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Dauernd gas- und flüssigkeitsdicht verschlossener alkalischer Akkumulator
Die Erfindung betrifft einen dauernd gas- und flüssigkeitsdicht verschlossenen alkalischen
Akkumulator mit porösen Elektroden, in welchem die negative Elektrode die gleiche
Menge aktiver Masse wie die positive Elektrode aufweist und daher keine Ladereserve
gegenüber der positiven Elektrode besitzt.
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Es ist bekannt, daß bei Akkumulatoren der genannten Art Maßnahmen
zur Aufzehrung der sich im Inneren des Akkumulators entwickelnden Gase getroffen
werden müssen. Zu diesem Zweck wird z. B. der negativen Elektrode im Augenblick
des gasdichten Verschließens des Akkumulators eine größere Ladefähigkeit gegeben
als der positiven Elektrode. Nach der bisher bekannten Methode wird diese größere
Ladefähigkeit dadurch erreicht, daß die negative Elektrode aus einer gewichtsmäßig
größeren Materialmenge hergestellt wird, als es der Kapazität der positiven Elektrode
entspräche.
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Es sind jedoch auch Akkumulatoren ohne Ladereserve der negativen Elektrode
bekanntgeworden. Bei einer Ausführung dieser Akkumulatoren ist der Elektrolyt in
den Poren der Elektroden und in porösen Separatoren durch Kapillarkraft festgelegt,
wobei Oberflächenteile der negativen Elektroden nicht mehr von einem frei beweglichen
Elektrolyten bespült und dadurch freigelegt sind. Diese Bedingungen sind nur durch
besondere Maßnahmen einzuhalten, die sich in der Praxis nur unter Schwierigkeiten
verwirklichen lassen. Das Wesen dieses Akkumulators besteht darin, daß durch die
Festlegung des Elektrolyten Teile der negativen Elektroden außerhalb der einander
gegenüberliegenden Flächen der Elektroden entgegengesetzter Polarität freigelegt
sind und mit dem beim Laden entwickelten Sauerstoff in Berührung kommen und daß
die Schließung des Akkumulators in einem derartigen Zustand der Elektroden erfolgt,
bei dem beide Elektroden, d. h. die positiven und die negativen Elektroden, völlig,
d. h. bis zur erreichbaren Grenze der Aufladbarkeit unter entsprechender Verlängerung
der Ladedauer, aufgeladen sind und daher keine aufladbaren Teile mehr besitzen oder
bei dem beide Elektroden infolge einer auf diese völlige Aufladung folgenden Entladung
äquivalente Mengen ungeladener Teile enthalten.
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Es ist auch eine andere Ausführung eines derartigen Akkumulators bekanntgeworden.
Dessen Herstellung ist jedoch schwierig und setzt eine Präzision in der Fertigung
voraus, die nur unter großem Aufwand und bei sehr genauer überwachung des Herstellungsganges
erreicht werden kann. So müssen z. B. blatt- oder folienartige Sintergerüstelektroden
zur- Herabsetzung der Dichte des überladestromes verwendet werden, um eine Vergrößerung
der Elektrodenoberfläche zu erzielen. Die Separatoren müs= sen besonders dünn ausgeführt
werden, damit der Elektrodenabstand möglichst gering ist. Ferner ist Bedingung,
daß die Elektroden mit ihren elektrochemisch aktiven Flächen gegenseitig vollkommen
zur Deckung gebracht werden. Außerdem muß im Akkumulator ein nicht ausgefüllter
Innenraum voigesehen sein, der als Gas- und Druckausgleichsraum wirkt. Alle diese
Maßnahmen verteuern die Herstellung und gewährleisten nur dann eine zufriedenstellende
Gleichmäßigkeit des Erzeugnisses, wenn sie mit größter Genauigkeit ausgeführt werden.
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Die Porosität der beiden Elektroden der bekannten Akkumulatorausführungen
ist ungefähr die gleiche. Unter Porosität wird in der folgenden Beschreibung und
den Patentansprüchen der relative Inhalt der im Material enthaltenen Poren verstanden,
d. h. die Zahl P, die durch die Formel gegeben ist:
worin Sp das spezifische Gewicht des porösen Materials und SC das spezifische Gewicht
desselben Materials im kompakten, d. h. keine.Pore enthaltenden Zustand bedeutet.
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Die Erfindung schafft einen einfach herzustellenden Akku;nulator ohne
Ladereserve der negativen Elektrode, dem die Elektroden aus gleichen Materialmengdn
hergestellt werden.
Die Erfindung besteht darin, daß die Porosität
der negativen Elektrode größer gewählt wird als die Porosität der positiven.Elektrode.
Für die Kapazität des Akkumulators ist nämlich die Gewichtsmenge des die positive
Elektrode bildenden Materials entscheidend, ungeachtet der Porosität dieses Materials.
Demgegenüber kann man erfindungsgemäß eine Steigerung der chemischen Aktivität der
negativen Elektrode im Vergleich mit der positiven Elektrode dadurch erreichen,
daß die negative Elektrode aus einem mehr porösen Material als die positive Elektrode
hergestellt wird, so daß es nicht mehr nötig ist, die negative Elektrode aus einer
gewichtsmäßig größeren Materialmenge herauszustellen, wie dies bisher üblich war.
Dadurch erreicht man wesentliche Materialersparnisse bei Aufrechterhaltung der Kapazität
des Akkumulators und bei zuverlässiger Gasaufzehrung. Vor allem aber wird die Herstellung
eines solchen Akkumulators gegenüber den vorbekannten Ausführungen sehr einfach.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, für das Verhältnis der Porosität
der positiven Elektrode zur Porosität der negativen Elektrode den Wert 0,8 oder
einen noch kleineren Wert zu wählen. So kann z. B. die Porosität der positiven Elektrode
0,4 betragen (d. h. 40 "/o) und die Porosität der negativen Elektrotle 0,5 (d. h.
50°/a), so daß das Verhältnis der Porositäten der beiden Elektroden 0,4: 0,5 = 0,8
ist. Der Wert 0,8 ist erfindungsgemäß als Maximalwert anzusehen, d. h., er kann
auch kleiner sein. So kann z. B. die Porosität der positiven Elektrode nur 0,3 betragen,
die Porosität der negativen Elektrode dagegen 0,6, so daß das Verhältnis der beiden
Porositäten dann 0,3: 0,6 = 0,5 ist.
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Die unterschiedliche Porosität der beiden Elektroden kann erfindungsgemäß
z. B. dadurch erreicht werden, daß die negative Elektrode aus einem feinkörnigeren
Material gefertigt wird als die positive Elektrode oder dadurch, daß die negative
Elektrode aus einem Material hergestellt wird, welches eine größere Oberflächenaktivität
als das Material der positiven Elektrode aufweist. Unter Oberflächenaktivität soll
dabei die Menge des durch .1 g des Materials innerhalb 1 Sekunde bei sonst gleichen
Bedingungen aufgezehrten Sauerstoffs verstanden werden. Die größere Oberflächenaktivität
des Materials der negativen Elektrode kann entweder als Folge eines bestimmten Erzeugungsverfahrens
des Rohmaterials schon von vornherein vorhanden sein oder kann sie durch an sich
bekannte Maßnahmen künstlich erhöht werden. Die unterschiedliche Porosität der beiden
Elektroden kann natürlich auch durch andere Mittel herbeigeführt werden, z. B. durch
Verwendung ungleicher Preßdrücke bei der Fertigung der Elektroden.