FI70490B - Elektroder foer blyackumulator samt foerfarande foer framstaellning av en elektrod - Google Patents

Description

luar^I γβί kuulutusjulkaisu 70490

«Sf® B 11 UTLÄGG Nl NGSSKRIFT

C (45) P.atc;;tti ir.y3-*uietty

Patent ::.31 lal at 10 00 1086 (51) Kv.lk.‘/lnt.CI.* H 01 M k/]k SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 780067 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 09.01.78 (FI) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 09.01 .78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 1 6.08.78

Patentti-ja rekisterihallitus /44) N ahtavaksi panon ja kuul.julkaisun pvm. — 27.03.86

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet ^ 5.02.77, 28.03.77 USA(US), /68909, 781762 Toteennäytetty-Styrkt (71) Solargen Electron ies, Ltd., 562 Fifth Avenue, New York, New York 1 0036, USA(US) (72) Rudolf Hradcovsky, Long Beach, New York,

Otto R. Kozak, Long Beach, New York, USA(US) (7*0 Oy Borenius & Co Ab (5*0 Lyijyakun elektrodit ja menetelmä elektrodin valmistamiseksi -

Elektroder för blyaekumulator samt förfarande för framstä11 ning av en elektrod

Keksinnön kohteena on lyijyakun elektrodi, siitä valmistettu negatiivinen elektrodi sekä menetelmä elektrodin valmistamiseksi. Lähemmin määriteltynä keksinnössä käytetään aktiivista massaa tällaisten elektrodien valmistamiseksi, joissa tämä aktiivinen massa on kiteisen ja monikiteisen lyijyperoksidin seos. Keksinnön kohteena on myös aktiivisen massan käsittävän elektrodin valmistusmenetelmä.

Sähkökennon rakenne ja toiminta ovat sinänsä tunnetut. Tällainen kenno, joka on joko primäärinen tai sekundäärinen kenno, on sähkökemiallinen koje, jossa on kaksi johtavaa materiaalia olevaa levyä, jotka on upotettu elektrolyyttiin. Primäärisen kennon tarkoituksena on kehittää sähköjännite ja kertakäyttöisesti eli palautumattomasta muuttaa kemiallinen energia sähköenergiaksi. Sekundäärinen kenno toimii sen sijaan palautuvasti ja se voi muuttaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi tai päinvastoin. Sekundäärisiä kennoja sanotaan tavallisesti "akku-kennoiksi" .

Akkukennon luovuttaessa sähkötehoa sanotaan kennon "purkautuvan", jolloin kemiallinen energia muuttuu sähköenergiaksi. Kun taas akku-kenno vastaanottaa sähköenergiaa, on prosessi päinvastainen ja kennon sanotaan "varautuvan".

2 70490

Kaksi tai useampia kennoja, jotka on yhdistetty toisiinsa joko sarjassa tai rinnan, muodostavat pariston, ja sellaista paristoa, joka on tehty liittämällä yhteen useita akkukennoja, sanotaan akkuparistoksi.

On olemassa kaksi yleistä akkuparistotyyppiä, nimittäin lyijy-happo-tyyppinen paristo, josta yksinkertaisesti käytetään nimeä "lyijy-paristo", ja nikkeli-lipeätyyppinen eli Edison-tyyppinen paristo, joka yleisesti sanotaan "alkaliparistoksi". Keksintö Koskee ensiksi mainittua paristotyyppiä.

Lyijy-happopariston kennot koostuvat positiivisesta, ly1jyoksidia olevasta levystä ja negatiivisesta, lyijysientä olevasta levystä, jotka on upotettu laimennettuun rikkihappoliuokseen (elektrolyyttiin). Jokaisen levyn aktiivinen massa eli materiaali on levyn se osa, joka kemiallisesti muuttuu sähkön virratessa pariston läpi. Tätä aktiivista massaa kannattaa kehys tai hila, joka on puhdasta lyijyä tai lyijy-lejeerinkiä, esim. lyijyn ja antimonin lejeerinkiä, jonka kaksinkertaisena tehtävänä on kannattaa aktiivista massaa ja johtaa sähkövirtaa. Keksintö koskee erikoisesti uutta, ainutlaatuista ja entistä parempaa aktiivista massaa.

Tyypillisen lyijy-happotyyppisen pariston varaus- ja purkausjaksot voidaan kuvata seuraavalla palautuvalla reaktiolla: varautuminen purkautuminen

Ph02+2H2S04+Pb --> 2PbS04+2H20 (+)levy (-)levy

Positiivisen levyn aktiivinen materiaali on ruskeaa, huokoista lyijy-oksidia, kun taas negatiivisen levyn aktiivinen massa on harmaata, sienimäistä ja huokoista puhdasta lyijyä.

