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Gasdichter Knopfakkumulator Die Erfindung betrifft einen Knopfakkumulator,
der sich bei einfachem Aufbau durch sehr gute Hochstrombelastbarkeit und hohe Kapazität
auszeichnet.
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Gasdichte Akkumulatoren sind seit geraumer Zeit bekannt, insbesondere
haben sich gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren mit der äußeren Form von Knöpfen,
sogenannte Knopfakkumulatoren", beim Einsatz in transportablen Geräten - wie wiederaufladbaren
Taschenlampen, elektronischen Blitzgeräten, elektrischen Zahnbürsten und ähnlichen
Geräten - bewährt.
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Für Anwendungen mit niedrigen Entladeströmen wurden bislang Knopfakkumulatoren
mit einer positiven und einer negativen, flachen Elektrode verwendet. Für Hochstrombelastungen
sind seit einiger Zeit Akkumulatoren mit insgesamt vier Elektroden, und zwar je
zwei negativen und zwei positiven Elektroden, auf dem Markt. Für Spezial zwecke
sind auch Knopfakkumulatoren mit noch mehr Elektroden bekannt geworden, wobei aber
jeweils die gleiche Anzahl positiver und negativer Elektroden Verwendung findet,
so daß insgesamt die Summe aller Elektroden immer eine gerade Zahl bildet. Dem Vorteil,
den die Verwendung von zwei oder mehr Elektroden je
Polarität im
Hinblick auf eine gute Hochstrombelastbarkeit mit sich bringt, steht als gravierender
Nachteil die Tatsache gegenüber, daß durch die Isolation der Elektroden gegeneinander
und der Kontaktierung der gleichgepolten Elektroden miteinander relativ viel Raum
für die Energiespeicherung verloren geht, also die Kapazität des Akkumulators gegenüber
den Ausführungen mit nur zwei Elektroden erheblich eingeschränkt wird. Zudem erfordert
die komplizierte Montage eines Akkumulators mit vielen Elektroden einen erheblichen
Aufwand an Vorrichtungen und Zeit. Schließlich ist auch die Anfälligkeit eines solchen
aus vielen Einzelteilen zusammengesetzten Systems gegenüber inneren Kurzschlüssen
und anderen Fehlern merklich erhöhe.
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Ziel der Erfindung ist es für den wachsenden Bedarf batteriebetriebener
Geräte einen gas dichten Knopfakkumulator zu schaffein, der die dargestellten Nachteile
nicht aufweist, sondern bei einfachem mechanischen Ausbau optimale EnergiesPeicherung
und -abgabe auch bei hohen Stromstärken ermöglicht.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch erreicht, daß eine scheibenförmige
positive Elektrode auf jeder Seite von einer negativen Elektrode umgeben ist, wobei
die beiden negativen Elektroden in an sich bekannter Weise elektrisch miteinander
verbunden sind.
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In einer Ausführung, die insbesondere für Anwendungen, bei denen der
Akkumulator laufend einer Dauer ladung unterzogen werden soll, vorteilhaft ist,
enthält die positive Elektrode ein mit aktiver Masse imprägniertes Sintergerüst,
während die negativen Elektroden aus gepreßten aktiven Massen bestehen.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die elektrische Ableitung der negativen
Elektrode über den vom Gehäuseboden isolierten Deckel
und die Ableitung
der positiven Elektrode über den Gehäuseboden.
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Eine weitere Vereinfachung der Montage wird durch die Verwendung von
sobeibenförmigen Separatoren erreicht, die untereinander mit Stegen verbunden sind,
wobei die Separatoren in bekannter Weise aus Gewebe- oder Vliesmatten gefertigt
sinde Eine besondere Vereinfachung ist bei der Verwendung eines Dichtungsringes
gegeben, der am Boden des Gehäuses in eine flache Ringlippe übergeht und dadurch
in Verbindung mit der untersten Separatorsoheibe die Isolierung der untenliegenden
Elektrode gegenüber dem Gehäuseboden gewährleistet.
