummi, abgeschlossen ist, während jede negative Platte
gegen einen Elektrolytzutritt an der unteren Lochplatte (13) und den beiden inneren Seitenwandungen
des Elementbehälters auf gleiche Art bündig abgedichtet ist.
21. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, 5 bis 12 und 19,
dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dritten Ausführungsform der Plattensatz dadurch aufgebaut
ist, daß zwischen die senkrecht zu den Lochplatten (13 und 15) im Elementbehälter eingesetzten,
abwechselnd positiven und negativen Elektroden U-förmige Abdichtungsrahmen (29) aus
elastischem, elektrolytbeständigem Isoliermaterial, z. B. Gummi, so eingelegt sind, daß bei allen
Platten ein flüssigkeitsdichter Abschluß an der inneren Wandung des Elementbehälters besteht,
während — von Platte zu Platte wechselnd — durch das Mittelteil des elastischen Rahmens die
Zellen abwechselnd gegen die obere (15) oder die untere Lochplatte (13) abgedichtet sind, wobei in
einer bevorzugten Ausführung die negativen Elektroden stärker und/oder weniger porös sind
als die positiven Elektroden.
22. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, 5 bis 12, 19 und 21,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Elektroden Hohlraumscheider (23') eingelegt sind,
deren volle Flächen den negativen Elektroden und deren mit senkrecht zu den Lochplatten (13,
15) verlaufenden Rippen (27) versehene Flächen den positiven Elektroden zugewandt sind, wobei
ihre mit Abstandsnoppen (22) ausgestattete Einströmseite abwechselnd zur unteren oder zur
oberen Lochplatte (13, 15) weist, während die voll ausgebildeten Kanten (25) den Plattensatz
immer gegen die Behälterwandung und abwechselnd gegen die untere (13) oder obere Lochplatte
(15) abdichten.
23. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, 5 bis 12 und 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der senkrecht zu den Lochplatten (13, 15) stehende und allseitig abgedichtete
Plattensatz jeweils neben den Unterkanten jeder zweiten negativen Elektrode öffnungen
(28) aufweist, während diejenigen negativen Elektroden, die dort ohne benachbarte Öffnungen
sind, solche (28') neben ihrer Oberkante besitzen.
24. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet,
daß Zusatz- und Betriebselektrolyt aus einer starken Säure, wie z. B. Schwefelsäure, Perchlorsäure
und Fluoroborwasserstoffsäure, oder aus einem Gemisch starker Säuren bestehen.
25. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 6, 7, 9, 14, 17, 19, 21,
und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zu
formierenden Platten durch Scheider (23, 23') voneinander getrennt in einem mit elastischem
und elektrolytbeständigem Isoliermaterial (43) ausgekleideten Kasten (41) eingesetzt sind, der an
seiner Unterseite einen Längsschlitz (42) aufweist und dessen eine Schmalseite durch einen anschraubbaren
Stempel ersetzt ist, der zusammen mit dem ebenfalls anschraubbaren und mit elastischem
Isoliermaterial (43) und Längsschlitz (42') versehenen Kastendeckel (45) Platten und Scheider
zusammenpreßt, wobei dieser Formierbehälter in einem Trog (39) aus elektxolytbeständigem
Material eingesetzt ist, der auf seinen beiden Längswänden Ablaufrinnen (49), an seiner Boden-
IO
fläche Abstellklötze (40) besitzt und den Formierbehälter so umschließt, daß er diesen nur mit den
umgreifenden Oberkanten seiner Wände vermittels einer elektrolytbeständigen elastischen Auf-Lage
(44) flüssigkeitsdicht abschließend oberhalb der Bodenfläche des Formierbehälters (41) berührt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 48 461, 80 005;
deutsche Patentanmeldung Z972VIb/21b (bekanntgemacht am 18. 2.1954);
Deutsche Patentschriften Nr. 48 461, 80 005;
deutsche Patentanmeldung Z972VIb/21b (bekanntgemacht am 18. 2.1954);
österreichische Patentschrift Nr. 19 642;
französische Patentschrift Nr. 877 555;
USA.-Patentschriften Nr. 1034156, 1034157.
französische Patentschrift Nr. 877 555;
USA.-Patentschriften Nr. 1034156, 1034157.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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