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Gasdichter Bleiakkumulator Die Erfindung bezieht sich auf einen gasdichten
Bleiakkumulator mit negativen, mit dem Gasraum des Akkumulators in Verbindung stehenden
Elektroden, die - im Gegensatz zu den positiven Elektroden - bei vollgeladenen Akkumulator
nicht ihre volle Kapazität erreichen, una mit einem Elektrolyten, der von den Poren
der Elektroden und der mit ihrer ganzen Fläche fest an den Elektroden anliegenden
Separatoren aufgesaugt ist.
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Derartige Akkumulatoren arbeiten bekanntlich nach dem Sauerstoffüberladungsprinzip,
ohne daß beim Laden und Uberladen in ihren Gehäuse ein übermäßiger Gasdruck entsteht.
Beim Ladevorgang erreichen nämlich nur die positiven Elektroden ihre volle Kapazität
und geben demzufolge Sauerstoff ab, der dann aber von den nicht vollgeladenen ,
mit dem Gasraum über den Elektroden in Verbindung stehenden negativen Elektroden
verzehrt wird.
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Der mit dem Gasraum eines solchen Bleiakkumulators in Verbindung stehende
Oberflächenbereich der negativen Elektroden ist dabei von der Gesamtkapazität des
Akkumulators abhängig, d.h., daß die dem Gasraum ausgesetzte Oberfläche der negativen
Elektroden umso größer sein muß, je größer die Kapazität eines derartigen Akkumulators
ist.
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Die sogenannte "freiliegende Oberfläche" der negativen Elektroden
wird bei dieser Art von Akkumulatoren z.B. dadurch gebildet, daß man die negativen
Elektroden höher als die positiven ausgeführt, so daß sie aus dem Elektrolyten herausragen.
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Aus diesem Grund haben derartige Akkumulatoren eine größere Höhe als
üblich.
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Eine Alternative für die freiliegende Oberfläche negativer Elektroden
besteht darin, daß die den Kastenwänden zugekehrten Seiten der negativen Endelektroden
der Elektrodenblöcke dem Gasraum ausgesetzt sind; dieser Oberflächenbereich der
negativen Elektroden reicht aber bei Akkumulatoren mit großer Kapazität zum Sauerstoffverzehr
nicht aus. Als Abhilfe wurde darum die Anzahl der negativen Elektroden innerhalb
des Elektrodenblocks verdoppelt und durch Distanzhalter getrennt. Der Raum zwischen
den negativen Elektroden wird freigelassen, so daß ihre diesem Raum zugekehrten
Seiten mit dem Gasraum in Verbindung
stehen. Wegen der erforderlichen
Begrenzung an aktiver negativer Masse ist dieser Aufbau eines gasdichten Akkumulators
nur beschränkt möglich, es sei denn, die negativen Elektroden könnten sehr dünn
ausgeführt und dennoch gut verarbeitet werden, was beim heutigen Stand der Fertigungstechnik
jedoch nicht möglich ist.
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Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der freiliegenden Oberfläche
der negativen Elektroden an die Akkumulatoren-Kapazität besteht darin, die Oberfläche
der positiven Elektroden unter Beibehaltung der Menge an aktiver Masse zu verringern,
d.h., die positiven Elektroden dicker zu machen; derartige Akkumulatoren haben aber
eine schlechte Hochatrorn-Kapazität und sind für viele Snwendungsgebiete nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen gasdichten
Akkumulator mit kompakten Aufbau und guter Hochatron-Kapazität zu schaffen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß innerhalb der aktiven
Masse der negativen Elektroden Kanäle verlaufen, die in den Gasraum des Akkumulators
münden; derartige Kanäle haben - je nach ElektrodendicI#e - einen lichten Durchmesser
von 0,5 bis 5 mm und können - je nach Bauart des Akkunulators - in Richtung oder
quer oder schräg zu den Stromfahnen der Elektroden verlaufen. Bei einer bevorzugten
Ausführung werden die Kanäle durch feinperforierte oder poröse Röhrchen gestützt
und freigehalten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 den Aufbau eines gasdichten Akkumulators mit
positiven Endelektroden im Schnitt,
Fig. 2 einen perspektivisch
gezeichneten Abschnitt einer negativen Elektrode, die aus einem Gitter, einem Separator
mit aufgeklebten porösen Röhrchen und aktiver Masse besteht, Fig. 3 einen Schnitt
durch eine negative Elektrode, die aus aktiver Masse, einem Gitter mit Nuten und
feinperforierten Röhrchen besteht, Fig. 4 einen Schnitt durch die Elektrode nach
der Linie III-III in Fig. 3 und Fig. 5 einen Schnitt durch eine negative Elektrode,
die aus aktiver Nasse, einem Gitter mit auf einer Fläche vorstehenden Nasen und
feinperforierten Röhrchen besteht.
