-
Gasdicht verschlossen betriebener, insbesondere alkalischer Akkumulator
Die Erfindung- bezieht sich auf einen gasdicht verschlossen betriebenen, insbesondere
alkalischen Akkumulator, der aus mit aktiven Massen belegten Elektroden besteht.
-
Bekanntlich wird beim Laden eines solchen Akkumulators durch den Ladestrom
die aktive Masse der positiven Elektrode oxydiert und die aktive Masse der negativen
Elektrode reduziert, während beim Entla.'den die aktive Masse der positiven Elektrode
reduziert und die der negativen Elektrode oxydiert wird.
-
Durch die deutsche Patentschrift 6748.29 ist ein Akkumulator bekanntgeworden,
welcher in offenem, das Entweichen der beim Laden entstehenden Gase nach außen gestattenden
Zustand völlig aufgeladen wird, so daß sich weder auf der positiven noch auf der
negativen Elektrode aktive Masse im ungeladenen Zustand befindet, und dann gasdicht
geschlossen wird, um beim Stehen und während der Entladung gasdicht geschlossen
zu bleiben, worauf er dann wieder geöffnet wird, um von neuem in offenem Zustand
aufgeladen zu werden. Während des ruhigen Stehens und während des Entladens haben
die in diesen Perioden entstehenden, sogenannten Nachgase die Möglichkeit, mit den
mit aktiven Massen belegten Elektroden, welche während des ruhigen Stehens und Entladene
des Akkumulators aus dem Elektrolyten
herausragen, in Berührung
zu treten und sich mit diesen aktiven Massen zu verbinden.
-
Die genannte deutsche Patentschrift gibt auch noch an, daß in dein
Falle, daß die negative Elektrode nicht nachgast, d. h. beim Stehen oder Entladen
des Akkumulators kein Wasserstoffgas abgibt, die positive Elektrode nicht über den
Elektrolytspiegel herauszuragen braucht und nur die zur Absorption des von der positiven
Elektrode beim Nachgasen abgegebenen Sauerstoffs geeignete negative Elektrode aus
dem Elektrolyten herauszuragen braucht, weswegen in dem genannten Sonderfall die
negative Elektrode größer bzw. höher gemacht wird als die positive Elektrode.
-
Ferner ist es bei alkalischen Akkumulatoren üblich, dem im Verlaufe
eines längeren Betriebes eintretenden Kapazitätsverlust der negativen Elektrode
dadurch Rechnung zu tragen, daß der negativen Elektrode von vornherein eine größere
Kapazität gegeben wird als der positiven Elektrode.
-
Da der Akkumulator gemäß der Erfindung nicht nur beim ruhigen Stehen
und beim Entladen, sondern auch beim Laden gasdicht betrieben werden soll, muß vor
allein dafür gesorgt werden, die sehr erheblichen, durch den Ladestrom insbesondere
in der Schlußperiode des Ladevorgangs entstehenden Gasmengen, welche ein .Vielfaches
der durch Nachgasen entstehenden Gasmengen sind, im Inneren des Akkumulators zum
Verschwinden zu bringen. Es hat sich herausgestellt, daß es wesentlich schwieriger
ist, den beim Laden entstehenden Wasserstoff durch seine Berührung mit der aktiven
Masse der positiven Elektrode als den Sauerstoff durch seine Berührung mit der aktiven
Masse der negativen Elektrode zum Verschwinden zu bringen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen gasdicht
verschlossen betriebenen, insbesondere alkalischen Akkumulator, der aus mit aktiven
Massen belegten Elektroden besteht, die entweder durch einen den Elektrolyten aufsaugenden
Scheider getrennt sind oder aus dem Elektrolyten in einen Gasraum hineinragen und
dessen negative Elektrode eine größere Kapazität besitzt als die positive Elektrode,
derart auszugestalten, daß beim Laden eines solchen Akkumulators im gasdicht verschlossenen
Zustand überhaupt kein Wasserstoff auftritt, selbst dann nicht, wenn der Akkumulator
stark überladen wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die negative
Elektrode des auch beim Laden gasdicht verschlossenen Akkumulators vom Augenblick
des gasdichten Verschlusses an stets mehr ungeladene Teile aktiver Masse hat als
die positive Elektrode, also die negative Elektrode auch dann noch ungeladene Teile
aktiver Masse besitzt, wenn die positive Elektrode völlig aufgeladen ist.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsforen der Erfindung werden sowohl
die positive Elektrode als auch die eine größere Kapazität besitzende negative Elektrode
vor der gasdichten Schließung des Akkumulators völlig entladen. Da erfindungsgemäß
die negative Elektrode vom Augenblick des gasdichten Verschlusses des Akkumulators
an mehr ungeladene Teile aktiver Masse hat als die positive Elektrode, so erreicht
die positive Elektrode beim Laden des Akkumulators im geschlossenen Zustand ihre
völlige Ladung in einem Augenblick, in dem die negative noch nicht völlig geladen
ist. Sobald jedoch die positive Elektrode völlig geladen ist, gibt sie Sauerstoff
ab, wobei die Menge dieses Sauerstoffs der weiter durch den Akkumulator hindurchgehenden
Ladestrommenge äquivalent ist. Dieser Sauerstoff, der infolge der gasdichten Schließung
des Akkumulatorgefäßes nicht nach außen entweichen kann, oxydiert, d. h. entlädt
die negative Elektrode bei der weiteren Ladung um den gleichen Betrag, um den der
Ladestrom die negative Elektrode reduziert. Oxydation und Reduktion halten sich
an der negativen Elektrode die Waage, so daß trotz Fortsetzung der Ladung die letztgenannte
Elektrode nicht in den Zustand völliger Ladung gelangen kann und sich daher auch
an ihr praktisch kein Wasserstoff bilden kann. Eine Ansammlung von Wasserstoff im
Innern des Akkumulators wird somit mit Sicherheit vermieden. Aus vorstehendem ergibt
sich klar, welche entscheidende Bedeutung der Tatsache zukommt, daß die Ladung im
geschlossenen Zustand des Akkumulators erfolgt. Denn nur dann steht der gesamte
an der positiven Elektrode entwickelte Sauerstoff zur Verfügung, um die negative
Elektrode um denselben Betrag durch Oxydation zu entladen, um den der Ladestrom
die negative Elektrode gleichzeitig zu laden sucht, so daß der im Augenblick der
völligen Ladung der positiven Elektrode auf der negativen Elektrode ungeladen verbliebene
Teil der aktiven Masse in diesem ungeladenen Zustand verbleibt und nicht etwa langsam
doch noch geladen wird. Würde auch nur ein Teil des Sauerstoffs nach außen entweichen
können, so wäre die völlige Ladung der aktiven Masse der negativen Elektrode und
damit die Entwicklung von Wasserstoff unvermeidlich.
-
Ferner kommt es für die Erfindung entscheidend darauf an, daß vom
Augenblick des gasdichten Verschließens des Akkumulators an auf der negativen Elektrode
mehr ungeladene Teile aktiver Masse vorhanden sind als auf der positiven Elektrode.
Diese Bedingung wird keinesfalls schon dadurch erfüllt, daß man der negativen Elektrode
eine größere Kapazität gibt als der positiven Elektrode. Bei den im offenen Zustand
geladenen Akkumulatoren wird die negative Elektrode ebenso wie die positive Elektrode
stets völlig geladen, und es befindet sich auf der negativen Elektrode dieser Akkumulatoren
niemals ein Überschuß an ungeladener aktiver Masse, sondern ein Überschuß an geladener
aktiver Masse.
-
Bei der Anwendung der Erfindung auf alkalische Akkumulatoren, insbesondere
auf alkalische Cadmium-Nickel-Akkumulatoren, ist auf der negativen Elektrode stets
eine gewisse Menge Cadmium im ungeladenen, d. h. oxydierten und daher noch reduzierbaren
Zustand vorhanden, und zwar auch dann,
wenn die positive Elektrode
völlig geladen ist, d. h. ihre gesamte aktive Masse in den Zustand höheroxydierter
Nickelteilchen übergeführt worden ist und keine oxydierbaren Teile mehr aufweist.
-
Wegen des obenerwähnten, bekannten Kapazitätsverlustes der negativen
Elektrode im Laufe des Betriebes des Akkumulators. empfiehlt es sich, den Kapazitätsunterschied
zwischen der positiven und der negativen Elektrode noch größer zu gestalten, als
dies bisher bei alkalischen Akkumulatoren -lediglich aus Gründen des Kapazitätsverlustes
der negativen Elektrode - geschehen ist, damit trotz dieses Kapazitätsverlustes
auch noch nach langer Betriebszeit des Akkumulators auf der negativen Elektrode
immer noch ungeladene aktive Masse vorhanden ist, wenn die positive Elektrode beim
Laden des Akkumulators im geschlossenen Zustand in den Zustand völliger Ladung gelangt
ist.
-
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung hat die positive
Elektrode nur eine sehr geringe Kapazität, so daß auch der Akkumulator selbst nur
eine sehr geringe Kapazität hat, die praktisch vernachlässigt werden kann. Wenn
eine solche Zelle in einen Stromkreis eingeschaltet wird, der von einem Gleichstrom
oder einem gleichgerichteten Strom durchflossen wird, und wenn dieser Strom durch
die Zelle im Sinne ihrer Ladung hindurchgeht, so hat die Zelle die Wirkung, zwischen
zwei Stellen dieses Stromkreises eine konstante Potentialdifferenz aufrechtzuerhalten.
-
Eine solche Zelle kann als Polarisationszelle dienen, oder sie kann
an Stelle von Kondensatoren in elektrischen Filterschaltungen verwendet werden.
-
Da der in dieser Zelle allein auftretende Sauerstoff ständig von der
negativen Elektrode wieder aufgenommen wird, kann diese Zelle durch den sie durchfließenden
Strom für unbestimmt lange Zeit überladen werden, ohne daß im Zelleninnern nachteilige
Drücke auftreten.
-
Was die sonstige Ausbildung der Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung
anbelangt, so empfiehlt es sich, bei Anordnung eines den Elektrolyten aufsaugenden
Scheiders zwischen den Elektroden diesem Scheider Poren verschiedener Größe zu geben,
von denen die kleineren den Elektrolyten durch Kapillarwirkung festhalten, während
die größeren elektrolytfrei sind und Öffnungen für den Gasdurchtritt darstellen.
Ein solcher Scheider läßt den Sauerstoff, der sich an der positiven Elektrode entwickelt,
sobald diese völlig geladen ist, an große Flächen der noch nicht völlig geladenen
negativen Elektrode herantreten, so daß der Sauerstoff unverzüglich jede weitere
Ladung der noch nicht voll aufgeladenen negativen Elektrode verhindem.