Markkinoilla nykyään saatavilla lyijy-happoparistoilla on rajoittunut suorituskyky, joten lukuisia yrityksiä ja ehdotuksia on aikaisemminkin tehty näiden paristojen parantamiseksi. Täten parannukset, jotka kohdis tuvat näiden paristojen varautumis- ja purkautumisominaisuuksiin, niiden virran purkautumismäärän suurentamiseen ja paristokennojen sisäisen resistanssin pienentämiseen, ovat eräitä niistä lukuisista ominaisuuksista, joihin tämän alan ammattimiehet ovat kohdistaneet melkoista huomiota. Eräät ovat kohdistaneet huomionsa elektrodeihin, kun taas 3 70490 toiset ovat ehdottaneet erilaisia elektrolyyttejä kennojen ja niitä sisältävien paristojen kokonaissuorituskyvyn parantamiseksi.

Niinpä US-patentissa no 2.933.547 on selitetty paristo, joka on valmistettu useista kiinteässä tilassa olevista sähkökemioista, jotka muodostuvat hopea- ja sinkkielektrodeista, ja joissa on kiinteä solva-toitunutta kationinvaihtohartsia oleva kalvo, joka on sovitettu näiden elektrodien väliin.

US-patentissa no 3.468.719 on selitetty kiinteässä tilassa oleva ioninen johdin, joka on tehty monikiteisestä materiaalista, jossa rakenteellinen hilakoppi on muodostettu alumiini- ja happi-ionien yhdistelmästä, ja natriumioneista, jotka vaeltavat hilakoppiin nähden sähkökentän vaikutuksesta. Tätä materiaalia käytetään puolikenno-erottimena paristojen rakenteessa, kuten on lähemmin selitetty tämän patentin esimerkissä 3.

US-patentissa no 3.499.796 on selitetty keraaminen kerrostuma, joka on sovitettu kahden sähkökemiallisesti ja kationisesti johtavan kiteisen komponentin väliin, jotka ovat kationeja vaihtavassa suhteessa toisiinsa ja joiden välissä on kationisesti johtava, elektronisesti ei-johtava kiteinen komponentti, minkä lisäksi tässä patentissa on selitetty tällaisista kennoista muodostettuja akkulaitteita.

US-patentissa 3.709.820 on selitetty orgaaninen kiinteä elektrolyytti, jona on kiteinen elektroneja luovuttava ja vastaanottava kompleksi, jossa on 7,7,8,8-tetrasyaanokinodimetaania, aromaattista amiinia olevia ionisia kiteitä ja tähän ioniseen hilakoppiin kyllästettyä nestettä. Tässä patentissa selitettyä elektrolyyttiä käytetään kondensaattoreissa näiden resistanssin pienentämiseksi.

US-patentissa no 3.765.915 on selitetty beta-alumiinioksidin polykitei-sen keraamisen tuotteen käyttämistä elektrolyyttinä n atrium-rikkityyppiä olevien paristokennojen rakenteessa.

Edellä mainitut patentit edustavat vain muutamia niistä lukuisista patenteista, jotka kuvaavat tämän alan tekniikassa suoritettua tutkimustyötä ja toimintaa. Tästä huolimatta on kuitenkin lyijy-happoparistcr ja sen kennojen perusrakenne pysynyt pääasiallisesti muuttumattomana. Nykyään, samoin kuin jo useita vuosikymmeniä sitten valmistetaan lyijy-happoparistoja liittämällä sarjaan lukuisia kennoja (yleensä 4 70490 3 tai 6), joissa positiivisen levyn aktiivisena massana on huokoinen lyijyoksidi, ja negatiivinen levy on sienimäistä huokoista lyijyä, ja elektrolyyttinä toimii laimennettu rikkihappo.

Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada entistä parempia akkukennoja ja näistä valmistettuja kojeita.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada akkuparisto, jossa positiivisen elektrodin aktiivisena massana on ainutlaatuinen materiaali, joka on tehty kiteisestä ja monikiteisestä lyijyoksidista. Tämä moni-kiteinen eli "polykiteinen" lyijydioksidi on materiaalia, jossa lyijy esiintyy lyijyoksidin erilaisissa kasvu- ja kehitysasteissa olevina kiteinä. Näitä paristoja tullaan seuraavassa sanomaan "lyijy-kide-paristoiksi" niiden erottamiseksi ennestään tunnetuista lyijy-happo-paristoista.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada uusia ja ainutlaatuisia lyijykideparistoja, joilla on ylivoimaiset suoritusominaisuudet, verrattuna tavanomaisiin lyijyparistoihin.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada sellaisia lyijykideparistoja, joilla on entistä pienempi sisäinen resistanssi ja suurempi potentiaaliero (sähkömotorinen voima) kuin ennestään tunnetuilla lyi-jyparistoilla.

