DE500985C - Elektrisch alkalischer Sammler - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektrische Akkumulatoren mit alkalischem Elektrolyt, bei welchen die wirksamen Bestandteile hauptsächlich aus Nickel 5 oder Eisen oder aus Sauerstoffverbindungen dieser Metalle, gegebenenfalls mit Zusätzen von anderen Metallen oder Metallverbindungen, ζ. B. Kadmium, oder zur Erhöhung der elektrischen Leitungsfähigkeit der wirksamen

ίο Bestandteile gegebenenfalls mit Zusätzen von anderen Materialien, z. B. Graphit, bestehen und bei welchen die somit gebildeten wirksamen Massen in Behältern aus perforiertem dünnen Metallblech, aus Nickel oder Eisen oder vernickeltem Eisen eingeschlossen sind, welche, in entsprechender Weise zusammengefügt, die Elektroden des Akkumulators bilden. Die wirksame Masse der positiven Elektroden dieser Art von Akkumulatoren besteht zweckmäßig aus Sauerstoffverbindungen aus Nickel in Mischung mit metallischem Nickel geeigneter Form, z. B. in dünnen Splittern oder in Mischung mit anderen guten elektrischen Leitern, z. B. Graphit. Eine derartige Masse besitzt die Eigenschaft, daß sie bei Berührung mit dem Elektrolyten und unter Einwirkung von in dem Akkumulator bei Ladung und Entladung desselben vor sich gehenden Reaktionen einer beträchtlichen Volumenveränderung ausgesetzt ist. Bei Ladung strebt dieselbe somit danach, sich auszudehnen, um bei Entladung wieder ein geringeres Volumen einzunehmen.

Wenn die Masse, wie es hier der Fall ist, in Behältern aus dünnem Blech eingeschlossen ist, strebt die Blechhülle bzw. die Wände des Behälters danach, sich unter Einfluß des durch die sich ausdehnende Masse ausgeübten Druckes im Innern des Behälters auszubuchten. Werden keine besonderen Vorkehrungen getroffen, um eine derartige Anschwellung des Blechbehälters zu verhindern oder derselben entgegenzuwirken, wird offenbar das Volumen des Behälters erhöht und die Hülle deformiert werden, und es kann eintreffen, daß, wenn die Masse dann auf das geringere Volumen zurückkehrt, der Blechbehälter nicht in seine frühere Form zurückgeht, in welchem Falle der innere Druck in der Masse bzw. der Massenteilchen gegeneinander und gegen die Blechhülle vermindert wird.

Eine derartige Verminderung des Druckes in der Masse hat jedoch einen ungünstigen Einfluß auf die elektrische Leitungsfähigkeit der Masse, welche dadurch je nach dem Grade der Druckminderung herabgesetzt wird. Eine schlechte Leitungsfähigkeit der Masse bringt aber, wie bekannt, so erhebliche Nachteile in mehreren Beziehungen mit sich, daß man immer bei der Ausführung von Ak-

kumulatoren der fraglichen Art danach strebt der Masse eine gute Leitungsfähigkeit beizubringen und einer Verschlechterung derselben entgegenzuwirken. Zu diesem Zwecke hat man bisher in verschiedener Weise versucht, eine Anschwellung bzw. Deformierung der Blechbehälter bei der Volumenerhöhung der Masse zu verhindern, und zwar beispielsweise dadurch, den Behältern die Form eines Zylinders oder Rohres zu geben, welche gegebenenfalls durch aufgesetzte Ringe, z. B. aus Stahl, verstärkt worden sind. Hierbei entstehen aber andere Nachteile, bestehend beispielsweise darin, daß ein größerer Raum zur Aufnahme einer gewissen Anzahl von Elektroden benötigt wird als wenn diese in rechteckiger Form oder Plattenform ausgeführt werden. Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verminderung von Deformierung der mit der wirksamen Masse gefüllten Elektroden, welche sich grundsätzlich von bisher bekannten Anordnungen für den fraglichen Zweck unterscheidet, und die Erfindung besteht darin, daß eine Reihe oder Gruppe von einer beliebigen Anzahl von Elektroden umschlossen sind und unter Druck gegen zwei gegenüberliegende Wände von vier senkrechten Wänden anliegen, wobei die erwähnten beiden gegenüberliegenden, gegen die äußersten Elektroden anliegenden Wände von solcher Steifheit sind, daß sie sich nicht oder nicht nennenswert bei der Anschwellung der Elektroden und dadurch ausgeübten Druck ausbuchten.

Weitere die Erfindung kennzeichnende Eigenschaften sollen unten bei Beschreibung der auf der beigefügten Zeichnung in Abb. 1 bis 5 gezeigten Einzelheiten von Akkumulatoren der fraglichen Art und Ausführungsformen der Erfindung angegeben werden.

In Abb. ι wird eine Ausführungsform einer Akkumulatorzelle gemäß der Erfindung gezeigt. Die Elektroden von verschiedener Polarität sind voneinander durch Isolierungsstäbe m getrennt. Diese Stäbe werden zweckmäßig, wie aus der Abbildung hervorgeht, an den Stellen der Elektrode angebracht, wo diese auf Grund der Anschwellung der Masse die größte Neigung hat, sich auszubuchten, Selbstverständlich kann man die verschiedenen Elektroden auch in anderer Weise trennen, und zwar z. B. durch perforierte Hartgummischeiben ο. dgl. Um den vorhandenen Raum der Zelle besser auszunutzen, können zweckmäßig diejenigen Elektroden, welche keine Neigung zur Anschwellung haben, wie in Abb. 1 gezeigt ist, in der Weise ausgebildet werden, daß die Flächen ihrer Behälter eine bikonkave Form erhalten. 'Beim Zusammenbau einer Zelle gemäß vorliegender Erfindung wird zweckmäßig derart verfahren, daß die gewünschte Anzahl von Elektroden in einem Stapel oder einer Gruppe zusammengelegt wird, und zwar beispielsweise in. besonderen für den Zweck bestimmten Rahmen. Eine derartige Gruppe von Elektroden wird dann zwischen auf den äußersten Elektroden angebrachten Platten eingespannt, wonach die Elektrodengruppe gegebenenfalls weiter zusammengepreßt wird. Dann wird die Gruppe in eine Hülle oder in einen Behälter geeigneter Abmessungen und von solcher Konstruktion eingeführt, daß die mit der Hauptebene der Elektroden parallelen Seiten des Behälter gar nicht oder nicht nennenswert ausgebuchtet bzw. deformiert werden unter dem verhältnismäßig bedeutenden inneren Druck, welcher gegen diese Seiten ausgeübt wird, wenn der Elektrolyt eingefüllt worden ist und die obenerwähnte Neigung zur An-Schwellung der Elektroden eintritt. Dieser Behälter wird bei der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform aus Wänden g·, g und gi> g^ gebildet. Falls eine derartige Deformierung stattfinden könnte, würde es auch eintreten können, daß die Elektroden sich so viel ausbuchten, daß Kurzschlüsse zwischen den Kanten der Elektroden verschiedener Polarität entstehen könnten.

Um eine Ausbuchtung der Seiten ^₁, g_l des obenerwähnten Behälters zu verhindern., welche Seiten zweckmäßig als Endwände bezeichnet werden, sind diese Wände im Gegensatz zu dem was bei anderen vorkommenden Akkumulatorzellen dieser Art von entsprechender Kapazität gewöhnlich der Fall ist, mit verhältnismäßig kleiner Breitenabmessung ausgeführt, und Akkumulatorzellen gemäß vorliegender Erfindung werden daher durch eine verhältnismäßig große Anzahl von Elektroden geringer Breite gekennzeichnet. Die mit der Hauptebene der Elektroden parallelen Endwände ^₁, ^₁ des Behälters sind außerdem im vorliegenden Fall mit einer querlaufenden Riffelung oder mit anderen Verstärkungen in der Form von Einpressungen oder angelegten Rippen versehen und werden ferner zweckmäßig aus dickerem Blech als die Seitenwände g, g ausgeführt.

Bei der Ausführung gemäß der Erfindung von Akkumulatorzellen verschiedener Kapazität wird vorzugsweise nur eine Breitenabmessung der Elektroden verwendet, und statt dessen wird die Höhe und die Anzahl der Elektroden je nach der gewünschten Kapazitat verändert. Mit Ausnahme von Zellen mit verhältnismäßig kleiner Kapazität besitzen daher die Elektroden für Akkumulatoren vorliegender Bauart eine kleine Breite im Verhältnis zu der Höhe. Zellen von größerer Kapazität erhalten eine verhältnismäßig große Länge und große Höhe im Verhältnis

zu der Breite außer in dem Falle, wo die Zelle eine solche Größe erhält, daß dieselbe zweckmäßig aus mehreren Gruppen zusammengesetzt wird, wenn die Form, wie unten näher beschrieben wird, in verschiedener Weise verändert werden kann.

Von Bedeutung für die Durchführung dieser Konstruktion ist, daß die Breitenabmessung der Elektroden innerhalb solcher Grenzen gehalten wird, daß die erforderliche Steifheit der Behälterendwände g_t, g_t zur Vermeidung der Ausbuchtung derselben erreicht wird, ohne daß es erforderlich ist, diese Wände unnötig dick zu machen. Als Beispiel möge angeführt werden, daß schon bei einer Breite der Elektroden von ungefähr 125 mm, welche häufig bei Akkumulatorzellen gewöhnlicher Ausführung und Größe vorkommt, z. B. in Batterien für elektrische Automobile mit einer Kapazität von ungefähr 200 bis 300 Amperestunden, die Endwände g_u g_t gemäß \^rorliegender Konstruktion, aus Blech solcher Dicke oder sonst von einer Konstruktion ausgeführt werden müßten, welche solchen großen Platz einnimmt, daß dieselbe in solchen Fällen unzweckmäßig wird, wo es insbesondere darauf ankommt, eine möglichst große spezifische Gewichts- oder Volumenkapazität zu erhalten.

Die Seiten g, g des Behälters, welche nur auf Zug beansprucht sind, können aus beträchtlich dünnerem Blech ausführt werden, wie auch in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist. Die senkrechten Kanten der Endwände g_t, ^₁ sind umgebogen und mit den Seiten g, g z. B. durch Schweißung zusammengefügt. Die Anbringung des Deckels und des Bodens ist für die fragliche Ausführung ohne besondere Bedeutung und kann zweckmäßig in bekannter Weise durch Schweißung erfolgen.

. Falls, wie oben angegeben, mit Rücksicht auf vereinfachte Herstellung Elektroden von nur einer Breite, z. B. 60 mm, ausgeführt werden und von diesen Elektroden Zellen mit größtvorkommender Kapazität, z.B. in Batterien für Unterseeboote, zusammengesetzt werden sollen, so würde es möglicherweise eintreten, daß die Anordnung der oben beschriebenen Art für den Zweck ungeeignete Abmessungen erhält. In solchen Fällen werden die Elektroden zweckmäßig in Hüllen angeordnet, welche aus den Wänden g_u g_lt g, g fAbb. 1) ohne Boden und Deckel bestehen, wonach mehrere derartige Plattengruppen in einen gemeinsamen Behälter, welcher mit Boden und Deckel versehen ist, eingesetzt werden. In Abb. 2 wird eine derartige Anordnung, gemäß welcher vier Plattengruppen der oben beschriebenen. Konstruktion in einem Behälter η angeordnet sind, gezeigt, und Abb. 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher in einem und demselben Behälter η zwölf Plattengruppen eingesetzt sind.

Bei einer derartigen Anordnung können gegebenenfalls die erwähnten Hüllen als Stromleiter für die Elektroden des einen Poles ausgenutzt werden, indem innerhalb jeder Gruppe die Elektroden derselben Polarität mit den Hüllen metallisch verbunden werden, wobei selbstverständlich die Elektroden entgegengesetzter Polarität von den zugehörigen Hüllen elektrisch isoliert sein müssen, wonach die Hüllen gegebenenfalls miteinander oder auch mit dem Behälter η verbunden werden. In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Stromzufuhr der Elektroden der einen Polarität durch Anschließen der Elektroden an den Boden des Zellenbehälters herbeizuführen. Die in Abb. 2 und 3 mit / bezeichneten Räume, welche zwischen den Plattengruppen entstehen, können zur Aufnahme von Stromleitern ausgenutzt werden, welche gegebenenfalls von den die Plattengruppen umgebenden Hüllen isoliert sind. Durch eine solche Anordnung kann auch eine Stromzufuhr zu den Elektroden jeder Polarität sowohl von oben wie vom Boden bewirkt werden.

Bei Zellen, deren Kapazität nicht größer ist als daß die nötigen Elektroden in einer Gruppe untergebracht werden können, kann, wie aus Abb. 1 hervorgeht, die Hülle aus den Wänden des Zellenbehälters bestehen. Selbstverständlich kann man jedoch, falls erwünscht, zusätzliche Zellenbehälter anordnen, welche in diesem Falle zweckmäßig auswendig isoliert oder auch gänzlich aus isolierendem Material hergestellt werden, in welchem die Plattengruppe lose angebracht ist und aus welchem dieselbe leicht hinausgehoben werden kann, und zwar z. B. zwecks Reinigens.

Die Form der Elektroden, welche hier zur Anwendung gelangen, und die Anordnung derselben gemäß der Erfindung eignet sich gut für die Konstruktion sogenannter Doppelzellen.

Derartige an sich bekannte Zellen, insbesondere bei alkalischen Akkumulatoren mit Zellenbehältern aus leitendem Material, bestehen, wie bekannt, aus zwei einzelnen Zellen, welche miteinander metallisch verbunden sind, d. h. die Elektroden der einen Polarität in der einen Zelle und dieselben der entgegengesetzten Polarität in der anderen Zelle sind mit dem Behälter metallisch verbunden.

Abb. 4 zeigt eine solche Doppelzelle im Schnitt und Abb. 5 in Draufsicht, welche Doppelzelle aus Plattengruppen gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Bei der in diesen Abbildungen gezeigten Ausführungsform sind die beiden Plattengruppen derart im Verhält-

nis zueinander angeordnet, daß die Rücken der Elektroden, d. h. die schmalen Kanten derselben, einander zugekehrt sind, und ferner sind die inneren Verbindungen zwischen den Elektroden verschiedener Polarität im Boden angeordnet, z. B. durch Schweißung ausgeführt und vorzugsweise derart angebracht, daß die Anschlüsse k nahe an der den, beiden Zellen gemeinsamen Zwischenwand p liegen.

ίο Die Anschlußschrauben I₁ und I₂ der freien Pole werden zweckmäßig, wie gezeigt, oben im Deckel des Zellenbehälters angebracht.

Durch diese Anordnung kann offenbar auch

, mit Elektroden bedeutender Höhe eine praktisch genommen gleichmäßige Verteilung der Stromdichte über die ganzen Flächen der Elektroden erhalten werden, und zwar ziemlich unabhängig von der Größe der Belastung.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   ι . Elektrischer alkalischer Sammler, dessen quellbare aktive Masse in perforierten flachen Blechtaschen untergebracht ist, welche, in .geeigneten Trägern aneinandergereiht, die positiven und negativen Platten bilden, die voneinander durch die Taschen berührende Isolierungen getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die so gebildeten Plattensätze entweder von besonderen in den Behältern einzusetzenden kräftigen rechteckigen Hüllen oder von den senkrechten geeignet versteiften Behälterwandungen selbst so eng umschlossen sind, daß die bei der Einfüllung des Elktrolyten oder bei elektrolytischen Vorgängen auftretende Quellung der Masse zwar einen starken Druck auf die Hüllen oder auf die Behälterwand ausüben, jedoch eine wesentliche Deformierung der Massetaschen sowohl als auch der Hüllenwandungen nicht eintreten kann.
2. 2. Elektrischer alkalischer Sammler

   nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegenüberstehenden, gegen die äußersten Elektroden liegenden Wände

   durch aufgelegtes Versteifungsmaterial, z. B. in der Form von Rippen o. dgl., als Rahmenwerk ausgebildet sind.
3. 3. Verfahren zur Herstellung alkalischer Sammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodengruppe vor dem Einlegen zusammengepreßt wird, zum Zweck, einem gesteigerten Druck innerhalb der Elektroden bzw. eine bessere elektrische Leistungsfähigkeit unter gleichzeitiger Verminderung der Abmessungen der Zelle herbeizuführen.
4. 4. Elektrischer alkalischer Sammler nach Anspruch 1 mit mehreren Plattengruppen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenräumen zwischen den die verschiedenen Plattengruppen umfassenden Hüllen bzw. zwischen einer Hülle und den Wänden des Zellenbehälters Leiter für die Stromzufuhr zu den gegen den Boden des Zellenbehälters gekehrten Enden der einen oder anderen Art oder beider Arten von Elektroden angeordnet sind.
5. 5. Elektrischer alkalischer Sammler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zellengruppen umgebenden Hüllen bzw. Behälterwände für die Stromzufuhr zu den gegen den Boden des Zellenbehälters gekehrten Enden der einen oder anderen Art von Elektroden ausgenutzt werden.
6. 6. Elektrischer alkalischer Sammler nach Anspruch 1 bei sogenannten Doppelzellen, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Elektrodengruppen der Doppelzellen längs der zu den Elektroden senkrecht stehenden gemeinsamen Seitenwand aneinanderstoßen, und daß ferner der Anschluß im Boden des Doppelzellenbehälters zwischen Elektroden in den beiden Zellenhälften von verschiedener Polarität vorzugsweise in der Nähe der gemeinsamen Zwischenwand erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen