DE2524653B2 - Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren elektrode - Google Patents
Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren elektrodeInfo
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- DE2524653B2 DE2524653B2 DE19752524653 DE2524653A DE2524653B2 DE 2524653 B2 DE2524653 B2 DE 2524653B2 DE 19752524653 DE19752524653 DE 19752524653 DE 2524653 A DE2524653 A DE 2524653A DE 2524653 B2 DE2524653 B2 DE 2524653B2
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Description
Die Bleiakkumulatortechnologie ist durchaus etabliert und die derzeitige Akkumulatortechnologie
scheint ihr Entwicklungsplateau erreicht zu haben. Die herkömmlichen Bleiakkumulatoren werden durch eine
Serie von Zellen mit jeweils negativer und positiver Elektrode gebildet. Die Elektroden werden aus Blei
geformt und Serien von Platten sind abwechselnd in den Zellen angeordnet und jeweils von den benachbarten
Platten durch Separatoren getrennt. Die Platten haben auf ihrer Oberflächen eine negative oder positive Paste
oder Masse, welche die aktive Komponente der Zelle bzw. des Akkumulators bildet. Da die Paste oder Masse
nur schlecht an den Bleiplatten haftet, wird sie normalerweise in den Zwischenräumen eines Bleigitiers
gehalten, was bedeutet, daß eine große Plattenfläche notwendig ist, um eine vernünftige Kapazität oder
LeDcnsdauer der Zelle zu erhalten. Durch die Ladungs- und Entladungszyklen besteht eine Tendenz zur
Schwächung der Haftung der Masse oder Paste an der Platte, so daß etwas Masse von der Platte zum Boden
des Akkumulators herabfällt. Um zu verhindern, daß sich this von den Platten herabfallende Material im
Boden des Akkumulators derart ansammelt, daß die Platten berührt und die Zellen kurzgeschlossen werden,
■ wird am Boden der Zellen ein Auffangraum vorgesehen. Blei wird üblicherweise wegen seiner recht guten
ι Korrosionsresistenz gegenüber dem Elektrolyten verwendet, jedoch hat es den Nachteil, sehr schwer zu sein.
Blei ist auch mechanisch schwach und die Ausbildung von bipolaren Zellen mit Bleielektroden hat sich als
nicht praktikabel erwiesen. Bei einer bipolaren Zelle ίο bildet eine einzelne Elektrode die Wand zwischen
benachbarten Zellen, wobei eine Fläche der Wand als negative Elektrode für die eine Zelle und die andere
Fläche als positive Elektrode für die andere Zelle dient. Eine solche Anordnung führt zu einer Verringerung des
γι Gewichts, da die Zellwände entfallen, zu einer Abnahme
des Volumens wegen der fehlenden Zellwände und zu einer verbesserten elektrischen Wirksamkeit durch
Abgleichung des Potentials über die Oberfläche der Elektroden und Verkürzung der elektrischen Verbini()
dungswege von einer Zelle zur nächsten.
Aus der GB-PS 3 84 515 ist ein Bleiakkumulator mil bipolaren Platten und einer porösen Packung zwischen
den Platten bekannt. Die als poröse Zwischenlagen vorgesehenen Materialien wie etwa Löschpapier,
.'■> besitzen jedoch über längere Zeitspannen keine gute
Elastizität, so daß die Batterien nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Bleiakkumulators mit mindestens
j» einer bipolaren Elektrode und zwischen den Elektroden
angeordneten Packungen, welche ausgezeichnete elastische Eigenschaften aufweisen, so daß ein Bleiakkumulator
mit verbesserter Lebensdauer erzielt wird.
Der Bleiakkumulator zeichnet sich gemäß der π Erfindung dadurch aus, daß die positive Bleidioxidmasse
(10) auf einer Titanschicht (7) und die negative aktive Masse (11) auf einer Zirkoniumschicht (5) angebracht
sind, und ein Separator (13, 14) zumindest gegenüber der positiven aktiven Masse (10) vorgesehen ist, und
Ao eine elastische Packung (12) aus miteinander verschmolzenen
Kunststoffasern die positive aktive Masse gegen die positive Elektrode und die negative Masse gegen die
negative Elektrode preßt.
Die miteinander verschmolzenen Kunststoffasern.
