DE1284501B - Elektrodensatz fuer alkalische Akkumulatoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Elektrodensatz für Fig. leinen Elektrodensatz in einer perspektivischen

alkalische Akkumulatoren mit negativen Elektroden Darstellung,

aus Zink oder Cadmium und positiven Elektroden aus F i g. 2 den Gegenstand der F i g. 1, eingesetzt in

Silber, bei dem jede Elektrode von einem semiper- ein Akkumulatorengehäuse in einem mittleren Quer-

meablen Separatormaterial umhüllt ist, und hat eine 5 schnitt,

besonders zweckmäßige Ausgestaltung zum Gegen- F i g. 3 die Einzelheiten der Separatoranordnung

stand, durch welche die Lebensdauer des Elektroden- gemäß F i g. 2 in vergrößertem Maßstab,

satzes wesentlich verlängert wird. F i g. 4 eine andere Ausführung in einer perspekti-

Bei Akkumulatoren dieser Art besteht die Schwierig- vischen Darstellung,

keit, die Kapazität bei einem hohen konstanten Wert io F i g. 5 den Gegenstand der F i g. 4 in einem verauch über eine große Anzahl Lade- und Entladezyklen größerten Teilschnitt nach Linie 5-5, möglichst lange aufrechtzuerhalten. Ein Kapazitäts- F i g. 6 in schematischer Darstellung verschiedene verlust hat verschiedene Ursachen. Häufig erfolgt er Lagen aus Separatormaterial in bezug auf Elektroden auf Grund einer Verringerung der wirksamen Elektro- nach einer anderen Ausführung, denoberfiächen infolge einer Beschädigung der Elek- 15 F i g. 7 in schematischer Darstellung verschiedene trodenform. Kapazitätsverluste erfolgen aber auch auf Lagen aus Separatormaterial in bezug auf die Elek-Grund einer Durchdringung des Separatormaterials troden nach einer weiteren Ausführung, mit metallischen Brücken aus Zink, welche quer durch F i g. 8 in schematischer Darstellung die bisher das Separatormaterial hindurchwachsen und die Elek- übliche Anordnung verschiedener Lagen aus Separatroden kurzschließen. ao tormaterial auf einer Elektrode zum Zweck des Ver-Zur Beseitigung dieser Nachteile ist bereits vor- gleichs mit den verschiedenen Ausführungen nach dieser geschlagen worden, alkalische Silber-Zink-Zellen aus Erfindung.

vorgeformten Elektroden herzustellen und eine der In F i g. 1 ist der Elektrodensatz mit 2 bezeichnet Elektroden mit einer oder mehreren Lagen eines Sepa- und umfaßt einen ziehharmonikaartigen Umhüllungsratormaterials zu umhüllen. Zu diesem Zweck wurde 25 teil 4 und einen U-förmigen Umhüllungsteil 6. Die eine der Elektroden entweder in eine Umhüllung ge- positiven Elektroden 8 sind innerhalb der Falten der packt, die taschenförmig oder auch zickzackförmig ziehharmonikaartigen Umhüllung 4 angeordnet, und angeordnet war. Andererseits gehört ein Silber-Zink- je eine negative Elektrode 10 ist innerhalb der Faltung Akkumulator zum Stand der Technik, bei dem die eines jeden Schenkels des U-förmigen Umhüllungspulverförmigen Aktivmassen für die beiden Elektroden 30 teils 6 vorgesehen. Jede positive Elektrode 8 ist mit in behälterartige Taschen aus regenerierter Cellulose einem Stromleiter 12 und jede negative Platte 10 mit eingefüllt wurden. Hier dienen die Umhüllungen nicht einem Stromleiter 14 verbunden. Der Elektrodensatz nur als Separator, sondern in erster Linie als Behälter. ist in einem Akkumulatorengehäuse 16 angeordnet, Bei Akkumulatoren mit selbsttragenden festen Elek- in welchem sich ein Elektrolyt 18 befindet, troden wurde bisher die Auffassung vertreten, daß nur 35 Dieser Elektrodensatz findet insbesondere in alkalidie positiven oder nur die negativen Elektroden mit sehen Batterien Verwendung, welche positive Silbereiner Separatorhülle ausgestattet werden müssen. Bei elektroden und negative Zinkelektroden haben. Die allen diesen bekannten Akkumulatoren entsteht aber positive Silberelektrode ist vorzugsweise eine vorgefernach einem lang anhaltenden Arbeitsspiel, d. h. bei tigte gesinterte Silberelektrode. Die negative Zinkeiner größeren Anzahl Lade- und Entladezyklen, ein 40 elektrode besteht vorzugsweise aus Zinkoxyd und ist erheblicher Kapazitätsverlust. durch Aufpressen von Zinkoxydpulver auf eine dünne Demgegenüber ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß perforierte Zinkfolie mit oder ohne Binder gefertigt, die durch Pressen oder Sintern vorgeformten festen Der Elektrolyt besteht vorzugsweise aus einer wässe-Elektroden der einen Polarität in U-förmigen, oben rigen KOH-Lösung (44 %)> obwohl auch beliebige anoffenen Separatorhüllen oder in Taschen und die vor- 45 dere Konzentrationen verwendbar sind, geformten festen Elektroden der anderen Polarität in Wenn auch dies die gemäß der vorliegenden Erfinziehharmonikaartigen, oben offenen Separatorhüllen dung zu bevorzugenden Elektroden und Elektrolyte oder in U-förmigen, oben offenen Separatorhüllen an- sind, so wird hierdurch die Erfindung keinesfalls begeordnet sind und daß die Separatorhüllen oder grenzt. So besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, Taschen zumindest eine Schicht eines Gewebes aus 5° die Erfindung für Silber-Cadmium-Zellen und Nickel-Polyamidfasern aufweisen. In überraschender Weise Cadmium-Zellen zu verwenden, ist festgestellt worden, daß ein erfindungsgemäß aus- F i g. 3 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Angestatteter Elektrodensatz einen wesentlich geringeren Ordnung von Separatorhüllen. Die ziehharmonika-Kapazitätsverlust hat als er bei vergleichbaren Elek- artigen Umhüllungen 4 werden zunächst durch Auftrodensätzen auftritt, bei denen in üblicher Weise nur 55 einanderlegen der Folien aus Sepaiatormaterial hereine Elektrode mit einer Separatorumhüllung aus- gestellt:

gestattet ist. Hierdurch ist der Verlust an wirksamer Eine Folie aus gewebtem Nylonerzeugnis 20, nach-Elektrodenfläche, insbesondere an den Zinkelektroden, folgend als Nylon bezeichnet;: drei Folien 22 aus wesentlich geringer. Auch wird eine Durchdringung Silberzellulose, das, mit einem Pulver aus sulfonierten! des Separatormaterials mit metallischen Zinkbrücken 60 Polystyrol besprüht ist, welches in einer Polystyrolin wesentlich größerem Umfang verzögert. Als Sepa- Butadien-Latex-Emulsion fein verteilt ist, nachfolgend ratormaterial läßt sich Silberzellulose, Polyvinylalkohol als »P« bezeichnet, und dann zwei Folien 24 von wei- und regenerierte Zellulose verwenden. Durch die zu- terem Nylon. Das verwendete Nylon kann ein Hexasätzliche Verwendung einer Schicht eines Gewebes aus methylendiamin-Adipinsäure-Copolymer sein, wel-Polyamidfasern wird darüber hinaus die Elektrolyt- 65 ches ein Molekulargewicht von mehr als 10000 hat. befeuchtung zwischen den Elektroden verbessert. Das Nylongewebeerzeugnis hat vorzugsweise eine Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Dicke von etwa 56 bis 57,5 μ, ein Gewicht von etwa Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt 34 g/m². Die durch einen Komparator festgestellte

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Fadenzahl soll vorzugsweise eine Kettenzahl 198 bis 116 anordnung wird dann in ein Akkumulatorengehäuselö

und eine Schußzahl 108 bis 116 ergeben. eingesetzt, und die Stromleiter 12 und 14 werden auf

Darüber hinaus soll das Nylongewebeerzeugnis vor- übliche Art und Weise an die vorgesehenen Akkumula-

zugsweise eine Garnzahl von 30 Denier haben. Der torenanschlüsse angeschlossen. Der Elektrolyt 18 wird

»P«-Separator hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 5 dazugegeben, und der Akkumulator ist arbeitsbe-

0,03 bis 0,04 mm und Gewichte von 4,3 bis 4,7 g pro reit.

Quadratmeter. Bei der Ausführung nach den F i g. 4 und 5 ist die

Eine größere Anzahl positiver Elektroden wird dann vorstehend beschriebene negative Elektrode in eine mit ihren nach oben ragenden Stromleitern so an- Tasche 32 eingeführt, welche aus verschiedener! Lagen geordnet, daß sie etwas Abstand voneinander haben m des Separatormaterials hergestellt ist. Die Zusammen- und daß ihre oberen Kanten an den oberen Kanten stellung der Tasche ist am besten aus F i g. 5 zu erder aufeinandergelegten Separatorfolien anliegen. Der sehen und besteht aus einer Lage Nylon 34, zwei Stapel aus Separatormaterial wird dann horizontal Lagen 36 aus Silberzellulosefilm und einer Lage 38 entlang der Mittellinie so gefaltet, daß die unteren aus Viskon. Die Tasche 32 ist am Boden mit Hilfe einer Kanten nach oben gerichtet sind, um die Elektroden 15 Fußklammer 33 verschlossen. Zum Verschließen der zu umschließen. Die Anordnung wird dann vertikal Tasche können jedoch auch verschiedene andere Mittel in wechselnden Richtungen entlang den zwischen den verwendet werden. Wenn das Separatormaterial Elektroden verlaufenden Linien gefaltet, wobei sie schmelzbar ist, kann der Taschenboden auch durch einen ziehharmonikaartigen Aufbau haben, welcher Wärmebehandlung verschlossen werden. Weiterhin die positiven Elektroden umschließt. 20 können die Folien an ihren Enden verleimt werden

