DE69532169T2

DE69532169T2 - Bleiakku

Info

Publication number: DE69532169T2
Application number: DE69532169T
Authority: DE
Inventors: Ove Nilsson; Erik Sundberg
Original assignee: Advanced Power Devices Inc
Current assignee: Advanced Power Devices Inc
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-03-23
Also published as: WO1995026055A1; DE69532169D1; EP0797849A1; PT797849E; SE9400946L; NZ283475A; SE9400946D0; ES2213751T3; CN1097318C; AU2153595A; ATE254806T1; EP0797849B1; CA2186162A1; MX9604152A; JPH09510576A; CN1144574A; KR100250163B1; BR9507157A; DK0797849T3

Description

Diese Erfindung befasst sich mit Batterien, die einen Behälter mit mindestens einer positiven und einer negativen plattenförmige Elektrode, Separatoren und Schwefelsäure enthalten.
Die Elektroden in einer Bleibatterie werden geformt, indem stromleitende Bleiraster mit aktiven Bleimaterialien gefüllt werden. Positives Material wird mit PAM bezeichnet. Negatives Material wird mit NAM bezeichnet. Die gebräuchlichsten Elektrodenarten sind solche, die als "geklebte" Platten bezeichnet werden und einen als Raster gestalteten Stromleiter haben. Zwischen den positiven und negativen Elektroden, oder auch den "Platten", werden poröse Separatoren eingesetzt. Normalerweise werden mehrere positive und negative Elektroden parallel miteinander verbunden, um eine "Gruppe von Platten" oder eine Zelle zu bilden. Der Strom fließt von den Elektroden aus über Stromleiter in den oberen Teil der Elektroden, sogenannte Ansätze, die zu "Schienen" zusammengeschweißt werden, und die an sogenannte Anschlussklemmen angeschlossen sind. Die Zellen sind normalerweise hintereinander geschaltet, um Batterien mit höheren Spannungen zu herzustellen.
Während der Entladung entsteht innerhalb der Elektroden PbSO₄, das ein größeres Volumen als Pb und PbO₂ hat. Das aktive Material dehnt sich während der Entladungen ohne jegliche Unterstützung von den Elektroden aus. Diese Volumenausdehnung ist permanent, wenn kein nachgiebiger Gegendruck angewendet wird. Während jeder neuen Entladung besteht eine bestimmte Zunahme des Volumens, der Leim reißt ein, und nach mehreren Entladungen fällt der positive Leim (PAM) aus der Elektrode (dem Raster) heraus.
Es besteht keine Korrosion innerhalb der negativen Elektroden. Daher wird nur mäßige mechanische Unterstützung benötigt, um ein fast umkehrbares Verfahren zu erreichen. Die Oberfläche des positiven Bleirasters wird zu PbO₂ geformt. Das so geformte PbO₂ nimmt dann ein größeres Volumen ein als das Blei, aus dem es geformt wurde, und es tritt eine Belastung in der Korrosionsschicht auf. Während der aufeinanderfolgenden Entladungen entsteht eine Entladung von PbO₂ auf der Rasteroberfläche und durch die Volumenerweiterung treten Risse auf, mehr Blei wird zu PbO₂ geformt und die Raster korrodieren.
Diese Erfahrung zeigt, dass sich der mechanische Druck auf den Elektrodenoberflächen während dem Arbeitsleben erhöht. Daher sind Batterien mit sogenannten geleimten Platten oft mit Glaswolle zwischen den Elektroden ausgestattet, und die Zellen werden in Blöcke zusammengesetzt, mit denen mechanischer Druck auf die Zellenwände und dabei auch auf die Elektrodenoberflächen ausgeübt wird. Dieser Druck wird beibehalten, indem die Gruppen unter Druck zu Zellenbehältern (Startbatterien) zusammengesetzt werden, die kraftvoll genug sind, um der Volumenerhöhung entgegenzuwirken.
Zur Erreichung eines langen Arbeitslebens hat das positive aktive Material, PAM, in Batterien, die für längere Entladungen entworfen wurden, eine hohe Dichte, d. h. es hat eine niedrigere Porosität mit entsprechend niedrigerer Materialausnutzung und daher eine niedrigere Kapazität.
Im Gegensatz zu geleimten Platten besteht der Stromleiter der positiven Elektrode in sogenannten Stabbatterien aus von aktivem positivem Material umgebenen parallelen Bleistäben, die wiederum von umgebenden porösen Stäben mechanisch unterstützt werden. Das Material der Stäbe setzt sich normalerweise aus geflochtenen oder gewebten Glasfasern zusammen. Der Durchmesser dieser Stäbe beträgt normalerweise 8–10 mm und definiert die Breite der Elektrode. Diese positiven Elektroden werden "Stabplatten" genannt. Einer der Gründe für Stabbatterien mit aus Glasfasern bestehenden Stäben mit hoher Leimporosität, d. h. niedriger Dichte und daher guter Leimausnutzung und einem langen Leben, ist, dass sich der Leim etwas in den Stäben durch die elastische Dehnung der Glaswollenfasern ausdehnen und den Stabdurchmesser erhöhen kann. Dies kann eine Erhöhung des Volumens von mehr als 10% während der Entladung hervorrufen. Während der Aufladung kehren die ausgedehnten Glaswollenfasern das Volumen des positiven Leims auf seinen Zustand vor der Entladung um. Die Stärke der Glasfasern wird sich während der Zeit jedoch vermindern.
WO 85/05227 (Sundberg) bezieht sich auf ein Gerät mit Halbstäben, jedoch ohne Unterstützung in alle Richtungen. Auch fehlt beim Ansatz die Unterstützung.
Auch hat die komprimierte und relativ dicke Glaswolle, die oft als Separator verwendet wird, in Batterien mit geleimten Platten einen bestimmten elastischen Effekt. In Batterien mit rechteckigen Behältern ist dieser auf die flachen Zellwände ausgeübte Druck nicht ausreichend, um der Ausdehnung entgegenzuwirken. Das freie Volumen über und unter den Elektroden gestattet eine Ausdehnung, und da die Elektroden nicht vollständig von den Wänden des Behälters unterstützt werden, können diese ebenfalls in der Breite anwachsen. Die Batterie nach US-A-4 336 314 hat rechteckige Platten, die jedoch keine Unterstützung für obere und untere Elektrodenseiten haben. DE-2 758 288 bezieht sich auf eine versiegelte Sauerstoff-Rekombinierungszelle, erwähnt jedoch keine Unterstützung für die Elektrodenseiten.
In bekannten Batterien, bei denen die Zellen fast vollständig in ein künstliches Material eingeschlossen sind, bietet die Nachgiebigkeit der flachen Wände auch unzureichende Unterstützung (JP 59-98476 und 60-74360).
Die Probleme mit bekannten Batterien werden mit Eigenschaften entsprechend der charakterisierenden Teile der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Dieser Erfindung nach, die sich auf Bleibatterien mit einem langen Arbeitsleben bezieht, werden alle äußeren Oberflächen der Elektroden unter hohen mechanischen Druck gesetzt und die herausragende Elektrodenoberfläche bleibt unverändert durch die absolute Unterstützung von allen Seiten.
Die Erfindung wird nun angesichts der Ausführungsformen und auf die Zeichnungen bezugnehmend beschrieben, worin:
1 eine Ausführungsform der Erfindung entsprechend der Erfindung zeigt,
2 eine Elektrode mit einem Ansatz zeigt,
3 eine Elektrode mit Details mit einem vergrößerten Maßstab zeigt,
4 einen Elektrodenstapel zeigt,
5a, b und c verschiedene Anordnungen zur Sicherung des positiven Materials zeigen,
6 eine der Erfindung entsprechende Zweizellen-Batterie zeigt,
7 ein Prinzip hinsichtlich rechteckiger Platten darstellt, und
8a, b und c Volumenfüllauslegungen innerhalb eines Batteriebehälters zeigen.
1 stellt ein Beispiel für das Erreichen solcher Unterstützung dar. Hier sind die Elektroden 1 in 1 in stabförmigen, konstanten Volumenbehältern 8 zusammengesetzt, die durch die Zellenbehälter (1) oder die Unterstützung von einem Außenbehälter (13 in 6) den Umfang der Elektroden (in ersten Richtungen, die für den Behälter oder das Gefäß als radiale Richtungen definiert sind) unterstützen, um einen unveränderten Elektrodenoberflächenbereich zu erreichen. Durch hohen mechanischen Druck auf die Elektrodenoberfläche (in einer zweiten Richtung, die durch den Behälter oder das Gefäß als axial definiert wird) und konstantes Volumen der Elektrodengruppe kann das Arbeitsleben maximiert werden, weil die Korrosion während der Aufladung kontrolliert ist. Höherer Druck begrenzt die Tiefe der Entladung. Während der Entladung wird Bleisulfat gebildet, das ein wesentlich größeres Volumen als das PbO₂ beinhaltet. Wenn die Poren in den positiven Elektroden mit Bleisulfat gefüllt sind und die Ausdehnung durch einen Gegendruck von außen verhindert wird, können keine weiteren Elektrolyten in die Elektrode eindiffundieren und die Entladung wird abgebrochen.
Bei ausreichendem Druck und ausreichender Unterstützung hält die Ausdehnung an und die Korrosion vermindert sich. Durch ein absolut unverändertes Volumen wird das Arbeitsleben vervielfacht.
Eine Korrosion der positiven Bleiraster kann nicht vermieden werden, da bei den Rastern die Möglichkeit besteht, dass sich das Volumen auf Kosten des Volumens des porösen aktiven Materials erhöht. Komprimiertes PbO₂ hat jedoch eine wesentliche bessere Stromleitung als der poröse Leim und das während der Rasterkorrosion geformte PbO₂ hat eine hohe Dichte und gute elektrische Leitfähigkeit: etwa 1/10 der Leitfähigkeit von Blei. Es ist bekannt, dass vollständig korrodierte Bleiwirbel in Stabbatterien, wo der Druck in den Stäben hoch ist, für viele Jahre als Stromleiter funktionieren können, wobei die Batterie eine gute Kapazität mit nicht zu hohen Belastungen erhält. In gleicher Weise erreichen diese volumenkontrollierten Batterien, bei denen die ganze Gruppe unter hohem mechanischen Druck steht, ein sehr langes Arbeitsleben und funktionieren mit Vollkapazität während vieler Tausender von Entladungen auch mit vollkommen korrodierten Stromleitern.
Eine neue Batterie kann auch ohne das Bleiraster hergestellt werden. Daher wird erst eine dünne Bleifolie zu PAM geformt und bereits während der Bildung korrodiert das Blei zu PbO₂. Zur Handhabung der Platten während der Herstellung kann ein Kunststoffraster verwendet werden. Die Verwendung von Kunststoffrastern in negativen Elektroden ist bereits bekannt.
Der Druck auf die positiven Elektrodenoberflächen kann nachgiebig sein (Federung), weil eine kleine Ausdehnung des Leims während der Entladung gestattet werden kann, ohne dass sich dies auf das Arbeitsleben des Materials auswirkt, vorausgesetzt, dass der Druck auf die Elektrodenoberfläche ausreichend hoch ist, sodass das Volumen sein ursprüngliches Volumen nach einer Entladung und folgenden Ladung beibehält. Ohne diese Ausdehnung vermindert sich die Versorgung des aktiven Materials in der Elektrode mit Elektrolyten, wenn die Poren des Leims mit Bleisulfat gefüllt sind und dadurch wird die Kapazität reduziert.
In einer der Erfindung entsprechenden unter Druck stehenden Batterie kann eine kontrollierte Ausdehnung des Leims während der Entladung und eine Komprimierung während der Aufladung durch nachgiebige Separatoren erreicht werden, oder aber durch ein nachgiebiges Element, z. B. durch eine in den Zellen oder den Batterien eingesetzte Gummidichtung, und die Elektrodenoberfläche kann unter Druck gesetzt werden.
Dieser Effekt wurde in bestimmten Stabbatterien mit elastischen Stäben und zum Teil in geleimten Batterien mit flexiblen Trenneinrichtungen angewendet, aber der Effekt ist wesentlicher besser in einer Konstruktion mit festen unveränderten Elektrodenflächen gemäß der Erfindung. Das aktive Material kann sich während der Entladung nur senkrecht zur Oberfläche der Elektrode ausdehnen (in die zweite oder axiale Richtung) und nicht in der Fläche der Elektrode (in die ersten oder radialen Richtungen). Während der Aufladung wird die Ausdehnung zurückgedrückt. Es kann ein bestimmter nachgiebiger Effekt mit aus relativ dicker komprimierter Glaswolle hergestellten Separatoren erreicht werden, und dies ist Teil dieser Erfindung.
Mit dem hohen Druck auf die geleimte Oberfläche der dieser Erfindung entsprechenden Batterien ist die Ausdehnungseigenschaft von gewöhnlicher Glaswolle nicht immer ausreichend und es kann eine zusätzliche Federbelastung auf der Elektrodengruppe notwendig werden.
Um die Entladung voll zu regulieren und zu begrenzen muss der Druck auf die Elektrodenoberflächen hoch sein: von 0,5 bis zu 10 kp/cm² (0,49·10⁵ – 9,81·10⁵ Pa) oder höher. Durch die Begrenzung der Volumenerhöhung und damit der Versorgung mit Elektrolyten bestimmt der Druck auf die Elektrodenoberfläche auch die Tiefe der Entladung. Der Druck ist der Widerstandsfähigkeit der Separatoren vor dem Zerbrechen entsprechend beschränkt. Wenn zur Kontrolle des Volumens Federn verwendet werden, kann der Druck leicht der Anwendung entsprechend variiert werden (gewünschte Kapazität), indem Federn mit verschiedenen Federkonstanten verwendet werden. Weniger Druck kann zu einer höheren Kapazität aber auch einem kürzeren Leben führen. In einer der Endung entsprechenden Batterie, die auf ein langes Arbeitsleben ausgerichtet ist, wird ein mechanischer Druck von 0,98·10⁵ – 9,81·10⁵ Pa vorgezogen, und in einer auf hohe Kapazität ausgerichteten Batterie wird ein Druck von 0,49·10⁵ – 0,98 ·10⁵ Pa vorgezogen. Eine Ausdehnung, d. h. eine Erhöhung der Elektrodendicke, von bis zu 15% ist möglich mit der dementsprechenden Schrumpfung während der Aufladung.
Um eine Erhöhung des Oberflächenbereichs der Elektrode verhindern zu können, wird ein Außenbehälter mit einem konstanten Volumen, wie z. B. ein Stahl- oder Verbundstab, verwendet, die Zellen werden vorzugsweise fast vollständig aus kreisförmigen Platten hergestellt, 2, und die Zellengruppe hat die Form eines Stabs, 1.
Durch den hohen Druck der porösen Glaswolle auf die Elektrodenoberflächen kann kein Leim aus der Elektrode austreten und es wird kein zusätzlicher Raum (Schlammvolumen) für ausgetretenes Material benötigt. Daher haben die Zellen ein kleineres Volumen als entsprechende Zellen nach dem Stand der Technik.
In den der Erfindung entsprechenden Zellen können die kreisförmigen Elektroden seitlich einen oder mehrere "Ansätze" 3, mehr wie niedrige Vertiefungen haben. Für die beste Stromverteilung können sich diese Ansätze über fast die Hälfte des Umfangs ausbreiten. Die Ansätze sind mit Anschlüssen in der kreisförmigen Elektrode enthalten. 3 stellt eine Elektrode 1 dar, die ein mit aktivem Leimmaterial 4' gefülltes Raster hat. Die Elektrode ist mit einem Stromanschluss in Form eines Ansatzes 3 ausgestattet. Um Kurzschlüsse zu verhindern werden die Umfänge der positiven und der negativen Elektroden durch ein U-Profil 5 aus Kunststoffmaterial geschützt, welches die Ränder der Elektroden oder des Elektrodenleims den 3, 4 und 5 entsprechend umschließt. Wenn die Rahmen der Elektrode aus Kunststoff hergestellt sind, dann ist das U-Profil nicht immer notwendig.
Die Wanddicke des U-Profils kann dünn sein, es wird 0,1–0,3 mm vorgezogen, und es tritt eine Verdickung der Platte um ein paar Zehntel mm an den Rändern auf. Diese Verdickung wird jedoch in die Trenneinrichtungen gedrückt und ist normalerweise kein Problem. Wenn ein stärkeres Profil gewünscht wird, kann dieses vor der Anwendung des aktiven Leims 4', 4'' auf das Bleiraster aufgetragen werden, sodass das U-Profil dann die Dicke der wie in 5 dargestellten Elektrode festsetzt. Beim Stromanschluss, Ansatz 3, kann das U-Profil 5 eine Aussparung haben, sodass die Ansätze 3 aus den positiven und den negativen Platten wie in 4 dargestellt durch das U-Profil herausragen, sodass diese dann an eine Stromleiterschiene 6 in 6 angeschweißt werden können.
Die positiven und negativen Ansätze sind vorzugsweise gegenüberliegend voneinander angeordnet und die positiven und negativen Stromleiteransätze 3 befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Zelle und diese Konstruktion ist Teil dieser Erfindung. 6 stellt eine Zweizellen-Batterie dar. Die Koppelung, d. h. die Verbindung 7 mit der nächsten Zelle, ist daher auf gegenüberliegenden Seiten vorhanden. Der Leiter 7 kann die Form einer Ausdehnungsspule haben, um etwas Beweglichkeit zuzulassen. Die Ansätze 3 sind auf der Schiene 6 angeschweißt, die in der Behälterwand 8 eingebettet ist. Eine Feder 9 komprimiert die Zellen. Diese darf nur aus nachgiebigem weichem Gummi hergestellt sein und muss zwischen zwei Zellen eingesetzt 10 werden, sodass Druck auf beide Zellen ausgeübt wird. Alternativ kann eine Feder 9 und ein nachgiebiges Gummimaterial 10 zwischen den Zellen wie in 6 dargestellt kombiniert werden. Die Zellenwände sind dünn und die Zellen werden in einen äußeren Volumenbehälter 13 eingesetzt.
Die Beschreibung und die Abbildungen stellen Beispiele der dieser Erfindung entsprechenden Konstruktionen dar.
Kreisförmige zylindrische Batterien nehmen am leichtesten den Druck ohne Veränderung des Volumens auf und dürfen daher dünne Wände haben.
Wenn die Behälter starr genug sind, können die Elektroden und die Querschnitte der Zellen andere Formen haben, z. B. rechteckig. Es können gewöhnliche Startbatterieplatten verwendet werden, die in einer sehr langlebigen Batterie resultieren, die entweder den heutigen Stabbatterien gleich oder aber besser sind. Zur Erreichung einer besseren Stromverteilung können diese rechteckigen Platten 12 die Ansätze 3 gegenüberliegend voneinander angeordnet haben, und sie können zwei oder drei Ansätze oder aber einen Ansatz haben, der so breit wie die Elektrode, 7, ist, und kann eine so kleine Höhe wie möglich haben. Die Profile 5 umgeben die Elektroden auf allen Seiten, aber die Profile werden mit Blenden im Profil versehen wo die Ansätze hervorragen und werden mit Unterstützung rund um die Elektrode von der Behälterwand zusammengebaut. Ähnlich wie mit kreisförmigen Elektroden werden die Separatoren 2 zwischen den Elektroden eingesetzt.
Es sollte bemerkt werden, dass sich "erste oder radiale Richtungen" auf Richtungen von der Peripherie nach innen, also für Elektroden mit anderen Formen als kreisförmig, bezieht. "Eine zweite oder axiale Richtung" bedeutet eine Richtung senkrecht zu den ersten Richtungen, d. h. in einer Längsrichtung des Elektrodenstapels.
Wenn die Behälter mechanisch schwach sind, können diese wie in 6 dargestellt genau in einen starren äußeren Behälter mit einem konstanten Volumen 13 eingepasst werden, und da jede einzelne Platte von den Wänden der Zellen unterstützt wird, wird der Umfang der Elektroden während der Entladung beibehalten, ohne dass die Möglichkeit einer Ausweitung in eine Richtung besteht, während die Dicke der Elektrode durch nachgiebigen Druck kontrolliert wird.
Wenn rechteckige Elektroden verwendet werden (Startbatterieplatten), können diese in rechteckige Stäbe mit konstantem Volumen eingeschlossen sein. Kreisförmige Stäbe können jedoch wesentlich leichter mit hohem Druck hergestellt werden, und daher können rechteckige Elektroden in kreisförmigen Stäben eingeschlossen werden, wenn die Elektroden an allen vier Seiten von unterstützenden Profilen 15 unterstützt werden, die den äußeren Behälter 13 wie in 8A, B dargestellt berühren.
Die unterstützenden Profile 18' können geschlitzt und perforiert sein, 8B, C und Hohlräume mit beispielsweise zusätzlicher elektrolytenaufnehmender Glaswolle 19 beinhalten, sodass ein zusätzliches Säurevolumen hergestellt wird. Poröse mit Elektrolyten getränkte Separatoren 2 können größer als die Elektroden hergestellt werden und die Kunststoffunterstützung berühren und sich bis zur Außenwand ausdehnen. Das Elektrolytenvolumen vergrößert sich ohne den Elektrodenabstand zu vergrößern. Der Außenbehälter 13 kann zur leichteren Abkühlung aus Stahl hergestellt sein. Dem obigen entsprechend können die Leiter 6 mit einer Ausdehnungsspule ausgestattet sein, falls eine bestimmte Ausdehnung der Elektrode während der Entladung gewünscht wird.
Gewöhnliche Bleiraster zur Leitung des Stroms und zur Sicherung des Leims, 5A, haben versetzte Raster 14 zur besseren Sicherung des Leims und sind in diesem Fall mit einem Bleirahmen 15 um das Raster herum ausgestattet. Der hohe Druck in den der Erfindung entsprechenden Batterien gestattet, dass die positive Elektrode einfach aus einem Raster hergestellt wird, das aus einer Bleifolie 16 als Stromleiter, 5C, herausgestanzt worden ist. Das U-Profil 5 setzt die Dicke des positiven aktiven Materials 4' auf allen Seiten des Bleileiters fest. Das Raster in der positiven Platte entspricht den Bleiwirbeln in der Stabbatterie, d. h. es wird zentral in die Elektrode eingesetzt und vollständig mit Elektrodenleim bedeckt. Da der Stromleiter nach der vollständigen Umsetzung zu PbO₂ auch mit angemessem niedrigem Widerstand funktionieren soll, darf die Dicke nicht zu wenig im Vergleich der Plattendicke sein.
Die dieser Erfindung entsprechende absolute Einschränkung und Kontrolle des Volumens gestattet, dass die Elektroden in Leistungsbatterien sehr dünn hergestellt werden können. In manchen Fällen 0,5 mm oder weniger, wobei aktives Material von der sogenannten Plante-Anordnung des Kabels in der positiven Elektrode erhalten wird. Durch den hohen Druck und dadurch, dass die Stromanschlüsse gegenüberliegend voneinander angeordnet worden sind, haben diese Batterien eine gleichmäßige Stromverteilung, was in Bezug auf einen Stromleiter, der in PbO₂ umgewandelt wird, wichtig ist. Die Elektroden in diesen Zellen müssen einen extra hohen Druck für die maximale Leitfähigkeit des PbO₂ in den stromleitenden Teilen haben.
Um vollständig verschlossene Zellen mit hoher sogenannter Sauerstoffrekombination zu erhalten, muss der Druck der Flüssigkeit in den Zellen hoch sein: 4–10 atm oder höher. Bei diesem Druck ist die Löslichkeit des Sauerstoffs so hoch, dass der während der Aufladung vor dem Wasserstoff gebildete Sauerstoff in seiner gelösten Form die negative Platte oxidiert, die daher nicht vollständig aufgeladen ist und die Entstehung von Wasserstoffgas wird dabei verhindert. Mit der dieser Erfindung entsprechenden mechanischen Stärke der Zellen wird solcher Flüssigkeitsdruck leicht beibehalten. Dieser hohe Flüssigkeitsdruck ist ebenfalls Teil der Erfindung.
Um den Gasdruck im Fall einer falschen Behandlung zu vermindern sind die Zellen mit Sicherheitsventilen ausgestattet.

Claims

Bleibatterie mit einem Behälter, der wenigstens eine positive und eine negative plattenförmige Elektrode, Separatoren und Schwefelsäure umfasst, wobei jede Elektrode einen Ansatz für eine elektrische Verbindung umfasst und der hervorstehende Bereich der Elektroden einschließlich der Ansätze in seinem gesamten Umfang aufgrund der Unterstützung durch die Wände des Behälters in ersten Richtungen im rechten Winkel zu den Wänden unverändert bleibt, wobei der Behälter über eine ausreichende mechanische Festigkeit verfügt, um dem Druck der Elektroden zu widerstehen und so deren Ausdehnung in den ersten Richtungen während der Entladung zu verhindern, wobei die Bleibatterie auch so angeordnet ist, dass die Ausdehnung der Elektroden während der Lade- und Entladezyklen in eine zweite Richtung im rechten Winkel zur ersten Richtung begrenzt wird.
Batterie nach Anspruch 1, wobei der Behälter mit einem Überdruck-Sicherheitsventil versehen ist.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektroden aus stromleitenden Bleigittern bestehen, die mit aktivem Material gefüllt sind und ein Druck von wenigstens 0,49·10⁵ Pa (0,5 kp/cm²) und vorzugsweise 0,98·10⁵ – 9,81·10⁵ Pa (1–10 kp/cm²) an den Elektrodenoberflächen angelegt wird, um die Leitfähigkeit von PbO₂ in den korrodierten Gittern zu maximieren.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Bleileiter aus PbO₂ als stromführende Elemente mit einem Bleiansatz und Kunststoffgittern und mit keinem oder nur einem unbedeutenden Bleigitter dienen.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiter einen federnden Einsatz im Inneren des Behälters umfasst, bei dem es sich um einen Zellenbehälter oder um einen Außenbehälter handelt, der eine gewisse Ausdehnung des aktiven Materials in der zweiten Richtung während der Entladung und ein Zusammenziehen der Ausdehnung während der Ladung zulässt.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe der Entladung durch Kontrolle des Druckes auf die Elektroden gesteuert ist.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein hoher Flüssigkeitsdruck, vorzugsweise ungefähr 1,0·10⁶ Pa (10 atm), angelegt wird, um eine gute Sauerstoffrekombination zu erhalten.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die elektrischen Verbindungen zu den jeweiligen positiven und negativen Elektroden an gegenüberliegenden Seiten der Elektroden befinden.
Batterie nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter einen runden, zylindrischen Schlauch umfasst und die Räume zwischen den Elektroden und dem runden, zylindrischen Schlauch mit Stützprofilen gefüllt sind, wobei die Profile zusätzliche Elektrolyten enthalten können.
Bleibatterie mit einer oder mehreren Zellen, wobei jede Zelle wenigstens einen Behälter mit einer positiven und einer negativen plattenförmigen Elektrode, Separatoren und Schwefelsäure umfasst, wobei jede Elektrode einen Ansatz für eine elektrische Verbindung umfasst und der hervorstehende Bereich der Elektroden einschließlich der Ansätze in seinem gesamten Umfang aufgrund der Unterstützung durch die Wände des Behälters in ersten Richtungen im rechten Winkel zu den Wänden unverändert bleibt, wobei der Behälter über ausreichende mechanische Festigkeit verfügt, um dem Druck der Elektroden zu widerstehen und so deren Ausdehnung in den ersten Richtungen während der Entladung zu verhindern, wobei die Bleibatterie auch so angeordnet ist, dass die Ausdehnung der Elektroden während der Lade- und Entladezyklen in eine zweite Richtung im rechten Winkel zur ersten Richtung begrenzt wird; wobei die Oberflächen der Elektroden so angeordnet sind, dass sie in der zweiten Richtung mit einem mechanischen Druck von 0,49·10⁵ Pa – 9,81·10⁵ Pa (0,5– 10 kp/cm²) zusammengedrückt werden, wobei jede Zelle in diesem Zustand abgedichtet ist.
Batterie nach Anspruch 10, wobei die Separatoren eine federnde Wirkung haben oder federnde Mittel, die auf die Zelle oder die Zellengruppe unter dem mechanischen Druck einwirken, eine Ausdehnung von bis zu 15% der Dicke der Elektroden ermöglichen, und die Expansion unter der federnden Einwirkung im Wesentlichen zurückführt.
Batterie nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Behälter schlauchförmig ist und die Elektroden in einem 90°-Winkel zur Längsrichtung des Schlauchs angeordnet sind und der Behälter Endabschnitte umfasst, die dem Druck aus dem Inneren der Batterie widerstehen können.
Batterie nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei eine Dichtung für jede Zelle vorgesehen ist, so dass jede Zelle einen Innendruck von bis zu einschließlich 1,0·10⁶ Pa (10 atm) aufrechterhalten kann, der bei den Lade- und Entladezyklen der Batterie entsteht.
Batterie nach Anspruch 13, wobei ein Mittel zum Ablassen von Gasüberdruck vorgesehen ist.
Bleibatterie nach Anspruch 10 mit mehreren Zellen, wobei jede Zelle wenigstens zwei Stäbe aus Blei umfasst; wobei der Behälter wenigstens ungefähr schlauchförmig ist, und so eine axiale Richtung und radiale Richtungen definiert; jede Elektrode einen ungefähr runden Querschnitt mit einem Stromabnehmeransatz am äußeren Umkreis hat; die Elektroden so angeordnet sind, dass die runden Querschnitte ungefähr quer zur Längsrichtung des Schlauchs angeordnet sind und ihre Beweglichkeit in dieser axialen Richtung durch Anlegen eines mechanischen Drucks entlang der axialen Richtung eingeschränkt ist; die Ansätze aller negativen Elektroden in elektrischer Verbindung mit einem ersten Bleistab stehen; die Ansätze aller positiven Elektroden in elektrischer Verbindung mit einem zweiten Bleistab stehen; und die Elektroden von einem elektrisch nicht leitfähigen U-Profil umgeben sind, das mit der Innenoberfläche des Behälters in Berührung ist und die Elektroden so stützt und einen direkten Kontakt zwischen den Elektroden und dem Behälter vermeidet und die Beweglichkeit der Elektroden in radialen Richtungen einschränkt.
Bleibatterie mit langer Lebensdauer nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei ein mechanischer Druck im Bereich 0,98·10⁵ – 9,81·10⁵ Pa (1,0–10 kp/cm²) an den Elektrodenoberflächen angelegt ist.