DE1671877C - Elektrode für Bleiakkumulatoren - Google Patents

Description

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_; Pie Brflndung bezieht sich auf cine Elektrode für teilchen au erhalten und drittens dieses AbleitgerUst

Bloiakkumulatqren, bei der die wirksame Müsse sich gleichzeitig als elektrochemisch akt ve Maas* arbeiten

zwischen Fasern befindet. «υ lassen. Die beiden letzten Ziele wurden jedoch

Obwohl für Elektroden alkalischer Akkumulatoren hierdurch nicht erreicht. Ein Bleipartikel as aktive seit Jüngerem verschiedene Systeme hochporöser 8 Masse, sei es im Wechsel von Blei zu Bleisulfat oder Stromableitgerüste bekannt sind, die ein geringes von Bleisulfal zu Bleisuperoxid, ändert Volumen und Gewicht pro speicherbarer Ampereslunde haben, Struktur zu sehr, als das es gleichzeitig neben seiner sind für den Bleiakkumulator mit schwefelsauren elektrochemischen Funktion auch die Funktion eines Elektrolyten bisher keine wesentlichen Verbesserun- mechanisch stabilen elektrischen Stromableitgerüstes gen in dieser Richtung bekanntgeworden. Das dürfte io übernehmen könnte. Die auf diese Doppelfunktion im wesentlichen zwei Gründe haben: Einmal bildet abgestellten porösen Plattenkonstruktionen zerfallen sowohl das schwammige Blei auf der negativen Seite alle nach einer gewissen Zeit des praktischen Einherkömmlicher Akkumulatcirentypen bereits weit- satzes im Lade/Entlade-Betrieb. Kurzschlüsse und gehend einen in sich elektrisch leitende, hochporöse starke Kapazitütsverluste sind die Folge. In diesen Struktur aus, so daß es genügt, sie in großrahmige >s Zusammenhang gehört auch der Versuch (vgl. Fassung zu bringen. Zum anderen ist auch das auf schweizerische Patentschrift 8 808), die positive Elekder positiven Elektrode des Bleiakkumulators arbei- trode aus Fasern eines z. B. gewirkten oder gewebten tende Bleisuperoxid — im Gegensatz zur positiven Stoffes aufzubauen, zwischen denen sich die wirk-Massc eines beispielsweise alkalischen Akkumulators same Masse befindet, die durch Imprägnieren oder mit Nickelhydroxyd — ein so guter poröser elektri- ao auch durch chemische Fällung eingebracht ist. scher Leiter, daß eine zusätzliche innere Kontaktie- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rung zunächst überflüssig erscheint. hochporöse Bleielektrode zu schaffen, bei der die

Schwierigkeiten mit Stromableitgerüsten in sauren Funktion von Stromableitgerüst und aktiver Masse Akkumulatoren ergeben sich darüber hinaus dadurch, genau getrennt sind, und das Stromableitgerüst daß ein Material gefunden werden muß, daß sowohl as außer über eine poröse Struktur auch über eine hohe, gute elektrische Eigenschaften, als auch hinreichende auf die Dauer zuverlässige elektrochemische Widerchemische Widerstandsfähigkeit gegen den oxidativen sUmdsfiihigkeit verfügt.

Angriff wahrend des Ladevorganges besitzt. Daher Eine diese Aufgabe lösende Elektrode für Bleiwerden üblicherweise alle Stromableitkonstruktioncn, akkumulatoren ist nach der Erfindung dadurch gesei es für Kasten- und Rahmenplatten oder für mit 30 kennzeichnet, daß ein dünner Ableitkörper aus Blei-Kunstston röhren ummantelte Typen, aus kompaktem blech, Bleidrahtgewebe, Bleifasernetz oder verbleitem Blei oder speziellen Legierungen mit Blei hergestellt. Graphitgewebe mit einem feinfaserigen, hochporösen. Wegen des selbst bei kompaktem Blei auf die Dauer blanken oder verbleiten Graphitfilz belegt ist und in unvermeidbaren, elektrochemischen Angriffes müssen das freie Porenvolumen des Graphitfilzes aktive die Stromableitteilc relativ stark und damit schwer 35 Bleimassen inkorporiert sind. Zwar ist es an sich ausgeführt sein. Man hat sich daher bemüht, larch bekannt, für die Elektroden elektrischer Zellen Legierungszusätze, wie beispielsweise Antimon, zu metallisierte Gerüste, audi Graphitgerüste, einzuseteiner höheren Widerstandsfähigkeit und damit zu zen (vgl. deutsche Auslegeschrift 1071788), doch dünneren und also leichteren Rahmenformen zu ist daduicn uie Gestaltung der Elektroden von Bleikommen. Andererseits hat man mit der Entwicklung 40 akkumulatoren bisher nicht beeinflußt worden. Die der kunstsiolTummantcltcn Röhrchcnplatte ei:-. ^; .n Bleimassen kontier· H^l>:\.'«Ifat. Bleischwumm wisse Gewichtsersparnis er.ti. !■■. '-'·'· ■·. ocivr pi'-icviiie "u-in, iUl i,ji'h ···'■■>' bc'i?hi«en Ke^rv . ! ' ·. v:i f" ■■'.■ uensilauei derartiger eigneten Verfahren auf mech'i"is_!iem, chtmiscncin Platten entscheidende Nachteil ist jedoch, daß trot/ oder elektrochemischem Wege in den Grapi.iifüz aller Bindemittel/.ugaben zu und trotz Lochblech- 43 eingebracht sind. Der Graphitfilz ist vorzugsweise abdeckimgen vor den aktiven Masen ein allmäh- 1 bis 2 mm stark und besitzt eine Porosität von minliches Herausfallen von Bleisubstanz aus den groß- destens 80⁰O. In der Regel ist der Ableitkörper beidrahmigen» Kastengittern nicht /u vermeiden ist. Dieser seitig mit dem Graphitfilz belegt. Der Graphitfilz Massenschlamm sammelt sich am Boden des Zellen- verbindet als ein bei den Arbeitsverhältnissen im gelalks und führt dort bei nicht genügendem 50 Bleisammler unangreifbares Gerüst mehrere ideale Sicherheitsabstand der Plaitenenden zu elektrischen Eigenschaften. Erstens ist er mit einem bis zu 90⁰O Kurzschlüssen zwischen den IElektroden. Macht man freien, inneren Volumen zur Aufnahme der aktiven den Sicherheitsabstand großer, ergibt sich wieder ein Bleimassen hervorragend geeignet. Zweitens hat er zusätzliches Totgewicht am wäßrigen Elektrolyten. jedenfalls in Stärken von 1 bis 2 mm senkrecht zu Diese Mängel gelten auch für den Vorschlag (Patent- 55 seiner Ebene eine genügend gute elektrische Leitschrift Nr. 4882 des Amtes für 1 rlindungs- und fühigkeit, um die Stromableitung ausreichend zu Patentwesen in Ost-Berlin)_f bei einem Blciakkumula- unterstützen. Drittens läßt sich Graphitfilz zur Verlor den Träger für die positive Elektrode aus Kohle Stärkung und als endgültige Form für beispielsweise oder Graphit aufzubauen. die negative Seite eines Blcisammlers auf einfache Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits, 60 Weise direkt galvanisch verbleien. Schließlich kommt anknüpfend an das Prinzip pulvergesintertcr Elek- die nur dünne Graphitfilzauflage der modernen Tcntrodengerüste für alkalische Akkumulatoren, fejnstcs denz nach möglichst dünnen, folienartigen Elektro-Bleipulver mit einem gewissen Prozentsatz Kunst- dcnformcn weitgehend entgegen, sliEipulver elektrisch leitend verbunden, um so Für die Befestigung des Graphitfilzes am Ableitcrstcns ein poröses Gerüst aus chemisch Widerstands- 65 körper bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine infäliigem Kunststoff für die Bleimassen mechanisch soweit bevorzugte Ausführungsforin ist dadurch gestibil zu halten, zweitens ein leitendes, hochporöses kennzeichnet, daß der Ableitkörpcr Öffnungen in Ahleitücriisl aus aneinaiuleiiiegentlen Bleipulvcr- Form von Löchern. Schlitzen, Fenstern od. dgl. auf-