Keksinnön vielä eräänä toisena tarkoituksena on aikaansaada lyijyki-deparistoja, joilla on entistä suurempi sähkövirran varaus- ja purka-uskapasiteetti, ja jotka voidaan varata huomattavasti lyhyemmässä ajassa kuin ennestään tunnetut lyijyparistot.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada lyijykideparistoja, joille on ominaista huomattavasti pienempi sulfatoituminen verrattuna lyijy-happoparistoon.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada menetelmä aktiivisen massan kiteisen ja polykiteisen lyijyoksidin valmistamiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada ainutlaatuinen positiivinen levy, jota käytetään akkukennojen ja tällaisista kennoista valmistettujen paristojen konstruoimiseksi.

5 70490

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada sellaisia positiivisia levyjä, jotka käsittävät kannatuslevyn, joka on tehty esim. lyijystä, lyijyn ja antimonin lejeeringistä tai ei-johtavasta kanto-ainemateri-aalista, ja jossa on johtava pinnoite, ja tämän kannatuslevyn pinnassa on kiteistä ja monikiteistä lyijyoksidia.

Keksinnön tarkemmat kohteet ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista ja esitetään seuraavassa selityksessä oheisten piirustusten perusteella, jotka ovat tämän hakemuksen eräänä osana.

Keksinnön mukaan saadaan akkukenno, jossa kennon positiivisen elektrodin aktiivisena massana on kiteisen ja monikiteisen lyijyperoksidin (Pb02) seos. Ensin lyijyn ja kadmiumin seos lasketaan tai muulla sopivalla tavalla sovitetaan tasaisena kiinnitarttuvana kerroksena kanna-tuslevylle, joka on tehty lyijystä, lyijyn ja antimonin lejeeringistä tai sopivasta inertistä, ei-johtavasta materiaalista, joka on päällystetty lyijyllä tai lyijyn ja antimonin lejeeringillä. Lyijy-kadmium-seos voidaan laskea kannatuslevylle kuumasuihkuttamalla, soveltamalla ns. "jauhemetallurgista" menetelmää tai elektrolyyttisesti päällystämällä, jotka kaikki menetelmät seuraavassa selitetään lähemmin.

Lyijyn ja kadmiumin seoksella päällystetty kannatuslevy upotetaan tämän jälkeen säiliöön, jossa elektrolyyttinä on rikkihapon laimea liuos, ja jossa on katodina lyijylevy tai -pelti. Tämän jälkeen kannatuslevy yhdistetään sähkölähteen positiiviseen napaan ja lyijylevy yhdistetään tämän lähteen negatiiviseen napaan. Sähkövirta aiheuttaa kulkiessaan levyjen läpi lyijy-kadmiumkerroksessa olevan lyijyn hapettumisen lyijyperoksidiksi, joka esiintyy kiteisenä ja monikiteisenä massana, kun taas kadmium reagoi rikkihapon kanssa kadmiumsulfaatiksi, joka laskeutuu lyijylevylle sienimäisenä materiaalina. Tämän jälkeen kannatuslevy poistetaan liuoksesta, huuhdotaan puhtaaksi vedellä ja kuivataan.

Kolme edellä selitetyllä tavalla valmistettua kannatuslevyä upotetaan tämän jälkeen toiseen säiliöön, jossa on laimeaa rikkihappoliuosta. Keskimmäinen kannatuslevy yhdistetään sähkölähteen positiiviseen napaan, kun taas molemmat muut kannatuslevyt yhdessä kytketään tämän sähkölähteen negatiiviseen napaan. Sähkövirran kulkiessa yhdistelmän läpi tulee keskimmäinen kannatuslevy varatuksi positiivisesti, ja lyijyperoksidi pysyy muuttumattomana, kun taas molempien muiden levyjen lyijyoksidi pelkistyy lyijyksi ja tulee negatiivisesti varatuksi.

6 70490 Sähkölähde poistetaan muutamien minuuttien kuluttua, jolloin kennon sähkömotorinen voima pienenee arvosta 2,9 volttia arvoon noin 2,4 volttia ja pysyy tässä arvossa pääasiallisesti vakiona. Kenno on nyt varattu ja se varastoi tehoa myöhemmin vapautettavaksi.

Kolme tai useampia tällaisia kennoja voidaan yhdist ' 1 keksinnön mukaisen lyijyk.idepariston muodostamiseksi.

Kuvio 1 havainnollistaa kaaviollisesti keksinnön mukaista menetelmää aktiivisen massan, toisin sanoen kiteisen ja monikiteison lyijyoksidin valmistamiseksi.

Kuvio 2 havainnollistaa kaaviollisena diagrammana positiivisten ja negatiivisten levyjen muodostamista ja kennoa, jossa on tällaiset levyt.

Kuvio 3 esittää kahta käyrää, jotka vertaavat keksinnön mukaan valmistetun lyijykidekennon ominaisuuksia tavanomaisen lyijyhappotyyppisen kennon ominaisuuksiin.

