DE1163413B - Verfahren zum Formieren, Laden und Entladen von Akkumulatoren mit saurem Elektrolyten mit hohen Stromdichten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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-

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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-

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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)

Patentansprüche:

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);

österreichische Patentschrift Nr. 19 642;
französische Patentschrift Nr. 877 555;
USA.-Patentschriften Nr. 1034156, 1034157.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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