DE2458895A1

DE2458895A1 - Zylindrische blei-saeure-speicherzelle

Info

Publication number: DE2458895A1
Application number: DE19742458895
Authority: DE
Inventors: Joseph C Duddy
Original assignee: ESB Inc
Current assignee: ESB Inc
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1975-06-26
Also published as: JPS5091726A; AU7519674A; ZA746672B; GB1429440A; BR7409982A

Description

(Priorität: 13. Dezember 1973* USA, Nr. 427 026)

Die Erfindung bezieht sich auf versiegelte Blei-Säure-Sekundär-Speicherzellen, insbesondere auf zylindrische Zellen dieser Art»

Es wurde -verschiedentlich versucht, annehmbare Blei^-Säure-SpeiGherzellen mit den Abmessungen der bekannten zylindrischen Blitzlicht« zellen zu entwickeln, diö fur die verschiedenen Anwendungsgebiete dieser Zellen geeignet sind* Es sind drei Haupttypen von Trocken-·· zellen bekannt, deren Abmessungen etwa 36,5 *ωΐ 0 ^x 62,5 mm» 26,1 mm 0 χ 49^mm und 10*3 mm 0 χ 44*5 mm beimgen/ Diese kleinen zylindrischen Zellen worden in allen Arten von von Hand gehaltenen und tragbaren G-öraten verwendet * Sie arbeiten in jeder Stellung, oftmals auch in Bewegung»

Die früheren Blei^Säure-Troökenzelleh waren im wesentlichen offene Zellen. Bei ihnen leckte der Elektrolyt* Auch waren sie im Setrieb Einschränkungen unterworfen* Sie sind überdies schwer und speichern mangelhaft.

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In letzter Zeit wurden Wege gefunden, Blei-Säure-Zellen in im wesentlichen versiegeltem Zustand zu betreiben* Bei diesen Zellen werden Platten mit niedrigen Verlusten aus antimonfreien Bleilegierungen sowie verbesserte, die Säure haltende Separatoren verwendet. Sie werden sorgfältig auf Spannungen aufgeladen, die unterhalb des Gaspünktes liegen.

Die Verwendung zylindrischer Platten in Blei-Säure-Zellen ist · bekannt. Eine weit bekannte Batterieplatte enthält eine Reihe von perforierten, nichtmetallischen Rohren» die mit aktivem Material gefüllt sind, wobei ein mittlerer Bleilegierungsdorn vor« gesehen ist. .

Es sind zylindrische positive Gitter mit einer perforierten Außenwand^ einem mittleren Teil bekannt, das einen X-förmigen Querschnitt aufweist. Dabei gehen die Enden der Arme des X in den zylindrisehen Teil über* Als Gitter von Biei-Säure-Speicherzellehplatten hat sich gestrecktes Bleiblech als geeignet erwiesen.

Ein hauptsächlicher Kachteil des Blei-Säure-Systems gegenüber dem Leclanche-öystem ist das größere Gewicht des erster'en. Ijeclänöhe«- Zelleri geben unter optimalen Bedingungen eine ft je Gramm Gewicht ab, während Blei-Säure-*Zellen etwa 45 g ödei* mehr je Wh wiegen_t Allerdings ist die Blei-Säure-Zelle wieder aüfladbar und -kann mehrfach mit bestimmter Leistung entladen werden* Es ist daher, erwilhsöhti das Gewicht solcher Zellen weiter.zu verringern, um sie gegenüber Leclanche^Zellen konkurrenzfähig m mächen.

Erfindungsgemäß ist §ihe zylindrische Blei^Säur.e«Zelle mit einer rohrförmigen negativen Plätte Und einem gyäindrisöhen Teil des positiven aktiven Materials.darin mit einem, positiven Sleilegie^, rungs-Gitter versehen*. Ms positive Gitter enthalt einen aylindri» sehen» in der iahe der Cberflache des aktiven positiven, Materials vorgesehenen Teil sowie einen auf einer diametiealen Ebene des aktiven Materials vorgesehenen flächen Teil, Die so aufgebaute pösi-

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tive Platte ist leicht und hat gegenüber zylindrischen Gittern ohne mittleren Gitterteil eine erhöhte Zykluslebensdauer. Das Gitter kann gegossen, oder, um ein möglichst geringes Gewicht zu erreichen, aus gestrecktem Blei hergestellt sein.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine aufgeschnittene Blei-Säure-Zelle;

Fig. 2 die perspektivische Ansicht des positiven Gitters der Zelle der .Fig. 1 ;

Fig. 5 einen flachen gegossenen Teil zur Herstellung des Gitters der Fig. 2; ■

Fig. 4 die perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Gitters; und

Fig. 5 die Daten aus Lebensdauertests bestimmter Blei-Säure-Zellen.

Fig. 1 zeigt in aufgeschnittener Darstellung eine zylindrische Blei-Säure-Zelle 10 mit einem geformten bzw. spritzgegossenen, säurefesten Außenbehälter 12 aus Kunststoff und einem Deckel 14, in denen die Zelle eingeschlossen ist. Die Zelle enthält, von außen nach innen, folgende Teile: einen, nach oben offenen und unten verschlossenen Bleibecher 16 als negativen Stromsammler, eine rohrförmige Schicht 18 aus negativ aktivem Material, näm- ^!lich Bleischwamm, die. mit dem Bleibecher 16 in elektrischem Kontakt steht, einen mikroporösen, schwammigen Separator 20 in Form eines Bechers entsprechend der US-PS 3 375. 208, einen zylindrischen Teil 22 aus positiv aktivem Material (oder Bleiperoxid), der innerhalb des Separatorbechers 20 angeordnet ist, und ein in das positive Material eingebettetes, Blei enthaltendes Gitter 24-An der Basis des Kunststoffbehälters 12 befindet sich ein scheibenförmiger negativer Kontakt 26, der mit dem Bleibecher 16 innerhalb des Künststoffbehälters elektrisch verbunden ist. In der

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Mitte des Deckels 14 befindet sich ein positiver Kontakt 28, der mittels eines Leiters 30 mit dem positiven Gitter 24 verbunden ist, Das Element enthält als Elektrolyten schweflige Säure, die in den Poren des positiven Materials, des negativen Materials und des Separators eingeschlossen ist.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines dem Gitter 24 der Fig. 1 ähnlichen positiven Gitters 40 (in horizontaler Stellung). Das Gitter enthält einen gitterförmigen Teil 46 und einen Stromsammler 42 mit einer von dessen Mitte wegragenden Klemme 44. Der gitterförmige Teil 46 enthält gegossenes, zu einem Rohr gebogenes Bleigitter. Das Gitter ist in drei Teile gelegt, nämlich einen ersten halbzylindrischen Teil 48, einen längs des Durchmessers des Teils 48 verlaufenden ebenen Teil 50 und einen zweiten halbzylindrischen Teil 52. Die beiden Teile 48 und 52, die durch den Teil 50 miteinander verbunden sind, bilden zusammen einen unvollständigen Zylinder'. Der Querschnitt des gesamten Gitters hat die Form eines verzerrten S.

In der Praxis kann der Vorläufer für das Gitter der Fig. 2 gemäß Fig. 5 als flaches Teil gegossen warden. In Fig. 3 ist der Stromsammler 42 als oberes Teil des Rahmens des Gitters gezeigt, wobei die Klemme 44 davon wegragt. Die Klemme 44 befindet sich auf der Mittellinie des Gitters. Stattdessen kann die Klemme gemäß der gestrichelten Darstellung auch als seitliche Klemme 44a ausgebildet werden.

Das in Fig. 4 gezeigte rohrförmige Gitter 60 hat einen Querschnitt ähnlich dem Buchstaben e. Ein rohrförmiger Teil des Gitters 60 bildet den äußeren Teil des Gitters. Ein ebener Teil 62 erstreckt sich an einer Kante des zylindrischen Teils und liegt auf einer .Durchmesserebene desselben.

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Zur Ausbildung dieses Gitters aus einem gegossenen Teil, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist es vorteilhaft, eine seitliche Klemme 44a vorzusehen. Tatsächlich wird das Gitter der Fig. 4 jedoch aus gestrecktem Bleiblech hergestellt. Dabei ist der Stromsammler 64 an den geformten gestreckten Metallteil angeformt. Eine Klemme bildet einen weiteren Teil des Gußstücks.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gitters wird ein rechteckiges Gitter gemäß Fig. 2 oder gestrecktes Bleiblech wie in Fig. 4 in einem Schlitz einer geeigneten Stange zentriert. Die wegragenden Flügel des Blechs werden um den zylindrischen Teil der Stange gedrückt. Bei dem gestreckten Metallgitter wird eine Form rings um das eine Ende der Stange gesetzt und geschmolzenes Blei wird eingegossen, so daß der scheibenförmige Stromsammler 64 mit der Klemme 66 entsteht. Bei diesem Aufbau ist das gestreckte Metallgitter mit dem Klemmen-Gußstück verschweißt und sicher daran befestigt. Das auf diese Weise hergestellte"Gitter hat günstige elektrische Eigenschaften und bietet im Gebrauch keinerlei Schwierigkeiten.

Beim Gießen von Batterie-Bleigittern besteht praktisch eine niedrige Grenze hinsichtlich der Größe der Stege. Sie liegt bei einem Durchmesser von 3/4 mm. Dies bestimmt wiederum eine praktische untere Grenze hinsichtlich des Gewichts jedes Bleigitters. Ein typisches, gegossenes Gitter gemäß den Fig. 2 und 3 wiegt für Zellen der Größe 36,5 mm 0 χ 62,5 mm etwa 20 g.

Bei Verwendung von gestrecktem Bleiblech wird eine Reihe kurzer Schlitze in das Metall geschnitten. Dieses wird dann gestreckt, so daß sich eine Reihe einander schneidender Stege mit dazwischenliegenden rautenförmigen Öffnungen ergibt. Auf diese Weise können

oder Stege hergestellt werden, deren Fläche nur etwa 1/4 weniger der kleinsten gegossenen Stege beträgt» Mit Streckmetall kann daher ein leichteres Gitter als beim Gießen hergestellt werden.

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Fig. 4 zeigt ein typisches Gitter aus Streckmetall, das sich für eine Zelle mit den genannten Abmessungen eignet und etwa 17 g wiegt. Damit ergibt sich eine Gewichtsersparnis von 3 g bei einem Gesamtgewicht von etwa 180 g»

Zur' Herstellung in versiegeltem Zustand gut betriebsfähiger Zellen haben sich antimonfreie Bleilegierungen als geeignet erwiesen. Es sind eine Anzahl von antimonfreien Bleilegierungen bekannt, die sich zur Verwendung in Zellen eignen. Eine derartige Legierung ist Blei + 0,07 ^ Kalzium.

In Untersuchungen wurde zunächst ein einfaches zylindrisches Gitter verwendet, bei dem eine kurze Zykluslebensdauer beobachtet wurde. Darauf wurde ein Gitter mit einem leitenden, durch' die Mitte des positiven Materials verlaufenden Gitter verwendet. Hierbei zeigte sich eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem zylindrischen Gitter, insbesondere hinsichtlich der Lebensdauer und der Entladung bel· niedrigen Temperaturen. Fig. 5 zeigt den Vergleich der Ergebnisse von Lebensdauertests an Zellen der vorstehend genannten Große mit zylindrischen Gittern und S-förmigen Gittern. Die mehrfache Verbesserung ist auffällig. Die Zellen waren mit Ausnahme der Gitter in sämtlichen Eigenschaften identisch. Die Gitter wurden aus identischem Streckmetall hergestellt. Der einzige Unterschied bestand im Fehlen bzw. Vorhandensein des längs des Durchmessers verlaufenden vertikalen Abschnitts.

Pat entansprüche 5098 26/0727

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. · Zylindrische Blei-Säure-Speicherzelle mit einer rohrförmigen

negativen Elektrode, einem zylindrischen Teil aus positiv aktivem Material, das innerhalb des negativen Rohrs angeordnet ist, einem zwischen dem positiv aktiven Material und der negativen Elektrode angeordneten rohrförmigen Separator, und einem Elektrolyten aus schwefliger Säure, der die positive Platte, die negative Platte und den Separator durchdringt, g e k e η η zeichnet durch ein Blei enthaltendes positives Gitter (24, 40, 60), wobei ein erster Teil (48, 52) des Gitters in der Nähe des positiv aktiven Materials angeordnet ist und ein zweiter Teil (50) des Gitters auf einer diametralen Ebene des Zylinders aus aktivem Material liegt.

2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , ... daß der Querschnitt des positiven Gitters (40) die Form eines geschlossenen S aufweist.

3· Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des positiven Gitters (60) die Form eines e aufweist.

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4. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blei enthaltende positive Gitter aus einem Gußstück besteht.

5. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blei enthaltende positive Gitter aus Streckmetall besteht, wobei an das eine Ende desselben ein Anschluß (64, 66) angegossen ist.

6. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blei des Blei enthaltenden positiven Gitters frei von Antimon ist.

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