DE868764C

DE868764C - Akkumulatorenelement mit saurem Elektrolyten

Info

Publication number: DE868764C
Application number: DEW5245A
Authority: DE
Inventors: Otto Welter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-02-28
Filing date: 1951-02-25
Publication date: 1953-02-26
Also published as: FR1033177A; US2665325A; LU30592A1; CH282508A; NL86656C; BE501516A; GB682430A

Description

Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der Akkumulatorenelemente mit saurem Elektrolyten und die Verbilligung von deren Herstellung. Sie hat ein Aklcumulatorenelement mit saurem Elektrolyten zum Gegenstand, das sich dadurch kennzeichnet, daß seine Elektroden unter Zwischenlegung einer den Elektrolyten durchlassenden und teilweise aufsaugenden, biegsamen Separator folie aufeinandergeschichtete, netzartig mit Öffnungen und Vertiefungen versehene, biegsame und mindestens auf einer Seite mit in den Öffnungen und Vertiefungen verankerter aktiver Masse bedeckte Trägerfolien sind.

Dadurch unterscheidet sich das Akkumulatorenelement nach der Erfindung von den Elementen mit basischem bzw. alkalischem Elektrolyten, in denen die fleckige Aktivmasse in fein durdiloehten Metallbehältern eingefüllt ist, welche die Elektroden bilden. Die ebenfalls bei solchen Behälterelektroden vorgesehenen Rippen und Vertiefungen dienen lediglich zur mechanischen Venstärkung. Der grundsätzliche Unterschied liegt aber darin, daß das* Aktivmaterial in die den Strom leitenden Behälter eingefüllt ist, während beim Element nach der Erfindung der den Strom leitende Träger mindestens einseitig, aber vorzugsweise beidseitig mit aktiver Masse bedeckt ist.

Gegenüber den bekannten Elementen mit saurem Elektrolyten, bei denen die starren Bleipilatten mit gitterartigen Vertiefungen versehen sind, bringt die Erfindung mannigfache Vorteile, von denen folgende erwähnt seien:

Infolge des Umstandes, daß die aktive Masse in allen Betriebszuständen auf der Trägerfolie verankert ist, wird ein Herausfallen von Teilchen dieser Massie sicher verhindert. Das Mengenverhältnis zwischen aktiver Masse und Trägerfolie ist äußerst günstig und die ZonenaustauschfLäche wegen der flächenhaften Ausdehnung der beiden· Elektroden groß.. Die auf das Gewicht bezogene Ladekapazität ist daher hoch, ίο Dadurch, daß die einzelnen S-tihichten, nämlich Elektroden und Zwischenschicht, unmittelbar aufeinanderliegen, besteht zwischen Positiv- und N'egativelektrode ein «sehr kleiner Abstand. Daraus ergibt sich eine hohe Feldstärke im Elektrolyten. Eine Gasiblasenbildung beim Laden wird dadurch vermieden.

Das- Element ist nicht starr, sondern atmungsfähig, d. h. es kann sich während des Abiaufs der elektrochemischen Prozesse ausdehnen und zusammenziehen, ohne daß die Leistung durch die Massenlockerung herabgesetzt wird.

Vorzugsweise bestehen die Trägerfolien der Elektroden aus Bleiblech, wobei die Dicke dieses Bleches for Elemente kleiner Leistung etwa */io mm beträgt.

Es können die beiden· Elektroden aus Biänidern bestehen und unter Zwischenlegung zweier Separator bänder zu einer Spule aufgewickelt sein.

Die Zeichnung stellt einige Ausführungsbedspiele des erfindungsgemäßen Akkumulatorenelements dar.

Fig. ι zeigt eine erste Ausf üihrungsform des Elements im Aufrißt, teilweise im Schnitt nach der Linie I-I der

Fig. 2, die ein Schnitt längs der Linie H-II der Fig. ι ist;

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht, in größerem Maßstab und teilweise im Schnitt einen Abschnitt, der zu diesem Element gehörenden positiven Elektrode;

Fig. 4 ist ein Aufriß, einer zweiten Ausführungsform des erinndungsgemäißen Elements·; Fig. 5 ist ein Schnitt längs- der Linie V-V der

Fig. 4;

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht und "in vergrößertem Maßstab einen Abschnitt der Trägerfolie einer der.Elektroden dieser Aüsführungsform und auch der negativen Elektrode der ersten Aüsführungsform; .

Fig. 7 ist ein der Fig. 5 ähnlicher Schnitt durch eine Variante, und

Fig. 8 zeigt wieder in perspektivischer Ansicht und in vergrößertem Maßstab einen Abschnitt der Tnägerfolie einer der Elektroden dieser Ausführungsform,

In Fig. ι und 2 ist ein Akkümulatorenelement dargestellt, dessen negative Elektrode mit 1 und dessen positive Elektrode mit 2 bezeichnet ist. Diese beiden Elektroden sind unter Zwischenlegung von Separatorschichten oder -folien 3, 4 zickzackfönmig flach aneinandergelegt und auf diese Weise geschichtet. Die Separatorschichten sind biegsam und aus einem Material hergestellt, das den Elektrolyten durchlaßt und teilweise aufsaugt und das dar Säure, aus welcher dieser Elektrolyt besteht, widersteht. Die Separatorfolie besteht daher zweckmäßig aus Fasern eines säurefesten SiKcatmaterials, etwa eines Quarzwollgewebes.

Die Elektroden 1, 2 umfassen Streifen von Bleiblech mit einer Dicke, die für kleine Einheiten etwa "•/ίο mm beträgt, für größere und ganz große Einheiten aber auch 1 mm oder gar 2 mm betragen kann. Ein Abschnitt der Trägerfolie der negativen Elektrode ist in Fig. 6 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Aus dieser Fig. 6 geht hervor, daß der Streifen auf der einen Seite mit gitterartigen oder netzartigen, in Längs- und in Querrichtung verlaufenden Vertiefungen 5 bzw. 6 versehen ist, so daß auf der anderen Seite rechteckige Vertiefungen 7 vorhanden sind. In diese Vertiefungen 7 ist die aktive Mass© 8, die man im Fig. 6 nicht eingezeichnet hat, eingedrückt oder eingewalzt oder sonstwie aufgetragen. Der biegsame Streifen ist ferner mit Durchlaßöffnungen 9 für den Elektrolyten versehen, welche kleiner sind als die Vertiefungen 7, so daß die aktive Masse nicht nur zwischen gitterartig angeordneten Stäben liegt, sondern auch auf einer Seitenfläche der Elektrode aufliegt, wobei ■Zäpfchen¹, die beim Auftragen der aktiven Masse auf die Trägerfolie von selbst entstehen, durch die Öffnungen 9 hindurchragen. Ist die Träigerfolie nur einseitig mit aktiver Masse bedeckt, so' sind dia besagten Zäpfchen auf der anderen Seite irgendwie in der Art von Nietköpfen verdickt. Ist sie aber beidseitig bedeckt, so sind die beiden Deckschichten aus aktiver Masse durch besagte Zäpfchen miteinander verbunden. In jedem Fall ist dank den Vertiefungen und den öffnungen 9 die Aktivmasse an der Trägerfolie verankert, so daß sie auch dann, wenn sie sich im Betrieb gelockert hat, nicht wegfällt.

Die positive Elektrode 2, die bekanntlich stärker beansprucht ist, ist zweckmäßig verstärkt. Es kann ζ. Β·, einfach die Blechdicke mehr als γιο mm betragen. Für Alckumulatorenelemente, die dazu be- stimmt sind, längere Zeit arbeiten zu können, wird zweckmäßig die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Anordnung gewählt. Es ist dann der Blechstreifen der positiven Elektrode 2 doppelt so breit wie jener der negativen Elektrode 1. Der Streifen 2 hat ebenfalls die quer und längs verlaufenden Vertiefungen 5 bzw. 6 und auf der anderen Seite die rechteckigen Vertiefungen 7 sowie die Öffnungen 9. Der Streifen ist aber längs der Mittellinie 10 so zusammengelegt, daß die mit der aktiven Masse 8 aufgefüllten Vertiefungen 7 einander gegenüber zu liegen kommen. Ferner sind die drei- offenen Ränder des so erhaltenen Doppelstreif ens umgefalzt, wie in 11 und 12 in Fig. 3 gezeigt. Diese Ränder könnten aber auch sonstwie miteinander verbunden, z. Bi. zusammengequetischt oder -geschweißt sein.

Mit 13 ist dieAinschlußf ahne der einen Elektrode bezeichnet. Die Fahne der anderen Elektrode ist nicht gezeigt.

Wie aus- Fig. 1 hervorgeht, sind die Separator-Streifens, 4.ein wenig breiter als die Streifen der

Elektroden I, 2 zum Zweck guter allseitiger Isolierung.

Wenn auch im Beispiel der Fig. ι und 2 die Streifen durch zickzackförmiges Aneinanderlegen geschichtet sind, könnte diese Schichtung auch auf jede andere geeignete Art und Weise erfolgen, z. B. durch Aufwickeln zu einer Spule, wie dies im Beispiel der Fig. 4 und 5 der Fall ist. Zu diesem Beispiel sind die beiden Elektroden 1 und 1', d. h, die positive und die negative, einander ähnlich. Die Herstellungskosten sind dann entsprechend geringer, aber auch die Lebensdauer. Um letztere zu erhöhen, kann, wie bereits erwähnt, die Dicke des Bleibleches der positiven Elektrode ein wenig größer gewählt werden als diejenige des Bleibleches, der negativen Elektrode, die für Sammler kleiner Leistung ungefähr ¹ZiO mm beträgt.

Bei einer in den Fig. 7 und 8 gezeigten Abart dieser zweiten Ausführungsform sind die unter Zwischenlegung von Separatorfolien 18 und 19 zu einer Spule aufgewickelten Elektroden 20 und 21 beidseitig mit aktiver Masse 22 bedeckt. Das· Bleiblech 23 hat im Quer- und Längsschnitt eine Wellenform, wie in Fig. S gezeigt. Die Berge und die Täler der gitter- oder netzartig angeordneten Längs- und Ouervertiefungen24und2i5 überdecken sich, und natürlich bedeuten Berge auf der einen Seite des Bleches Täler auf der anderen Seite, und an allen diesen Stellen sind Durchlaßöffnungen 26 für den Elektrolyten vorgesehen, welche Durchlaßöffnungen wieder kleiner sind als die Abstände der Berge voneinander und zweckmäßig durch wechselseitiges Durchbrechen des· Bleches erhalten werden, wobei sich um jede öffnung herum ein Grat bildet und gleichzeitig die Wellenform entsteht. Das Blech 23 ist beidseitig mit aktiver Masse 22 belegt, und zwar so, daß sie etwa gerade die Mulden auf den beiden Seiten des Bleches ausfüllt und zwei Schichten bildet, die durch die Öffnungen 26 hindurch miteinander verbunden sind. Die beiden Elektroden sind wieder je mit einer AnschluiSfahne 28 bzw. 29 versehen.

In allen gezeigten Beispielen kommt auf ein bestimmtes Gewicht von Bleiblech eine überraschend große Menge von aktiver Masse. Das Gewicht dieser letzteren kann das zehn- und mehrfache des Gewichts des Bleibleches betragen, und trotzdem ist auch bei oder nach äußerst starker Beanspruchung des Elements der Halt der aktiven Masse an den Trägerfolien äußerst gut, dank den netzartigen Vertiefungen bzw. Erhöhungen, mit denen diese Trägerfolieni, d. h. das Bleiblech, versehen sind und die eine sichere Verankerung der aktiven Masse am Bleiblech gewährleisten.

Für gewisse Zwecke kann als Separatfolie auch ein mit Mineral- oder Silikonöl getränktes und auf diese Weise säurefestes Mineralöl verwendet werden.

Die Herstellung der beschriebenen Elemente ist wesentlich billiger als die der bekannten Elemente, indem sie zum großen Teil auf kontinuierliche Weise erfolgen kann. Sehr lange Streifen können z. B-. zwischen einem geeigneten Walzenpaar im Stück profiliert und gelocht, im Säurebad gereinigt, im Wasserbad gewässert, ein- oder beidseitig mit aktiver Masse bedeckt, formiert, dann wieder gewässert und getrocknet werden. Erst zuletzt wird der lange Streifen in solche von geeigneter Länge unterteilt, was unter Schutzgas, z. B. Wasserstoff, erfolgen kann. Da die Länge dar beim Unterteilen erhaltenen Streifen der gewünschten Kapazität des Elements enspricht, ist die Dosierung der Kapazität sehr einfach und bequem. Erst zuletzt werden eine positive und eine negative Elektrode zusammen mit zwei Separatorfolien geschichtet, wie in den Fig. 2, 5 bzw. 7 gezeigt. Die Anschlußfahnen können durch teilweises Abtrennen und Umbiegen eines Bandstreifens der Trägerfolien erhalten werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Akkumulatorenelement mit saurem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß seine Elektroden unter Zwischenlegung einer den Elektrolyten durchlassenden und teilweise aufsaugenden, biegsamen Separato-rfolie aufeinandergeschichtete, netzartig mit Öffnungen und Vertiefungen versehene, biegsame und mindestens auf einer Seite mit in den Öffnungen und Vertiefungen verankerter aktiver Masse be- go deckte Trägerfolien sind.

2. Akkumulatorenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Trägerfolien aus Bleiblech bestehen:.

3. Akkumulatorenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode zwei Streifen von Bleiblech aufweist, die an den Rändern miteinander verbunden sind und zwischen denan aktive Masse eingeschlossen ist.

4. Akkumulatorenelement nach einem der Anspräche 1' bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden aus Streifen bestehen und unter Zwischenlegung je eines· Separatorstreifens zu einer Spule aufgewickelt sind.

5. Alckumulatorenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden aus Streifen bestehen und unter Zwischenlegung je eines Separatorstreifens zickzackförmig flach aneinandergelegt sind.

6. Akkumulatorenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorfolie aus Fasern eines säurefesten Silicatmaterials besteht.

7. Akkumulatorenelement nach den Ansprächen ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Separatorfolien oder -streifen breiter sind als die Elektrodenibänder, so daß sie aus der Spule unten hervorragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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