DE977070C - Alkalischer Akkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf alkalische Akkumulatoren mit porösen Sinterelektroden und Separatoreinlagen.

Erfindungsgemäß besteht ein solcher Akkumulator aus einer Kombination von sich flächenparallel dichtschichtig gegenüberliegenden ungleichpoligen blatt- oder foliendünnen Sinterelektroden, zu deren Herstellung auf eine etwa 0,02 bis 0,05 mm dünne Trägerunterlage ein- oder beidseitig eine weniger als ι mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm, dicke Schicht eines versinterten Metallpulvers aufgebracht ist, mit Separatoreneinlagen aus hochporösen elektrolytbeständigen Kunststoffgeweben von 0,1 bis 0,3 mm Dicke in Form von Elektrodenpaketen oder -wickeln.

Man hat bereits vorgeschlagen, für den Aufbau alkalischer Akkumulatoren foliendünne Elektroden zu verwenden, die eine Dicke von wenigen tausendstel Millimeter besaßen und durch zwischengelegte Scheider voneinander getrennt waren. Für Elektro- so den so geringer Stärke scheidet eine Herstellung in Form von Sinterelektroden aus. Außerdem besteht bei so aufgebauten Akkumulatoren ein ausgesprochenes Mißverhältnis zwischen Elektroden- und Scheiderdicke. Es resultiert daraus die Unmöglichkeit, mit so aufgebauten Akkumulatoren ein auch nur halbwegs befriedigendes Verhältnis von Kapazität und innerem Widerstand zum Gewicht und Volumen des Sammlers zu erreichen.

Es sind auch schon Akkumulatoren bekannt (s. Fiat-Bericht Nr. 800, 1948, S. 12 bis 17), die aus etwa 2 mm dicken S inter elektroden und zwischengelegten Scheidern bestehen. Der Elektrolyt war hierbei in den Hohlräumen der Scheider,

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die durch einen um die Elektroden herumgewickelten Faden von etwa ι mm Stärke gebildet waren, und gegebenenfalls auch in den Sinterelektroden enthalten. Die Aufnahme einer ausreichenden Elektrolytmenge erfordert bei solchen Akkumulatoren diese Scheiderdicke von etwa ι mm. Dadurch wird der innere Widerstand so aufgebauter Zellen unverhältnismäßig erhöht. Gleichzeitig wird der Laugenweg innerhalb des Scheiders unverhältnismäßig ίο lang. Die unvermeidlichen Ouellkräfte innerhalb der Elektroden von solcher Dicke können außerdem mechanische Deformationen der Platten ergeben, die zu Kurzschlüssen führen können.

Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile und gewährleistet optimale Verhältnisse hinsichtlich aller zu berücksichtigenden Faktoren. Die Erhöhung der wirksamen Elektrodenfläche auf etwa das Vierfache eines aus S inter elektroden von 2 mm Stärke aufgebauten Sammlers in Verbindung mit der zulässigen geringen Scheiderstärke von 0,1 bis 0,3 mm setzt den inneren Widerstand des erfindungsgemäßen Sammlers auf weniger als ein Viertel des vorbekannten Akkumulators herab. Daraus ergibt sich der Vorteil eines extrem niedrigen inneren Widerstandes, der hohe Entladeströme (rechteckige Entladungskurven) sowie hohe Stoßbelastungen ermöglicht. Der innere Widerstand eines Akkumulators ist, wie bekannt, eine Summe verschiedener Widerstände, wie beispielsweise des Ohmschen Widerstandes des Elektrolyten, des Ohmschen Widerstandes der Elektroden, des Polarisationswiderstandes und des Konzentrationswiderstandes. Die hauptsächliche Verringerung des Widerstandes ist zurückzuführen auf die tJnterdrückung des Polarisationswiderstandes, die daraus resultiert, daß die dünnen Elektroden flächenparallel dicht nebeneinanderliegen und sich dank der dichten Nachbarschaft der Elektroden eine Wechselwirkung zwischen den Elektrolysenprodukten und den Elektroden selbst ergibt. Außerdem vergrößert die dichte Nachbarschaft der Elektroden die Diffusion zwischen dem Elektrolyten im Anoden- und Kathodenraum, wodurch sich auch der Konzentrationswiderstand verringert.
Diese Zusammenhänge werden dadurch bewiesen, daß man weiß, daß die Ladeschluß spannung von Akkumulatoren, die in Übereinstimmung mit Fiat-Bericht Nr. 800 gebaut sind, in der Größenordnung von 1,65 bis 1,70 Volt liegt, während die Ladeschlußspannung von Akkumulatoren nach der Erfindung in der Größenordnung von 1,45 Volt liegt. Die eben angegebenen Zahlen beweisen das durch die Erfindung erzielte unerwartete Ergebnis. Diese niedrige Ladespannung eines Akkumulators nach der Erfindung am Ende der Ladung ist auch ein Anzeichen dafür, daß er unter Bedingungen arbeitet, die dicht bei den thermodynamischen Bedingungen liegen. Das ist in erster- Linie eine Folge des Fehlens einer Polarisation der Elektroden, insbesondere der negativen Elektrode. Sowohl das Verhältnis des Elektrodenvolumens zum Scheidervolumen als auch das Verhältnis des Gesamtvolumens und des Gewichtes eines erfindungsgemäßen Sammlers zu seiner Kapazität sind optimal für alkalische Akkumulatoren und selbst allen bisher bekannten Bleisammlern überlegen. Der neue Sammler zeichnet sich ferner durch weitgehende Wartungsfreiheit aus. Die dünnen Elektroden nehmen endlich Ouellkräfte hinreichend elastisch ohne Deformation der Platten und ohne Gefährdung ihrer lagedichten Schichtung auf.

Es hat sich gezeigt, daß Akkumulatoren nach der Erfindung ohne besondere Vorkehrungen zur Beseitigung von Sauerstoff und zur Verhinderung der Wasserstoffentwicklung betrieben werden können, wie sie sich bei unvermeidlichen Überladungen oder Überentladungen solcher Sammler zu bilden pflegen.

Dadurch kann es nicht zur Entstehung schädlicher Überdrücke in den Zellen des Sammlers kornmen. Ein derartiger Akkumulator verliert auch bei längerer Benutzung und häufigen Überladungen oder Überentladungen, wenig oder keine Elektrolytflüssigkeit.

In den Fig. 1 bis 4 ist der Aufbau des erfmdungsgemäßen Akkumulators an zwei Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht, die im nachstehenden beschrieben sind.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen in zwei zueinander rechtwinkelig stehenden Vertikalschnitten eine Ausführungsform, bei welcher die Elektroden mit den Scheidern einen Schichtenblock, im nachstehenden auch als »Paket« bezeichnet, bilden.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen in Form eines schematischen Vertikal- und Horizontalschnittes den Aufbau eines Akkumulators gemäß der Erfindung, bei welchem die Elektroden einen spiraligen Wickel bilden.

Nach den Fig. 1 und 2 bilden die blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden 9 und 10 mit den isolierenden Zwischenlagen 11 aus poröser Glaswolle, laugenbeständigen Kunstharztextilien od. dgl., die eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm haben, ein lagendicht geschichtetes Elektrodenpaket. Die Sintergerüstelektroden bestehen aus einer Trägerunterlage, die beispielsweise etwa 0,03 bis 0,05 mm stark ist und auf die ein- oder beidseitig eine weniger als ι mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm, dicke Schicht eines versinterten Metallpulvers aufgebracht ist. Das Elektrodenpaket ist in das Kunst-Stoffgehäuse 5 mit dem Kunststoffdeckel 6., in welchem sich die Kontaktschrauben 7 befinden, eingesetzt. 8 ist eine mit Gummidichtung ventilartig abschließbare Laugeneinfüllöffnung in demDeckelo. Die zu einem Paket geschichteten Elektroden 9 und werden in montiertem Zustand, eventuell mittels Bändern, dicht geschichtet zusammengehalten und liegen als Anoden und Kathoden abwechselnd an den zwischen je zwei solchen Elektroden vorhandenen Separatorzwischenlagen 11 an. Mit ihren Anschlußfahnen sind die Elektroden 9 und 10 mittels der Schrauben 14 fest mit den in den Deckel 6 eingesetzten Polanschlüssen 15 kontaktgebend verbunden.

Durch die Verwendung von blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden ist es möglich, für

einen alkalischen Akkumulator einen Aufbau zu wählen, bei dem die Elektroden in Form von Streifen oder Bändern spiralige Wickel bilden, die runden oder anderen Querschnitt haben können. Die Verwendung eines Elektrodenwickels für den Aufbau von alkalischen Akkumulatoren mit Sinterelektroden vereinfacht die Herstellungsmaßnahmen wesentlich und ermöglicht damit die Erstellung besonders billiger Zellen und Akkumulatoren.

ίο Beispiele von Wickelzellen nach der Erfindung zeigen die Fig. 3 und 4. Die von Bandstreifen gebildeten Sintergerüst-Folienelektroden 20 und 21 sowie die als Separator wirkenden Isolierzwischenlagen 23 der angegebenen Dickenabmessungen sind auf ein Kernstück 22 aus Kunstharz aufgewickelt. Für den Anschluß der Elektroden an die Kontaktschrauben 25 sind in dem Kunstharzteil 22 Löcher mit Längsschlitzen 24 vorhanden, in welche die Kontaktschrauben 25 fest eingesetzt sind und durch Pressung eine Kontaktverbindung mit den durch die Schlitze 24 in die Längslöcher des Kunstharzteiles 22 eingeführten Elektroden ergeben. Es können für die Entnahme größerer Ströme auch gleichzeitig mehrere gleichpolige Elektroden in ein Kontaktschraubenloch 24 eingeführt sein und in der beschriebenen Weise durch Pressung einen Kontaktanschluß mit den Schrauben 25 bilden. Für die fabrikatorisch günstige Befestigung der Sepa-f ratorzwischenlagen an dem Kunstharz-Kernstück ist dieses mit Schlitzen 26 versehen, in die die Separatorstreifen 23 beim Wickeln der Elektroden eingehängt oder in sonst geeigneter Weise mit dem Kernstück 22 verbunden werden können. Der so hergestellte Elektrodenwickel wird, durch Gummibänder od. dgl. zusammengehalten, in ein Gehäuse mit Deckel 28 eingesetzt. Es sind auch andere, vereinfachte Aufbauformen eines derartigen mit Sintergerüstfolienelektroden ausgestatteten Wickelakkumulators möglich.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Alkalischer Akkumulator mit porösen Sinterelektroden und Separatoreinlagen, gekennzeich net durch die Kombination von sich flächenparallel dichtschichtig gegenüberliegenden ungleichpoligen blatt- oder foliendünnen Sinterelektroden, zu deren Herstellung auf eine etwa 0,02 bis 0,05 mm dünne Trägerunterlage eine weniger als 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm, dicke Schicht eines versinterten Metallpulvers ein- oder beidseitig aufgebracht ist, mit Separatoreinlagen aus hochporösen elektrolytbeständigen Kunststoffgeweben von 0,1 bis 0,3 mm Dicke in Form von Elektrodenpaketen oder -wickeln.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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