DE2509779A1 - Wartungsfreier bleiakkumulator - Google Patents
Wartungsfreier bleiakkumulatorInfo
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Description
Reg.-IMr. 6FP 2W-DT 6Z33 Kelkheim, 28. Feb. 1975
UARTA Batterie Aktiengesellschaft 300D Hannover, Stöckener Str. 351
Wartungsfreier Bleiakkumulator
Gegenstand der Erfindung ist ein wartungsfreier Bleiakkumulator, dsssen
Elektrodengitter aus Feinblei oder antimonfreien Bleilegierungen
bestehen und der einen Schwefelsäureelektrolyten enthält, welcher in
den Poren des Separators und der aktiven Massen festgelegt ist.
Wartungsfreie Bleiakkumulatoren der genannten Art sind in den verschiedensten
Ausführungsformen bekannt, insbesondere handelt es sich dabei um Kleinbleiakkumulatoren, wie sie in Blitzlichtgeräten Uerwendung finden.
Der Elektrolyt ist bei solchen Bleiakkumulatoren im allgemeinen festgelegt, damit kein flüssiger Elektrolyt auch bei Hopflage der Zelle
austreten kann. Bei der Festlegung des Elektrolyten verwendet man im
allgemeinen Polyelektrolyte oder man legt den Elektrolyten durch Zusatz
von Siliciumdioxid oder anderen Materialien in thixotroper Form fest.
Dieser thixotrope Elektrolyt selbst wird dann beispielsweise in Glasfasermatten
eingebracht. Weiterhin verwendet man bei Akkumulatoren dieser Art Zusätze zum Elektrolyten, insbesondere einen Zusatz von Phosphorsäure,
welcher zwar insbesondere Wachteile bezüglich der Gitterkorrosion
mit sich bringt, jedoch unter bestimmten Bedingungen die Zyklen-Lebensdauer erhöht. Beispielsweise wird in der DT-AS 1 671 693 ein Akkumulator
mit thixotropem Elektrolyten und einem Phosphorsäurezusatz
beschrieben, wobei die Lebensdauer-Erhöhung auf die Kombination von thixotropem Elektrolyten und Phosphorsäurezusatz zurückgeführt wird. Nachteile
dieser Bauweise liegen insbesondere darin, daß das Einfüllen des thixotropen Elektrolyten in den Akkumulator schwierig und umständlich
ist.
Bei Zellen der genannten Art hat man sich auch, wie beispielsweise der
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DT-PS 1 180 h3h zu entnehmen ist, damit beschäftigt, die Elektrolytmenge
in bestimmter Weise zu dosieren, beispielsweise derart, daß im Akkumulator, der noch eine gewisse Menge freibeweglichen Elektrolyten besitzt,
die Dichte der Schwefelsäure bei Inbetriebnahme bzw. bei Beginn der Ladung bei höchstens 1,20 liegt. Der ElektrolytüberschuB ist dabei
notwendig, um eine zu schnelle Aufkonzentrierung durch Ladung und Überladung zu verhindern, welche die Lebensdauer stark verkürzen würde.
Die Bedeutung des Elektrolythaushaltes im Akkumulator ist dem Fachmann
bekannt. Rein theoretisch sind pro Amperestunde 4,i*63 g PbO„ bzw.
3,66 g HpSO, notwendig. Aufgrund der^tatsächlich möglichen Ausnutzbarkeit
der aktiven Masse berechnet man in der Praxis mit einer tatsächlich
notwendigen Massemenge von 6 bis 10 g positiver Masse/Ah und ca. 13 ml 37 %ige Schwefelsäure/Ah. Dabei wird im Betrieb des Akkumulators
eine Säuredichte von 1,10 nicht unterschritten.
Bei sämtlichen bekannten Akkumulatoren wird darüber hinaus die negative
Elektrode stets kapazitätsmäßig überdimensioniert und zwar um 10 bis zu
ifO 56. Man will damit zum einen ein günstiges Tieftemperaturverhalten
erreichen, die starke Sulfatierungsneigung der negativen in ihrem Einfluß
zurückdrängen und auch einen Sauerstoffzyklus ermöglichen. Diese Überdimensionierung der negativen wird in der Praxis im allgemeinen
derart durchgeführt, daß die Akkumulatorenzelle stets eine negative Elektrode mehr als positive Elektroden enthält, d.h. es sind jeweils negative
Endplatten vorgesehen. Zur Begründung dieser Maßnahme wird auch darauf
hingewiesen, daß positive Endplatten ganz wesentliche Nachteile mit sich bringen, da deren aktive Masse bei Entladung und Ladung stärkeren
Ualumenänderungen unterworfen ist und bei einseitiger Belastung der Endplatten
dann mit noch stärkeren mechanischen Belastungen der Platte zu rechnen ist. Aus diesen Gründen hat es sich allgemein durchgesetzt, daß
die Zellen stets mehr negative als positive Elektrodenplatten enthalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bleiakkumulator der genannten
Gattung zu entwickeln, der hohe Lebensdauer sowie eine hohe Kapazität, bezogen auf sein Volumen, aufweist und der insbesondere auch
eine einfache Konstruktion besitzt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gewicht
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der negativen aktiven Masse unter 80 % des Gewichts der positiven aktiven
Masse liegt und daß die Elektrolytmenge und Konzentration so bemessen
ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20-stündigen Strom höchstens 1,07 g/cm beträgt.
