DE4218381C1 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine auf dem Prinzip des Sauerstoff­ kreislaufes basierende Akkumulatorzelle nach der Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1.

Aus der DE-PS 27 42 869 ist eine quadratische Nickel/Cadmium-Zel­ le in Knopfform bekannt,

• - mit einem quaderförmigen, gasdicht geschlossenen Zellenge­ häuse aus Kunststoff,
• - mit wenigen im wesentlichen rechteckigen, zu einem Elektro­ denstapel aufgereihten Elektrodenplatten unterschiedlicher Polarität mit jeweils zwischengefügten Separatoren,
• - ferner mit durch die Wandung derselben Gehäuseseite hindurch­ geführten, als wandintegrierte Kontaktscheiben ausgebildeten, positiven und negativen Poldurchführungen, die jeweils mit Stromableiterfahnen entsprechender Polarität elektrisch lei­ tend verbunden sind,
• - wobei die Elektrodenplatten parallel zur größten Gehäusewan­ dung der Poldurchführungen angeordnet sind und alle Elektro­ denplatten jeweils ein untereinander deckungsgleich ausgebil­ detes und angeordnetes Mittelloch zum Durchtritt eines die beiden gegenüberliegenden größten Gehäusewandungen zugfest miteinander verbindenden Zapfens aufweisen,
• - wobei ferner die positiven Elektrodenplatten jeweils mit ei­ ner am Rand angebrachten Stromableiterfahne und die negativen Elektrodenplatten jeweils mit einer ebenfalls am Rand ange­ brachten, aber gegenüber den positiven Stromableiterfahnen versetzt angeordneten und ihnen gegenüber elektrisch isolier­ ten Stromableiterfahne versehen sind.

Abgesehen von der durch die hier zitierte spezielle Knopfbauart bedingten geringen Speicherkapazität, ist - auch bei größeren, kapazitätsstärkeren Bauformen dieses Akkumulatortyps - an der konventionellen, beispielsweise in der DE-PS 40 41 123 erkennba­ ren Bauform der Nickel/Cadmium-Zellen nachteilig, daß die Lebens­ dauer der Zellen nicht optimal ist. Ursache der nur unzureichen­ den Lebensdauer ist der empfindliche Elektrolythaushalt des elek­ trolytarmen Systems. Um die Kapazität der Elektroden ausschöpfen zu können, müssen einerseits mehr als 90% des Porenvolumens der Elektroden mit Elektrolyt gefüllt sein, andererseits müssen für eine gute Ladbarkeit ausreichend große, elektrolytbenetzte, zu­ gängliche Rekombinationsflächen für die Sauerstoffreduktion ver­ fügbar sein. Der Elektrolyt darf die freien Porenvolumina der Elektrodenstapelkomponenten also nur teilweise füllen. Die Elek­ trolytmenge in der Zelle muß genau abgestimmt und eingehalten werden, wobei auch Veränderungen der Porosität der Elektroden während der Lebensdauer der Zelle einzubeziehen sind. Unvermeid­ bare Dickentoleranzen der Elektrodenstapelbauteile führen zu un­ terschiedlicher Verpressung beim Einbau in Gehäuse mit vorgege­ benen Abmessungen und damit auch zu unterschiedlicher Elektrolyt­ aufnahme der Elektrodenstapel, so daß die Gefahr besteht, daß die Separatoren als nachgiebigste Komponente im Stapel zusammenge­ preßt werden und Elektrolyt verlieren, wodurch der Widerstand ansteigt. Eine lose Packung des Elektrodenstapels führt dagegen zu einem mangelhaften Kontakt zwischen Separator und Elektroden, der auch bei mikroporösen, kapillaraktiven Separatoren einen ho­ hen Widerstand und ungleiche Ladungsverteilung in den Elektroden zur Folge hat. Schließlich ist eine erwünschte homogene Elektro­ lytverteilung in großflächigen Separatoren aus Kunststoffvliesen, deren Kapillaraktivität meist durch nicht völlig alterungsbestän­ dige Netzmittel erzielt wird, in konventionell gebauten Zellen nicht zuverlässig zu erreichen. Druckdifferenzen des Zellenin­ nendrucks zum Atmosphärendruck während des Zyklisierens werden über die Zellengehäusewände auf den Elektrodenstapel weitergege­ ben und führen ebenfalls zu unerwünschten Veränderungen des Sta­ pelpreßdrucks.

Weitere Nachteile der konventionellen Bauweise von Nickel/Cad­ mium-Zellen liegen in dem schlecht definierten Kompressionszu­ stand der Elektrodenstapelbauteile, insbesondere der am leich­ testen komprimierbaren Separatoren, und damit deren Elektrolyt­ füllungsgrad sowie, besonders bei großen Zellen, in der mangel­ haften Elektrolytverteilung in den Elektrodenstapelkomponenten, speziell wieder in den Separatoren. Zwar bieten Gasdiffusions­ gerüste eine Volumenreserve für den Elektrolyten, doch ist die Geschwindigkeit der Sauerstoffreduktion stark von deren Elek­ trolytfüllungsgrad abhängig; die Elektrolytaufnahmekapazität der Diffusionsgerüste ist daher nur begrenzt nutzbar. Druck­ differenzen des Zelleninnendrucks zum Atmosphärendruck wäh­ rend des Zyklisierens werden über die Zellengehäusewände auf den Elektrodenstapel weitergegeben und führen zu unerwünsch­ ten Veränderungen des Stapelpreßdrucks, wobei in konventionell gebauten Zellen gerade die größte Gehäusefläche senkrecht auf das Elektrodenpaket drückt. Daher ist auch die Durchbiegung die­ ser Gehäusefläche am größten und somit eine Gleichverteilung des Preßdrucks am schwierigsten zu erreichen. Die Reproduzier­ barkeit der Zellen leidet unter den unvermeidbaren Dickentole­ ranzen der Stapelbauteile, die als Stapelpaket in ein Gehäuse mit weitgehend gleichen Abmessungen eingeschoben werden. Die re­ sultierende unterschiedliche Verpressung der Stapelbauteile, insbesondere der Separatoren, erfordert entweder eine individu­ elle Anpassung der Elektrolytmenge, die überdies schwierig be­ stimmbar ist, oder ein Inkaufnehmen größerer Toleranzen für die zulässigen Ladeströme. Schließlich verändern sich Dicke und Po­ renvolumina der Komponenten mit der Lebensdauer; insbesondere die positiven Elektroden neigen zum Quellen. Daher können die Sepa­ ratoren zumindest im Bereich der an den Kanten starren Gehäuse stark verquetscht werden, wodurch Elektrolyt ausgepreßt wird und in extremen Fällen Kurzschlüsse entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Akkumulatorzellen des hier zu­ grundegelegten Typs im Hinblick auf eine höhere Lebensdauer und eine bessere Elektrolytverteilung zu verbessern.

