-
Gegenstand der Erfindung ist ein wiederaufladbares galvanisches Element
mit auf- und abwickelbaren Bandelektroden.
-
Die Verwendung der bandförmigen Elektroden in galvanischen Elementen
ist an sich bekannt. Bei den bekannten Ausführungen bestehen die Elektroden aus
einem Wickel von positiven und negativen Elektrodenbändern, zwischen denen eine
Separatorschicht liegt, die zur elektrischen Isolierung und zur Aufnahme des Elektrolyten
dient. Diese Wickel werden fest in der Zelle eingebaut. Da sie mit dem Elektrolyten
in ständigem Kontakt stehen, sind sie auch im Ruhezustand schädlichen chemischen
Einwirkungen, wie der Selbstentladung, unterworfen. Die negative Elektrode wird
langsam oxydiert und ist daher stark korrosionsgefährdet. Vor allem können die Ladevorgänge
in den bekannten Wickelpaketen nicht im gewünschten Maße kontrolliert durchgeführt
werden, da die negativen und positiven Elektroden nur unter gleichen Bedingungen
geladen werden können.
-
Insbesondere sind Primärelemente mit bandförmigen Elektroden bekannt.
Gemäß der deutschen Patentschrift 410 004 wird beispielsweise ein bandförmiger Streifen
benutzt, der den Elektrolyten enthält. Zur Inbetriebnahme wird das Band angefeuchtet.
Gemäß der deutschen Patentschrift 475 431 wird ein Draht oder Band aus Aluminium
oder Zink auf nichtleitender Unterlage als Elektrode verwendet. Das Band ist dabei
auf einer Rolle auf- und abwickelbar angeordnet. Dieses Band wird bei Benutzung
als Elektrode mit dem Elektrolyten angefeuchtet und an einem Depolarisator vorbeigeführt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wiederaufladbares galvanisches
Element mit auf- und abwickelbaren Bandelektroden zu entwickeln, bei dem die Elektroden
optimal ausgenutzt werden. Diese besonders gute Ausnutzung soll auch durch die konstruktive
Gestaltung des Bandes unterstützt werden.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die positiven
und die negativen Elektroden in getrennten Kassetten als endlose Bänder angeordnet
sind und daß während wiederholter Lade- bzw. Entladevorgänge die Bänder durch mehrere
Zellenräume mit verschiedenen Elektrolyten geführt werden. Dabei sind die Elektrodenbänder
am zweckmäßigsten in den Kassetten mit oder ohne eingelegte Separatorenbänder auf-
und abwickelbar angeordnet.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Elektroden als
endlose Bänder auszubilden, die nach dem Durchlaufen der Reaktionsräume, die mit
dem Elektrolyten gefüllt sind, wieder aufgewickelt werden. Das endlose Band wird
dabei vorzugsweise durchgeschnitten, nachdem ein Ende um 180° gedreht wurde, wieder
verbunden, um die gesamte Oberfläche des Bandes zur Stromlieferung heranziehen zu
können.
-
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich vor allem für die
negativen Elektroden der Vorteil, daß die gewickelten negativen Elektroden bei gasdichtem
Kassettenverschluß nicht mehr oxydieren können, weil das sauerstoffspendende positive
Elektrodenband in einer eigenen Kassette getrennt und bis zum Einsatz in der Zelle
verschlossen gelagert wird. Die Trennung der positiven und negativen bzw. oxydierenden
und reduzierenden Bänder beim Lagern ist insbesondere für trockengeladene Akkumulatoren
wichtig. Im allgemeinen bestehen die Elektrodenbänder, die als Träger der aktiven
Masse dienen, aus porösem Kunststoff mit leitenden Einlagen. Für kurzzeitige Entladung
kann an Stelle des Kunststoffbandes auch ein korrosionsfestes Metallband als Träger
verwendet werden. Selbstverständlich können auch negative Mektrodenbänder verwendet
werden, die nicht nur den Träger, sondern auch die aktive Masse gleichzeitig darstellen.