Nyt on yllätyksellisesti havaittu, että akkukennojen suorituskykyä voidaan huomattavasti parantaa varustamalla kennot ainutlaatuisella positiivisella levyllä, jossa on kiteistä ja monikiteistä lyijyoksidia PbOg aktiivisena massana. Näin ollen tällaisista kennoista valmistetut lyijykideparistot omaavat ylivoimaisia suoritusominaisuuksia, verrattuina tavanomaisiin lyijyhappoparistoihin.

Keksintö selitetään seuraavassa yksityiskohtaisesti erikoisesti akku-kennon ja tällaisista kennoista valmistetun pariston perusteella.

Tämä. selitys ei kuitenkaan millään tavoin rajoita keksinnön piiriä, koska on olemassa muita akkukojeita, jotka voidaan konstruoida edellä selitettyjen periaatteiden perusteella, ja jotka näin ollen kuuluvat tämän keksinnön piiriin.

Nyt on havaittu, että keksinnön mukaisella tavalla konstruoidulla akkukennolla on ominaisuuksia, joita ei tähän asti ole voitu saavuttaa aikaisemman tekniikan mukaisissa akkukennoissa, joten kojeet, esim. akkuparistot, jotka on muodostettu kytkemällä sarjaan tällaisia kennoja, myös ovat suoritusominaisuuksiltaan ylivoimaisia verrattuina tavanomaisiin lyijyparistöihin. Näistä parantuneista ominaisuuksista mainittakoon pienempi sisäinen resistanssi, suurempi aktiviteetti, 70490 7 pienempi sulfatoituminen, paremmat varaus- ja purkausominaisuudet, suurempi kapasiteetti, nopeampi varaus ja suurempi sähkömotorinen voima kennoa kohden. Tämä ominaisuuksien luettelo ei kuitenkaan ole millään tavoin täydellinen.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla valmistettu ainutlaatuinen aktiivinen massa koostuu pääasiallisesti kiteisestä ja monikiteisestä lyijyoksidista (PbC^), jossa lyijyllä on maksimaalinen elektroni-valenssinsa 4, ja josta käytetään nimitystä lyijyperoksidi erotukseksi yhdisteestä PbO, jossa lyijyllä on pienempi elektronivalenssinsa 2.

Tässä käytetty sanonta ”monikiteinen" tarkoittaa yksinkertaisten lyijyperoksidia olevien massojen koostumusta, joissa nämä kiteet ovat kasvun ja kehittymisen vaihtelevissa vaiheissa. Niinpä keksinnön mukainen aktiivinen massa on lyijyperoksidin yksinkertaisten kiteisten massojen ja tällaisten monikiteisten koostumien seosta.

Keksinnön erään sovellutusmuodon mukaan, jota kuvio 1 erikoisesti esittää, päällystetään kannatuslevy 1, joka tyypillisesti on tehty puhtaasta lyijystä (Pb) tai lyijyn ja antimonin lejeeringistä (Pb-Ob), kerroksella Pb-Cd seuraavassa selitettävällä tavalla, ja upotetaan elektrolyyttinä toimivaan, säiliössä 3 olevaan laimeaan rikkihappo-liuokseen. Tässä käytettynä kannatuslevynä on sopivasti noin 0,2 mm paksu lehti, joka tehdään lyijyn ja antimonin lejeeringistä. Kannatus-levyn paksuus voi kuitenkin vaihdella jonkin verran, riippuen akku-kojeen kulloinkin sovelletusta rakenteesta ja tarkoitetusta käytöstä.

Ennen kuin kannatuslevy 1 upotetaan rikkihappoliuokseen, suihkutetaan lyijyn ja kadmiumin kuumaa sulatetta lehden pinnalle tavanomaisen ruiskupistoolin avulla tai käyttämällä jotain muuta sopivaa ruisku-kojetta, tasaisen ja kiinnitarttuvan, lyijyä ja kadmiumia olevan kerroksen muodostamiseksi lehden molempiin pintoihin. Pelkistävää kaasua, esim. vetyä, käytetään kuuman sulatteen suihkuttamisen yhteydessä, ja suihkuttaminen keskeytetään, kun muodostuneen kerroksen paksuus kummassakin pinnassa saavuttaa arvon noin 0,5 mm. Tämäkin paksuus voi vaihdella jonkin verran, riippuen kojeen konstruktiosta, halutusta resistanssista ja käyttötarkoituksesta. Yleensä voi Pb-Cd-kerroksen paksuus kummassakin pinnassa vaihdella rajoissa noin 0,1...

2 mm, sopivasti rajoissa noin 0,5...noin 1,2 mm, ja sopivin paksuus on noin 1 mm.

8 70490

Pb-Cd-sulate valmistetaan päällystämällä noin 1 mm paksu kadmiumlanka elektrolyyttisesti tai galvaanisesti siten, että saavutetaan lyijyn ja kadmiumin painosuhde noin 1:1, minkä jälkeen muodostunut lanka sulatetaan, ruiskutetaan lehden pintaan seuraavassa se liiettävällä tavalla lämpötilassa, joka on korkeampi kuin lyijyn ja kadmiumin sulamispiste, mutta alempi kuin lyijyn ja antimonin sen erikoisen lejeeringin sulamispiste, josta kannatuslevy tehdään in, että Pb-Cd sintrautuu kannatuslevyn pintaan.

Pb-Od-kerroksen saattamiseksi paremmin tarttumaan kiinni kannatus-levyn 1 pintaan voidaan kannatuslevy ensin hiekkapuhaltaa useita minuutteja karhennetun pinnan muodostamiseksi siten, että 3intrautu-nut Pb-Cd-seos paremmin sitoutuu levyn pintaan.

Kuvio 1 esittää säiliötä 3, joka on tehty ei-johtavasta materiaalista (kuten lasista, muovista, jne.), ja joka sisältää elektrolyyttinä laimeaa rikkihappoliuosta, jolla on likimain sama ominaispaino kuin niillä rikkihappoliuoksilla, joita käytetään tavanomaista tyyppiä olevissa lyijy-happoparistoissa. Tässä säiliössä 3 on myös lyijylevy 5, joka toimii negatiivisena elektrodilla eli katodina. Edellä selitetyllä tavalla valmistettu kannatuslevy 1 upotetaan elektrolyyttiin kuvien 1 näyttämällä tavalla ja kytketään sähkölähteen 7 positiiviseen napaan, jonka jännite on 3 volttia (esim. paristoon), kun taas lyijy-levy 3 yhdistetään tämän jännitelähteen negatiiviseen napaan. Vaikka elektrolyyttiin voidaan upottaa useita kannatuslevyjä, jotka yhdistetään sähkölähteeseen, selitetään ja kuvataan keksintö havainnollisuuden vuoksi yhden positiivisen levyn valmistuksen yhteydessä.

kun sähköpiiri suljetaan selitetyllä tavalla, reagoi kannatuslevyn Pb-Cd-kerroksessa oleva kadmium rikkihapon kanssa kadmiumsulfaatiksi, joka laskeutuu huokoisena sienimäisenä massana lyijylevylle 5. Vesi hajoaa vedyksi (Hr,) ja hapeksi (02). Vety ilmestyy kaasukuplina negatiivisen elektrodin pinnassa, kun taas happi reagoi nopeasti ja jatkuvasti lyijyn kanssa lyijyperoksidiksi (Pb02) kiteisenä ja moni-kiteisenä massana. Aktiivisen massan muodostuminen sujuu täten loppuun muutamissa minuuteissa, minkä jälkeen kannatuslevy poistetaan, huuhdotaan puhtaaksi ja kuivataan. Se on nyt valmis käytettäväksi keksinnön mukaisessa lyijykidekennossa tai -paristossa.

Kiteistä ja monikiteistä lyijyperoksidia oleva aktiivinen massa on tummanruskeaa...mustaa materiaalia. Se on kovaa, homogeenista, 9 70490 erittäin huokoista, ja sen sisäinen resistanssi on varsin pieni.

Valmistettaessa kannatuslevyä, jossa aktiivisena massana on kiteistä ja monikiteistä lyijyperoksidia, on tämän massan muodostumisen kannalta kriittistä, että Pb-Sb-levy on pinnoitettu sintratulla Pb-Cd-kerroksella. Täten on pidettävä huoli Pb-Cd-lejeeringin muodostumisen välttämiseksi kannatuslevyä päällystettäessä sintraamalla tai kuuma-ruiskuttamalla keksinnön tämän sovellutusmuodon mukaan. Kadmiumin läsnäolo sintratussa massassa on myös kriittistä, koska se myötävaikuttaa PbOg-kiteiden ja-moniki teiden muodostumiseen tai edistää tätä muodostumista. Lisäksi on havaittava, että vaikka kadmium reagoi säiliössä 3 olevan rikkihapon kanssa kadmiumsulfaatiksi ja poistetaan tästä säiliöstä, jää silti kadmiumin tähteitä aktiiviseen massaan.

Keksinnön mukaisen lyijykidepariston valmistamiseksi, kolme samanlaista kannatuslevyä 1a, 1b ja 1c, jotka on valmistettu edellä selitetyllä tavalla, upotetaan säiliöön 9 kuvion 2 näyttämällä tavalla.