4r> welche die aktiven Massen gegen die positive bzw.
negative Elektrode pressen, weisen eine hohe Elastizität über lange Zeitspannen auf, wobei gleichzeitig eine
lockere offene Struktur gewährleistet wird, so daß die Gasentwicklung nicht behindert ist und ein Bleiakkumu-
-)() lator mit besonders langer Lebensdauer erhalten wird.
Bei der bipolaren Elektrode kann das Titan mit dem Zirkonium direkt verbunden sein beispielsweise durch
eine metallurgische Verbindung, die vorzugsweise durch Warmwalzen oder Explosionsplattieren erzeugt wird.
3rj Alternativ kann bei der bipolaren Elektrode zwischen
den Titan- und Zirkoniumschichten ein weiteres Metall vorhanden sein. Vorzugsweise hat das weitere Metall
eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Titan bzw. die Titanlegierung oder das Zirkonium bzw. die
W) Zirkoniumlegierung. Das weitere Metall kann aus der
Gruppe Kupfer, Aluminium und Eisen ausgewählt sein.
Zwischen der Titanschicht und der aktiven Bleioxid-Masse kann eine Bleischicht vorgesehen sein. Zwischen
der Zirkoniumschicht und der aktiven Blji-Masse kann
b) ebenfalls eine Blcischichi vorgesehen sein. Auf den
Titan- und Zirkoniumschichten kann eine perforierte oder vielporige Struktur zur Zurückhaltung der aktiven
Massen vorhanden sein. Die perforierte Struktur kann
in Form von Draht mit einer äußeren Oberfläche aus demselben Metall wie die Fläche, an der sie fixiert ist,
vorgesehen und mit der Fläche beispielsweise durch Punktschweißen fest verbunden sein.
Die aktive Blei-Masse wird durch elastische Packun- >
gen gegen die Zirkoniumschicht mechanisch gepreßt und die aktive Bleidioxid-Masse wird gleichfalls gegen
die Titanschicht durch elastische Packungen gepreßt. Zumindest zwischen der positiven aktiven Masse und
den elastischen Packungen ist ein Separator vorgesehen und zwischen der negativen aktiven Masse und den
elastischen Packungen kann ebenfalls ein Separator vorgesehen sein. Die elastischen Packungen können
durch einen offenzelligen Schaum oder eine Faserstruktur mit offenem Netzwerk gebildet werden. Die π
Faserstruktur kann in sich gebunden sein. Die Packungen können aus Polypropylen, Polyvinylchlorid
oder einem Polyester gebildet werden.
Es kann eine äußere säurezuriickhaltende Wand bei jeder Zelle vorgesehen sein, die an jedem ünde durch 2»
eine bipolare Elektrode oder bei der abschließenden Zelle einer Mehrzahl von Zellen durch eine negative
bzw. positive Elektrode abgeschlossen wird.
Die Elektrodenflächen können flach sein und das Fasermaterial kann aus miteinander verschmolzenen 2")
Kunststofffasern gebildet werden, wie nachfolgend angegeben ist. Das Fasermaterial kann einen zusammenhängenden
Block bilden.
Die Titan- und Zirkoniumschicht können innig mit Blei abgedeckt und dann mit positiver bzw. negativer so
Masse pastiert werden.
Zwischen dem Separator und der aktiven Masse kann ein'offenzelliger Abstandshalter vorhanden sein, um bei
Betrieb des Entweichen von Gasen von der aktiven Masse während des Ladens zu unterstützen. Die r,
negative Elektrode kann eine Zirkoniumschicht unter dem Blei und die positive Elektrode eine Titanschicht
unter dem Blei aufweisen. Alternativ können sowohl die negative als auch die positive Elektrode eine Zirkoniumschicht
unter dqm Blei haben. Zwischen den negativen und positiven Zirkonium- und/oder Titanschichten kann
ein Metallkern vorliegen. Der Akkumulator kann einen Satz von einer Mehrzahl von Zellen aufweisen, wobei
die Elektrode zwischen je einem aneinandergrenzenden Paar von Zellen eine bipolare Elektrode ist und an 4-,
jedem Ende des Satzes eine monopolare negative bzw. positive Elektrode vorgesehen ist.