Ausgehend von dem gewürdigten Stand der Technik wird diese Aufga­ be erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Zelle vermeidet die gesamten Nachteile durch quadratische Elektrodenstapelelemente mit Mittelloch, die längs einer durch das Mittelloch gedachten Achse zu einem prismatischen Stapel aufgeschichtet werden, der höher als die Seitenlänge der Komponenten ist, und durch ein zwischen dem Zellengehäuseboden und dem Stapel angeordnetes, den Zellenquerschnitt im wesentli­ chen füllendes Federelement, beispielsweise ein geschlitztes Fe­ derblatt, ein Elastomerkissen oder ein Schraubenfedernpaket, durch welches der Elektrodenstapel mit einer definierten Kraft beaufschlagt wird. Die Stapelhöhenänderung wird auf maximal 5% der Stapelhöhe begrenzt. Die positiven und negativen Stromablei­ terfahnen sind im Mittelloch durch ein Trennelement voneinander isoliert und parallel zu den Polen im Gehäusedeckel geführt. Überlappende Separatorränder zwischen Stapel und Gehäuse wirken als Wanddocht und stützen die Gehäusewände gegen den Atmosphärendruck.

Dank der definierten axialen Verpressung des Elektrodenstapels mittels einer flächendeckenden Anordnung von Federelementen mit mäßigem, sich innerhalb des ausnützbaren Federweges nur relativ wenig ändernden Druck wird der empfindliche Elektrolythaushalt der Zelle selbst nach einer längeren Gebrauchsdauer mit allmäh­ lich aufquellenden Elektrodenplatten oder beim Lade- bzw. Entla­ devorgang selber allenfalls in einem ohne weiteres tolerierbaren Ausmaß beeinflußt. Dank eines an allen vier äußeren Umfangsseiten und im Bereich des durch die Mittellöcher gebildeten zentralen Schachtes beschleunigten Austausches von Elektrolyt kann zu allen Zeiten ein an allen benötigten Stellen annähern gleiches Angebot von Elektrolyt gewährleistet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprü­ chen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles und verschie­ dener Abwandlungen nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Nickel/Cadmium-Zelle mit parallel zur Oberseite angeordneten Elektrodenplatten und Federelementen zur axialen Verpressung des Elektroden­ stapels,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zelle nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der durch eine Kreislinie hervorgehobenen Einzelheit III aus Fig. 1, die Lagenfolge in dem Elektrodenstapel sowie die schuppenartige Anordnung der Separator-Ränder wiedergebend,

Fig. 4 eine Einzeldarstellung einer Elektrodenplatte mit daran befestigter Stromableiterfahne,

Fig. 5 die Federkennlinie der Federelemente und ihren ausnützba­ ren Bereich einschließlich des Einflusses einer reibungs­ bedingten Hysterese,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der durch eine Kreislinie hervorgehobenen Einzelheit IV aus Fig. 1, die Halterung der als Schraubenfedern ausgebildeten Federelemente zei­ gend,

Fig. 7 eine Erweiterung der Detaildarstellung gegenüber Fig. 3 zu dem durch die Mittellöcher gebildeten Schacht hin mit den Anschluß der negativen Stromableiterfahnen und

Fig. 8 eine Modifikation der Lagenfolge mit Stromableitung von den jeweils doppelt angeordneten negativen Elektrodenplat­ ten von einem jeweils zwischengefügten metallisierten Dif­ fusionsgerüst.

Der in den Figuren dargestellte Akkumulator basiert auf dem Prin­ zip des Sauerstoffkreislaufes; er weist als negative Elektrode Cadmiumelektroden auf, wogegen die positiven Elektrodenplatten Nickeloxid oder Silberoxid als aktive Masse enthalten. Im übrigen ist ein alkalischer Elektrolyt in dem Akkumulator enthalten. Durch überdimensionieren der Kapazität der negativen Elektrode wird erreicht, daß während des Ladens stets die positive Elektrode zuerst vollgeladen wird, so daß an dieser beim überladen Sauer­ stoffentwicklung einsetzt, während die Wasserstoffentwicklung an der Cadmiumelektrode unterdrückt wird.

Der Akkumulator weist ein quaderförmiges, gasdicht geschlossenes Zellengehäuse 1 mit Gehäuseseitenwandungen 2, einer Bodenwandung 3 und einer Poldurchführungswand 4 auf. Und zwar ist sowohl der positive als auch der negative Polbolzen 5 jeweils durch dieselbe Wand, eben die Poldurchführungswand 4 hindurchgeführt. Zum Eva­ kuieren des Zellengehäuses und Einfüllen des Elektrolyten ist in der Poldurchführungswand eine durch einen Verschluß 6 gasdicht verschließbare Öffnung vorgesehen. Innerhalb des Zellengehäuses 1 sind mehrere, im wesentlichen rechteckige, im dargestellten Aus­ führungsbeispiel quadratische Elektrodenplatten 7 und 8 unter­ schiedlicher Polarität zu einem Elektrodenstapel 15 aufgestapelt, wobei jeweils Separatoren 9 bzw. 10 zwischengefügt sind. Alle Elektrodenplatten 7 und 8 weisen jeweils ein untereinander deckungs­ gleich ausgebildetes bzw. angeordnetes Mittelloch 12 auf, welches beim dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls quadra­ tisch ausgebildet ist und mit den seitenrändern parallel zu den Seiten der Elektrodenplatten ausgerichtet ist. An den Mittellö­ chern sind, worauf weiter unten noch näher eingegangen werden soll, die Stromableiterfahnen angebracht. Durch die Mittellöcher der aufeinandergestapelten Elektrodenplatten 7 bzw. 8 ist inner­ halb des Elektrodenstapels 15 ein Schacht 16 gebildet, in dem die positiven bzw. negativen Stromableiterfahnen 17 bzw. 18 zu den polaritätsentsprechenden Polbolzen 5 geführt und dort mit ihnen elektrisch leitend verbunden sind. Der senkrecht zur Erstreckungs­ ebene der einzelnen Elektrodenplatten orientierte Elektrodensta­ pel 15 ist parallel zur Gehäuseseitenfläche 2 des Zellengehäuses 1 ausgerichtet, wobei die Stapelhöhe des Elektrodenstapels größer ist als die Seitenlänge der Elektrodenplatten 7 bzw. 8. Die Ge­ häuseseitenflächen 2 sind demgemäß größer als die Poldurchfüh­ rungswand 4 bzw. als die Bodenwand 3. Dank der Stromableitung von den einzelnen Elektrodenplatten im Bereich des Mittelloches 12 kann das Zellengehäuse 1 den Elektrodenstapel an allen vier Um­ fangsseiten äquidistant umschließen. Und zwar ist ein gewisses Spiel 14 zwischen den Außenkanten der Elektrodenplatten 7 bzw. 8 einerseits und der Innenfläche der Gehäuseseitenwand 2 vorgese­ hen. Die zwischen den Elektrodenplatten 7 bzw. 8 zwischengelegten Separatoren sind jeweils als einzelne, konturentsprechende Blät­ ter ausgebildet, die mit einem Außenrand 11 über die Elektroden­ platten überstehen. Die überstehenden Ränder 11 der Separator­ blätter sind alle axial in derselben Richtung abgebogen und über­ lappen sich schuppenartig innerhalb des Zellengehäuses.

Das Zellengehäuse kann, nachdem die während des Betriebes des Akkumulators auftretenden Innendrücke bei ausreichender Sauer­ stoff-Reduktionsgeschwindigkeit nur niedrig sind und unterhalb des Atmosphärendrucks zu liegen pflegen, aus Kunststoff bestehen. Zur Reduzierung des Bauvolumens und wegen der überlegenen Gas­ dichtigkeit sieht jedoch das dargestellte Ausführungsbeispiel vor, daß das Zellengehäuse aus einem dünnen Blech aus rostfreiem Stahl besteht, wobei innenseitig flächendeckend eine elektrische Isolierung 25 angebracht ist.

Jede der positiven Elektrodenplatten 7 ist jeweils mit einer Stromableiterfahne 17 versehen, die am Innenrand des Mittelloches 12 angebracht ist, wobei sämtliche positiven Stromableiterfahnen 17 außermittig und jeweils untereinander fluchtend angeordnet sind. In gleicher Weise sind auch alle negativen Elektrodenplat­ ten 8 jeweils mit einer Stromableiterfahne 18 versehen, die eben­ falls außermittig und jeweils an der gleichen Umfangsstelle am Mittelloch angebracht sind, wobei jedoch die negativen Stromab­ leiterfahnen 18 gegenüber den positiven Stromableiterfahnen 17 versetzt angebracht sind. In Fig. 4 ist die negative Stromablei­ terfahne strichpunktiert angedeutet, die spiegelbildlich zu der in vollen Linien dargestellten positiven Stromableiterfahne ange­ ordnet ist. Die Stromableiterfahnen 17 und 18 und ihr Anschluß an die Polbolzen 5 sind jeweils elastisch ausgebildet, so daß die Elektrodenplatten 7 bzw. ohne Behinderung durch die Stromablei­ terfahnen kleine Relativbewegungen in Vertikalrichtung innerhalb des Zellengehäuses ausüben können.

An beiden Enden des Elektrodenstapels 15 sind innerhalb des Zel­ lengehäuses 1 Druckplatten 19 bzw. 20 angeordnet, von denen die eine Druckplatte im dargestellten Ausführungsbeispiel die obere Druckplatte 19, am Gehäuse abgestützt ist. Diese Druckplatte muß Aussparungen zur Aufnahme der Polbolzen und der Verklemmung der Stromableiterfahnen an den Polbolzen aufweisen. Die der am Ge­ häuse abgestützten Druckplatte 19 gegenüberliegende, im darge­ stellten Ausführungsbeispiel untere Druckplatte 20 ist nur mit­ telbar an der entsprechenden Gehäusewandung, im Beispiel an der Bodenwand 3 abgestützt. Und zwar soll auf diese untere Druckplat­ te 20 ein über die Erstreckung der Druckplatte hinweg annähernd gleichmäßiger Druck ausübbar sein. Zu diesem Zweck ist eine flä­ chendeckende Anordnung vom Federelement 21 vorgesehen, wobei sich die Federelemente 21 an der Innenseite der entsprechenden Gehäu­ sewandung, also der Bodenwand 3 abstützen. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind die Federelemente 21 durch eine Vielzahl von örtlich und funktionell parallel nebeneinander in einer Loch­ platte 22 eingelassen Schrauben-Druckfedern gebildet. Dabei ist jeweils eine Schrauben-Druckfeder durch ein Loch 23 der Lochplat­ te gehaltert und geführt. Anstelle einer Vielzahl von Schrauben- Druckfedern können die Federelemente auch durch eine dauerela­ stische, gelochte Gummilage oder durch eine Vielzahl von Gummi­ zylindern gebildet sein, wobei jedoch hier die Gefahr des Krie­ chens bzw. der langsamen Veränderung der Federkennlinie besteht. Die Federelemente 21 sind derart ausgebildet und/oder angeordnet, daß sie einen wirksamen Federweg h von etwa 1 bis 5% der Stapel­ höhe des Elektrodenstapels 15 bieten, wobei der relativ größere Federweg bei kleineren Elektrodenstapeln zu wählen sein wird. Die Begrenzung des Federweges h ist durch eine entsprechend große Bemessung der Höhe der Lochplatte 22 bewirkt; bei voller Ausnut­ zung des Federweges aufgrund eines Anwachsens der Stapelhöhe be­ rührt die untere Druckplatte 20 die Oberseite 24 der Lochplatte. Im übrigen sind die Federelemente derart zu bemessen, daß mit ihnen ein Druck von 5 bis 25 N/cm² auf dem Elektrodenstapel aus­ übbar ist. Im Verhältnis zur Elastizität der Separatoren 9 bzw. 10 sollen die Federelemente so bemessen sein, daß aufgrund des seitens der Federelemente auf den Elektrodenstapel ausgeübten Druckes die elastischen Separatoren lediglich auf etwa 80 bis 55%, vorzugsweise auf 70 bis 60% ihrer unbelasteten Ausgangsstärke komprimiert werden. Und zwar soll eine zu starke Komprimierung der elastischen Separatoren durch die Federelemente vermieden werden. Zwar steigt mit zunehmender Zusammendrückung der Feder­ elemente der von ihnen ausgeübte Druck, jedoch soll durch geeig­ nete Auswahl der Federkennlinie erreicht werden, daß die auf den Elektrodenstapel ausübbaren Drücke bei stärkster Kompression der Federn einerseits bzw. bei größter Längung andererseits nicht zu weit auseinanderliegen. Im Zusammenhang mit Fig. 5 soll dies kurz erläutert werden. Unten in Fig. 5 ist stilisiert eine Schraubendruckfeder 21 dargestellt und oberhalb davon ein Kraft- Weg-Diagramm, in der zwei unterschiedliche Federkennlinien ein­ getragen sind. Die eine geradlinige Federkennlinie gilt für eine widerstandsfreie Kompression bzw. Entlastung des Federelementes; die Kraft steigt von Null mit zunehmender Zusammendrückung der Feder linear an. Wenn die Feder ihre Arbeitslänge L mit größter Zusammendrückung erreicht hat, so hat die Federkraft den Wert 100 % erreicht. Der wegmäßige Arbeitsbereich ist durch den ausnutz­ baren Federweg h gekennzeichnet; die innerhalb dieses ausnutzba­ ren Federweges größtmögliche Länge L_o ist ebenfalls in Fig. 5 eingetragen. Aufgrund von Bewegungswiderständen der Elektroden­ platten und insbesondere der Separatorblätter innerhalb des Zel­ lengehäuses ergibt sich eine hystereseartige Verschiebung der Federkennlinie nach unten, wie dies ebenfalls in Fig. 5 einge­ tragen ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel beträgt die Widerstandskraft R mehr als die Hälfte der widerstandsfreien Fe­ derkraft bei der Federlänge L_o. Die bei der Federlänge L_o tat­ sächlich noch über die Bewegungswiderstände R übrigbleibenden Federkräfte betragen beim gewählten Zahlenbeispiel lediglich noch 30% der theoretisch höchstmöglich Federkraft bei stärkster Kom­ pression der Feder auf die Länge L. Angestrebt ist, daß dieser untere Wert mindestens etwa 25%, vorzugsweise mehr als 35% be­ trägt.

Aufgrund der Zusammenpressung des Elektrodenstapels mit definier­ ter Kraft können Bautoleranzen der Einzelkomponenten des Elektro­ denstapels ausgeglichen werden und durch einen Preßdruck defi­ nierter Höhe die relativ weichen Separatoren auf konstanter Dicke gehalten werden, selbst wenn im Laufe des Gebrauches des Akkumu­ lators die Elektroden aufquellen sollten. Für konventionelle Po­ lyamidvlies-Separatoren hat sich ein Arbeitsdruck als zweckmäßig erwiesen, bei dem die Separatoren auf etwa 60% ihrer unbelaste­ ten Dicke komprimiert sind. Dies erfordert eine weiche Federkenn­ linie mit geringen Kraftänderungen über einen langen Federweg hinweg. Dennoch muß die Anordnung, bspw. für Raumfahrtzwecke, vibrationsfest sein, was üblicherweise hohe, progressive Feder­ kräfte erfordert. Bei einem ausgeführten Beispiel eines Akkumula­ tors bestand der Elektrodenstapel aus insgesamt 176 Einzelkompo­ nenten mit einer Nennhöhe von 161 mm; die Elektrodenplatten hat­ ten eine Seitenlänge von 61 mm, wobei Diffusionsgerüste, Separa­ toren und Rekombinationsgerüste vorgesehen waren. Um die Reibung des Stapels an der Gehäusewand zu überwinden, war eine Kraft von 130 bis 140 N erforderlich. Für diesen Stapel wurde ein Federpa­ ket mit einer Federkonstante von 90 N/mm ausgewählt. Der ausnütz­ bare Federweg h war auf 6 mm begrenzt; so weit ragten die Federn in unbelastetem Zustand aus ihren Löchern 23 in der Lochplatte 22 heraus. Damit stand eine maximale Federkraft von 540 N zur Verfü­ gung. In der betriebsbereiten Zelle standen die Federn 3 mm aus der Federplatte vor; dies entsprach einer Kraft auf den Elektro­ denstapel von 270 N. Für einen "Atmungsweg" des Stapels durch die Dichteänderung der Massen während des Ladens und Entladens von + 1 mm, das entspricht etwa 1,2% der Stapelhöhe, betrug die Kraft, die von den Federn ausübbar war, 180 bis 360 N. Die Wegbegrenzung ist erforderlich, um eine maximale Stapelhöhe zur Bemessung der Fahnenlänge der bodennächsten Elektrode zum Polbolzen definieren zu können. Beim Schrumpfen der Stapelhöhe kann sich diese längste Fahne bogenförmig im Schacht 16 biegen, ebenso wie in geringerem Maße die Stromableiterfahnen der der Poldurchführungswand 4 näher­ liegenden Elektrodenplatten. Eine Dehnung über die Länge der Stromableiterfahnen hinaus würde die Verbindung der Stromableiter­ fahnen an den Elektrodenplatten belasten und könnte zum Ausreißen der Stromableiterfahnen führen.

Zur Wirkungsweise der einzelnen Merkmale des bisher beschriebenen Akkumulators ist folgendes zu sagen:

Durch die quadratische Querschnittsgebung des Elektrodenstapels wird der Gewichtsanteil der für die Funktion des Akkumulators erforderlichen passiven Bauteile, nämlich Druckplatten und Fe­ derelemente, die im Vergleich zu herkömmlichen Akkumulatoren zu­ sätzlich erforderlich sind, verhältnismäßig gering gehalten.

Die senkrecht zu den großflächigen Gehäuseseitenwänden 2 ange­ ordneten Komponenten des Elektrodenstapels können wesentlich hö­ here Kräfte aufnehmen, als wenn sie parallel zu den großflächigen Gehäusewandungen angeordnet werden. Der Elektrodenstapel stützt, nachdem die während des Betriebes des Akkumulators auftretenden Innendrücke bei ausreichender Sauerstoff-Reduktionsgeschwindig­ keit nur niedrig sind und unterhalb des Atmosphärendrucks zu lie­ gen pflegen, die großflächigen Gehäuseseitenwände an allen vier Seiten gegen den äußeren Atmosphärendruck wirksam ab. Anderer­ seits ist der Elektrodenstapel, insbesondere dessen Separatoren, von Kräften, die aufgrund eines äußeren Überdruckes auf das Zel­ lengehäuse einwirken, entlastet.

Das Mittelloch bzw. der durch die Mittellöcher gebildete Schacht 16 erleichtert gegenüber herkömmlichen Bauformen vergleichbarer Akkumulatoren die Wärmeabfuhr aus dem Elektrodenstapel auf kür­ zeren Wärmeleitungsweg. Im Vergleich zu Rundzellen erlaubt der quadratische Gehäusequerschnitt überdies eine wesentlich bessere Packungsdichte bei der Zusammenstellung von Batterien aus den Einzelzellen. Ein etwaiger Nachteil einer in den quadratischen Elementen nicht ganz so gleichmäßigen Temperaturverteilungen wie in kreisrunden Elementen erscheint dagegen verhältnismäßig ge­ ringfügig. Das Volumen des durch die Mittellöcher gebildeten Schachtes kann unter Berücksichtigung des von den Stromableiter­ fahnen und einem in den Schacht eingesteckten Isolierkörper 26 eingenommen Volumens bspw. so dimensioniert werden, daß es das gesamte Volumen des erforderlichen Elektrolyten aufnehmen kann. Bei Inbetriebnahme kann die evakuierte trockene Zelle schnell mit der gesamten Elektrolytmenge befüllt werden, die sich nach dem Verschließen des in der Poldurchführungswand 4 vorgesehenen Ver­ schlusses 6 bei horizontal liegendem Akkumulator gleichmäßig auf sämtliche Komponenten des Elektrodenstapels verteilen kann.

Die Anordnung der Stromableiterfahnen innerhalb des durch die Mittellöcher gebildeten Schachtes vermeidet bei Laststromwechsel mit höherer Frequenz die Induktion von Störspannungen auf benach­ barte Bauteile. Ferner gibt diese Anordnung den Stromableiter­ fahnen beim "Atmen" des Elektrodenstapels während des Ladens und Entladens genügend Platz, damit sie sich behinderungsfrei in ei­ nen geänderten Biegeverlauf einstellen kann. Außerdem wird durch die nahe der Plattenmitte angeordnete Kontaktierung der Stromab­ leiterfahnen eine gleichmäßige Stromdichteverteilung in den ein­ zelnen Elektrodenplatten erzielt.

Aufgrund der Anordnung der einzelnen Elektrodenplatten parallel zur kleineren Gehäusewand, nämlich parallel zur kleineren Boden­ wand 3 bzw. Poldurchführungswand 4 wird die Anzahl der Elektro­ denplatten bei vorgegebener Kapazität des Akkumulators gegenüber der Elektrodenplattenzahl bei konventioneller Bauweise zwar erhöht, wodurch der Bauaufwand steigt. Die Gestaltung der Elek­ trodenplatten erlaubt jedoch den Einsatz von zeitsparenden, au­ tomatisierbaren Fertigungstechniken. Die Montage der Einzelele­ mente des Elektrodenstapels kann von einer Richtung aus erfolgen. Die Ausrichtung der einzelnen Bauteile ist verhältnismäßig ein­ fach und daher ohne weiteres automatisierbar, so daß die Vermeh­ rung der Bauelemente keinen wesentlichen Nachteil darstellt. Schließlich erlaubt diese Bauart auch eine einfache, fein abstuf­ bare Anpassung der Kapazität durch eine geeignete Wahl der Stapel- und Gehäusemantelhöhe.