Tämä säiliö 9 on rakenteeltaan samanlainen kuin lyijy-happoparisto, ja se sisältää laimeaa rikkihappoliuosta, jota tavanomaisesti käytetään tällaisissa paristoissa. Kannatuslevyt 1a ja 1c liitetään yhteen johtimella 11 ja yhdistetään johtimella 13 3-voltin sähkölähteen 15 (esim. pariston tai pariston varauslaitteen, jne.) negatiiviseen napaan, kun taas kannatuslevy 1b yhdistetään tämän jännitelähteen 15 positiiviseen napaan johtimella 17. Piirin tultua täten suljetuksi kannatuslevyissä 1a ja 1c oleva PbOg pelkistyy Pb:ksi, ja levyt varautuvat negatiivisesti, kun taas kannatuslevyllä 1b oleva PbOg pysyy kemiallisesti muuttumattomana ja tulee positiivisesti varatuksi.

Täten lyijylevyt tulevat toimimaan negatiivisina elektrodeina eli katodina ja lyijyperoksidilevy tulee toimimaan positiivisena elektrodina eli anodina.

Muutamien minuuttien kuluttua, kun kenno on tullut täysin varatuksi, poistetaan sähkölähde 15, jolloin kennon sähkömotorinen voima alenee arvosta 2,9 volttia arvoon noin 2,4 volttia, ja pysyy pääasiallisesti vakiona tässä arvossa. Kenno on nyt varautunut ja se varastoi tehoa myöhempää vapauttamista varten.

Kun edellä selitetyllä tavalla valmistettu kenno kytketään sarjaan muiden kennojen kanssa, esim. 3 kennon kanssa, jolloin jokainen kenno sisältää useita, tavallisesti 17 tai 19 rinnan kytkettyä levyä, muodostuu lyijykideparisto, jossa on 51 tai 57 levyä, riippuen jokaisessa 10 70490 kennossa olevien levyjen lukumäärästä. Voidaan ilmeisesti kytkeä sarjaan useampia kuin 3 kennoa, esim. 6 kennoa, jne. tarpeen mukaan.

Tämän keksinnön mukaisilla lyijykideparistoilla on ylivoimainen suorituskyky, verrattuna lyijyhappoparistoihin. Niinpä 31 tai 57 levyä sisältävä lyijykideparIsto voi sen pienemmän sisäisen resistanssin ansiosta vastaanottaa noin 10...noin 15 kertaa enemmän sähkövirtaa kuin lyijyhappoparisto. Tämän seurauksena lyijykideparisto voidaan varata paljon nopeammin kuin lyijvhappoparisto. Samoin on lyijykide-pariston purkautumisnopeus parantunut, koska se voi syöttää huomattavasti enemmän sähkövirtaa nopeammin kuin lyijyhappoparisto.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen lyijykidekennon purkautumiskäyrää ja tyypillisen lyijyhappokermon purkautumiskäyrää. Lyijykidekennon purkautumiskäyrä on tässä kuviossa näytetty kokoviivoin piirrettynä, kun taas lyijyhappokennoa edustava purkautumiskäyrä on piirretty katkoviivoin. Näiden molempien käyrien vertailu osoittaa, että ensimmäisten 16 minuutin aikana (mikä toisin sanoen vastaa noin 80‘/j purkautumis jaksosta) pysyy lyijykidekennon sähkömotorinen voima vakiona ja laskee tämän jälkeen hyvin vähän arvosta 2,32 arvoon noin 2,30 volttia, kun taas lyijyhappokennon sähkömotorinen voima laskee jatkuvasti saman jakson aikana arvosta 2,1 arvoon noin 2,0 volttia. Tämä erotus on erikoisen merkityksellinen tällaisista kennoista tehdyissä paristoissa ja osoittaa, että lyijykideparisto voi pysyttää suuremman sähkömotorisen voiman kuin lyijyhappoparisto, joten sillä on ylivoimainen suorituskyky.

Lisäksi keksinnön mukaisella lyijykideparistolla on noin 25...noin 30% suurempi kapasiteetti kuin tavanomaisella lyijyhappoparistolla. Lisäksi lyijykidekenno kykenee paljon täydellisempään varautumiseen ja purkautumiseen ilman mitään jälkireaktiota tai itsevarautumista, verrattuna lyijyhappokennoon. Täten lyijykideparistolla on paljon suurempi sähkökapasiteetti kuin verrattavissa olevan painon ja tilavuuden omaavalla lyijyhappoparistolla. Edellä esitettyjen periaatteiden mukaan valmistetut kennot kehittävät noin 0,1...noin 0,2 volttia suuremman sähkömotorisen voiman kuin ne tavanomaiset akkukermot, joista lyijyhappoparistot valmistetaan.

Edellä esitetyn selityksen mukaan sintrattua lyijyä ja kadmiumia sijoitettiin kannatuslevyjen pinnalle kuumaruiskuttamalla siten, että saatiin tähän pintaan muodostumaan homogeeninen, tasainen ja kiinni- tarttuva Pb-Cd-kerros. Seuraavassa selitetään kaksi muuta menetelmää tällaisten Pb-Cd-kerrosten muodostamiseksi Pb-Sb-kannatuslevyn pintaan.

„ 70490

Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan liuotetaan pehmeää rakeista lyijyn ja kadmiumin 1:1 seosta, jossa rakeiden koko on noin 100... melkein 500 mikrometriä, sekoitetaan tahnaksi sopivaan orgaaniseen nesteeseen, kuten esim. metanoliin (tai etanoliin). Tämä tahna lasketaan sitten kannatuslevyn pinnalle sopivan seulan avulla. Tämän jälkeen metanoli haihdutetaan, levy kuivataan ja Pb-Cd sintrataan noin 3 sekunnin aikana puristimessa, jonka lämpötila on noin 300... noin 400 °G. Nytkin on lämpötilaa ja painetta sintrautumisen aikana valvottava huolellisesti siten, että saadaan vältetyksi Pb-Cd-lejeerin-gin muodostuminen.

Kannatuslevyllä olevan Pb-Cd-kerroksen paksuutta voidaan säätää seulan asianomaisen valinnan avulla ja laskemalla sopiva määrä tahnaa tasaisesti levyn pinnalle. Täten voidaan noin 0,5 mm paksu Pb-Cd-kerros laskea kannatuslevyjen molemmille sivuille.

Sen jälkeen, kun haluttua paksuutta oleva kerros on muodostettu kannatuslevylle, upotetaan tämä säiliöön, joka sisältää laimeaa rikki-happoliuosta ja lyijylevyn, kuten edellä jo selitettiin kuvion 1 perusteella, jolloin kannatuslevyn pintaan samalla tavoin muodostuu kiteistä ja monikiteistä lyijyperoksidia (Pb02). Pb-Cd-kerroksesta kotoisin oleva kadmium reagoi rikkihapon kanssa ja laskeutuu kadmium-sulfaattina, josta kadmium voidaan ottaa talteen ja käyttää uudelleen, minkä jälkeen yhtä tai useampaa kannatuslevyä käytetään lyijykideparis-ton valmistamiseksi edellä kuvion 2 perusteella selitetyllä tavalla.

Keksinnön erään toisen sovellutusmuodon mukaan lasketaan kannatus-levylle kova tiivis lyijy-kadmiumlejeerinki sähkögalvaanisesti fluori-boraattikylvyssä. Täten saadaan kaksi elektrodia, joista toinen on tehty lyijy-antimonilejeeringistä katodina, ja toinen on tehty lyijy-kadmiumlejeeringistä 1:1 anodina, ja jotka tämän jälkeen upotetaan fluoriboraattikylpyyn, jonka koostumus on seuraava: lyijyfluoriboraattia, Pb(BF^)2 119 g metallista lyijyä, Pb 65 ·' fluoriboorihappoa, HBF^ 1,0 g boorihappoa 8,0 g kadmiurafluoriboraattia Cd(BP^) 32,5 g 12 70490 kadmiummetallia Cd 12,0 g ammoniumfluorihoraattia 8,0 g vettä 134 g Tämän jälkeen elektrodit yhdistettiin 5 voltin jännitelähteen positiiviseen ja negatiiviseen napaan tunnin ajaksi, kunnes katodin kumpaankin pintaan oli muodostunut tasainen kerros kadmiumia ja lyijyä, paksuus noin 0,1 mm. Tämän jälkeen sähkölähde kytkettiin pois, katodi poistettiin kylvystä, huuhdottiin puhtaaksi vedellä ja kuivattiin.

Kolmen sellaisen kannatuslevyn valmistamiseksi, joiden pinnoissa oli kiteistä ja monikiteistä lyijyperoksidia, upotettiin kolme edellä selitetyllä tavalla valmistettua katodi-kannatuslevyä laimean rikkihapon muodostamaan elektrolyyttiin, minkä jälkeen niitä käsiteltiin esim. kuvion 1 yhteydessä selitetyllä tavalla. Täten saatuja kannatus-levyjä käytettiin sitten lyijykidekennon valmistamiseksi edellä kuvion 2 perusteella selitetyllä tavalla.

Edellä esitetystä yksityiskohtaisesta selityksestä selviää, että keksinnön mukainen lyijykideparisto on huomattavasti ylivoimainen lyiDyhappoparistoon verrattuna. Edellä selitettyjen lukuisten ainutlaatuisten tunnusmerkkien lisäksi on lyijykideparisto tavallisesti noin 15...noin 30% kevyempi kuin lyijyhappoparisto, jolla on verrattavissa oleva koko ja kapasiteetti, ja lyijykidepariston kapasiteetti on noin 25...noin 30% suurempi, verrattuna vastaavan koon ja painon omaavaan lyijyhappoparistoon. Keksinnön mukaisen pariston kyky vastaanottaa huomattavasti enemmän tehoa huomattavasti lyhyemmässä ajassa tämän pariston merkityksellisesti pienemmän sisäisen resistanssin ja suuremman aktiviteetin ansiosta voidaan tätä paristoa erikoisen hyvin käyttää ajoneuvoissa, jotka edellyttävät nopeaa kiihtymistä, esim. sähkökäyttöisissä kulkuneuvoissa ja autoissa ja muissa sähkökäyttöisissä tehonlähteissä.