-
Bei der erfindungsgemäßen Aufbewahrung der Elektrodenbänder können
auch Materialien verwendet werden, die unter normalen, sonst in der Zelle herrschenden
Bedingungen instabil sind, z. B. Alkali-und Erdalkalimetalle und ihre Legierungen.
-
Bei Entladung der erfindungsgemäß in Kassetten gegen Stoß, Feuchtigkeit
und Oxydation geschützten Elektrodenbänder wird ein neuer Weg beschritten. Während
bei den normalen Akkumulatorentypen die Elektroden und der Elektrolyt während der
Entladung im Ruhestand verbleiben und nur bei Sonderausführungen der Elektrolyt
bewegt wird, wird hier das Elektrodenmaterial in Bandform kontinuierlich in engem
Abstand: ohne oder reit Separator aus den Kassetten abgewickelt, durch eine elektrolytgefüllte
Zelle bewegt und beim Durchlaufen des Elektrolyten entladen.
-
Bei allen jenen. Akkumulatorentypen, bei denen sich während der Entladung
die Dichte des Elektrolyten ändert, kann durch Zutropfen konzentrierter Elektrolytlösungen
die Elektrolytdichte in der Entladezelle konstant gehalten werden. Bei hohen Ent-Iadestromstärken
wird die Bandgeschwindigkeit größer gehalten als bei kleinen. Der große Vorteil
dieser Anordnung liegt nicht allein in der kurzschlußsicheren Arbeitsweise - das
bewegte Band kann vor dem Eintritt in die Entladezelle leicht gebürstet werden-,
sondern vor allem darin, daß bei Entladungen nach diesem Vorschlag die Zellenspannung
während der Entladedauer konstant liegt, weil immer nicht entladenes Elektrodenmaterial
in der Zelle einläuft. Ein Absinken der Zellenspannung durch Elektrolytmangel oder
weitgehende Bildung von schädlichen Nebenprodukten ist deshalb ausgeschlossen. Durch
Anordnung mehrerer Elektrodenbänder im engen Abstand nebeneinander und Abtrennung
durch Zellenwände kann die gelieferte Spannung entsprechend erhöht werden.
-
Gestreckte Bänder können nach der Entladung wiederum geladen und aufgerollt
werden. Während der Ladung wird der Elektrolyt durch Zugabe von Wasser verdünnt.
Bei Einsatz endloser Bandelektroden besteht die Möglichkeit, den entladenen Bandstreifen
sofort wieder zu laden. Der Lade- bzw. Entladevorgang kann in einem Kreislauf auch
mehrere Male erfolgen.
-
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin,
däß die Ladung der negativen und der positiven Elektroden getrennt durchgeführt
wird. Dabei kann man für die positive und negative Elektrode die günstigsten Ladebedingungen
wählen, indem man den geeigneten Elektrolyten bei günstiger Temperatur und die zweckmäßigste
Stromdichte einsetzt. Dieser neue Weg ermöglicht es, Schwierigkeiten oder Besonderheiten
der Ladung der beiden Elektroden getrennt zu bearbeiten. Dadurch wird der Ladevorgang
vereinfacht und für die Elektrodenbänder beider Polarität im gewünschten Sinne gesteuert.
Zur
Vermeidung von Kurzschlüssen bzw. von Selbstentladung innerhalb der Elektrodenbänder,
die Entlade- und Ladezellen verbinden, sind im Band nichtleitende Zwischenstege
angeordnet. Das Band wird dadurch in einzelne Masseabschnitte geteilt. Dabei ist
es notwendig, daß der Abstand zwischen den Zellenräumen für die Ladung und Entladung
größer ist als der Abstand zweier nichtleitender Stege, der vorteilhafterweise konstant
gehalten wird.
