DE976490C - Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 31. OKTOBER 1963

V67T5VIbl2ib

Es sind Vorschläge vorhanden, nach denen zur Beherrschung der Gasentwicklung in einem dicht verschlossenen Akkumulatorengehäuse, insbesondere dem Gehäuse eines alkalischen Akkumulators, die Elektroden dichtschichtig aneinanderliegend unter Benutzung eines als Abstandhalter zwischen benachbarten Parallelflächen verwendeten Separators als Paket oder Wickel, bevorzugt unter Flächenpressung, in das Gehäuse eingesetzt sind. Es sollen dabei die Erkenntnisse für die Verwendung dünner Elektroden verwirklicht werden, nach denen die aktive Masse der Elektroden sehr großflächig aufgeteilt werden muß, um engste Abstände zwischen den sich flächenparallel einander gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen ungleicher Polarität zu erreichen, weil damit die Möglichkeit vorhanden ist, daß die bei der Überladung und Überentladung entstehenden Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) über die großen Flächen verteilt durch den engen Abstand der Elektrodenoberflächen begünstigt schnell zur Gegenelektrode gelangen und dort so rasch elektrisch oxydiert bzw. reduziert werden, daß es selbst auch dann nicht zu einer schädlichen Gasbildung zwischen den benachbarten Elektrodenoberflächen und damit Gasansammlung in dem Akkumulatorengehäuse kommt, wenn dasselbe absolut dicht verschlossen ist.

Von diesen Vorschlägen ausgehend bezieht sich die Erfindung darauf, an dem aus dünnen Elektroden dicht geschichteten Elektrodenpaket oder

309 715/5

einem aus solchen Elektroden dichtschichtig hergestellten Wickel Mittel vorzusehen, die eine Gasentwicklung beim Überladen oder Überentladen eines Akkumulators an den Flächen des Elektrodenpaketes oder Elektrodenwickels ausschließen, die sich nicht nur mit dem Abstand benachbarter Oberflächen von Elektroden ungleicher Polarität gegenüberliegen und damit die Möglichkeit zur Bildung größerer Gasblasen geben, die bei ihrem Auf steigen

ίο zu einer nachteiligen Gasansammlung in dem geschlossenen Akkumulatorengehäuse führen. Dieser erfindungsgemäßen Forderung ist dadurch entsprochen, daß die Schnittflächen der einzelnen Elektroden eines dicht geschichteten Paketes oder eines dichtschichtig hergestellten Wickels vor dem Einsetzen in das verschlossene Akkumulatorengehäuse mit einer diese Flächen laugendicht abdeckenden Isolierschicht überzogen werden. Vorteilhaft ist es, dazu kalthärtendes, laugenbeständiges Gießharz zu verwenden, das auf die Schnittflächen der zum Paket geschichteten Elektroden bzw. die Schnittflächen des dichtschichtigen Elektrodenwickels aufgebracht wird. Dabei werden die von den Schnittflächen der Elektroden gebildeten Seiten des Paketes oder Wickels gleichzeitig gasdicht und laugendicht abgeschlossen, so daß ein Entweichen von Gasbläschen an diesen Seiten auf jeden Fall ausgeschlossen ist. Lediglich für die Regulierung der Tränkung der Separatorzwischenlagen des Paketes oder Wickels mit Elektrolytflüssigkeit werden Unterbrechungsstellen von möglichst geringer Flächenausdehnung in den isolierenden Abdeckungen der Schnittflächenseiten des Paketes oder Wickels vorgesehen. Sollte z. B. bei Nichtbeachtung der Ladevorschriften doch das Entweichen von Gasen aus den Zwischenräumen benachbarter Elektrodenoberflächen erforderlich sein, so ist dies durch die erwähnten Unterbrechungsstellen möglich. Für die aus solchen Möglichkeiten erforderliche Betriebssicherheit wird das nach der Erfindung gestaltete Elektrodenpaket bzw. der Elektrodenwickel in ein Gehäuse genügender Druckfestigkeit eingesetzt, das in bekannter Weise hermetisch abgeschlossen ist oder eine genügend dicht verschließbare Elektrolyteinfüllöffnung haben kann.

Gleichgültig, ob die Erfindung bei einem dicht geschichteten Elektrodenpaket oder bei einem dichtschichtigen Elektrodenwickel verwirklicht werden soll, kommt es darauf an, das ganze Paket oder den Wickel vor seinem Einsetzen in das Akkumulatorengehäuse bis auf mindestens eine gewollte Unterbrechungsstelle, die als Verbindung für die Schichtzwischenräume des Paketes oder Wickels und dem Innenraum des dicht abgeschlossenen Akkumulatorengehäuses dient, vollkommen dicht so abzudecken, daß ein Ionenaustausch und damit eine Gasentwicklung nur zwischen den benachbarten Oberflächen von Elektroden ungleicher Polarität möglich ist, die sich mit geringstem Abstand voneinander flächenparallel gegenüberliegen und lediglich durch eine Schicht bzw.-Einlage, die vorteilhafterweise aus gas- und ionendurchlässigem Material besteht, gegeneinander elektrisch isoliert sind.

In der Zeichnung sind Beispiele für die Verwirklichung der Erfindung in Gegenüberstellung zu einem Elektrodenpaket ohne die Erfindungsmerkmale dargestellt.

In Fig. ι ist veranschaulicht, welche Wirkung bei einem flächenparallel geschichteten Paket aus dünnen Elektroden, insbesondere blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden, vorhanden ist, wenn der damit ausgestattete Akkumulator überladen wird. An den sich gegenüberliegenden Oberflächen der ungleichpoligen Elektroden 1, 2 und 3 ist keine sichtbare zur Gasansammlung in dem Akkumulatorgehäuse neigende Gasentwicklung vorhanden, wenn der Ladestrom den für jeden gasdichten Akkumulator vorzuschreibenden Wert nicht überschreitet. Diese Erscheinung begründet sich aus den Oberflächenabständen benachbarter Elektroden, die möglichst gering zu halten sind und am günstigsten 0,05 bis 0,15 mm betragen. Der genannte günstige Oberflächenabstand wird durch Anordnung von Separatoreinlagen 4 gewährleistet, die vorteilhaft aus gas- und ionendurchlässigem, laugenbeständigem Kunststoffgewebe bestehen, das zweckmäßig als Elektrolytträger eine gute flüssigkeitsaufsaugende Wirkung haben soll. Die Schnittflächen 5, 6 und 7 der Elektroden 1, 2 und 3 liegen ebenfalls innerhalb des als Ionenleiter wirkenden Elektrolyten, und es ist an diesen Stellen beim Überladen des Akkumulators ein Ionenaustausch vorhanden, der zu der dargestellten schädlichen Bildung von Gasblasen 8 führt, die eine eventuell betriebsgefährdende Gasansammlung in dem dicht geschlossenen Akkumulatorgehäuse ergeben können. Diese nachteilige Bildung der Gasblasen 8 entsteht, weil die Schnittflächen 5, 6 und 7 der Elektroden 1, 2 und 3 sich nicht mit einem die Gasentwicklung vermeidenden bzw. die Gasblasen zu Wasser rückbildenden geringen Abstand zwischen Flächen ungleicher Polarität gegenüberliegen, wie es bei den durch die Separatoreinlagen 4 voneinander getrennten Elektrodenoberflächen der Fall ist. Fig. 2 zeigt in Gegenüberstellung zu der in Fig. 1 dargestellten bisherigen Ausbildung eines Elektrodenpaketes für gasdicht verschlossene Akkumulatoren im Prinzip die Erfindung. Der Aufbau des von den Elektroden 1, 2 und 3 gebildeten Elektrodenpaketes mit den Separatorzwischenlagen 4 ist der gleiche wie bei Fig. 1. In Erkenntnis der sich aus der an den Schnittflächen 5, 6 und 7 möglichen Entwicklung von Gasblasen beim Überladen oder Überentladen eines mit dem dargestellten Elektrodenpaket ausgerüsteten Akkumulators in dem dicht verschlossenen Akkumulatorgehäuse entstehenden Nachteile sind die Schnittflächen 5, 6 und 7 der zweckmäßig blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden 1, 2 und 3 mit einem elektrolytdichten, die Schnittflächen isolierenden Überzug 9, der vorteilhaft aus kalthärtendem, laugenbeständigem "Gießharz oder warm aufgespritztem Kunststoff besteht, so abgedeckt, daß ein Ionenaustausch zwischen-den Schnittflächen 5, 6 und 6, 7

der Elektroden ungleicher Polarität nicht erfolgen kann und damit jede Gasentwicklung an diesen Flächen ausgeschlossen ist. Die Abschlußschicht 9 aus geeignetem Kunststoff erstreckt sich auch über die Elektrodenzwischenräume, und sie bildet einen das Elektrodenpaket an den Schnittflächenseiten gasdicht verschließenden, fest mit den Elektroden verbundenen Überzug. Diesem Überzug kommt keine besondere mechanisch stabilisierende Bedeutung zu, er dient bevorzugt dem erwähnten dichten Abschluß der Elektrodenschnittflächenseiten des Elektrodenpaketes, Wickels od. dgl.

In Fig. 3 ist die Verwirklichung der dicht abschließenden isolierenden Überzugsschicht, die eine nachteilige Gasentwicklung an den Elektrodenschnittflächen verhindert, bei einem einbaufertigen Elektrodenpaket 10 dargestellt. Die Kunststoff Überzugsschicht 9 ist auf alle Seiten des Paketes 10 aufgebracht, die von den Elektrodenschnittflächen und den Rändern der Separatoren gebildet sind. An der Oberseite wird die Schicht 9 von den Elektrodenanschlüssen 11 und 12 gut abgedichtet durchstoßen. 13 ist eine Unterbrechungsstelle in der Schicht 9 an der Oberseite des Paketes 10, durch die die einzelnen mit Separatoreinlagen ausgefüllten Räume zwischen benachbarten Elektroden mit dem das Paket 10 umgebenden Raum des gasdicht verschlossenen Akkumulatorgehäuses verbunden sind. Durch die Unterbrechungsstelle 13 können die Separatoreinlagen mit Elektrolyt getränkt werden. Bei einem Druckwechsel zwischen dem einen Elektrolytbehälter bildenden Innenraum des gasdicht verschlossenen Gehäuses und den Räumen zwischen benachbarten Elektrodenoberflächen kann ein Elektrolytaustausch durch die Unterbrechungsstelle 13 innerhalb des gasdicht geschlossenen Gehäuses erfolgen. Auch ist es möglich, daß z. B. bei unsachgemäßer Aufladung Gase durch die Unterbrechungsstelle 13 in das als Gassammei- oder Expansionsraum wirkende dicht verschlossene, in der Figur nicht dargestellte Akkumulatorengehäuse austreten, wo sie in bekannter Weise einen die katalytische Gasrückbildung begünstigenden Druckanstieg bewirken.

Ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei einem dichtschichtigen Elektrodenwickel, der günstig aus blatt- oder folien dünnen Sintergerüstelektroden hergestellt sein kann, zeigt Fig. 4. Die ungleichpoligen Elektroden 14 und 15 sind auf einen Hohlkern 16, der aus gas- und flüssigkeitsundurchlässigem Kunststoff bestehen kann, flächenparallel und lagendicht mit geringstem Abstand der benachbarten Elektrodenoberflächen ungleicher Polarität aufgewickelt. Auch bei dieser dichten Schichtung der großflächigen Elektroden bestimmt sich der benachbarte Oberflächenabstand aus der Dicke der verwendeten Separatoreinlagen, die etwa 0,1 mm beträgt. Die sonstigen Eigenschaften des Separators sollen möglichst die gleichen sein, wie sie für die Elektrodenpakete nach Fig. 1 und 2 erwähnt sind. Der Elektrodenwickel ist an seinen Stirnseiten, also an den von den Elektrodenschnittflächen und Rändern der Separatoren gebildeten Seiten ebenfalls mit einer diese Seiten dicht abschließenden Kunststoffschicht 9, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschrieben wurde, überzogen, derart, daß sich eine dichte Verbindung mit dem Hohlkern 16 ergibt und die Schicht 9 in einen den Wickel an seiner Mantelfläche umschließenden Ionen- und gasundurchlässigen Überzug 17 übergeht. Der von den Elektroden gebildete Wickel ist auf diese Weise nach außen vollkommen abgeschlossen bis auf die Unterbrechungsstelle 18 in der Abdeckschicht 9 an der oberen Wickelstirnseite. Diese Unterbrechungsstelle dient in gleicher Weise wie die Unterbrechungsstelle 13 bei dem Elektrodenpaket nach Fig. 3 zum Einbringen von Elektrolytflüssigkeit, zum Druckaustausch zwischen den elektrodenfreien Räumen des Wickels und dem Innenraum des druckdichten Akkumulatorgehäuses, in das der dargestellte Wickel eingesetzt wird, und zum Nachfüllen von Elektrolytflüssigkeit bzw. zum Nachtränken der Separatoreinlagen des Wickels mit solcher Flüssigkeit sowie zum Abströmen von eventuellen Überschußgasen aus dem Wickel in den Gehäuseinnenraum. Mit 19 und 20 sind die Elektrodenanschlüsse des Wickels angedeutet.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator, bei dem ein dichtschichtiges Elektrodenpaket oder ein dichtschichtiger Elektrodenwickel, insbesondere ein Paket oder Wickel aus Sintergerüstfolien-Elektroden, in das verschlossene Akkumulatorgehäuse eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die außerhalb der sich gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen vorhandenen elektrochemisch wirksamen Teile oder Flächen der Elektroden, insbesondere deren Schnittflächen (5,6,7), mit einer dicht abdeckenden Schicht (9) aus Ionen und Gas nicht durchlässigem Material, vorzugsweise mit einer Kunstharzschicht überzogen sind.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (9) auf die von den Schnittflächen der Elektroden und den Rändern der Separatoren gebildeten Paketoder Wickelseiten aufgebracht ist.

3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Paket oder den Wickel dicht abschließende Schicht (9) an mindestens einer Stelle (13, 18), bevorzugt an der oberen Seite des Paketes oder Wickels, unterbrochen ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden und Separatoren auf einen für Gas und Ionen nicht durchlässigen Hohlkern (16), z.B. Kunststoffhohlkern, lagendicht gewickelt werden und die Schicht (9) so aufgebracht wird, daß sie nach innen in diesen Hohlkern und nach außen in einen auf die Wickelmantelfläche aufgetragenen, für Gas und Ionen nicht durchlässigen Überzug (17) übergeht.