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Die Erfindung bezieht sich auf einen ständig gas-und flüssigkeitsdicht
verschlossenen Akkumulator mit porösen Elektroden, Separatoren und in den Elektroden
und dem Separator festgelegtem Elektrolyten.
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Bei derartig gasdicht verschlossenen Akkumulatoren muß zur Vermeidung
eines inneren überdruckes den bei Ende der Ladung, bei überladungen sowie bei Tiefentladungen
freiwerdenden Gasen Gelegenheit gegeben werden, sich mit den aktiven Massen der
Elektroden umzusetzen.
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Es ist daher für gasdicht verschlossene Akkumulatoren vorgeschlagen
worden,. Gasdurchtrittsöffnungen in den Separatoren zu schaffen. In: den dadurch
gebildeten Hohlräumen können sich die an den Elektroden entwickelten Gase sammeln.
und an den Oberflächen der gegenüberliegenden Elektroden entgegengesetzter Polarität
aufgezehrt werden.
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Derartige Akkumulatoren haben den Nachteil, daß die Stromdichte in
den elektrolytgetränkten Teilen der Separatoren sehr hoch, in den Hohlraumbereichen
jedoch praktisch Null ist. Es geht also stets ein gewisser Teil der einander gegenüberliegenden
Elektrodenoberflächen für die elektrochemischen Umsetzungen verloren, was mit einer
geringeren Kapazität und einer Verschlechterung des Innenwiderstandes verbunden
ist. Da die für die Gasaufzehrung zur Verfügung stehende Oberfläche der Elektroden
bei den vorstehend genannten Akkumulatortypen relativ klein ist, können die Innendrücke
im gasdicht verschlossenen Akkumulator auf mehrere Atmosphären ansteigen, bevor
der Gleichgewichtszustand zwischen Gasentwicklung und Gasverzehr erreicht ist. Es
wurde deshalb schon vorgeschlagen, die gasverzehrende Oberfläche dadurch zu vergrößern,
daß z. B. die negative Elektrode in zwei voneinander distanzierte Teilelektroden
aufgespalten wird. Hierdurch wird jedoch die Konstruktion des Akkumulators erheblich
komplizierter.
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Deshalb ist man dazu übergegangen, für die Gasaufzehrung die Elektrodenoberlächen
zu benutzen, die nicht einander gegenüberliegen. Während nun die einander gegenüberliegenden
Elektrodenoberflächen durch elektrolytgetränkte, gasundurchlässige Separatoren getrennt
sind und für die Gasaufzehrung praktisch nicht mehr in Frage kommen, müssen die
entwickelten Gase zur Rückseite der entgegengesetzten Elektroden streichen können.
Hierzu ist es nötig, diesen Gasen den Zugang zu den Rückseiten der Elektroden zu
ermöglichen und an dieser Stelle einen Gassammelraum für einen großflächigen Kontakt
mit der Elektrodenoberfläche bereitzustellen.
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Derartige Gassammelräume wurden bisher dadurch erhalten, daß separate,
abstandhaltende Mittel zwischen der Innenwand des Akkumulatorgehäuses und der Rückseite
der Elektroden in den Zellen eingesetzt waren. Diese abstandhaltenden Mittel bestehen
z. B. aus durchlöcherten Federblechen, Streckmetallen, Textil- oder Metallgeweben.
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Durch derartige separate abstandhaltende Mittel wird jedoch die Akkumulatoranfertigung
verkompli ziert. Da die Elektroden nicht unmittelbar am Gehäuse anliegen, sondern
die elektrischen Kontakte über die abstandhaltenden Mittel erfolgen, vergrößern
sich die übergangswiderstände, was eine Verschlechterung des Innenwiderstandes und
damit des t Wattstundenwirkungsgrades zur Folge hat.
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Schließlich ist auch schon vorgeschlagen worden, bei gasdichten Akkumulatoren
von zylinderförmiger Gestalt, bei denep positive und negative Elektroden mit jeweils
kreissegmentförmigem Querschnitt alternierend nebeneinander angeordnet sind, Gassammelräume
zwischen der Gehäusewand und den Elektro-5 denrückseiten dadurch zu schaffen, daß
man umlaufende Rillen an der Gehäusewand anbrachte, die zugleich den elektrischen
Kontakt zwischen den negativen Elektroden und der als negative Ableitung dienenden
Gehäusewand herstellen. Bei dieser Ano ordnung ist es notwendig, die positiven Elektroden
von der Gehäusewand durch isolierende Bauteile zu trennen; diese Anordnung ist naturgemäß
kompliziert, und zwar um so mehr, je größer die Anzahl der alternierend nebeneinander
liegenden positiven und negativen Elektroden ist.