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Als überraschender Vorteil einer solchen Anordnung von nur einer positiven
Elektrode mit zwei. anliegenden negativen Elektroden hat sich herausgestellt, daß
die Hochstrombelastbarkeit gleich günstig ist wie bei einem System mit vier Elektroden.
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Hierbei spielt offensichtlich mit, daß die zwischen der unteren negativen
Elektrode und dem positiv gepolten Gehäuseboden sich bildende Doppelsohichtkapazität
bei einer Stoßbelastung mitwirkt und in dem untersten Separator ein zusätzliches
Elektrolytreservoir zur Verfügung steht. Darüber hinaus begünstigen die dünn ausgebildeten
negativen Elektroden die Diffusion des Elektrolyten, die bei Hochstrombelastung
besonders für die negativen Elektroden von Bedeutung ist, während die positive Elektrode
gegen Diffusionshemmungen unempfindlicher ist und deshalb zwecks Erzielung besonders
hoher Energiespeicherung als Einzelelektrode dicker ausgebildet werden kann.
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In verschiedenen Versuchen wurde auch nachgewiesen, daß eine einfache
Umkehrung der Elektrodenanordnung, also die Verwendung einer von zwei positiven
umschlossenen negativen Elektrode, nicht zu dem geschilderten günstigen elektrischen
Verhalten führt.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung äußert sich
in der guten Überladefähigkeit des Akktirnulators im hermetisch verschlossenen Zustand.
Bekanntlich wird die Überladefähigkeit bei gasdichten Nickel-Cadmium-Akkumulatoren
durch eine Überdimensionierung der ungeladenen negativen Masse eingestellt, wobei
für die Höhe des Überladestromes insbesondere eine besonders große Gesamtfläche
der negativen Elektroden von Bedeutung ist. Die Verwendung von zwei negativen Elektroden
bei nur einer positiven Elektrode begünstigt beim erfindungsgemäßen Akkumulator
die Überladefähigkeit außerordentlich.
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Fertigungstechnisch ergeben sich bei der Verwendung von nur drei Elektroden
gegenüber den üblicherweise vier oder mehr eingebauten Einzelelektroden erhebliche
Kosteneinsparungen.
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An einer in der Zeichnung dargestellten beispielhaften Ausführungsform
sei der erfindungsgemäße Akkumulator im einzelnen beschrieben0 Die Figur zeigt im
Schnitt einen erfindungsgemäß ausgeführten Knopfakkumulator. Der scheibenförmigentpositiven
Elektrode (1) liegt auf jeder Seite je eine scheibenförmige negative Elektrode (2)
gegenüber. Die beiden negativen Elektroden sind durch eine Kontaktbrücke (3) miteinander
verbunden.
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Die positive sowie die negativen Elektroden können entweder als Preßelektroden
oder aber als Sinterelektroden ausgeführt sein. Soll der Akkumulator für die Dauerladunz
Verwendung finden, so kann die positive Elektrode (1) als Sinterelektrode, die negativen
Elektroden (2) jedoch als Preßelektroden ausgebildet werden.
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An der Punktschweißstelle (4) ist die Kontaktbrücke (3) der negativen
Elektroden mit dem vom Gehäuseboden isolierten Deckel
(5) elektrisch
verbunden, während die elektrjsche Ableitung der positiven Elektrode (1) über den
Ableiter (6) an der Punktschweißstelle (7) mit dem Gehäuseboden (8) erfolgt.
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Die scheibenförmigen Separatoren (9) sind über Stege (9 a) miteinander
verbunden, wodurch die Montage erleichtert wird.
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Der Dichtungsring (10) geht unten in eine flache Ringlippe (10 a)
über. Dadurch wird ohne ein zusätzliches Isolierteil gewährleistet, daß die unten
liegende negative Elektrode gegenüber dem positiv gepolten Gehäuseboden sicher isoliert
wird, unabhängig davon, ob bei serienmäßiger Montage die unterste Separatorscheibe
(9) beim Einbau sich exzentrisch verschiebt.