DE2102704A1 - Gasdichter Bleiakkumulator - Google Patents

Gasdichter Bleiakkumulator

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DE2102704A1
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electrodes
negative
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negative electrodes
lead
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DE19712102704
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English (en)
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Werner 3200 Hildesheim; Ziegler Bodo 7000 Stuttgart Eisenacher
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • H01M10/342Gastight lead 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

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus diesem Grund haben derartige Akkumulatoren eine größere Höhe als üblich.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen gasdichten Akkumulator mit kompakten Aufbau und guter Hochatron-Kapazität zu schaffen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei mehrzelligen Akkumulatoren sind die einzelnen Zellen ebenso aufgebaut wie vorstehend beschrieben und wie üblich miteinander verbunden.
  • 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.
  • 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.
  • Die elektrochemische Reaktion beim Laden und Entladen derartiger Akkumulatoren verläuft wie in allen anderen Bleiakkumulatoren mit Schwefelsäure als Elektrolyt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Ansprüche
    Gasdichter Bleiakkumulator mit negativen, mit dem Gasraum des Akkumulators in Verbindung stehenden Elektroden, die - im Gegensatz zu den positiven Elektroden - bei vollgeladenem Akkumulator nicht ihre volle Kapazität erreichen, und mit einem Elektrolyten, der von den Poren der Elektroden und der mit ihrer ganzen Fläche fest an den Elektroden anliegenden Separatoren aufgesaugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der aktiven Masse der negativen Elektroden Kanäle verlaufen, die in den Gasraum des Akkumulators münden.
  2. 2. Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in den negativen Ele n oden - je nach Elektrodendicke - einen lichten Durchmesser von 0,5 bis 5 mm haben.
  3. 3. Bleiakkumulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in den negativen Elektroden in Richtung oder quer oder schräg zu den Stromfahnen der Elektroden verlaufen.
  4. 4. Bleiakkumulatoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in den negativen Elektroden durch mit in die aktive Masse eingebaute feinperforierte oder poröse, schwefelsäurebeständige Röhrchen gestützt und freigehalten werden.
  5. 5. Bleiakkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine negativen Elektroden ein elektrisch leitendes Gitter haben.
  6. 6. Bleiakkumulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter der negativen Elektroden Sicken oder Nasen zur Fixierung der Röhrchen haben.
  7. 7. Bleiakkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter und die Röhrchen einer negativen Elektrode zusarmen mit einem Separator eine Baueinheit bilden.
  8. 8. Bleiazkurlulator nach den vorstetenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Platten der Elektrodenblöcke negative Elektroden sind.
  9. 9. Bleialskumulator nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Platten der Elektrodenblöcke positive Elektroden sind.
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