Die Separatoren sind mikroporöse Schichten, welche die Bildung von Dendriten hemmen; die sonst leicht aus
der negativen aktiven Masse unter Kurzschluß der ■-,<) Zellen herauswachsen. Separatoren verhindern auch ein
Abfallen von Anteilen der positiven Bleidioxid-Schichten. Mikroporöse Separatoren sind dem Fachmann
natürlich bekannt.
Die zu verwendenden Massen bestehen grundsätzlich γ-,
aus einer Mischung von PbO, Pb]O4, H)SO4, Pb für die
positive Masse und unter Zusatz eines geeigneten Streckmittels, wie Lampenruß für die negativen Massen.
Die Art der speziell benutzten Masse ist für die Erfindung nicht wesentlich. bo
Die Angabe, daß das Fasermaterial durch »verschmolzene Fasern« gebildet wird, soll bedeuten, daß
die Fasern einen höher schmelzenden oder erweichenden
Kern und eine niedriger schmelzende oder erweichende Hülle besitzen. Diese Fasern werden durch h->
herkömmliche Miitel /u einer Matte geformt und dann
auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Hülle zur Verbindung von sich berührenden Fasern klebrig wird.
jedoch der Kern noch nicht geschmolzen ist. Nach dem Abkühlen erhält man ein gebundenes Fasermaterial.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben; es zeigt schematisch
Fig. I einen Schnitt durch einen zweizeiligen Bleiakkumulator,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Form von Bleiakkumulator (teilweise aufgebrochen),
F i g. 3 einen Schnitt durch eine alternative Form von Gehäuseabschluß und
Fig.4 einen Schnitt durch eine weitere alternative
Form von Gehäuseversiegelung.
Der in Fig. 1 gezeigte Akkumulator hat einen Behälter 101 aus Kunststoff oder Gummi oder anderem
geeigneten Material mit einer Trennwand 102 zur Bildung von zwei Zellen 103 und 104. Die Trennwand ist
eine bipolare Elektrode mit einer Fläche 105 von Titan und einer zweiten Fläche 106 von Zirkonium. Das Abteil
103 bildet eine erste Zelle und in die in der Zelle vorgesehene Schwefelsäure taucht eine zweite Elektrode
107, die durch eine Elektrode auf Zirkoniumbasis gebildet wird. Das zweite Abteil 104 bildet ebenfalls eine
Zelle, die auch Schwefelsäure enthält und eine Elektrode 108 mit einer Titanbasis. Die bipolare
Elektrode 102 ist wasserdicht an der Wand des Behälters 101 befestigt.
Die bipolare Elektrode 102 ist durch Warmwalzen einer Titanplatte und einer Zirkoniumplatte unter einer
inerten Atmosphäre erzeugt. Auf diese Weise wird eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Komponenten
mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand erzeugt. Irgendein anderes geeignetes
Verfahren zur Verbindung von zwei Platten könnte angewandt werden, vorausgesetzt, daß es einen
geringen elektrischen Widerstand ergibt. Als Beispiel wäre eine Explosionsverbindung von zwei Platten oder
Schichten zu nennen.
Die bipolare Elektrode ist auf beiden Seilen mit Blei beschichtet. Blei wird auf die Zirkonium- und Titarf'ächen
nach deren Ätzung aufplattiert (elektro-plattiert). Nachfolgend werden die aktiven Massen auf die
Oberflächen aufgetragen. Die Titanfläche wird mit einer konventionellen
PbO + Pb3O4 + H2SO4 + Pb-Paste
und die Zirkoniumelektrode mit einer grundsätzlich ähnlichen Paste, die zusätzlich geeignete Streckmittel
wie Lampenruß usw. enthält, wie es dem Fachmann bekannt ist, pastiert. Die aktiven Massen werden dann
durch Hindurchschicken eines geeigneten elektrischen Stroms zur Ausbildung von im wesentlichen porösem
Bleidioxid auf der positiven Titanfläche und von porösem Blei auf der negativen Zirkoniumfläche
formiert.
Im Betrieb werden die Elektroden 107 und 108 mit
einem äußeren Verbraucher verbunden und die Flächen 105 und 106 wirken als unabhängige Elektroden-Arbeitsflächen,
wobei ein Stromtransport durch die Wand der Elektrode hindurch stattfindet.