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Fig. 1 ist eine Prinzipzeichnung eines einzelligen gasdichten Bleiakkumulators
mit einem Gehäuse 1, aus dem ein positiver Endpol 2 und ein negativer Endpol 3 herausragen.
Die positiven Elektroden 4 sind durch eine Polbrücke 5 zueinander parallelgeschaltet
und an dem positiven Endpol 2 angeschlossen. Die negativen Elektroden 6 sind durch
eine Polbrücke 7 zueinander parallelgeschaltet und an den negativen Endpol 3angeschlossen.
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Die positiven Elektroden 4 und die negativen Elektroden 6 sind - durch
mikroporöse Separatoren 8 voneinander getrennt - wechselweise aneinandergereiht
und stehen auf Boden stegen 9 des Gehäuses 1; dabei sind die positiven Elektroden
4 als Außenelektroden im Gehäuse 1 angeordnet. Ein nicht dargestellter Elektrolyt
ist von den Elektroden 4 und 6 und von den Separatoren 8 aufgesaugt. Damit die elektrochemischen
Vorgänge beim Laden und Entladen gut ablaufen können, müssen die Elektroden 4 und
6 und die Separatoren 8 mit ihren Flächen fest aneinanderliegen. Zu diesem Zweck
ist eine elastische, gewölbte Federplatte 10 zwischen einen an der Außenseite einer
positiven Endelektrode 4 angeordnetem Separator 8 und das Gehäuse 1 eingebaut.
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In jeder der negativen Elektrodenplatten 6 befinden sich mehrere Kanäle
11, die senkrecht innerhalb der aktiven Masse der Elektroden 6 verlaufen und mit
dem Gasraum 12 des Akkumulators in Verbindung stehen; die Kanäle 11 können auch
schräg oder quer zur Richtung der nicht gezeichneten Stromfahnen verlaufen. Der
lichte Durchmesser der Kanäle beträgt etwa 0,8 mm, er kann jedoch auch - je nach
Dicke der negativen Elektroden - zwischen 0,5 mm bis 5 mm groß sein.
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Bei mehrzelligen Akkumulatoren sind die einzelnen Zellen ebenso aufgebaut
wie vorstehend beschrieben und wie üblich miteinander verbunden.
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Wie bereits erwähnt, sind bei nach dem Sauerstoffüberladungs prinzip
arbeitenden, vollgeladenen Akkumulatoren die positiven Elektroden 4 vollgeladen,
die negativen Elektroden 6 jedoch nicht; das wird z.B. dadurch bewirkt, daß man
eine größere Nenge negativer aktiver Masse in die Elektroden 6 einbringt als zur
vollständigen Reaktion mit der aktiven Masse der positiven Elektroden 4 erforderlich
ist. Demzufolge entsteht beim Laden, insbesondere beim liberladen an der positiven
Elektrode 4 Sauerstoff, der in den Gasraum 12 des Akkumulators steigt, in die Kanäle
11 der negativen Elektroden 6 eindringt und von letzteren wieder aufgezehrt wird.
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Die erfindungsgemäßen negativen Elektroden können bei Akkumulatoren
eingesetzt werden mit negativen oder mit positiven Elektroden als Endelektroden;
dabei können die erfindungsgemäßen Elektroden als Platten-, Hohl- oder Wickel-Elektroden
ausgebildet sein.
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Die elektrochemische Reaktion beim Laden und Entladen derartiger Akkumulatoren
verläuft wie in allen anderen Bleiakkumulatoren mit Schwefelsäure als Elektrolyt.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungage mäßen negativen
Elektrode dargestellt. Sie enthält einen mikroporösen Separator 20, auf den feinperforierte
oder poröse Kunststoff-Röhrchen 21 aufgeklebt oder aufgesintert sind und aktive
Masse 22 aufgebracht ist. Anstelle der Kunststoff-Röhrchen 21 können auch feinperforierte#
schwefelsäurebeständige Metall-Röhrchen verwendet werden. Auf den Röhrchen 21 liegt
ein elektrisch leitendes, in die aktive Masse 22 eingebettetes Plattengitter 23
herkömmlicher Bauart mit einer Stromfahne 24.
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Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführung einer negativen Elektrode
nach der Erfindung, und zwar eine Elektrode ohne Separator; sie besteht aus einem
elektrisch leitenden Plattengitter 30, dessen Gitterstege Sicken 31 zur Fixierung
der Röhrchen 32 aufweisen. Das Gitter 30 und die Röhrchen 32 sind von aktiver Masse
33 umgeben.
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Fig. 5 stellt ebenfalls eine erfindungsgemäße Elektrode ohne Separator
dar. In diesem Fall ist ein elektrisch leitendes Plattengitter 50 verwendet, das
Nasen 51 zur Fixierung der Röhrchen 52 hat und gleichzeitig als Träger der negativen
aktiven Masse 53 dient.