DE2509779B2 - Wartungsfreier bleiakkumulator - Google Patents

Description

Gegenstand der Erlindung ist ein wartungsfreier Bleiakkumulator, dessen Elektrodengitter aus Feinblei 3< > 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 Verwendung finden. Der Elektrolyt ist bei solchen Bleiakkumulatoren im allgemeinen festgelegt, damit kein flüssiger Eiektrolyt auch bei Kopflage dor 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 Nachteile bozüglich der Gitterkorrosion mit sich bringt, jedoch unter bestimmten Bedingungen die Zyklen-Lebenüdauer erhöht. Beispielsweise wird in der DT-AS 16 71 693 ein Akkumulator mit thixotropem Elektrolyten und einem Phosphorsäurezusatz beschrieben, wobei die Lebensdauer-Erhöhung auf die Kombination von thioxotropem 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 DT-PS II 80434 zu entnehmen ist, damit beschäftigt, die Elektrolytmenge in bestimmter Weise zu dosieren, beispielsweise derart, daß im Akkumulator, der noch eine gewisse Menge freibeweg- ⁶S liehen Elektrolyten besitzt, die Dichte der Schwefelsäure bei Inbetriebnahme bzw. bei Beginn der Ladung bei höchstens UO liegt. Der Elektirolytüberschuß 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 4,463 g PbOv bzw. 3,66 g H₂SO₄ 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 40%. 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 Volumenänderungen 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 der negativen aktiven Masse unter 80% des Gewichtes der positiven aktiven Masse liegt und daß die Elektrolytmenge und Konzentration so bemessen ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20stündigen Strom (DIN 72 311) höchstens 1,07 g/cms beträgt.

Erzielen läßt sich eine erfindungsgemä3e Bemessung der Elektrodenmassen insbesondere dadurch, daß der in der Bleiakkumulatorentechnik übliche Aufbau verlassen wird und beispielsweise eine Zelle aufgebaut wird, welche vier 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 Flächenbelasung 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 Wiederaufladung in einer erheblich verdünnten Säure beginnt und dabei die Rückbildung von Ot-PbO₂ 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 60% der Nennkapazität ist. Die Ladung erfolgt stets als /-LZ-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 Kunststoffaservües festgelegt und die Elektrolytmenge ist wie üblich so bemessen, daß am Ende der Entladung eine Elektrolytdichte von 1,10 g/cm³ 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 80% des Gewichtes der positiven aktiven Masse liegt. Es ergibt sich hier eine den Fachmann überraschende erhebliche Steigerung der Lebensdauer und der Kapazität.

Kurve 3 zeigt einen Akkumulator üblichen Aufbaus, wie bei Kurve 1 beschrieben, wobei der Elektrolyt jedoch einen Zusatz von 30 g/l Phosphorsäure enthält.

Kurve 4 schließlich zeigt das Verhalten eines erfindungsgemäßen Akkumulators, bei dem zusätzlich dem Elektrolyten 30 g/l Phosphorsäure zugefügt sind. Auch hier wird trotz des Verzichtes auf einen thixotropen Elektrolyten eine erhebliche Verbesserung der Zyklenfestigkeit erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

JL* Patentansprüche:

1. Wartungsfreier Bleiakkumulator, dessen Elektrodengitter aus Feinblei oder einer antimonfreien S Bleilegierung besteht und der einen Schwefelsäureelektrolyten enthält, welcher in den Poren des Separators und der aktiven Massen festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der negativen aktiven Masse unter 80% des '° Gewichtes der positiven aktiven Masse liegt und daß die Elektrolytmenge und Konzentration so bemessen ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20stündigen Strom (DIN 72 311) höchstens

1,07 g/cm* beträgt. 'S

2. Wartungsfreier Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Elektrolyt Phosphorsäure in einer Menge vo« 20 bis 40 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 π negative Elektroden und 73+1 positive Elektroden besitzt.

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