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Ziel der vorliegenden Elektroden ist es, die in gasdichten Akkumulatoren
notwendigen Gassammelräume in unaufwendiger Weise und ohne separate abstandhaltende
Mittel zu schaffen und dabei einen # guten elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden
und dem Akkumulatorgehäuse aufrechtzuerhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die äußeren Oberflächen der Elektroden, d. h. die für die Gasaufzehrung
vorgesehenen Elektrodenrückseiten mit Vorsprüngen, z. B. in Form von Rippen, Noppen
oder Waben usw. versehen werden, zwischen denen sich die Gassammelräume bilden.
Diese Vorsprünge können leicht, insbesondere bei den in. Knopfzellen üblichen Preßelektroden
durch entsprechende Preßformen erhalten werden. Gegebenenfalls kann diese besonders
geformte Oberfläche noch dadurch mechanisch verstärkt werden, daß. die Elektroden
mit einer, im allgemeinen ohnehin vorgesehenen feinen Umhüllung versehen werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht
nur die Elektrodenaußenseiten mit Vorsprüngen, sondern in an sich bekannter Weise
auch die den Elektrodenaußenseiten gegenüberliegenden Gehäuseteile mit Einkerbungen
bzw. Einbuchtungen, wie Rillen, Kehlungen oder Dellen, versehen, die einen zusätzlichen
Kontakt zwischen der Gehäusewand und den Elektrodenoberflächen herstellen.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich die vorliegende Erfindung bei gasdichten
Akkumulatoren aus, in denen die Elektroden durch eine mit durchgehenden Kanälen
versehene Dichtungsmanschette von der Gehäuseseitenwand getrennt sind. Diese Konstruktion
der Dichtungsmanschette gestattet den Gasen einen besonders leichten Zugang zu den
äußeren Elektrodenoberflächen. Darüber hinaus ist es bei dieser Ausführungsform
möglich, die Elektroden fest in das Gehäuse einzupassen, da kein Schlupf für die
Gase erforderlich ist, und den Innenraum des Gehäuses besser auszunutzen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, daß die an den
Elektroden sich entwickelnden Gase an die Rückseiten der Elektroden gelangen und
sich dort ansammeln können, ohne daß besonders abstandhaltende Mittel in den Akkumulator
eingebaut werden müssen. Damit wird nicht nur die Akkumulatorenfertigung vereinfacht,
sondern auch ein besserer Kontakt zwischen Elektrodenoberflächen und dem Gehäuse
ermöglicht.
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Für den üblichen gasdichten, alkalischen Akkumulator mit negativer
Ladereserve sind zur Aufzehrung des Sauerstoffs hauptsächlich Gassammelräume an
den Außenoberflächen der negativen Elektroden
erforderlich, so daß
Vertiefungen bzw. Vorsprünge an der positiven Elektrodenoberfläche und/oder der
dieser anliegenden Gehäusewand nicht unbedingt vorgesehen sein müssen.
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Die Erfindungsmerkmale werden an Hand der F i g. 1 bis 3 erläutert:
F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Akkumulatorzelle, deren Elektroden Vorsprünge aufweisen,
welche bis an den Deckel bzw. an den Boden des Gehäuses reichen; F i g. 2 zeigt
im Schnitt eine Akkumulatorzelle, bei der nicht nur die Elektroden Vorsprünge besitzen,
sondern auch noch hohlraumbildende Vertiefungen im Deckel und im Boden des Gehäuses
vorhanden sind, und F i g. 3 zeigt. in Draufsicht ein Gehäuse für eine Akkumulatorzelle
mit einer Dichtungsmanschette, die Kanäle für einen ungehinderten Gastransport aufweist.
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In dem Gehäuse 1 mit Boden 2 und Deckel 3 liegen die in eine Dichtungsmanschette
4 eingepaßten und durch einen elektrolytgetränkten Separator 5 getrennten Elektroden
6 und 7. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform weisen die Elektroden
Vorsprünge 10 auf, die an den Deckel bzw. den Boden des Gehäuses anstoßen und Gassammelräume
zwischen den Elektroden und dem Gehäuse bilden. Bei der in F i g. 2 dargestellten
Ausführungsform haben die Elektroden nicht nur Vorsprünge 10, sondern die ihnen
gegenüberliegenden Gehäuseteile weisen Vertiefungen 8 auf, die mit zur Ausbildung
von Gassammelräumen beitragen.
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Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, weist die in das Gehäuse 1 eingesetzte
Dichtungsmanschette 4 Kanäle 11 auf, die in diesem Falle vertikal verlaufen und
den Gasen einen ungehinderten Zutritt zu den gasaufzehrenden Elektrodenaußenseiten
gestatten.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen am Beispiel einer Knopfzelle
erläutert worden; sie ist jedoch nicht auf diesen Akkumulatortyp beschränkt, sondern
auf beliebige Gehäuseformen und andere gasdichte Akkumulatortypen anwendbar. Die
Erfindung kann auch bei anderen elektrischen Schaltelementen, z. B. bei Elektrolytkondensatoren,
mit Vorteil verwendet werden.