DE2720250B2 - Separator für einen Bleiakkumulator - Google Patents

Separator für einen Bleiakkumulator

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Description

Die Erfindung betrifft einen Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem dzr Elektrolyt festgelegt ist und das gelbildende Material mit dft ι Separator in den Akkumulator einbringbar ist.
Aus der GB-PS 10 10 899 ist es bereits bekannt, gelbildendes Material zum Festlegen des Elektrolyten eines Bleiakkumulators mit dem Separator in den Akkumulator einzubringen. Der Separator besteht dabei aus porösem Material, das mit einem wäßrigen Pektinsol, dem gegebenfalls ein Füllstoff, beispielsweise Kieselsäuregel oder Kieselsäure mit großer Oberfläche, zugesetzt wurde, imprägniert und anschließend getrocknet worden ist.
Bei einem mit diesem bekannten Separator bestückten Bleiakkumulator werden also die Elektroden durch das poröse Material auf Abstand gehalten, während durch die Imprägnierung der Schwefelsäureelektrolyt in Form eines Gels festgelegt wird, das eine verhältnismä-Big geringe mechanische Festigkeit aufweist.
Aus der DE-AS 16 71 693 ist ein Bleiakkumulator mit festgelegtem Elektrolyten bekannt, bei dem die Elektroden mit einem Faservlies bedeckt und dureih herkömmliche Separatoren auf Abstand gehalten werden. Der Schwefelsäureelektrolyt ist durch Zusatz von gelbildendem Material als thixotropes Gel festgelegt, das eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit aufweist Zum Einbringen des mit gelbildendem Material versetzten Schwefelsäureelektrolyten in den Akkumulator wird der Schwefelsäureelektrolyt durch intensives Durchrühren in einen fließfähigen Zustand übergeführt.
Es sind auch bereits Separatoren bekannt (DE-AS 2137 908), die neben der Verhinderung eines Kurz-Schlusses gegenüberliegender Elektroden unterschiedlicher Polarität auch noch die Aufgabe haben, den Elektrolyten aufzusaugen. Derartige Separatoren sind mikroporös, d. h. enthalten eine Vielzahl von kapillaren Hohlräumen, in die der Elektrolyt eingesaugt und aufgrund von Kapillarkräften festgehalten wird. Zur kapillaren Festlegung des Elektrolyten werden insbesondere Separatoren in Form von Faservliesen verwendet Bleiakkumulatoren, bei denen der schwefelsaure Elektrolyt lediglich in einem mikroporösen Separator kapillar festgelegt ist, weisen vor allem in wartungsfreier Ausführung mit antimonfreien Gittern recht geringe Zyklcnlebensdauerwerte auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Separator der eingangs genannten Art zu schaffen, der den Schwefelsäureelektrolyten einwandfrei zu binden vermag und eine hohen Zyklenlebensdauer ermöglicht
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Separator, der erfindungsgemäß aus einem Preßkörper aus dem gelbildenden Material besteht Zur Verminderung der Bruchanfälligkeit kann das gelbildende Material mit säurefesten und oxidationsbeständigen Fasern armiert sein.
Wird ein Bleiakkumulator, bei dem die Zwischenräume zwischen den Elektroden durch Separatoren nach der Erfindung ausgefüllt sind, mit dem Schwefelsäureelektrolyten gefüllt, quellen die Separatoren zu einem hochviskosen Gel auf, das aufgrund seiner mechanischen Festigkeit ähnlich wie ein herkömmlicher Separator die Elektroden auf Abstand hält und fixiert und somit Kurzschlüsse verhindert. Das Gel besitzt eine hohe Konzentration an gelbildendem Material, so daß der Schwefelsäureelektrolyt auslaufsicher festgehalten wird. Ein mit Separatoren nach der Erfindung ausgestatteter Bleiakkumulator zeichnet sich darüber hinaus auch noch durch eine verbesserte Zyklenfestigkeit aus.
Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Separatoren verwendet man vorzugsweise fein verteilte Kieselsäure mit Teilchengrößen von 10—20μιη. Insbesondere ist Kieselsäure mit einem SiO2-GeIIaIt von über 993% geeignet Kieselsäure solcher Reinhci! erhält man durch Pyrolyse von Siliciumtetrachlorid in einer Knallgasflamme.
Der Separator nach der Erfindung wird zweckmäßigerweise mit säurefesten und oxidationsbeständigen Fasern armiert. Eine derartige Faserarmierung trägt dazu bei, daß der Preßkörper nach Zusammenbringen mit Schwefelsäure die für die Wirkung als Separator erforderliche Steifigkeit und Bruchfestigkeit erhält. Der Faseranteil des Preßkörpers liegt bei 3—30%. Er beträgt vorzugsweise 7—15%. Besonders geeignet sind Fasern mit einer Länge von 2—5 mm und einem Feinheitsgrad von 1 — 10 Denier. Ein mit Separatoren nach der Erfindung bestückter Bleiakkumulator ist ohne Verwendung von besonders konstruierten Füllstopfen kippsicher, da der eingefüllte schwefelsaure Elektrolyt aufgrund des ausgezeichneten Säurerückhaltevermogens der Separatoren nach der Erfindung einwandfrei festgelegt ist. Da der Elektrolyt durch die Separatoren zwischen den Elektroden gehalten wird, kann ein mit Separatoren nach der Erfindung ausgerüsteter Bleiakkumulator in jeder beliebigen Lage betrieben werden. Selbst beim Bruch des Akkumulatorgehäuses kann kein Elektrolyt auslaufen.
Das Säurerückhaltevermögen eines Kieselsäure als Geliermittel enthaltenden Separators nach der Erfindung ist um so besser, je höher die Kieselsäurekonzentration in dem gebildeten Gel ist. Eine erhöhte Kieselsäurekonzentration wirkt sich außerdem günstig auf die Zyklenlebensdauer des Akkumulators aus.
Besondere Vorteile ergeben sich dabei für wartungsfreie Batterien. Nach dem bisherigen technischen Stand ist allgemein bekannt, daß wartungsfreie Batterien mit antimonfreien Gittern nicht zyklenfest sind. Wird z. B. eine wartungsfreie Starterbatterie mit antimonfreier Gitterlegierung mehrmals versehentlich, z. B. über die nicht abgeschalteten Scheinwerfer voll entladen, so führt das bekanntlich zu starken Schaden der Batterie, die sich im Anfangsstadium durch bleibenden Kapazitätsverlust, in fortgeschrittenem Stadium durch extrem starken Masseausfall bis zur völligen Zerstörung der Batterie äußern.
Der erfindungsgemäße Separator bewirkt an solchen Batterien unter Verwendung von mit Phosphorsäure versetzter Schwefelsäure als Elektrolyt eine überraschende Änderung der oben beschriebenen nachteiligen Eigenschaften wartungsfreier Batterien insofern, daß sie mindestens gleiche Zyklenlebensdauerwerte erreichen, wie konventionelle Batterien mit Gittern aus Blei-Antimon-Legierung trotz völlig wartungsfreien Verhaltens.
Separatoren nach der Erfindung können in einfacher Weise hergestellt werden. Das pulverförmig-. Geliermittel wird gegebenenfalls nach Zumischung von Armierungsfasern unter einem Druck von 80—200kp/cm2 zu plattenförmigen Separatoren entsprechender Dicke und Form verpreßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun näher anhand der Zeichnung erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch einen Akkumulator zeigt.
Der in der Zeichnung dargestellte Akkumulator enthält lediglich eine einzige Zelle. Im Zellengefäß 1 sind positive Elektroden 2 und negative Elektroden 3 untergebracht, die abwechselnd im Abstand voneinander angeordnet sind. Die positiven Elektroden 2 sind über eine Polbrücke 4 verbunden. Die negativen Elektroden 3 sind ebenfalls über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Polbrücke verbunden.
Zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden 2 und 3 ist jeweils ein Separator 5 eingesetzt, der den Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden ausfüllt. Vorzugsweise liegen die Separatoren bündig am Separator an.