-
Falls als negatives Elektrodenband z. B. Magnesium- oder Zinkfolien,
die nicht regenerierbar sind, verwendet werden, kann die Ladung der positiven Elektrode
gegen eine Blindelektrode auf chemischem Wege erfolgen. Auch wenn beide Elektroden
regenerierbar sind, werden sie meist, um für jede Elektrode die günstigsten Bedingungen
wählen zu können, getrennt gegen eine Blindelektrode geladen.
-
An zwei Beispielen sollen die Vorteile des neuen Verfahrens erklärt
werden.
-
1. Ladung mit Hilfe elektrischer Energie Nach der Formation positiver
und negativer Akkumulatoren-Platten in schwach sauren oder alkalischen Elektrolyten
in herkömmlichen Zellen erhält man an den positiven Platten a-Pb02 in höheren Prozentsätzen.
Der hohe a-Pb02 Gehalt nimmt aber nach wenigen Entladungen und Ladungen in Schwefelsäure
rasch ab, und das oc-Pb02 geht in ß-Pb02 über. Beim Arbeiten in getrennten Ladezellen
für ein negatives und ein positives Band, kann der Vorteil hoher «-P1)02 Gehalte
(hohe Einsatzspannung, bessere Lebensdauer) voll genutzt werden, weil die Ladung
der positiven Elektrode in einer Ladezelle mit schwach saurer oder alkalischer Lösung
ausgeführt werden kann.
-
2. Ladung mit Hilfe chemischer Energie Die Vorteile der Erfindung
sind auch bei Elektrodensystemen, die ganz oder teilweise auf chemischem Wege durch
Oxydation bzw. Reduktion regeneriert werden, gegeben.
-
Werden die Ladung und Entladung in je einer Zelle getrennt ausgeführt,
so kann man bei der Ladung die günstigsten Bedingungen wählen, ohne auf den Entladevorgang
Rücksicht nehmen zu müssen. Umgekehrt kann man aber auch den Entladevorgang ohne
Rücksicht auf die Notwendigkeiten des Ladevorganges bei den günstigsten Entladebedingungen
ausführen.
-
a) Entladene positive P1)02 Elektrodenbänder werden in der Ladezelle
durch alkalische Persulfatlösung erhöhter Temperatur geschickt und dadurch wieder
auf den vollen Ladezustand gebracht. Solche Bänder können z. B. gegen eine Bandelektrode
aus Zink verwendet werden. b) Positive Bänder, die mit Cu0 und negative Bänder,
die mit Cadmium beschichtet sind, werden gegeneinander entladen und in zwei verschiedenen
Ladezellen regeneriert, indem man die positiven und negativen Bänder einer getrennten
Behandlung aussetzt. Das Cadmiumhydroxyd Cd(OH)2 wird in reinem Wasserstoff auf
Rotglut erhitzt und zu Cd reduziert, wogegen das Kupferband bei Rotglut in Sauerstoffatmosphäre
oder an der Luft erneut zu Kupferoxyd oxydiert wird. Die Entladung erfolgt in Natronlauge.
Die Zelle arbeitet als Luftsauerstoffelement. Bei Elektrodenbändern, die chemisch
regeneriert werden, sind nichtleitende Unterbrechungen im Band nicht notwendig.
-
An Hand der F i g. 1 und 2 werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
galvanischen Elements näher erläutert.
-
In der Anordnung nach F i g. 1 werden verschiedenpolige Elektrodenbänder
1 und 2 getrennt geführt und durchlaufen gemeinsam nur die Entladezelle 3. Die Ladung
mit nachfolgendem Waschen und Trocknen folgt getrennt in entsprechenden Zellen 4,
5, 6 bzw. 4a, 5 a und 6a.
-
In der F i g. 2 ist die Elektrode als endloses Band ausgebildet. Das
endlose Band wurde dadurch erhalten, daß die Enden eines Bandes verbunden wurden,
nachdem ein Band um 180° gedreht wurde.