Bei Bedarf kann ein Metall zwischen den Komponenten 105 und 106 zur Verfestigung und zur Verminderung
von zu großen Schichtdicken der teuren Metalle Titan und Zirkonium vorgesehen werden. Als ein solches
Metall kann Aluminium oder Kupfer oder Eisen dienen. Auf den Flächen der bipolaren Elektrode kann eine
perforierte oder vielporige Struktur wie ein mit der Oberfläche verbundenes Drahtgeflecht zur Vergröße-
rung der Elektrodenoberflächc vorgesehen sein. Dessen
Bedeutung besteht in einer Erhöhung der Verzahnung von Blei bzw. Bleidioxid auf der Oberfläche zur
Steigerung der elektrischen Leistungsfähigkeit und elektrischen Kapzität des Akkumulators. Die Drähte
können eine äußere Oberfläche von Zirkonium im Falle der Zirkoniumfläche und von Titan im Falle der
Titanflächen nahen. Alternativ kann die perforierte Struktur durch Streckmetall aus Titan oder Zirkonium
gebildet werden. Die Zirkonium- oder Titanflächcn können von geeigneten Legierungen mit den Grtindmetallen
vergleichbaren elektrochemischen Eigenschaften gebildet werden.
F i g. 2 zeigt drei vollständige Zellen 1, 2 und 3. Die Zelle 1 hat eine positive Elektrode 4 und eine negative
Zirkonium-Elektrodenfläche 5. Die negative Elektrode 5 ist ein Teil einer bipolaren Elektrode und in
elektrischer Verbindung mit der positiven Elektrode 6 der Zelle 2. Innerhalb der Zelle 1 hat die positive
Elektrode eine von Titan gebildete positive Platte 7. Das Titan ist einer verstärkenden und stromverteilenden
Aluminiumplatte 8 angefügt, an der ein Anschlußzapfen 9 befestigt ist. Die positive Masse wird durch 10 und in
ähnlicher Weise die negative Masse durch i 1 wiedergegeben bzw. angedeutet.
Ein Block 12 von offener Zellstruktur ist zwischen den
Pasten- bzw. Masseschichten 10 und 11 angeordnet und
von den Schichten durch Separatorplatten 13 und 14 getrennt. Der Block 12 von verschmolzenen Fasern mit
offener Struktur ist federnd und wird bei Gebrauch um etwa 20 bis 50% zusammengepreßt, um die Separatoren
13 und 14 nach außen zu pressen und somit die Schichten lOund 11 gegen ihre jeweiligen Elektroden zu
pressen, um ein Abfallen bzw. Masseverluste zu verhindern. Ein steifer Polyvinylchloridkasten 15 mit
offenen Enden ist zwischen den Elektroden angeordnet und mit einem Paar O-Ringdichtungen 16 und 17 in den
offenen Enden versehen. Wenn die Batterie, wie nachfolgend erläutert wird, zusammengespannt ist,
pressen die Platten 7 und 5 die Dichtungen 16 und 17 zum Abschluß der Zellen zusammen. Der Block 12 wird
wie oben dargelegt ist, zusammengepreßt und drängt die Schichten 10 und 11 nach außen zur Berührung mit
ihren Elektroden. Eine Füllöffnung 18 ist an einer Seite des Kastens vorgesehen und durch diese kann ein
Schwefelsäure-Elektrolyt eingefüllt oder nach Wunsch Auffüllwasser zugesetzt werden. Der Schwefelsäure-Elektrolyt
füllt die Zellen und befindet sich zwischen den beiden Platten 10 und 11.
Die Zelle 2 hat den gleichen Aufbau wie die Zelle 1, nur daß die Elektrode 6 eine Fläche der bipolaren
Elektrode ist, welche die Zellen 1 und 2 voneinander trennt. Vergleichbare Teile der Zelle 2 tragen die
gleichen Bezugszeichen. Der Kern 19 der bipolaren Elektrode besteht aus Aluminium, das eine hohe
Leitfähigkeit und ein geringes Gewicht besitzt. Wenn allerdings die durch den Aluminiumkern bedingte
zusätzliche Steifigkeit unnötig ist, kann der Kern entfallen. Nach \\-\insch könnten beide Seiten der
Elektrode aus Zirkonium gebildet werden.
Die Zelle 3 ähnelt wiederum den Zellen 1 und 2, nur daß die an der Rück- oder Stützplultc 21 befestigte
negative Elektrode 20 keine bipolare Elektrode ist. Ein negativer Anschlußzaplcn 22 ist elektrisch mil der
Stiilzplattc21 verbunden.
Zwischen dem Separator 14 und der Masscsehichl H ist eine offene gebundene Faserstruktur 31 eingesetzt,
die zur Unierslüzungdcidasfreigabe von der Masse Il
während des Ladevorganges dient. Das Gas strömt durch die offene Struktur 31 nach oben, um ggf. durch
die Füllöffnung 18 auszutreten. Eine »Entlüftungsstruktur« 31 kann zwischen jedem der Separatoren und
ι seiner benachbarten Masse- bzw. Pastenschicht angeordnet
sein.
Kür den Zusammenhalt der Serie von Zellen sind vier Aluminiumstäbe an den einzelnen Längskanten der
Batterie vorgesehen. Zwei der Stäbe (23 und 24) sind in
tu der Zeichnung zu sehen. Die Kerne 19 ragen über den
Kasten 15 hinaus und sind zur Anpassung an die Stäbe
23 und 24 mit Öffnungen, wie durch 25 angedeutet, versehen. Isolierende Zwischenlagen oder Hülsen 26
verhindern eine elektrische Verbindung zwischen
π benachbarten Elektroden. Die Enden der Stäbe 23 und
24 sind mit Gewinde versehen (wie bei 27) und aufgeschraubte Muttern 28 dienen dem Zusammenhalt
der gesamten Anordnung. Wie zu sehen ist, haben die isolierenden Unterlegscheiben 29 Manschetten 30,
2Ii welche die Ausbildung einer elektrischen Verbindung
zwischen den Platten 8 bzw. 21 und den Stäben 23 bzw. 24 verhindern.
Bei einer alternativen Batterieform sind die bipolaren Elektroden unter Bildung eines geeigneten Gehäuses
2) wärmeversiegelt und diese Gehäuse sind dann, wie in
F i g. 3 gezeigt ist, wärmeversiegelt bzw. verschweißt. Das Gehäuse hat längs einer Innenkante eine
Aussparung 32 in die die bipolare Elektrode 33 permanent dicht eingesetzt ist. Das Gehäuse 34 der
jo nächsten angrenzenden Zelle ist dann mit dem Gehäuse
der ersten Zelle unter Bildung einer zusammenhängenden Einheit warmverschweißt. Wie man sieht, werden
so bipolare Elektroden von geringeren Abmessungen als in F i g. 2 gezeigt erhalten.
j-, Bei einer weiteren alternativen Batterieform ist die
bipolare Elektrode 43 permanent in einen Plastikrahmen 44 eingeformt bzw. eingegossen. Gehäuseabschnitte
45 werden dann zur Bildung einer zusammenhängenden Einheit mit dem Rahmen 44 verschweißt bzw.
■in versiegelt. Wie man sieht, wäre die in den Rahmen
cingeformte bipolare Elektrode für Pasten oder Massen geeignet.
Für die Fertigung der gesamten Anordnung werden die bipolaren Elektroden zunächst durch Walzverbin-
4-, den zusammengefügt zur Bildung einer Tafel mit einem
Aluminiumkern und einer Titanoberfläche auf einer Seite und einer Zirkonoberfläche auf der anderen. Diese
Oberflächen werden dann geätzt und mit Blei elektroplattiert. Eine geeignete Paste oder Masse, wie
■-,o sie oben beschrieben ist, wird dann manuell oder
maschinell auf jede Seite aufgetragen. Die Elektroden werden dann in ihren Gehäusen zusammen mit den
verschiedenen Komponenten, Separatoren, Faserblökken usw. in der in den Zeichnungen gezeigten Reihe
V) angeordnet und die Gesamtheit durch Bolzen verbunden
bzw. verschraubt oder warmversiegcll unter Bildung einer vollständigen Batterie. Die einmal
zusammengebaute Batterie wird elektrisch formiert zur Umwandlung der Paste aus der Titan- oder positiven
on Fläche in poröses Bleidioxid und der Paste auf der
negativen oder Zirkoniumflächc in poröses Blei.
Der beschriebene Aufbau hat ein außerordentlich geringes Gewicht bezüglich der Teile, die an der
Erzeugung und Speicherung von Elektrizität in der
,ν, Batterie nicht aktiv beteiligt sind. Bei einer speziellen
Batterie können bis zu 83,65% der Gesamtmasse der Batterie aktives Material sein. Dies ist aus der unten
angegebenen Tabelle I ersichtlich, die sich auf eine
Hii it cric bzw. einen Akkumulator mit folgenden
Merkmalen bezieht.
Es wurde eine positive Paste von 1 mm Stärke angewandt, die geringer ist als der maximale Gilter/Pasienteilchcnabstand
in konventionellen Akkumulatoren zur Erzielung einer verbesserten Masseausnutzung. Die
Gleichmäßigkeit lies Siromflusses durch ein bipolares
System sollte ebenfalls die Masseausmitzung unterstützen
F.ine solche Gleichmüßigkeil ties Stromflusses
besteht, da keine Siromeinleitungen an einer Gitterkante
vorhanden sind, wie sie in konventionellen Akkumulatoren zu finden sind. Hs wurde eine !'Innenfläche von
200 χ 150 mm verwendet und die Masse der raste erreicht eine 2()%ige Porosität in der Paste.
Normalerweise kann angenommen werden, daß die Masseausnutzung der negativen Paste zumindest so
hoch ist wie diejenige tier positiven und mit einer 20%igcn Porosität bedeutet dies ein Zusammenspiel
einer negativen Paslensiürkc von 0.75 mm mit den I mm
der positiven und ein Postivum bezüglich der Dichtediflerenz
zwischen den beiden Pasten oder Massen.
Als Elektrolyt wird Schwefelsäure verwendet und der maximale brauchbare Bereich der Schwcfclsäurekonzentralion
zur Sieherstellung einer angemessenen Leitfähigkeit entspricht einem spezifischen Gewicht
von 1,3 (aufgeladen) bis 1,1 (entladen). Die Säurewerte
sind aus G. W. Vi na I »Storage Batteries«, Seite 117,
lohn Wiley & Sons, 1455 entnommen. Hin Volumen von
521 ml ist für jede /.eile erforderlich und führt zu einer
Zdlweiic von 1,75 cm zwischen den Separatoren.
Unter der Annahme, daß die Faserstruktur in den
/eilen als ein ausreichender Träger für die bipolaren Platten wirkt, werden nur dünne Diaphragmen bzw.
Membranen benötigt, Es wird eine Platticrung von 0,05 mm Stärke an Zirkonium auf 0,1 mm Titan
angenommen. Hei Ausüben eines ausreichenden Drucks auf die Platten können separate Platten oder Schichten
verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit der Walzverbindung entfällt. Die Plattenflächc wird zu
225 χ 175 mm unter Berücksichtigung von Versiegelungen angenommen. Bei einer 12 V Balteric hat man
selbstverständlich 5 bipolare Platten.
Die Endplalten sind 2 mm dicke Aluminiumplalten
(zur Stromverteilung und für eine ausreichende Festigkeit) mit einer 0,1 mm Platticrung mit Titan oder
Zirkonium. Zur Anpassung an die Bol/enlöehcr beträgt
dieGrößeder Hndplattcn 250 χ 200 mm.
Als Einspannbolzen wurden 0,5 cm (Durchmesser) Aluminiumsläbe von 15 cm Länge für die vier Kanten
verwendet. Die Länge der Batterie von Endplatte zu Endplatte lag bei 12,6 cm. Das Gehäuse war aus steifem
PVC mit einer Dichte von 1,4 g/ml mit Gummidichtungen zwischen dem Gehäuse und den Platten. !Die
PVC-Stärkc lag bei 5 mm.
Konventionelle Separatoren von porösem PVC wurden zur Zurückhaltung der aktiven Masse und zur
Verhinderung eines Wachstums der negativen Platten eingefügt. Dieses Wachstum neigt da/u, ein dendritisches
Wachstum U^r aktiven Masse zu sein, das zu
einem effektiven Kurzschluß der Batterie führen kann oiler gestaltet, daß die aktive Masse infolge des
Abstancles zwischen dem Finde der Dendriten und der
Elektrode unbrauchbar wird. Bei einem bipolaren System sollte ein Verlust bzw. ein Abfallen von aktiver
Masse verhindert werden, da sonst das Material /um /ellenboden fallen würde und Kurzschlüsse venirsa
chen kann. Die Stärke der porösen PVC Separatoren bclruj: (1,5 mm.
