DE2241369A1 - Elektrode fuer bleiakkumulatoren - Google Patents

Description

• Elektrode für Bleiakkumulatoren Die~ErSindung betrifft eine Elektrode für Bleiakkumulatoren als Träger für die aktiven Massen und zur Stromzu-bzw. -abführung von bzw. zu den Polen, welche aus einer Antimon und Arsen enthaltenden Bleilegierung besteht.
• An derartige Elektroden wird die Forderung gestellt, daß sie in verdünnter Schwefelsäure beständig sind. Außerdem muß die Elektrode bei Verwendung am positiven Pol sehr oxidationsfest sein und bei Verwendung am negativen Pol reduzierenden Einflüssen widerstehen können.
• Da reines Blei diesen Forderungen im allgemeinen nicht geneigt, ist es bereits bekannt geworden, für derartige Elektroden Bleilegierungen zu verwenden, die zwischen 5 bis 12% Antimon und eventuell noch weitere Metalle, wie Zinn, Arsen und Kupfer enthalten. Die weiteren Zusätze dienen vor allem der Erhöhung der Korrosionsfestigkeit. Allerdings hat die Verwendung von Bleilegierungen statt des reinen Bleis nicht nur den Vorteil der Härtung und der Erhöhung der Korrosionsfestigkeit, sondern auch einige Nachteile, die im folgenden angegeben werden.
• Die elektrische Leitfähigkeit einer Blei-Antimon-Legierung ist deutlich geringer als die des reinen Bleis oder von Blei mit einer geringen Menge an Zusätzen. Die Folge ist eine Erhöhung des Innenwiderstandes des Akkumulators, den man bisher nur durch Erhöhung des Gewichtes verringern konnte. Obwohl durch die bekannten Zusätze die Korrosionsfestigkeit erhöht wird, läßt sich nicht vermeiden, daß im Laufe der Zeit vor allem das positive Gitter angegriffen und dabei aus dem Metall auch der Gehalt an Antimon herausgelöst wird. Dieses Antimon wird zum großen Teil in der positiven Masse gespeichert; ein Teil geht allerdings in Lösung. Die in Lösung gegangenen Antimonionen können zur negativen Platte diffundieren und werden dort in feinverteilter Form als elementares Antimon vor allem bei der Ladung abgeschieden. Da dieses elementare Antimon eine wesentlich geringere Überspannung gegenüber Wasserstoff aufweist als das Blei, findet die Entwicklung von Wasserstoff an der negativen Elektrode vorzugsweise an den Stellen statt, wo sich Antimon abgeschieden hat.
• Diesen Vorgang bezeichnet man allgemein als Vergiftung der negativen Elektrodenplatte. Sie führt zu einer Erniedrigung der Ladeschlußspannung bzw. bei Ladung mit Spannungsbegrenzung zu einer erhöhten Stromaufnahmefähigkeit. Diese erhöhte Stromaufnahme wird nur teilweise zur Ladung ausgenutzt, während der andere Teil zur Entwicklung von Wasserstoff und Sauerstoff in der Zelle führt. Abgesehen davon, daß die Entwicklung von Wasserstoff zu einer Explosionsgefahr führen kann, werden auch nicht unbedenkliche Mengen an hochgiftigem Anth>nwasserstoff entwickelt.
• Eine Wasserstoffentwicklung ist auch im Ruhezustand der Zelle als sogenannte Selbstentladung festzustellen. Bei Akkumulatoren, die im Pufferbetrieb oder im Bereitschafts-Parallelbetrieb arbeiten, ist in solchen Fällen ein höherer Ladeerhaltungsstrom notwendig, der auch zu einem höheren Wasserverbrauch und damit einem höheren Wartungsbedarf führt.
• Diese Nachteile antimonhaltiger Bleilegierungen für die Elektroden von Bleiakkumulatoren haben zur Entwicklung antimonfreier Legierungen, z.B. Blei-Calcium-Legierungen, geführt, die ähnlich wie Blei-Antimon-Legierungen erheblich härter als reines Blei sind. Es hat sich aber herausgestellt, daß die auch hier unvermeidliche Korrosionsschicht sehr porös ist und nicht fest auf dem Gitter haftet, so daß das darunterliegende Material nicht vor weiterem#Angriff geschützt ist.
• Zellen mit derartigen Legierungen sind daher sehr empfindlich gegenüber Ladungen im Gasungsbereich und neigen zu einem Ablösen der positiven Masse vom Gitter, was sich in starken Einbußen an Zellenkapazität bemerkbar macht.
• Das Ziel der Erfindung besteht allgemein darin, eine Elektrode der eingangs genannten Gattung für Bleiakkumulatoren zu schaffen, die über die gesamte Lebensdauer des Akkumulators ein im wesentlichen unveränderliches Verhalten zéigt.
• Speziell sollen die bisher bei der Verwendung eines/Gehaltes an Antimon aufgetretenen Nachteile vermieden werden; insbesondere sollen keine nachweisbaren Mengen an Antimonwasserstoff in irgendeinem Betriebszustand des Akkumulators auftreten.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß wenig die Bleilegierung neben/Antimon und Arsen Tellur enthält. Durch diese Legierung wird eine harte, korrosionsfeste Elektrode geschaffen, deren mechanische Festigkeit gut ist und bei der sich in keinem Betriebszustand nachweisbare Mengen von Antimonwasserstoff bilden können. Die Korrosionsschicht haftet fest an der Gitterplatte und ist praktisch porenfrei. Dadurch wird die weitere Korrosion sehr stark verlangsamt und ein guter elektrischer Kontakt zur aktiven Masse gewahrt. Akkumulatorzellen, bei denen eine Elektrode gemäß der Erfindung als positives Gitter verwendet wird, sind daher gegen Tiefentladungen und auch gegen Ladungen im Gasungsbereich wesentlich unempfindlicher als Zellen, deren positive Gitter aus antimonfreien Legierungen bestehen.