weist und daß durch diese Offnungen hindurch die Oraphltfto beidseits des Ableitkör^erb mittels BrUki ken »us thermoplastischem Kunststoff aneinander 20-hßlten sind, der im Schmelzfluß des Graphitfilzes eingedrungen und dann erstarrt ist, wodurch sich eine ausgezeichnete Verankerung des Grapbitflbes an den Kunststoffboden ergibt. Dem thermoplastischen Kunststoff kann bis zu 7O"/o Bleipulver beigemischt sein, um die elektrische Leitfähigkeit im Bereich der Brücken zu erhöhen. _t0

Es besteht aber auch die Möglichkeit, den vorher verbleiten Graphitfilz oberflächlich direkt mit dem Ableitkörper zu yersintern, (was z, B, aus der deutschen Patentschrift 1 016 335 an sich bekannt ist). Schließlich kann der rohe oder verbleite Graphitfilz auf dem Ableitkörper mit einem Krnststoffaden festgenäht sein, der gegen den beim Betrieb des Sammlers auftretenden elektrochemischen Angriff beständig ist.

In allen Fällen empfiehlt sich bezüglich des Randabschlusses eine Ausführungsform, bei der die betd- ao seits dem Ableitkörper aufgelegten Graphitfilze diesen randseitig überragen und an der vorstehenden Randzone miteinander verbunden sind, was beispielsweise durch Sintern, Nähen oder Verkleben mit Kunststoff erfolgen kann. as

1st der Ableitkörper ein verbleites Graphitgewebe, so ist dieses selbstverständlich wesentlich starker ausgeführt als der aufgelegte und beispielsweise festgenähte Graphitfilz. Fall man Röhrchenkonstruktionen anstrebt, läßt sich auch verbleiter Graphitfilz, der über einen kompakten, stabförmigen Innenableiter gerollt ist, mit einer porösen Kunststoffröhre ummanteln.

Wesentlich bei allen Ausführungen ist, daß der Graphit filz eine durch die enge gegenseitige Beruhriii'^ .-.'i.-...- einzelnen, bis hinrntcr zu 5μ starken Fasein ui.tprUngliche gute elektrische Leitfähigkeit quer zur Filzebene hat und daß er weiter mi» hjher Porosität die vorher oder nachher inkorporierten ak::vn Mir"':n mechanisch gut festhau. In ullen i-aiicfi '"in «.'in überraschend geringes Gewicht pro sp-'A!-er'..:uc< .-■,.·.pfre^tunde erieicht werden, hi >säumen Uli Lebensdauer ergeben sich je nach betrieblichem Einsatz, mit etwa zwei Jahren mindestens gleiche Zeiten wie bei den zur Zeit üblichen Plattenkonstruktionen.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung nälvr erläutert.

F i g. I und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Elektrode in zwei aufeinanderfolgenden Herstellungs-Stadien;

F* i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Elektrode nach F i g. 2.