Erzielen läßt sich eine erfindungsgemäße Bemessung der Elektrcdenmassen
insbesondere dadurch, daß der in der Bleiakkumulatorentechnik übliche
Aufbau verlassen wird und beispielsweise eine Zelle aufgebaut uiird, welche
zwei positive und drei negative Elektroden besitzt (konverser Aufbau).
Es ist dann eine Kapazitätserhöhung zu beobachten, die der positiven
Massevermehrung entspricht und die stärkere Säureverarmung bei der
hohen Kapazitätsentnahme und die geringere Flächenbelastung der positiven
Elektrode stehen sich ausgewogen gegenüber. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Aufbau wird die Kapazität stets durch die positive Elektrode
begrenzt, die positive Masseausnutzung entspricht den üblichen Werten, während die scheinbare Masseausnutzung der negativen Elektrode bei
diesem konversen Aufbau ansteigt. Bei dieser Bemessung ist eine erhebliche Erhöhung der Zyklenfestigkeit zu beobachten, der darauf zurückgeführt
wird, daß die üliederaufladung in einer erheblich verdünnten Säure
beginnt und dabei die Rückbildung von*»C-PbQ_ begünstigt wird.
In der Figur ist die relative Überlebenshäufigkeit L von wartungsfreien
Bleiakkumulatoren in Abhängigkeit von der Zyklenzahl Z verschiedenen Aufbaus angegeben, wobei Ausfallkriterium das Unterschreiten von GO %
der Mennkapazität ist. Die Ladung erfolgt stets als I-U-Ladung.
Kurve 1 gibt dabei das Verhalten eines wartungsfreien Akkumulators nach
dem Stand der Technik an, d.h. eines Akkumulators,der mehr negative als
positive Elektroden enthält, dessen Elektrolyt nicht thixotrop ist und dessen Elektrolyt keine Phosphorsäure enthält. Der Elektrolyt ist in
einem Glasfaservlies bzw. in einem Kunststoffaservlies festgelegt und
die Elektrolytmenge ist wie üblich so bemessen, daß am Ende der Entladung eine Elektrolytdichte von 1,10 g/cm auftritt.
Kurve 2 zeigt das Verhalten bei dem obengenannten konversen Aufbau mit
einer verringerten Elektrolytdichte am Ende der Entladung, wobei die Bedingung
erfüllt ist, daß das Gewicht der negativen aktiven Masse unter 8D % des Gewichts der positiven aktiven Masse liegt. Es ergibt sich hier
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eine den Fachmann überraschende erhebliche Steigerung der Lebensdauer
und der Kapazität.
Kurve 3 zeigt einen Akkumulator üblichen Aufbaus, luie bei Kurve 1 beschrieben,
tjobei der Elektrolyt jedoch einen Zusatz von 30 g/l Phosphorsäure
enthält.
Kurve b schließlich zeigt das l/erhalten eines erfindungsgemäßan Akkumulators,
bei dem zusätzlich dem Elektrolyten 30 g/l Phosphorsäure zugefügt sind. Auch hier iuird trotz des Verzichts auf einen thixotropen
Elektrolyten eine erhebliche Verbesserung der Zyklenfestigkeit erreicht.
- Patentansprüche -
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Claims (3)
1. Wartungsfreier Bleiakkumulator, dessen Elektradengitter aus Feinblei
oder einen antimanfreien Bleilegierung besteht und der einen
Schwefelsäureelektroiyten enthält, welcher in den Poren des Separators
und der aktiven Massen festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der negativen aktiven Masse unter BO % des
Gewichts der positiven aktiven Masse liegt und daß die Elektrolytmenge
und Konzentration so bemessen ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20-stündigen Strom höchstens 1,07 g/cm
beträgt.
2. Wartungsfreier Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrolyt Phosphorsäure in einer Menge von 20 bis kO
g/l, vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 35 g/l, enthält.
3. Wartungsfreier Bleiakkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß er η negative Elektroden und n+1 positive Elektroden
besitzt.
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