• Bevorzugt ist der Antimongehalt kleiner als 1%. Zweckmäßigerweise beträgt der Antimongehalt zwischen 0,05 und 0,9% und liegt vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,5%.
• Der Gehalt an Arsen beträgt bevorzugt zwischen 0,01 und 0,07,' und liegt vorzugsweise bei 0,03,'.
• Der Gehalt an Tellur beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,03 und 0,07% und liegt vorzugsweise bei 0,05%.
• Die Gießbarkeit der Legierung kann durch einen Zusatz von max.
• 0,03% Silber oder durch einen Zusatz von 0,1% Zinn verbessert werden.
• Gegenüber aus bekannten Bleilegierungen hergestellten Elektroden weist die erfindungsgemäße Elektrode als wesentlichen Vorteil auf, daß der bisher übliche Ladefaktor, der bekanntlich als Quotient der Strommenge bei Ladung gegenüber der bei Entladung definiert ist, von üblicherweise 1,20 auf 1,01 bis 1,05 abgesenkt werden kann. Der Wirkungsgrad des Bleiakkumulators ist dadurch wesentlich erhöht.
• Des weiteren kann eine Ladung im Gasungsbereich ohne Beeinträchtigung der Zellenqualität durchgeführt werden, was in bestimmten nicht zu kurzen Zeitabständen zweckmäßig ist, um die vertikale Säureschichtung auszugleichen.
• Die Selbstentladung bei Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode ist von Anfang an sehr gering und erhöht sich über die gesamte Lebensdauer nicht wesentlich. Es sind so-~ mit konstante Verhältnisse über die gesamte Lebensdauer gewährleistet.
• Die Wasserstoffentwicklung in allen Betriebszuständen ist über die gesamte Lebensdauer des Akkumulators praktisch konstant und geringer als bei den bekannten Bleiakkumulatoren.
• Beim Betrieb in stationären Anlagen, z.B. beim Pufferbetrieb-oder Bereitschafts-Parallelbetrieb, sind die erforderlichen Ladeerhaltungsströme sehr klein und bleiben praktisch über die gesamte Lebensdauer im wesentlichen die gleichen. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Elektrode besonders für die Verwendung in Bleiakkumulatoren, die in derartige Anlagen eingebaut werden. Ein überraschender Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrode besteht darin, daß bei mit ihr ausgestatteten Bleiakkumulatoren auf eine Ladeerhaltung im Bereitschafts-Parallelbetrieb ganz verzichtet werden kann, wenn nur die Batterie etwa alle 6 bis 8 Wochen#bzw. nach einem Einsatz nachgeladen bzw. aufgeladen wird. Damit verbunden ist der Vorteil, daß der Bedarf an Nachfüllwasser erheblich kleiner ist als bei bekannten Bleiakkumulatoren, Besonders überraschend aber ist es, daß trotz der Verwendung von Antimon in der Legierung keine merklichen Mengen des hochgiftigen Antimonwasserstoffes gebildet werden.
• Eine erfindungsgemäße Elektrodenplatte ist in der beigefUgten Zeichnung beispielsweise in Draufsicht dargestellt.
• Die eigentliche Gitterplatte 11 ist an ihrer oberen eine unt:r:r Seite- durch/Bleileiste 12 43, abgeschlossen, die zweckmäßig aus dem gleichen Material wie die Gitterplatte selbst bestehen. An einem Ende der oberen Leiste 12 ist die Blei-Anschlußfahne 14 einstückig mit der Leiste angeordnet.
• Vorzugsweise besteht die in der Zeichnung veranschaulichte erfindungsgemäße Elektrode aus einer Bleilegierung der folgenden Zusammensetzung: Antimon 0,15 bis 0,5% Arsen 0,02 bis 0,040/o Tellur 0,05db Silber 0,01,' Rest Blei.
• Der Zusatz von Silber ist nicht unbedingt notwendig; er wirkt sich jedoch günstig auf die Gießbarkeit aus. In ähnlicher Weise verhält sich ein Zusatz von Zinn.
• Eine Erhöhung des Antimongehaltes auf etwa 0,90/0 ergibt eine erhöhte mechanische Festigkeit und gleichzeitig bessere Korrosionseigenschaften; die Verwendung eines Antimongehaltes an der oberen Grenze des erfindungsgemäßen Bereiches beeinträchtigt Jedoch etwas die Gießfähigkeit und führt zu einer Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit des Gitters, so daß der Bereich von 0,15 bis 0,5o/a Antimongehalt bevorzugt ist.

Claims (10)

Patentans#rüche

1. Elektrode für Bleiakkumulatoren als Träger für die aktiven Massen und zur Stromzu- bzw. -abführung von bzw. zu den Polen, welche aus einer Antimon und Arsen enthaltenden Bleilegierung besteht, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Bleilegierung neben Antimon und Arsen Tellur enthält.

Z. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Antimongehalt kleiner als 1% ist.

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gehalt an Antimon zwischen 0,05 und 0,9% beträgt.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Antimongehalt zwischen 0,15 und 0,5% liegt.

5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gehalt an Arsen zwischen 0,01 und 0,07% beträgt.

6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gehalt an Arsen 0,03 beträgt.

7. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gehalt an Tellur zwischen 0,03 und0,07 liegt.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gehalt an Tellur 0,05,' beträgt.

9. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , daß der Legierung. noch zusätzlich bis 0,03% Silber zugesetzt sind.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Legierung noch 0,1% Zinn zugesetzt sind.

L e e r s e i t e