Die Separatoren 5 bestehen aus trockenen Preßkörpern, die nach Einfüllen des flüssigen schwefelsauren Elektrolyten unter Beibehaltung ihre·· Form in ein Gel übergeführt werden, dessen mechanische Festigkeit und Steifigkeit ausreicht, um die gegenüberliegenden Elektroden auf Abstand zu halten und einen Kurzschluß zwischen den Elektroden /1J verhindern.
Der eingefüllte schwefelsaure Elektrolyt wird von den
Separatoren aufgenommen und derart festgelegt, daß bei Kippen des Akkumulatorgefäßes kein Elektrolyt ausläuft.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung der Separatoren erläutert.
90 Gew.% feinst verteilte Kieselsäure, die auf pyrolytischem Wege hergestellt worden ist, und 10 Gew.% Modacrylfasern, die eine Länge von 3 mm sowie einen Feinheitsgrad von 3 Denier aufweisen, wurden intensiv in einem Schnellmischer miteinander trocken vermischt. Das gebildete Gemisch wurde dann unter Anwendung eines Druckes von 150kp/cm2 zu Separatorplaiten verpreßt. Aus 2 g des Gemisches wurde jeweils eine Tafel mit einer Fläche von 26 cm2 und einer Dicke von 2 mm erhalten. Die Säurebindungskapazität einer solchen Tafel betrug ungefähr 6,5 g Schwefelsäure der Dichte 1,285 g/cm3. Die gebildeten Tafeln wurden zu rechteckigen Separatoren zurechtgeschnitten und in Kleinbatterien mit antimonfreien Gittern eingebaut, die zur Inbetriebnahme mit flüssiger Schwefelsäure der Dichte 12SSgZc*** mit 2% Phosphorsäure gefüllt wurden. Die Schwefelsäurefüllmenge wurde so bemessen, daß die Kieselsäurekonzentration in dem aus den Preßkörpern gebildeten Gel ungefähr 15% beträgt Kurze Zeit nach dem Einfüllen des flüssigen Elektrolyten war dieser soweit gebunden, daß keine Flüssigkeit aus der kopfstehenden Batterie mehr auslaufen konnte. Die Zyklenlebensdauer dieser Batterien lag mit 350 Zyklen etwa 5 mal so hoch wie die gleicher Batterien, welche mit handelsüblichen Separatoren gebaut wurden. Vergleicht man die Lebensdauer dieser Batterien mit der von Batterien, in denen der Elektrolyt durch bekannte oben beschriebene säurebeständige Vliesstoffe festgelegt wurde, sind die Zyklenlebensdauerwerte durch Einführung des erfindungsgemäßen Separators sogar um mehr als das 1 Ofache erhöht.
Der Separator nach der Erfindung kann vorteilhaft bei trocken vorgeladenen wartungsfreien Batterien eingesetzt werden, die vom Hersteller ohne Elekirolytfüllung ausgeliefert werden. Die noch nicht mit Elektrolyt gefüllten Batterien sind ohne Wartung nahezu unbegrenzt lagerfähig. Zur Inbetriebnahme braucht lediglich eine vorgegebene Menge eines handelsüblichen schwefelsauren Elektrolyten mit Phosphorsäurezusatz zugesetzt zu werden. Dieser zugesetzte Elektrolyt wird von den Separatoren unter Bildung eines Elektrolytgels schnell aufgenommen und kippsicher festgelegt. Aus der Batterie kann sofort nach Einfüllen der erforderlichen Elektrolytmenge Strom entnommen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem der Elektrolyt festgelegt ist und das gelbildende Material mit dem Separator in dan Akkumulator einbringbar ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem PreQkörper aus dem gelbildenden Material besteht.
2. Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem der Elektrolyt festgelegt ist und das gelbildende Material mit dem Separator in den Akkumulator einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Preßkörper aus gelbildendem Material besteht, der mit säurefesten und oxidationsbestäncligen Fasern armiert ist
3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Material aus feinst verteilter Kieselsäure besteht.
4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d?3 die Kieselsäure aus Teilchen mit einem Durchmesser von 10—20 um besteht
5. Separator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil des Preßkörpers 3—30% beträgt
6. Separator nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge von 2—10 mm und eine Faserstärke von 1 — 10 Denier aufweisen.
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