Keksinnön mukaan valmistetut lyijykideparistot sulfatoituvat vain vähäisesti tai ei ollenkaan. Tämä tarkoittaa käytännöllisenä tosiasiana, että nämä paristot voivat purkautua pisteeseen, joka lähenee nolla-jännitettä. Sen sijaan on sulfatoituminen eräs melko yleinen ilmiö lyijyhappoparistoissa,joten lyijyhappoparistoja ei voida purkaa alle noin 1,5...1,8 voltin jännitettä, koska muuten pysyvää sulfatoitu-mista tulee tapahtumaan niissä lyijytiloissa, jotka pitävät aktiivisen massan tahnan paikallaan.

13 70490

On myös muistettava, että vaikka keksintö edellä on selitetty ja laivattu jossain määrin yksityiskohtaisesti, voidaan lukuisia muutoksia ja/tai muunnoksia tehdä, jotka selviävät edellä selitetystä, ja jotka täten lankeavat tämän keksinnön ajatuksen ja hengen piiriin.

Niinpä voidaan sen sijaan, että käytetään Ph-3b-kannatuslevyjä, käyttää inerttiä ei-johtavaa kannatuslevyä (joka esim. on sopivaa muovia, tai selluloosamateriaalia), jolle lyijy tai lyijyn ja antimonin seos voidaan laskea edellä selitetyllä tavalla. Tällaiset kannatus-levyt ovat huomattavasti kevyempiä kuin Ph-Sb-kannatuslevyt, ja näin ollen myös näistä valmistetut paristot tulevat olemaan huomattavasti kevyempiä.

Vaikka keksintö edellä on kuvattu viittaamalla Ph:Cd-painosuhteeseen 1:1, voi tämä suhde vaihdella arvosta noin 30...noin 70 paino-%, ja sopivia tuloksia saavutetaan rajoissa noin 45...noin 55 paino-%. Optimaalisia tuloksia saavutetaan kuitenkin siinä tapauksessa, että käytetään molempien komponenttien likimain yhtä suuria painomääriä.

Jos seos on pääasiallisesti lyijyä, esim. 70 paino-%, tulee Pb-Cd-kerros olemaan pehmeämpi ja vähemmän huokoinen, kun taas siinä tapauksessa, että kadmiumkomponenttia käytetään valtaosana, esim. 70 paino-% seoksesta, tulee muodostunut Pb-Cd-kerros kovemmaksi ja huokoisemmaksi. Pb-Cd-kerroksen optimaalinen kovuus ja huokoisuus saavutetaan siinä tapauksessa, että seossuhde on likimain 1:1 painon mukaan laskettuna.

Claims (8)

14 70490

1. Elektrodi lyijyakkuja varten, joka elektrodi on muodostettu lyijydioksidilla päällystetystä johtavasta kantajasta, tunnet-t u siitä, että lyijydioksidi esiintyy paitsi lyijydioksid in tavallisessa kidemuodossa myös polykiteisessä muodossa erilaisissa kasvu- ja kehitysasteissa olevina kiteinä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaisesta elektrodista valmistettu negatiivinen elektrodi lyijyakkua varten, tunnettu siitä, että se on valmistettu muuntamalla johtavalla kantajalla olevaa lyijy-dioksidipäällystä, jossa lyijydioksidi esiintyy paitsi lyijydioksi-din tavallisessa kidemuodossa myös polykiteisessä muodossa erilaisissa kasvu- ja kehitysasteissa olevina kiteinä.

3. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen elektrodin valmistamiseksi tunnettu siitä, että kantaja päällystetään lyijy-kadmiumseoksella, jonka jälkeen seosteen lyijy hapetetaan anodisesti rikkihapossa lyijydioksidiksi, jolloin kadmium pääasiallisesti liukenee rikkihappoon, ja katodina käytetään lyijyä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijy-kadmiumkerros ruiskutetaan kantajalle kuumana pelkistävässä ilmakehässä.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijystä ja kadmiumista pelkistävässä orgaanisessa nesteessä muodostuva tahna levitetään kantajalle ja neste haihdutetaan pois.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijy-kadmiumkerros levitetään galvaanisesti.

7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulate sisältää 30 - 70 paino-%, edullisesti 45 - 55 paino-%, lyijyä.

8. Patenttivaatimuksen 4 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lyijyn painosuhde kadmiumiin sulatteessa on 1:1. 70490 15