DE1299057B - Gas- und fluessigkeitsdicht verschlossener Akkumulator - Google Patents

Gas- und fluessigkeitsdicht verschlossener Akkumulator

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DE1299057B
DE1299057B DEG50586A DEG0050586A DE1299057B DE 1299057 B DE1299057 B DE 1299057B DE G50586 A DEG50586 A DE G50586A DE G0050586 A DEG0050586 A DE G0050586A DE 1299057 B DE1299057 B DE 1299057B
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electrodes
gas
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electrode
accumulator
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DEG50586A
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Dipl-Phys Dr H-D
Jaschke Lothar
Luchterhand
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Gas- und flüssigkeitsdicht verschlossener Akkumulator in metallisch leitendem Gehäuse mit porösen Elektroden, Separatoren, kapillar festgelegtem Elektrolyten und Gassammelräumen zwischen Gehäuse und Elektrodenaußenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassammelräume durch Vorsprünge (10) auf den Elektrodenoberflächen gebildet sind.
  2. 2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Vorsprüngen (10) an den Elektrodenaußenseiten noch in an sich bekannter Weise Vertiefungen (8) an den den Elektrodenaußenflächen gegenüberliegenden Gehäuseteilen vorgesehen sind.
  3. 3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen den Elektroden und der Gehäusewandung eine Dichtungsmanschette (4) enthält, welche Kanäle (11) für einen ungehinderten Gastransport von der einen Elektrode zur Außenseite der anderen Elektrode aufweist.
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