Die Faserstruktur trägt sehr wenig zur Masse de Batterie bei. Das Material ist am geeignetsten Polycslei
Alternativ kann PVC oder Polypropylen verwende werden. [Die Dichte des Materials könnte bei elw;
ί 0,025 g/ml liegen. Der auf die Platten wirkende Druck
mit dem die aktive Masse gegen die bipolaren Platlei gepreßt wird, wird zu etwa 50 g/cm-' vorgesehen zu
Unterstützung der elektrischen Leitung und dami Erhöhung der Masseausnutzung. Die 12-V-Ballerie ha
in sechs/eilen mit einer Ausbildung von 2 V je Zelle.
(Masse-)Komponcnten einer Batterie vom bipolaren Typ mil 50 Ampcrcstunden
' (theoretisch) und 12 Volt
(d. h. 30 tatsächlichen Amperestunden bei 60%iger Masseausnulzung)
Komponenten | Masse | % cIlt |
(U) | Gesamtmasse | |
Positive Paste | 1354 | 16,41 |
Negative Paste | 1172 | 14,20 |
Elektrolyt | 4376 | 53,04 |
Bipolare Platten | 183 | 2,22 |
Endplatten | 327 | 3,96 |
Einspannbolzen | 32 | 0,39 |
PVC-Kaslen | 612 | 7,40 |
Separatoren | 180 | 2,18 |
Riserslruklur | 15 | 0,18 |
Insgesamt | 8251 |
Die Masse oder Paste kann von beträchtlicher Stärke beispielsweise bis zu 1 mm dick sein. Wegen der durch
die Blöcke 12 erreichten federnden Vorspannung hat die aktive Masse keine Tendenz, von den Elcktroder
herabzufallen und die Batterie kann daher eine lange Lebensdauer haben. Im übrigen ist eine hohe Masseausnutzung
der aktiven Masse erziclbar, die viel höher ist als mit derzeitigen Batterien erreicht werden kann
Nimmt man an, daß die Leistungsfähigkeit der Batterie durch die positive aktive Masse bestimmt wird, so sollte
eine Masseausnutzung von 65% erhältlich sein. Das ermöglicht eine Energiedichtc in der Batterie von 60
Wattstunden/kg im Vergleich zu etwa 30 Wattstunden/kg für derzeitige Batterien. Selbst, wenn die
Masseausnutzung auf 35% anfällt, was der gängigen gewerblichen Ausnutzung entspricht, erhält man mit der
vorgeschlagenen Batterie eine Flnergiedichte im Bereich von 44 bis 52 Wattstunden/kg, was noch
bedeutend besser ist als die konventionell erzielten 30
Wattstunden/kg.
Die Elektroden selbst können durch Zusammcnwalzcn der Komponenten gebildet werden oder es kann
möglieh sein, lediglich miteinander in Berührung befindliche gesäuberte Oberflächen zu verwenden,
wobei der von den Packungen 12 ausgeübte Druck für einen ausreichenden elektrischen Kontakt /wischen den
Komponenten sorgt. Wenn eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Masse- bzw. Pasleschichten
und den Elektroden notwendig ist, können die Elektroden vordem Pasicnaiil'trag durch irgendwelche
geeigneten Mittel mil Blei oder Bleiiliovid beschichtet
werden.
Die Packungen können durch Erhalt von lasern mil einer äußeren Schuh! von einem niedriger schmelzenden
Kimslsloll iiiul einem inneren Kern von einem
höher schmelzenden Kunststoff gebildet werden. Solche Fasern werden dann zu einem Block durchmischt bzw.
zusammengebracht und der Block dann auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt der beiden
Komponenten der Fasern erhitzt. Die äußere Komponente schmilzt dabei oder wird klebrig und sich
berührende Fasern werden so vereinigt. Nach Abkühlen des Blocks erweist es sich als eine in sich zusammenhängende
Masse. Alternativ können die Packungen durch einen offenzelligen Schaum gebildet werden, bei dem
zumindest 80% der Zellwände fehlen, so daß ein offen/eiliges Skelett von aufgeschäumtem Material
gebildet wird, das die positive oder negative Masse oder Paste aufnehmen kann. Die angewandte Schwefelsäurckonzcntration
würde die gleiche sein wie üblicherweise, d. h. entsprechend einer Dichte von 1,3 im geladenenen
Zustand und von 1,1 im entladenen Zustand.