Die an einer Stirnseite des Elektrodenstapels angebrachten Fe­ derelemente sorgen für einen definierten Kompressionszustand des Elektrodenstapels, insbesondere der relativ leicht verpreßbaren Separatoren. Aufgrund eines definierten beschränkten Kompressions­ zustandes der Separatoren ist sichergestellt, daß diese überall ein gewissen Mindestporenvolumen zur Aufnahme von Elektrolyt auf­ weisen und demgemäß einen geordneten Ablauf der beim Laden bzw. Entladen des Akkumulators ablaufenden chemischen Vorgänge gewähr­ leisten. Diese Betriebssicherheit ist auch über eine lange Le­ bensdauer mit vielen Lade- und Entladezyklen und maßlich sich verändernden Elektrodenplatten gegeben. Die zwischen Gehäusesei­ tenwand 2 und Elektrodenstapel 15 schuppenartig übereinanderlie­ gend angeordneten Separatorränder 11 sind zum einen von ferti­ gungstechnischer Bedeutung, weil sie das bei konventionellen Zel­ len mühsame Eintaschen einzelner Elektrodenplatten in vorgefertig­ te Separatortaschen oder das Falten langer Separatorbänder um die Elektrodenplatten vermeiden. An der Außenkante werden die Elektro­ denplatten durch die überlappenden Ränder der Separatoren ein­ geschlossen. Diese sich überlappenden Ränder wirken dabei im Fal­ le eines sehr strammen Einpassens des Elektrodenstapels in den Mantel des Zellengehäuses und dementsprechend starker radialer Kompression der Separatorränder als hydraulische Dichtung. Da­ durch entsteht eine zum Mittelloch 12 der jeweiligen Elektroden­ platte hin offene Separatortasche. Die Ränder von wenigstens zwei benachbarten Separatoren sollten sich soweit überlappen, daß die Elektrodenplatten einer bestimmten Polarität an ihrer Außenkante vollständig umschlossen sind. Länger überstehende Ränder von Se­ paratoren können alternativ, d. h. bei lockerer Einpassung des Elektrodenstapels in den Mantel des Zellengehäuses, einen zusam­ menhängenden Wanddocht bilden, der für einen effektiven Konzen­ trationsausgleich und eine gute gleichmäßige Verteilung des Elek­ trolyten innerhalb des Elektrodenstapels sorgt.

In dem durch die Mittellöcher 12 im Elektrodenstapel 15 gebil­ deten Schacht 16 ist ein axial in den Schacht einführbarer Iso­ lierkörper 26 angeordnet. Dieser Isolierkörper entspricht mit seiner äußeren Hüllfläche der Querschnittsform des Schachtes, wobei jedoch gegenüber der Innenkontur des Schachtes ringsum ein Spiel von wenigstens 1 mm gelassen ist. Der Querschnitt des ein­ geführten Isolierkörpers 56 ist etwa S-förmig ausgebildet, wobei axial verlaufende, die Stromableiterfahnen 17 bzw. 18 aufnehmende Nuten gebildet sind, die die Stromableiterfahnen unterschiedli­ cher Polarität gegenseitig elektrisch isolieren. Gegen das Mit­ telloch hin können die Separatorblätter geradlinig nach innen um etwa 1 bis 2 mm überstehen, wie dies in Fig. 8 veranschaulicht ist. Überraschend wurde festgestellt, daß frei in das Innenloch bzw. in den Innenschacht ragende Separatorränder mit einem nur so geringen Überstand über die Elektroden eine völlig ausreichende Separierung der Elektrodenplatten gegen ein Dendridenwachstum gewährleisten. Anstelle eines geradlinigen Überstandes der Sepa­ ratorränder im Bereich des Mittelloches können diese sich jedoch auch, wie in Fig. 7 veranschaulicht, mit einem größeren Über­ stand schuppenartig überlappen und durch den inneren Isolierkör­ per 26 zusammengedrückt werden, wodurch eine hydraulische Gas­ sperre entstehen kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bauweise gelten auch für nach­ folgend beschriebene Varianten, die je nach Einsatzzweck der Aus­ gestaltung der Porenverteilungen bzw. der damit bewirkten Rekom­ binationsführung dienen:

Die Detaildarstellung nach Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Elektrodenstapel 15 einschließlich Gehäuseseitenwand 2 mit Innenisolierung 25. Bei dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf eine positive Elektrodenplatte 7 ein grobporiger Separa­ tor 10, anschließend ein Diffusionsgerüst 13, darauf eine nega­ tive Elektrodenplatte 8 und ein darauf aufgelegter feinporiger Separator 9 vorgesehen. Diese Gruppe von insgesamt fünf Elementen wiederholt sich in gleicher Reihenfolge innerhalb des Elektro­ denstapels. Die feinporigen Separatoren 9 sind also unmittelbar zwischen einer positiven Elektrodenplatte 7 einerseits und einer negativen Elektrodenplatte 8 andererseits angeordnet; diese fein­ porigen Separatoren 9 sind besonders kapillaraktiv und binden dementsprechend gut den Elektrolyten, wogegen sie einen relativ hohen Widerstand gegen Gasdurchbrüche bieten. Die grobporigen Separatoren 10 sind zwischen der positiven Elektrodenplatte 7 einerseits und dem Diffusionsgerüst 13 andererseits angeordnet, welches elektrisch mit der negativen Elektroden 8 preßkontaktiert ist und aufgrund der Metallisierung auf Negativpotential liegt. Die grobporigen Separatoren 10 sind besonders wenig kapillaraktiv und binden demgemäß nur relativ wenig Elektrolyt und sind dafür entsprechend leicht gasdurchlässig. Damit wird erreicht, daß wäh­ rend des Überladens der an den positiven Elektroden entstehende Sauerstoff ganz flächig und auf kurzem Wege durch den grobporigen Separator in das Diffusionsgerüst gelangen kann. Überraschend wurde gefunden, daß eine hohe Elektrolytbindung bei dem zwischen der positiven und der negativen Elektrodenplatte angebrachten Separator 9 einerseits und eine geringe Bindung von Elektrolyt bei dem zwischen der positiven Elektrodenplatte und dem Diffu­ sionsgerüst 13 angebrachten Separator 10 andererseits sich auch dann einstellt, wenn beide Separatoren aus dem gleichen Material, z. B. aus einem Polyamidvlies mit einer Porosität von etwa 70% bestehen. Der hydraulische Kontakt ist durch die nahezu vollstän­ dig mit Elektrolyt gefüllten Separatoren 9 zwischen den feinpori­ gen, kapillaraktiven positiven und negativen Elektroden gut und ergibt einen niedrigen elektrischen Widerstand. Zwischen dem we­ nig kapillaraktiven Diffusionsgerüst 13 und den positiven Elek­ troden ist der hydraulische Kontakt über die elektrolytarmen Se­ paratoren 10 zumindest ausreichend gut, um einen Konzentrations­ ausgleich des Elektrolyten im Elektrodenstapel zu ermöglichen. Die Ladbarkeit einer solchen Zelle mit einem Strom, der den Ak­ kumulator in einer Stunde vollständig auflädt, wurde über mehr als tausend Zyklen nachgewiesen, ohne daß sich Anzeichen eines Kapazitätsverlustes zeigten.

Selbstverständlich ist der oben erwähnte Effekt eines bevorzugten Sauerstoffdurchtrittes durch den Separator 10 von der positiven Elektrodenplatte 7 in das Diffusionsgerüst 13 wirkungsvoller, wenn - wie gesagt - die Separatoren 10 grobporig, zumindest mit groberen Poren ausgebildet sind im Vergleich zu den Separatoren 9. In diesem Zusammenhang wird man zweckmäßigerweise die Separa­ toren nach ihrem Gasdurchbruchsdruck in flüssigkeitsgetränktem Zustand auswählen. Und zwar soll der feinporige Separator 9 in flüssigkeitsgetränktem, aber aus dem Elektrodenstapel herausge­ lösten Zustand einen Gasdurchbruchsdruck von mindestens 0,5 bar und der grobporige Separator 10 einen Gasdurchbruchsdruck von höchstens 0,1 bar aufweisen. Im übrigen wird man die Abstufung der Gasdurchbruchsdrücke zwischen feinporigem und grobporigem Separator 9 bzw. 10 so wählen, daß das Verhältnis der Gasdurch­ bruchsdruck-Werte der in einer Zelle verbauten feinporigen bzw. grobporigen Separatoren größer als zehn ist.

Im Stand der Technik wurde die sogenannte "split-negative"-Anord­ nung der Bauteile im Elekrodenstapel vorgesehen, bei der die ne­ gativen Elektrodenplatten geteilt sind und zwischen ihnen jeweils ein Diffusionsgerüst 13 oder - wie in Fig. 8 dargestellt - ein Rekombinationskörper 28 vorgesehen ist. Diese Ausführung erfor­ dert jedoch normalerweise doppelt so viele negative Stromablei­ terfahnen wie positive, was nicht nur aufwendig in der Herstel­ lung, sondern auch im Platzbedarf ist. Überraschend zeigte sich nun, daß die Stromableitung von den beiden zusammengehörigen ne­ gativen Elektrodenplatten über das zentral zwischen ihnen ange­ ordnete Diffusionsgerüst bzw. den Rekombinationskörper 28 reali­ sierbar ist, wenn dafür ein Material geeigneter Struktur, bspw. ein Faserverbundgerüst in Form eines vernickelten Poly­ propylen-Nadelfilzes eingesetzt wird. Der Kontakt zwischen Dif­ fusionsgerüst bzw. Rekombinationskörper und den beiden benach­ barten negativen Elektroden ist ein flächiger Preßkontakt. Der Übergangswiderstand dieses Kontaktes erwies sich selbst bei dem verhältnismäßig geringen Preßdruck, der sich aus der Kraft der Federelemente 21 auf den Elektrodenstapel ergibt, als ausreichend niedrig. Ebenso überraschend war auch die Vibrationsfestigkeit: Bei einer Belastung von dem 40fachen der Erdbeschleunigung nahm der Elektrodenstapel weder mechanisch noch elektrisch Schaden. Die Anzahl der negativen Stromableiterfahnen 18 wird durch die in Fig. 8 dargestellte Stromableitung bzw. Anbringung der negativen Stromableiterfahnen an den zwischengefügten Rekombinationskörper 28 nahezu gleich groß mit der Anzahl der positiven Stromablei­ terfahnen 17. Je nach Polaritätswahl für die Endelektrodenplatten ist die Anzahl der positiven Ableiterfahnen um eine Fahne größer oder kleiner als die Anzahl der negativen Stromableiterfahnen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltung des Elektrodenstapels mit unterschiedlich kapillarwirksamen Separatoren 9 bzw. 10, er­ gänzt durch eine schuppenartige Überlappung der Separatorränder auch im Bereich des Mittelloches 12 zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: Es wird eine ganzflächige Sauerstoffdiffusion von der Rückseite der vorzugsweise als Nickeloxidelektrode ausgebil­ deten positiven Elektrode durch den makroporösen Separator 10 an das Diffusionsgerüst 13 im Kontakt mit der benachbarten, vorzugs­ weise als Cadmiumelektrode ausgebildeten negativen Elektrode 7 erzwungen. Daraus resultierende Elektrolytverschiebungen werden durch die Dochtwirkung der außen und innen am Stapel überlappen­ den Separatorränder rasch ausgeglichen. Diese Bauweise empfiehlt sich besonders für den Betrieb mit hohen Lade- und Überladeraten und hohen Anforderungen an die Zyklenlebensdauer, weil die ge­ samte Fläche der Diffusionsgerüste genützt wird. Die Temperatur­ verteilung und die Verteilung der Elektrolytkonzentration über die Elektrodenfläche sind ausgeglichen und tragen zu einer langen Lebensdauer der Elektrodenplatten bei.

Bei einer Ausgestaltung des Elektrodenstapels mit mikroporösen Separatoren, außenseitig sich überlappenden Separatorrändern und innenseitig gradlinig, jedoch nur etwa 1 bis 2 mm überragenden Separatorrändern wird der Sauerstoff gezwungen, die positive Elek­ trode über die innenliegende Umfangskante des Mittelloches zu verlassen. In dem durch die Mittellöcher gebildeten Schacht in­ nerhalb des Elektrodenstapels kann sich der Sauerstoff gleichmä­ ßig über den Elektrodenstapel verteilen und in die Diffusionsge­ rüste 13 vom Schacht her eindringen. Dies führt wegen der gleich­ mäßigen Ladungsverteilung über alle Elektroden unabhängig von ihrer Einbauposition im Stapel zu einer hohen Lebensdauer der Zelle.

Basierend auf den geschilderten Merkmalen wurden mehrere Akkumu­ latoren gebaut und getestet. Beispielsweise wurde eine Zelle mit einer Kapazität von 40 Ah mit einer Elektrodenplattenordnung im Stapel wie in Fig. 8 gezeigt, wobei jedoch Diffusionsgerüste zwischen den Paaren von negativen Elektrodenplatten vorgesehen waren, gebaut. Der Elektrodenstapel bestand aus 34 Nickelelek­ troden, 35 Diffusionsgerüsten, 68 Cadmiumelektroden und 69 Poly­ amidvlies-Separatoren gleicher Beschaffenheit. Die Seitenlänge der Elektroden und Diffusionsgerüste betrug 61 mm, die des qua­ dratischen Mittelloches 25 mm. Für die Separatoren waren die ent­ sprechenden Abmessungen 65 mm und 23 mm. Die positiven Elektro­ denplatten und die Diffusionsgerüste waren mit Nickelblech-Strom­ ableiterfahnen von 8 mm Breite und 0,2 mm Dicke versehen. Zwi­ schen dem Elektrodenstapel und der oberen Druckplatte 19 wurde ein Rekombinationskörper mit den gleichen Abmessungen wie die Elektrodenplatten angeordnet. Der endseitig im Elektrodenstapel vorgesehene Rekombinationskörper bestand aus einem Diffusions­ gerüst, auf dessen vernickelter Oberfläche Platin und Palladium abgeschieden worden waren, um die Oxidation geringer Mengen an Wasserstoff in der Zelle katalytisch zu beschleunigen. Von der letzten Elektrodenplatte war der an die obere Druckplatte 19 an­ grenzenden Rekombinationskörper durch einen der Separatoren ge­ trennt. Es kann auch eine andere Anordnung und Anzahl der Rekom­ binationskörper gewählt werden. Die Gesamthöhe des Elektroden­ stapels betrug 135 mm bei einer auf den Stapel wirkenden Feder­ kraft von etwa 300 N. Die Separatoren waren im Stapel auf 63% ihrer Nenndicke zusammengepreßt. Als Federelemente wurden 16 schraubendruckfedern mit 6 mm maximalem Federweg vorgesehen. Die Zelle enthielt 170 cm³ Kalilauge-Elektrolyt der Dichte 1,31 g/cm³. Die Gehäuseseitenwand 2 bestand aus 0,3 mm dickem rost- bestän­ digem Stahl, wogegen die Poldurchführungswand 4 und die Bodenwand 3 aus 0,6 mm dickem Blech derselben Qualität bestanden. Drucktests mit den Zellengehäusen ergaben Berstdrücke von über 40 bar. Die Abmessungen der Zelle betrugen 63 mm*63 mm*160 mm ohne Berück­ sichtigung der Polbolzen; unter Einschluß der Polbolzen war die Zelle 167 mm hoch. Das Gewicht betrug 1430 g. Bei Entladung mit einem Strom von 20 Ampere wurde eine Kapazität von 42 Ah bei ei­ ner mittleren Entladespannung 1,2 Volt gemessen. Daraus ergibt sich ein Energieinhalt von 78,8 Wh/l bzw. von 35,2 Wh/kg.

Für den Zusammenbau von Einzelzellen zu einer Batterie erwies sich die Versteifung der Zellengehäuse durch die obere und die untere Druckplatte 19 bzw. 20 von Vorteil. Um eine Deformation der dünnen Blechgehäuse zu vermeiden, ist es zweckmäßig, durch Verbindungselemente, z. B. Zuganker, ausgeübte Kräfte an den ver­ steiften Gehäusepartien einzuleiten. Die elastische Unterstützung der Gehäusewände durch die Separatorränder führt zu einem guten thermischen Flächenkontakt der nicht versteiften Wandpartien an­ einander oder an zur Wärmeabfuhr oft eingesetzte Aluminiumplat­ ten.

Die derart erzielten Verbesserungen sind natürlich auf elektroche­ misch verwandte Zelltypen bzw. Batteriesysteme gasdichter Kon­ struktion mit Sauerstoffrekombination wie Kadmium/Silberoxid, Zink/Nickeloxid, oder Zink/Silberoxid übertragbar.

Claims (25)

1. Auf dem Prinzip des Sauerstoffkreislaufes basierende Akkumu­ latorzelle mit Cadmiumelektrode als negativer Elektrode (8) und mit alkalischem Elektrolyten,

• - mit einem quaderförmigen, gasdicht geschlossenen Zellenge­ häuse (1),
• - ferner mit durch die Wandung - Poldurchführungswand (4) - derselben Gehäuseseite hindurchgeführten positiven und nega­ tiven Polbolzen (5), die jeweils mit Stromableiterfahnen (17 bzw. 18) entsprechender Polarität elektrisch leitend verbun­ den sind,
• - mit mehreren im wesentlichen rechteckigen, parallel zur Pol­ durchführungswand (4) ausgerichteten, zu einem Elektrodensta­ pel (15) aufgestapelten Elektrodenplatten (7, 8) unterschied­ licher Polarität mit jeweils zwischengefügten Separatoren (9, 10)
• - wobei von den wechselweise aufgestapelten Elektrodenplatten (7, 8) unterschiedlicher Polarität die negativen Elektroden­ platten (8) im Vergleich zu den positiven Elektrodenplatten (7) jeweils eine größere Speicherfähigkeit aufweisen,
• - wobei alle Elektrodenplatten (7, 8) jeweils ein untereinander deckungsgleich ausgebildetes und angeordnetes Mittelloch (12) aufweisen und an allen vier Umfangsseiten der Elektrodenplat­ ten (7, 8) äquidistant von der quer zur Poldurchführungswand (4) liegenden Gehäuseseitenwand (2) umschlossen sind,
• - wobei ferner die positiven Elektrodenplatten (7) jeweils mit einer untereinander umfangsgleich am Innenrand des Mittel­ loches (12) angebrachten Stromableiterfahne (17) und die ne­ gativen Elektrodenplatten (8) jeweils mit einer ebenfalls untereinander umfangsgleich am Innenrand des Mittelloches (12) angebrachten, aber gegenüber den positiven Stromablei­ terfahnen (17) versetzt angeordneten und ihnen gegenüber elek­ trisch isolierten Stromableiterfahne (18) versehen sind und wobei die Stromableiterfahnen (17, 18) jeweils in dem inner­ halb des Elektrodenstapels (15) durch die Mittellöcher (12) gebildeten Schacht (16) zu den polaritätsentsprechenden Pol­ bolzen (5) geführt sind,
• - wobei die Stromableiterfahnen (17, 18) und ihr Anschluß an die Polbolzen (5) jeweils elastisch derart ausgebildet sind, daß die Elektrodenplatten (7, 8) - ohne Behinderung durch die Stromableiterfahnen (17, 18) - kleine Relativbewegungen in Richtung des Elektrodenstapels (15) innerhalb des Zellenge­ häuses (1) ausüben können,
• - wobei ferner an den beiden Enden des Elektrodenstapels (15) innerhalb des Zellengehäuses (1) Druckplatten (19, 20) ange­ ordnet sind, von denen eine (19) am Gehäuse abgestützt ist,
• - und wobei auf die der am Gehäuse abgestützten Druckplatte (19) gegenüberliegende Druckplatte (20) ein über die Erstrec­ kung der Druckplatte (20) hinweg annähernd gleichmäßiger Druck durch eine flächendeckende Anordnung von Federelementen (21) ausübbar ist, wobei sich die Federelemente (21) zumin­ dest mittelbar an der Innenseite der entsprechenden Gehäuse­ wandung (Bodenwand 3) abstützen,
• - und wobei die Separatoren (9, 10, 27) jeweils als einzelne, konturentsprechende, wenigstens am Außenrand (11) überste­ hende, ebenfalls mit einem Mittelloch versehene Blätter aus­ gebildet sind, deren überstehende Ränder (11) alle axial in der selben Richtung abgebogen sind und sich schuppenartig überlappen.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht zur Erstreckungsebene der einzelnen Elektroden­ platten (7, 8) orientierte Elektrodenstapel (15) parallel zur größten bzw. größeren Quaderfläche (Gehäuseseitenfläche 2) des Zellengehäuses (1) ausgerichtet ist.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelhöhe des Elektrodenstapels (15) größer als die - größere - Seitenlänge der Elektrodenplatten (7, 8) ist.

4. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (7, 8) quadratisch ausgebildet sind.

5. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellöcher (12) rechteckig, vorzugsweise quadratisch ausgebildet sind.

6. Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Mittellöcher (12) parallel zu den Seiten der Elektrodenplatten (7, 8) angeordnet sind.

7. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (21) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, daß sie einen wirksamen Federweg (h) von 1 bis 5% der Sta­ pelhöhe des Elektrodenstapels (15) bieten.

8. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (15) im Bereich der der Poldurchführungs­ wand (4) gegenüberliegenden Wandung (Bodenwand 3) des Zellenge­ häuses (1) angeordnet sind.

9) Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (21) derart bemessen sind, daß mit ihnen ein Druck von 5 bis 25 N/cm² auf den Elektrodenstapel (15) ausüb­ bar ist.

10. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (21) derart bemessen sind, daß aufgrund des mit ihnen auf den Elektrodenstapel (15) ausübbaren Druckes die elastischen Separatoren (9, 10, 27) auf etwa 80 bis 55%, vor­ zugsweise etwa 70 bis 60% ihrer unbelasteten Ausgangsstärke kom­ primierbar sind.

11. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (21) hinsichtlich ihrer Federkennlinie der­ art bemessen sind, daß das Verhältnis der von ihnen auf den Elek­ trodenstapel (15) ausübbaren Drücke, nämlich

• - des Druckes bei größter Federlänge (L_o) innerhalb des wirksam ausnützbaren Federweges (h) und unter Berücksichtigung eines Gleitwiderstandes des Elektrodenstapels (15) innerhalb des Zellengehäuses (1) einerseits und
• - des Druckes bei stärkster Federkompression (Federlänge L) innerhalb des ausnützbaren Federweges (h) und ohne Wirkung eines Gleitwiderstandes des Elektrodenstapels (15) innerhalb des Zellengehäuses (1) andererseits mindestens etwa 0,25, vorzugsweise mehr als 0,35 beträgt.

12. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (21) durch eine Vielzahl von örtlich und funktionell parallel nebeneinander in einer Lochplatte (22) ein­ gelassene Schrauben-Druckfedern gebildet sind, wobei jeweils eine der Schrauben-Druckfedern in einem Loch (23) der Lochplatte (22) gehaltert und geführt ist und wobei die dem Elektrodenstapel (15) zugekehrte Oberfläche (24) der Lochplatte (22) den ausnützbaren Federweg (h) der Schrauben-Druckfedern bei größter Federkompres­ sion (Federlänge L) begrenzt.

13. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zellengehäuse (1) aus Metall, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht und innenseitig flächendeckend mit einer elektri­ schen Isolierung (25) versehen ist.

14. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Mittellöcher (12) im Elektrodenstapel (15) gebildeten Schacht (16) ein axial in ihn einführbarer Isolierkör­ per (26) angeordnet ist,

• - der mit seiner äußeren Hüllfläche der Form des durch die Mit­ tellöcher (12) gebildeten Schachtes (16) der Elektrodenplat­ ten (7, 8) entspricht, wobei jedoch gegenüber der Innenkontur des Schachtes (16) ringsum ein Spiel von wenigsten 1 mm ge­ lassen ist und
• - der einen annähernd S-förmigen Querschnitt mit axial verlau­ fenden, die Stromableiterfahnen (17, 18) aufnehmenden und sie führenden Nuten versehen ist und die Stromableiterfahnen (17, 18) gegenseitig elektrisch isoliert.

15. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorblätter (27) im Bereich des Mittelloches radial nach innen geradlinig um etwa 1 bis 2 mm überstehen (Fig. 8).

16. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorblätter (9, 10) im Bereich des Mittelloches (12) radial nach innen um mindestens die Stärke der Elektrodenplatten (7, 8) überstehen und daß diese inneren überstehenden Ränder der Separatorblätter (9, 10) in der Weise bleibend umgebogen sind, daß sie sich in ihrer axialen Abfolge gegenseitig schuppenartig überlappen.

17. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder negativen Elektrodenplatte (8) jeweils ein scheibenför­ miges, von gleicher Umrißkontur wie die Elektrodenplatten (8) ge­ staltetes, gasdurchlässiges, elektrisch leitendes und nur mit der zugehörigen negativen Elektrode (8) elektrisch preßkontaktiertes Diffusionsgerüst (13) oder ein entsprechender Rekombinationskörper (28) zugeordnet ist, wobei der Rekombinationskörper zusätzlich noch mit einer eine Wasserstoffoxidation katalytisch fördernden Platinbeschichtung versehen ist.

18. Zelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden jeweils einer negativen Elektrodenplatte (8) zuge­ ordneten Separatoren (9, 120) unterschiedlich ausgebildet sind, und zwar ist der Separator (9), der auf der einer positiven Elek­ trodenplatte (7) unmittelbar zugekehrten Seite der negativen Elek­ trodenplatte (8) angeordnet ist, feinporig und kapillarwirksam ausgebildet, wogegen der einer positiven Elektrodenplatte (7) unter Zwischenfügung des Diffusionsgerüstes (13) oder des Rekom­ binationskörpers (28) zugekehrten, gegenüberliegenden Seite der negativen Elektrodenplatte (8) angeordnete Separator (10) grobpo­ rig und gasdurchlässig ausgebildet ist.

19. Zelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder positiven Elektrodenplatte (7) zwei negative Elektro­ denplatten (8) mit jeweils einem zwischen ihnen angeordneten und mit beiden elektrisch preßkontaktierten Diffusionsgerüst (13) oder Rekombinationskörper (28) zugeordnet sind.

20. Zelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableiterfahne (18) eines jeden Paares (29) von nega­ tiven Elektrodenplatten (8) jeweils an dem zwischen ihnen ange­ ordneten Diffusionsgerüst (13) oder Rekombinationskörper (28) an­ geordnet ist.

21. Zelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsgerüst (13) eine Porosität von 50 bis 90% mit Poren eines Durchmessers von etwa 20 bis 200 µm aufweist.

22. Zelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der feinporige Separator (9) in flüssigkeitsgetränktem aber aus dem Elektrodenstapel (15) herausgelöstem Zustand einen Gas­ durchbruchsdruck von mindestens 0,5 bar und der grobporige Sepa­ rator (10) einen Gasdurchbruchsdruck von höchstens 0,1 bar auf­ weist und daß das Verhältnis der Gasdurchbruchsdruck-Werte der in einer Zelle verbauten feinporigen bzw. grobporigen Separatoren (9, 10) größer als 10 ist.

23. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Porenvolumen aller enthaltenen Diffusionsgerüste (13) und das freie Volumen des in dem durch die Mittellöcher (12) gebilde­ ten Schachtes (16), welches von den Stromableiterfahnen (17, 18) und dem Isolierkörper (26) nicht eingenommen ist, so bemessen ist, daß es die gesamte, für die Zelle erforderliche Elektrolyt­ menge aufzunehmen vermag.

24. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Elektrodenplatten (7) Nickeloxid als aktive Masse enthalten.

25. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Elektrodenplatten (7) Silberoxid als aktive Masse enthalten.