Ein mit einer kurzen Kontaktfahne 1 versehenes Ableitblech 2 aus Blei von etwa 0,5 mm Stärke wird mit loch- oder schlitzförmigen öffnungen 3 versehen (Fig. I). Dann werden in diese öffnungen gleich große Kunststoffstücke 4, Kunstsloffpulvcr oder Kunststoff/Bleipulver-Mischungen gebracht und auf beiden Seiten des Bleches 2 etwa 1,5 mm starke Graphitfilzstücke S aufgelegt (Fig. 2). Nach dieser Vorbereitung wird das Ganze bei der Fließtemperatur des Kunststoffes mit oder ohne Pressung in freier Atmosphäre miteinander verfestigt. Die Bindung erfolgt dabei über die Kunststoffbrücke!! 4 in den Löchern 3 des Bleibleches 2 in der Weise, daß der bei höherer Temperatur fließende Kunststoff in die Poren des anliegenden Graphitfilzes 5 eindringt und so die OraphitfllzstUcke miteinander und-am blech verankert (Fig. 3). Das so.auf beldw Seiten mit dem Graphitrl!z5 belegte Bleiblech 2 wird dann entweder einfach direkt galvanisch verbleit oder nach beliebigem Vorfahren, chemisch oder elektrochemisch mit anderen Bleimassen gefUUt. Als letzter Schritt erfolgt dann die endgültige Formierung der gefüllten Platte zur negativen oder positiven Elektrode.

Nach einer ünderen Ausführungsform wird das mit einer kurzen Kontaktfahne versehene, dünne Bleiblech oder ein entsprechendes Bleigewebe beidseitig mit vorher verbleitem oder auch rohem Graphitfilz mittels eines Kunststoff-Fadens aus Polyolefinen zusammengenäht. Die Nahtführung kann dabei regelmäßig in Richtung der Plattenkanten oder auch unregelmäßig über die Plattenfläche erfolgen. Die anschließende Füllung und Formierung der porösen Struktur geschieht wie bereits beschrieben.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird ein verbleiter oder roher Graphitfilz in einer Stärke von 1 mm zunächst mit aktiver Bleimasse, beispielsweise Bleisulfat, durch chemische Fällung gefüllt. Dann wird der Graphitfilz über einen etwa 3 mm starken Bleistab gewickelt und in eine poröse Kunststoff röhre gebracht oder mit einem entsprechenden Kunststoffgewebe einfach oder mehrfach umwickelt. Diese Röhrchen werden dann als etwa 5 bis 6 mm starke Stäbe nebeneinandergestellt, die zentralen Bleistabe über eine Bleiquerverbindung mit Kontaktfahnen miteinander verlötet und als Gesamtplatte endgültig formiert.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrode für Bleiakkumulatoren, bei der die wirksame Masse sich zwischen Fasern befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünaCi· Abieiiküip.■■> ^) * λ ^.j:bk !', P-'eidrahtgewew, Bleif" enw ode vcHeiten. 'i.a phitgewt^e m· ei 1.. ästigen, hochporosen, ülar.ked cdci vrl .ten aphitfilz (5) belegt ist jr.: in α., freie Hör:: >, i| rr>· η des GrupW^i/t.·. ;5'· rVt·· e Hleimi"^ι - r inkorpe. .·. ■' sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitfilz (5) 1 bis 2 mm stark ist und eine Porosität von mindestens 80"« aufweist.

3. Elektrode nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkörper (2) beidseitig mit dem Graphitfilz (5) belegt ist.

4. Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitkörper (2) öffnungen (3) in Form von Löchern, Schlitzen, Fenstern od. dgl. aufweist und durch diese öffnungen (3) hindurch die Graphitfilze (5) beidseits des Ableitkörpers (2) mittels Brücken (4) aus thermoplastischem Kunststoff gehalten sind, der im Schmelzfluß in die den öffnungen (3) benachbarten Poren des Graphitfilzes (5) eingedrungen und dann erstarrt ist.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem thermoplastischen Kunststoff bis zu 7()'"o Blcipulver beigemischt ist.

6. Elektrode nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleiten Graphitfilze (5) oberflächlich mit dem Ableitkörper (2) versintert sind.

7. Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohe oder ver-

bleite Graphitfilz (5) auf dem Ableitkörper (2) mit einem Kunststoffaden festgenäht ist, der gegen den beim Betrieb des Sammlers auftretenden elektrochemischen Angriff beständig ist.

8. Elektrode nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseits dem Ableitkörper (2) aufgelegten Graphitfilze (5) diesen randseitig überragen und an der vorstehenden Randzone miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen