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Spreizmittel für die negative Plattenpaste von.Akkumulatorenbatterien
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Akkumulatorenbatterien und insbesondere
die für die negativen Platten verwendete Paste.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Kälteentladung der
Batterien zu verbessern und gleichzeitig die Ladespannung herabzusetzen.
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Das wird dadurch erreicht, daß in der Paste für die negativen Platten
eine Mischung aus einem ligninhaltigen Material mit Ruß, Erdalkalihydroxyden, Alkalihydroxyden,
Sulfitablaugen und spezifisch kleinen Mengen von Nickelsulfat als Spreizmittel verwendet
wird, wobei dieses Spreizmittel in bestimmten, kleinen Mengen in den negativen Platten
zur Anwendung kommt.
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Vorzugsweise wird das Nickelsulfat bei der Mischung des Spreizmittels
zugesetzt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, als Spreizmittel eine Mischung
aus einem ligninhaltigeu Material, Ruß; Erdalkali- und Alkalihydroxyden zusammen
mit Sulfitablauge in bestimmten Mengen zu verwenden. Bei einer anderen Art von Paste
für Negativplatten ist auch schon vorgeschlagen worden, einen Zusatz von Nickelphosphat
mit Sulfitablauge zu verwenden. In beiden Fällen erzielte man eine Verbesserung
der Kälteentladung der Batterie gegenüber Batterien, deren Paste für die Negativplatten
kein solches Spreizmittel beigesetzt war.
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Es hat sich aber herausgestellt, daß Batterien, in denen diese Pasten
verwendet wurden, zwar eine bessere Kälteentladung aufwiesen, trotzdem aber noch
eine hohe Ladespannung brauchten. Die vorliegende Erfindung fußt auf der Erkenntnis,
daß ein Spreizmittel von im übrigen ähnlicher Zusammensetzung bei einem Zusatz von
kleinen Mengen von Nickelsulfat in richtiger Mischung die Ladespannung beträchtlich
herabsetzt und trotzdem die anderen wünschenswerten Eigenschaften behält. Die Wirkung
des Spreizmittels geht über eine Summierung der Wirkung bekannter
Spreizmittel
mit Nickelsulfat hinaus und ergibt, verglichen mit den bisher bekannten Spreizmitteln,
ein neues und wesentlich besseres Resultat.
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A. Ein Spreizmittel nach der Erfindung ist z. B. in folgender Weise
zusammengesetzt (Angabe der Teile nach Gewicht)
| . Gewichtsteile |
| Ligninhaltiges Material... 15,o bis 40,0 |
| Lampenruß ............ 4,0 - 15,0 |
| Erdalkalihydroxyde ..... . 9,0 - 30,0 |
| Alkalihydroxyde ... . . . .. 3,0 - 13,0 |
| Sulfitablauge ........... 1o,o - 50,0 |
| Nickelsulfat ............ o,9 - 2,5 |
| Wasser nach Bedarf |
B. Eine bevorzugte Mischung enthält die folgenden Bestandteile:
| Gewichtsteile |
| Sägemehl von Roteiche . . . . . . . . . 34,0 |
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| Lampenruß ................... 8,o |
| Bariumhydroxyd . . . . . . . . . . . . . . . 17,0 |
| Natriumhydroxyd ............. 7,0 |
| Sulfitablauge .. ...... .... . ... .. 34,0 |
| Nickelsulfat ................... 1,2 |
| Wasser nach Bedarf |
C. Als Lignin enthaltendes Material wird vorzugsweise Sägemehl von Roteiche verwendet,
man kann jedoch auch Birken-, Ahorn-, Fichten- oder Rottannensägemehl, Stroh, Maiskolben,
Torfmoos oder irgendein Material verwenden, das Lignin enthält und während des Kochvorganges,
der im folgenden beschrieben wird, richtig aufbereitet wird. Als Alkähhydroxyd kann
das Hydroxyd von Natrium, Kalium, Lithium, Cäsium oder Rubidium benutzt werden.
Man verwendet aus wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise Natriumhydroxyd. Als Erdalkalihydroxyd
wählt man am besten Bariumhydroxyd, obwohl man gerade so gut auch Calcium- oder
Strontiumhydroxyd verwenden kann. An Stelle der Hydroxyde können auch die Oxyde
genommen werden ; es liegt auf der Hand, daß Natriumhydroxyd und Bariumhydroxyd
von den aufgeführten Stoffen am wirtschaftlichsten sind.
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Eine Reihe von Vergleichsversuchen zwischen Batterien ohne Zusatz
von Spreizmitteln, mit Zusatz eines bekannten Spreizmittels und endlich eines Spreizmittels
nach der vorliegenden Erfindung ergaben unter -absolut gleichen Bedingungen die
in der folgenden Tabelle aufgeführten Werte, die die vorteilhafte. Wirkung -der
Spreizmittel nach der Erfindung einwandfrei beweisen:.
| Ver- Art Kälte- E. rn. - |
| entladung Gegenkraft |
| such des verwendeten bei r8° (Ladespannung) |
| Nr. Spreizmittels in Minuten Volt |
| 1 Kein Spreizmittel 1;4 7,70 |
| 2 bekannte |
| Spreizmittel 4,4 8,32 |
| 3 Spreizmittel nach |
| der Erfindung 4,7 7,76 |
Unter Kälteentladung versteht man normalerweise die Anzahl der Minuten, die verstreichen,
bis die Spannung auf 1 Volt pro Zelle fällt, wenn eine Batterie bei -18-° 3oo Amp.
abgibt. Bei der Zusammenmischung des Spreizmittels werden das Roteichesägemehl,
Ruß, Barium- und Natriumhydroxyd in wäßriger Lösung zusammen ungefähr 4 Stunden
lang erhitzt. Dann wird Sulfitablauge hinzugefügt und das Ganze eine weitere Stunde
lang gekocht, worauf das Nickelsulfat als wäßrige Lösung zugesetzt und so lange
weiter gekocht wird, bis alle Bestandteile des Spreizmittels vollständig gemischt-sind,
beispielsweise 15 Minuten. Die angesetzte Menge wird dann getrocknet und auf genügende
Feinheit gemahlen. Die Feinheit soll etwa so groß sein, daß 95 °/a durch ein Sieb
mit 6ooo/cm2 Maschen gehen.
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Diese Art des Mischungsvorganges ist wichtig, da, wenn man das Nickelsulfat
erst zusetzt, nachdem das Spreizmittel formiert ist, nämlich erst, wenn das Spreizmittel
der Plattenpaste beigegeben wird, keine wesentliche Herabsetzung der Ladespannung
stattfindet. Wenn aber das Nickelsulfat, wie oben beschrieben, während der Mischung
des Spreizmittels zugesetzt wird, so wird ein Nickelsalz von Ligninsulfonsäure gebildet,
das kolloidale Eigenschaften hat und in dem Spreizmittel seinen günstigen Einfluß
geltend macht.
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Während der gemeinsamen Erhitzung wirken das Natrium- und Bariumhydroxyd
auf das ligninhaltige Material ein; sie bilden damit und der Ablauge lösliche Salze
und mercerisieren teilweise die Cellulose. Gleichzeitig wird der Ruß .dadurch aktiviert,
daß ihm die darin enthaltenen Öle durch Verseifung mit kaustischer Soda entzogen
werden. Der so aktivierte Ruß absorbiert zugesetzte Sulfitablauge, lösliche Ligninsalze
aus dem Sägemehl und kolloidale Nickelsalze in viel größeren Mengen, als es möglich
wäre, wenn der Lampenruß nicht auf diese Weise behandelt würde. Die teilweise Mercerisierung
der Cellulose vergrößert auch das Absorptionsvermögen des Sägemehls, wodurch zusätzliche
Mengen von Sulfitablauge, löslichen Ligninsalzen und kolloidalen Nickelsalzen darin
absorbiert werden. Der Überschuß an Sulfitablauge und löslichen Ligninsalzen trägt
dazu bei, die Barium- und Nickelsalze während des Betriebes der Batterie in kolloidalem
Zustand zu erhalten.
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Bei der theoretischen Erklärung der Wirkungsweise des vorliegenden
Spreizmittels kann man von der Tatsache ausgehen, daß das poröse Ligninmaterial,
das bei der teilweisen Mercerisierung der Cellulose entsteht, und der poröse Ruß
tatsächlich aktiviert werden und große Mengen des kolloidalen und/oder halbkolloidalen
Nickelsalzes der Ligninsulfonsäure absorbieren. Beim Mahlen des Spreizmittels werden
diese Salze gleichmäßig in der Masse verteilt. Beim Mischen der Paste ergeben sich
wiederum aus dem Spreizvermögen des aktivierten Sägemehls und des Lampenrußes mit
den absorbierten Zusätzen Vorteile, und auf diese Weise werden die kolloidalen Bestandteile
um und zwischen die Bleioxydteilchen mit größerer Gleichmäßigkeit verteilt, als
dies bei gewöhnlichen Spreizmitteln, die keine kolloidalen Bestandteile enthalten,
erwartet werden kann. Da das Nickelsalz sich in kolloidaler Form befindet, bedeckt
es eine enorme Oberfläche, obwohl seine Menge nur sehr gering ist, und verteilt
sich während des Mischens der Paste zwischen sämtliche Oxyd- i teilchen. Es wird
angenommen, daß die formierten
Negativplatten an den Oberflächen
zwischen den Teilchen tatsächlich einen Überzug von Nickelsalz haben, der möglicherweise
nur die Stärke eines Moleküls hat und der während der ganzen Lebensdauer der Batterie
erhalten bleibt.
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Zusätze dieses Spreizmittels zu der Plattenpaste in Mengen von o;65,
bis 1,8 °/o, vorzugsweise etwa o,92 Gewichtsprozent, ergeben sehr befriedigende
Resultate, wobei die Ladestromspannung um ungefähr o,¢ Volt pro Zelle herabgesetzt
wird. Es ist ersichtlich, daß diese Zusätze nur ganz geringe Mengen von Nickelsulfat
erforderlich machen, die etwa in der Größenordnung von o,oo6o bis o,oi64 °/o und
vorzugsweise bei o,oo8q. °/a liegen.