DE3212572A1

DE3212572A1 - Elektrischer akkumulator mit elektrolytdurchstroemten elektroden

Info

Publication number: DE3212572A1
Application number: DE19823212572
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8500 Nürnberg Kappus; Herbert 6233 Kelkheim Zweigardt
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1982-04-03
Filing date: 1982-04-03
Publication date: 1983-10-13

Description

Elektrischer Akkumulator mit elektrolyt-
durchströmten Elektroden Die Erfindung betrifft einen elektrischen Akkumulator mit porösen positiven und negativen Elektrodenplatten in einem flüssigen Elektrolyten, welche in einem mittleren Schichtbereich von Hohlkanälen mit porösen Wänden durchsetzt sind.
Die Porosität der aktiven Masse von positiven und negativen Akkumulatorenplatten ist im allgemeinen nicht hinreichend groß, um auch bei hoher Strombelastung eine ständige Versorgung der oberflächenfernen aktiven Masse mit frischem Elektrolyt sicherzustellen, so daß es in der Tiefe der Elektrodenplatten zu einer Elektrolytverarmung kommt.
Dieses Problem stellt sich in besonderem Maße bei Bleiakkumulatoren, weil der Säureelektrolyt hier nicht allein die Ionenleitung innerhalb der Zelle vermittelt, sondern darüber hinaus am stromliefernden Vorgang selbst beteiligt ist.
Eine bekannte und an sich naheliegende Maßnahme, um die Diffusionswege für die Elektrolytflüssigkeit möglichst kurz zu halten, besteht darin, die Elektrodenplatten sehr dünn auszulegen. Dies geht allerdings zu Lasten ihrer mechanischen Stabilität und macht es notwendig, eine gegebene Menge aktiven Materials auf eine entsprechend größere Anzahl Elektroden zu verteilen, was wiederum einen Mehraufwand an Separatoren, Ableitern u.s.w. nach sich zieht.
In dEr deutschen Patentanmeldung P 30 44 830 ist daher bereits vorgeschlagen worden, bei dickeren Elektrodenplatten in einem mittleren Schichtbereich Hohlräume zu schaffen, die als interne Elektrolytspeicher dienen. Die Hohlräume können bevorzugt auch als Kanäle mit perforierten Wänden ausgebildet sein, die in der aktiven Masse eingebettet sind und in denen unter dem Einfluß aufsteigender Gasblasen, die während der Ladung entstehen, auch der Säureelektrolvt zu einer von unten nach oben gerichteten Durchströmung der Platten angeregt wird. Mittels einer Pumpe oder Druckluft läBt sich der Elektrolyttransport noch intensivieren, wobei der Elektrolyt in die Kanäle hineingedrückt wird und durch die Masseporen wieder austritt. Ein solches Verfahrensprinzip mit Hohlelektroden und einer zu einem vollständigen Kreislauf geschlossenen Elektrolytbewegung bei einem Bleisammler ist in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen Z 972 (bekanntgemacht am 18.02.1954) offenbart.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Akkumulator mit von Hohlkanälen vertikal durchzogenen und aus diesen mit Elektrolyt belieferbaren Elektrodenplatten eine möglichst praktische Zellenkonstruktion anzugeben, die eine Zwangadurchatrömung der Elektroden mit dem Elektrolyten erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenplatten (5, 6) fest auf einem Zwischenboden (2) aufstehen, welcher die Akkumulatorenzelle (1) in einen oberen (3) und einen unteren Elektrolytraum (4) teilt und durch den hindurch die Hohlkanäle (7) sich fortsetzen, und daß Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Teilräumen vorhanden sind.
Durch den unterschiedlichen Druck in den Teilräumen wird der Elektrolyt, z.B. die Schwefelsäure, durch die aktive Masse der Elektroden hindurchgepreßt. Das günstige Ergebnis ist eine Kapazitätserhöhung, weil die Konzentration der Schwefelsäure in der aktiven Masse während der Entladung nahezu konstant bleibt.
Im einzelnen wird die erfindungagemäße Maßnahme anhand einer Figur erläutert. Die Figur zeigt schematisch eine Akkumulatorenzelle 1 mit einem Zwischenboden 2, welcher von dem oberen, eigentlichen Elektrolytraum 3 einen unteren Elektrolytraum 4 abteilt und auf dem die positiven und negativen Elektrodenplatten 5, 6 fest aufstehen. Durch das Innere der Elektroden erstrecken sich über nahezu ihre gesamte Höhe Hohlkanäle 7, die mit Elektrolyt gefüllt sind und sich durch den Zwischenboden 2 hindurch bis zum unteren Elektrolytraum 4 fortsetzen. Die Hohikanäle 7 können zweckmäßig aus Kunststoffkanülen mit perforierten oder porösen Wänden gebildet sein.
Dichtungen 8 sorgen dafür, daß die Hohlkanäle 7 im Bereich des Überganges der Elektrodenplatten 5, 6 in den Zwischenboden 2 gegen den oberen Elektrolytraum 3 abgedichtet sind.
Der untere Elektrolytraum 4 enthält einen elastischen Druckbeutel 9, der pneumatisch über eine Druckluftleitung 10 mit Druckluftventil 11 aufgebläht werden kann. Schließlich besitzt der Zwischenboden 2 einen Verbindungskanal 12 zwischen dem oberen Elektrolytraum 3 und dem unteren Elektrolytraum 4, der durch ein Sperrventil 13 nur in der Richtung von oben nach unten passierbar ist.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist diskontinuierlich und vollzieht sich so, daß durch Einströmenlassen von Druckluft aus einer äußeren Quelle (Pumpe, t3asflasche, nicht dargestellt) in den Druckbeutel 9 im unteren Elektrolytraum 4 ein wachsender Druck aufgebaut wird. Dieser bewirkt eine Schließung des Sperrventils 13. Das Sperrventil ist als ein einseitig ansprechendes Rückschlagventil ausgebildet. Es kann im einfachsten Fall ein schwimmendes und nur entlang einer Kante festgehaltenes Gummituch sein, das sich vor die Öffnung des Verbindungskanals 12 setzt.
Der Elektrolyt wird nun durch das Aufblähen des Druckbeutels 9 aus dem unteren Elektrolytraum 4 verdrängt und beginnt durch die Hohlkanäle 7 und durch die poröse Masse der Elektroden 5, 6 in den oberen Elektrolytraum 3 zu strömen. Dieser Takt ist spätestens dann beendet, wenn der Druckbeutel 9 das Volumen des unteren Elektrolytraumes 4 nahezu ganz eingenommen hat.
Durch Umschalten des Druckventils 11, beispielsweise unter Verwendung eines Dreiwegehahns, kann die Luft darauf aus dem Druckbeutel 9 ausströmen. Im unteren Elektrolytraum 4 wird der Überdruck abgebaut, das Sperrventil 13 öffnet sich unter dem von Seiten des oberen Elektrolvtraumes 3 auf ihm lastenden hydrostatischen Drucks, und der Elektrolyt strömt durch den Verbindungskanal 12 zurück in den unteren Elektrol#traum 4. Am Ende dieses Takts ist der Druckbeutel 9 wieder zu seiner Ausgangsgröße zusammengedrückt.

Claims

Patentansprüche 1# Elektrischer Akkumulator mit porösen positiven und negai tiven Elektrodenplatten in einem flüssigen Elektrolyten, welche in einem mittleren Schichtbereich von Hohikanälen mit porösen Wänden vertikal durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (5, 6) fest auf einem Zwischenboden (2) aufstehen, welcher die Akkumulatorenzelle (1) in einen oberen (3) und einen unteren Elektrolytraum (4) teilt und durch den hindurch die Hohikanäle (7) sich fortsetzen, und daß Mittel zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Teilräumen vorhanden sind.
2. Elektrischer Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da ein pneumatisch betätigbarer Druckbeutel (9) im unteren Elektrolytraum (4) angeordnet ist.
3. Elektrischer Akkumulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Zwischenboden (2) ein Sperrventil (13) für den Elektrolyten mit Durchlaßrichtung vom oberen zum unteren Elektrolytraum vorgesehen ist.
4. Elektrischer Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohikanäle (7) im Se- reich des Überganges der Elektrodenplatten (5, 6) in den Zwischenboden (2) gegen den oberen Elektrolytraum (3) abgedichtet sind.