Wenn die Struktur in den Zellen als ein ausreichender Träger für die bipolaren Platten wirkt, sind nur dünne
Membranen oder Diaphragmen notwendig, in welchem Falle eine Plattierung von 0,05 mm Dicke Zirkonium auf
0,1 mm Titan angewandt werden kann. Alternativ könnte eine einzelne Schicht von 0,1 mm Zirkonium als
bipolare Elektrode benutzt werden. Die Kndpialten wären 2 mm 'licke Aluminiumplalten mit einer 0,1 mm
Plattierung mit Titan oder Zirkonium.
~> Die Separatoren können vom herkömmlichen Typ wie z. B. von porösem PVC, mikroporösem Gummi oder
anderem geeigneten Material sein und sie sind besonders brauchbar auf den negativen Platten zur
Verhinderung von dendritischem Wachstum.
in Die Dichte der Blöcke 12 wird üblicherweise bei
0.025 g/ml liegen, obgleich natürlich andere Dichten angewandt werden könnten. Kin besonders brauchbares
Material für den Schaum wäre ein Polyester. Alternativ können Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylehlo-"ι
rid oder andere säureresislente nicht-leitende Materialien verwendet werden.
Die Korrosionsgeschwindigkeiten von Titan und Zirkonium sind bei Verwendung in Batterien in der
Praxis sehr gering und liegen bei etwa 0.002 mm pro
jo Jahr für Titan bei dem positiven Platlenpoteniial und
weniger als 0,001 mm pro Jahr bei dem Potential von beiden Platten für Zirkonium.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren Elektrode und zwischen den Elektroden angeordneten
Packungen, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Bleidioxidmasse (10) auf einer
Titanschicht (7) und die negative aktive Masse (11) auf einer Zirkoniumschicht (5) angebracht sind, und
ein Separator (13, 14) zumindest gegenüber der positiven aktiven Masse (10) vorgesehen ist, und eine
elastische Packung (12) aus miteinander verschmolzenen Kunststoffasern die positive aktive Masse
gegen die positive Elektrode und die negative aktive Masse gegen die negative Elektrode preßt.
2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Bleidioxidmasse (10)
auf einer auf das Titan aufgetragenen Bleiunterlage angeordnet ist und die negative aktive Bleimasse
(11) auf einer auf dem Zirkonium vorgesehenen Bleiunterlage angeordnet ist.
3. Akkumulator nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der bipolaren Elektrode das
Titan unmittelbar mit dem Zirkonium verbunden ist.
4. Akkumulator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine metallurgische Verbindung von Titan und
Zirkonium, die durch Heißwalzen oder Explosionsplattieren gebildet ist.
5. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der bipolaren Elektrode ein
weiteres Metall zwischen den Titan- und Zirkoniumschichten vorgesehen ist, das eine höhere elektrische
Leitfähigkeit als Titan oder Zirkonium hat.
6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine perforierte bzw. vielporige
Struktur auf den Titan- und Zirkoniumschichten zur Zurückhaltung der aktiven Massen.
7. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte bzw. vielporige
Struktur in Form von Draht gebildet ist, der eine äußere Oberfläche aus dem gleichen Metall wie die
Oberfläche, an der er festgelegt wird, aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB5979173 | 1974-06-03 | ||
GB2450574 | 1974-06-03 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE2524653C3 DE2524653C3 (de) | 1978-10-26 |
Family
ID=26257156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2524653A Expired DE2524653C3 (de) | 1974-06-03 | 1975-06-03 | Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren Elektrode |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE2524653C3 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR2648277B1 (fr) * | 1989-06-08 | 1995-12-22 | Europ Accumulateurs | Batterie d'accumulateurs au plomb etanche, a electrodes bipolaires |
DE4300763C2 (de) * | 1993-01-14 | 2000-09-07 | Varta Batterie | Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren Elektrode |
-
1975
- 1975-06-03 DE DE2524653A patent/DE2524653C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2524653A1 (de) | 1975-12-04 |
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