Der U-förmige Separatorabschnitt 6 wird dann auf oder so gerollt werden, daß sie einen Endverschluß

folgende Art und Weise hergestellt: Zwei negative bilden.

Zinkplatten der vorstehend beschriebenen Art werden Den zweiten Teil dieser Anordnung bildet eine

auf eine Folie aus Viskon 30 aufgelegt, und zwar in U-f örmige Hülle 40, welche aus einer äußeren Lage 42

vertikaler Richtung in etwas Abstand voneinander 25 aus Nylon, drei Lagen 44 aus dem vorstehend beschrie-

und entlang einer Linie parallel einer der Folienseiten, benen »P«-Separator, und zwei inneren Lagen 46 aus

letztere überragend. Die beiden Platten werden dann Nylon besteht. Eine positive Elektrode 41 ist in jedem

in die Viskosefolie eingerollt, so daß die Platte von Arm des U-Teils eingelegt.

einer Viskonumhüllung umgeben ist. Diese Anordnung Um zu prüfen, wie die erfindungsgemäß vorgesehe-

wird dann auf eine Folie aus Silberzellulose 28 auf- 30 nen Separatorumhüllungen für die positiven und nega-

gelegt und in gleicher Art und Weise eingerollt, so daß tiven Elektroden auf die Formstabilität der Zink-

um die Platten herum zwei Umhüllungen des Silber- elektroden in einer Silber-Zink-Zelle einwirken, und

Zelluloseerzeugnisses liegen. In gleicher Art und Weise um festzustellen, Welchen Einfluß ein saugfähiges

wird um die Platte eine Umhüllung aus Nylon gerollt. äußeres Separatormaterial auf die Elektrolytdurch-

Die Anordnung wird dann entlang einer horizontalen 35 feuchtung zwischen den Elektroden hat, wurden fol-

Linie zwischen den negativen Zinkplatten gefaltet, so gende Versuche durchgeführt:
daß sie ein U bilden.

Die Silberzellulosefolie hat vorzugsweise eine Dicke ^{s e Οηι}ΡΡ^ε

von etwa 2,5 μ und ist vorzugsweise durch Behandlung Eine ziehharmonikaartige Umhüllung mit einer

des Zellulosefilms mit einem Silbersalz in wässeriger 40 vorgefertigten positiven Silberelektrode und eine

Lösung hergestellt. Der Viskonseparator stellt ein U-förmige Umhüllung mit einer vorgefertigen nega-

silikonbehandeltes, nichtgewebtes Kunststofferzeugnis tiven Zinkoxydelektrode wurden in der vorgeschriebe-

dar, welches aus Viskose-Kunststoff-Fasern und einem nen Art und Weise gefertigt. Die ziehharmonikaartige

flüssigen Zellulosebindemittel hergestellt ist. Es hat ein Umhüllung besteht aus zwei inneren Lagen aus Nylon

Gewicht von etwa 18,1 bis 26,6 g pro Quadratmeter 45 und drei äußeren Lagen aus »P«-Separatormaterial.

und eine Dicke von 0,3 bis 0,7 mm. Der U-förmige Umhüllungsteil besaß zwei äußere

In der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht Lagen aus Silberzellulosefilm und zwei innere Lagen

die äußere Hülle der U-förmigen Umhüllung aus einer aus Viskon. Diese Anordnung ist schematisch in

einfachen Umwicklung aus Nylon, während die äußere F i g. 6 dargestellt und ist die Standardausführung für

Hülle der ziehharmonikaartigen Umhüllung aus zwei 50 die Hüllenanordnung.

Nylonlagen besteht. Bei einer anderen Ausführung der .

vorliegenden Erfindung ist zwischen der U-förmigen ^{we ru}PP^e

Umhüllung und der ziehharmonikaartigen Umhüllung Eine zweite gefertigte Anordnung stimmte mit der-

nur eine äußere Nylonumwicklung vorgesehen. Diese jenigen der ersten Gruppe überein, mit dem einzigen

kann entweder den U-förmigen Umhüllungsteil oder 55 Unterschied, daß eine zusätzliche äußere Lage aus

den ziehharmonikaartigen Umhüllungsteil umschlie- Nylon auf die ziehharmonikaartige und die U-förmige

ßen. Hülle aufgebracht war. Diese modifizierte Aufteilungs-

Nach einer weiteren Abwandlung dieser Erfindung hülle nach dieser Erfindung ist die bevorzugte Ausbildet eine einfache Nylonumwicklung die Oberfläche, führung. Die Anordnung ist in F i g. 7 gezeigt,
die sowohl den U-förmigen Umhüllungsteil als auch 60
den ziehharmonikaartigen Umhüllungsteil bedeckt. ^Dntte ^^mPV^e

Die Anordnung der U- und ziehharmonikaartigen In dieser Gruppe wurde die positive Elektrode in

Teile ist am besten aus F i g. 1 zu ersehen. Wie erkenn- eine U-förmige Hülle eingehüllt, während die negative

bar ist, sind die Arme des U-förmigen Teils 6 zwischen Elektrode keine Hülle erhielt. Dies ist die bisher übli-

gegenüberliegenden Enden des ziehharmonikaartigen 65 ehe Umhüllungsausbildung. Um einen Vergleich zwi-

Teils 4 eingelagert, so daß eine negative Elektrode sehen einer solchen Zellenausbildung und der nach der

immer neben einer positiven Elektrode zu liegen kommt. zweiten Gruppe zu ermöglichen, wurde die gleiche An-

Die auf diese Art und Weise hergestellte Elektroden- zahl und die gleiche Art der Umhüllung wie in der

zweiten Gruppe verwendet. Weiterhin wurde auch die Bedingung eingehalten, die mit den verschiedenen Umhüllungsanlagen zwischen den, positiven und negativen Elektroden vorlag. Der einzige Unterschied war daher, daß bei dieser Gruppe die negativen Elektroden nicht umhüllt waren.

Die Umhüllungen zwischen den positiven und negativen Elektroden waren folgende:

Zwei innere Lagen aus Nylon, drei Lagen aus »P«- Separatormaterial, zwei Zwischenlagen aus Nylon, zwei Lagen aus Silberzellulosefolie und zwei Lagen aus Viskon (vgl. F i g. 8).

Die vorstehenden Elektrodenanordnungen wurden zur Fertigung von Zellensätzen verwendet, welche in allen sonstigen Merkmalen übereinstimmen. Jeder Zellensatz bestand aus drei Zellen und war in Silberfolien eingehüllt. Er wurde auch unter den gleichen Bedingungen über annähernd 100 Arbeitszyklen in einer Zeit von 6V₂ Monaten getestet. Die Ergebnisse ίο des Testes sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Grup pe	Typ	Zn- Masse- verlust	Zn- Durchdririgung	Ag-PlattenhUUe	Separator	Durchschnittskapazität der Zellen
1 2 3	Wie F i g. 6 Wie Fig. 7 Positive Elektrode ge mäß Fig. 8; negative Elektrode ohne Hülle	15% 15% 40%	3 Lagen Silberzellulose keine, keine	von Zn über zogen sauber von Zn über zogen	relativ trocken gut naß gut naß	Lade-Entlade- Zyklen 100:19,8 Ah Lade-Entlade- Zyklen 110:21,1 Ah Lade-Entlade- Zyklen 110:17,1 Ah

Diese Ergebnisse zeigen folgendes:

1. Bei Gruppe 1, d. h. beim Gebrauch der gemäß der Erfindung aufgeteilten Hüllenausführung, ist eine Verringerung des Zinkverlustes und eine Kapazitätszunahme gegenüber der Normalumhüllung zu verzeichnen.

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2. Die Ausbildung der geteilten Hülle kann weiterhin durch den Gebrauch von saugfähigem Material, beispielsweise gewebten Nylonerzeugnissen, an der äußeren Lage zwischen den Elektroden verbessert werden (Gruppe 2). Dabei ist ein Anwachsen der Kapazität der Zellen und eine Abnahme der Zinkeindringung in das Separatorenmaterial zu verzeichnen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrodensatz für alkalische Akkumulatoren mit negativen Elektroden aus Zink oder Cadmium und positiven Elektroden aus Silber, bei dem jede Elektrode von einem semipermeablen Separatormaterial umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Pressen oder Sintern vorgeformten festen Elektroden der einen Polarität in U-förmigen, oben offenen Separatorhüllen (6) oder in Taschen (32) und die vorgeformten festen Elektroden der anderen Polarität in ziehharmonikaartigen, oben offenen Separatorhüllcn (4) oder in U-förmigen, oben offenen Separatorhüllen (40) angeordnet sind und daß die Separatorhüllen oder Taschen zumindest eine Schicht eines Gewebes aus Polyamidfasern aufweisen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen