HU196533B - Lead accumulator, preferably for long-lasting uniform employment - Google Patents

Description

A találmány tárgya ólomakkumulátor, különösen tartós egyenletes igénybevételre, amely folyadékzáró anyagból készült válaszfalakkal elválasztott cellák két végén elektromos kivezetésekhez csatlakoztatott soros kapcsolásával van kialakítva, ahol a cellákban egymástól térközzel elválasztott ólom alapanyagú elektródok vannak elrendezve. Ismert módon az ólomakkumulátort a szokásos 25...40% koncentrációjú kénsavval töltjük fel. A találmány szerinti ólomakkumulátor alkalmas zárt kialakításra és az ismerteknél nagyobb fajlagos energiasűrűséget biztosit.

Az ólomakkumulátorok előállításának eddig alkalmazott technikája szerint az ólom-oxidot és ólomszulfátot tartalmazó aktiv masszát rácsba bekenik, majd szárítják és ezzel a kivént elektrokémiai reakció száméra a viszonylag nagy fajlagos felülete létrehozzák. A rácsot általában ötvözött ólomból készítik és benne helyezkedik el a pozitív vagy negatív elektród szerepét betöltő aktiv massza. Az ólomakkumulátorok cellás felépítésűek, a cellákat általában szigetelő anyagból készült falak választják el. Minden cellában egymás mellett szomszédos elektród lemezek vannak elrendezve, amelyek váltakozva anódsinre vagy katódsínre csatlakoznak. Az elektród lemezek váltakozva anódokként, illetve katódokként szolgálnak. Látszik, hogy az ólomakkumulátorok viszonylag nagy mennyiségű ólmot tartalmaznak és az ólom tömegének jelentős része az akkumulátor energetikai folyamataiban alig vesz részt. A sínek jelenléte miatt kóros feszültséggrádienssel is számolni kell. Mindezek következményeként a legjobb hatásfokú ólomakkumulátorok tömege nagy, és ami evvel jár az energiasürűség kicsi. Bár elméletileg 175 Wh/kg érhető el, a mai legjobb akkumulátorok is csak 38 Wh/kg szintet érnek el. Az energiasűrűség viszonylag kis voltát a vezető sínek és más alkatrészek jelenléte is okozza.

Az ólomakkumulátorok további hátránya, hogy erős kisütéskor az aktív massza egy része az elektród vázát alkotó rácsból kihull, aminek következménye az akkumulátor kapacitásának lassú csökkenése.

Az ólomakkumulátorok alkalmazásának egyik legfontosabb területe a gépjárművek elektromos energiaellátásának biztosítása. Az üzemeltetés során számos egymással nehezen összeegyeztethető kövtelményt kell teljesíteni. Korlátozni kell a töltőáram és a kisütöáram nagyságát is, hogy a kénsavoldatban jelenlevő viz elektrolitikus bontása ne következhessen be. Ez annyit jelent, hogy egy adott feszültséget csak viszonylag rövid időn keresztül szabad túllépni. A gázfejlödés nehezen korlátozható, ezért az ólomakkumulátorok zárt kivitele csak nagy nehézségek árán oldható meg.

A találmány feladata olyan ólomakkumulátor létrehozása, amely adott esetben zárt kivitelű is lehet, az ismert akkumulátorokhoz képest megnövelt energiasürüséget biztosit, vagyis kisebb tömeg mellett nyújtja ugyanazt a teljesítményt.

A találmány alapja az a felismerés, hogy az ólomból készült vastag rácsot és a rá kenéssel felvitt aktív masszát más technológiával készült elektródokkal kell felváltani. A felismerés szerint lényegében hasonló módon kell az ólomakkumulátort felépíteni, mint azt az alkáli töltésű (lúgos) akkumulátorok esetében egyebek között az 1 532 712 lsz. GB szabadalmi leírás javasolja. Abban műanyagból· készült házba szorosan illeszkedően, folyadéktömören záró módon tartólemezek vannak beépítve, amelyek két oldalán egy-egy akkumulátorcella van kialakítva. Az aktiv masszát ebben az esetben is kenéssel viszik fel, anyaga Fe/Ni, Fe/Ag, Fe/Fe, stb., mint az a lúgos akkumulátorok esetében szokásos.

A kitűzött feladat megoldására olyan ólomakkumulátort hoztunk létre, amely folyadékzáró anyagból készült válaszfalakkal elválasztott cellák két végén elektromos kivezetésekhez csatlakoztatott soros kapcsolásával van kialakítva, ahol a cellákban egymástól· térközzel elválasztott ólom alapanyagú elektródok vannak elrendezve, ahol a találmány szerint az elektródok célszerűen a válaszfalakként kialakított hordozóra ólom alapanyagból fémszórássai vagy elektrolitikus lerakatással felvitt legalább egy porózus szerkezetű ólomréteggel vannak kialakítva. Ez esetben a válaszfal anyaga általában ólom vegy grafit, vagyis elektromosan vezető ar yag.

Célszerű megoldás az is, amikor az elektródok a válaszfalaktól elválasztva, á cellákban vannak ólomlemezeken kialakítva.

Előnyösen az elektródok többrétegű szerkezetként vannak kialakítva, és legalább egy 0,1...2,0 t%, célszerűen 0,6 t% bárium-Eziliciddel ötvözött ólomréteg van. Az elektródok mechanikai szilárdságát javítja, ha legalább egy, két ólomréteg között elrendezett szigetelő anyagú, a fémszórással bevont felületen túlnyúlóan elhelyezett hálót építünk be szerkezetükbe.

Az elektrolit kiömlés elleni védelmét biztosítja, ha az elektródok között kolloidális kovasav-anhidridből kialakított szeparátor van, amely 1,8...10,0 t%, előnyösen 2,6 t% szilícium-diszulfidot tartalmaz.

A találmány szerinti ólomakkumulátor jól kialakítható műanyag tartóedényben gyakorlatilag nem igényel karbantartást, ha terhelése egyenletes, az üzemelés során erősen változó terhelések nem lépnek fel. A fajlagos energiasürűség tömegre vonatkoztatva 8(1...110 Wh/kg, mig térfogatra vonatkoztatva 750,..950 Wh/dm^J (az eddigi 48... 110Wh/dm^J helyett).

A találmány szerinti ólomakkumulátort a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

-2δ ábra a találmány szerinti ólomakkumulátor keresztmetszete.

A találmány szerinti ólomakkumulátor (ábra) olyan savas akkumulátor, amely működésében az ismert akkumulátorokat követi. Benne soros kapcsolásban több cella van, amelyek közül a két szélső biztosítja a soros kapcsolás pozitív és negatív sarkait. A szomszédos cellák között egy-egy 1 válaszfal van elrendezve, amelynek anyaga a folyadékot nem engedi át. A találmány értelmében a cellákban olyan 2 elektródok vannak kialakítva, amelyeket fémszórással vagy elektrolitikus lerakatással hozunk létre. Ezek alapanyaga ólom, célszerűen ólomötvözet. A 2 elektródok jól kialakíthatók perforált vgy sima, legalább 0,1 mm vastag ólomlemezen, amely lemezek későbbiekben anódként vagy katódként illeszthetők be a szerkezetbe. Az ólomlemez vastagságát mindenkor a terhelések, az igénybevételek határozzák meg, hiszen az akkumulátorban lejátszódó elektrokémiai folyamatok hatására a 2 elektródok mechanikai deformációja is bekövetkezik.

Célszerű 2 elektródokat az 1 válaszfalak két oldalán kialakítani, amiköris az 1 válaszfalak anyaga a folyadékzárás mellett elektromosan vezető. A 2 elektródokat ebben az esetben is fémszórással vagy elektrolitikus eljárásokkal hozzuk létre. Ilyenkor természetesen az 1 cellákban nincs szükség külön ólomból álló hordozólemezek beépítésére. Az 1 válaszfal célszerűen ólomból vagy grafitból áll, vastagsága a mindenkori üzemeltetési feltételeknek felel meg. Az akkumulátor két szélső cellájában a külső 1 válaszfalakat csatlakoztatjuk külső áramkörbe. Az elrendezés olyan, adott esetben az 1 válaszfalak vízszintesen is kialakíthatók. Az elektrolit jelenléte biztosítja, hogy a 1 válaszfalak az ólomakkumulátor működésében annak tetszőleges térbeli helyzetében részt tudnak venni. Mivel a felépítésből következően az 1 válaszfalakra felhordott 2 elektródok kis feszültséggrádienst okoznak, ezért a feltöltéskor és kisütéskor keletkező gáz mennyisége is minimális. A keletkező gáz a porózus 2 elektródokban jelentős részben felhalmozódhat.

A 2 elektród célszerűen többrétegű felépítésű. A hordozón, tehát célszerűen az 1 válaszfalon először egy alsó ólomréteget készítünk el fémszórással vagy elektrolitikus eljárással, ezen a rétegen 4 halót rendezünk el, majd újabb ólomréteget hozunk létre. A 4 háló szigetelőanyagból áll, míg az ólomréteget előnyösen 0,1...2,0 t%, célszerűen. 0,6 t% bárium-sziliciddel ötvözött ólomból hozzuk létre. Az adalékanyag az ólomakkumulátor üzemeltetése során stabilizáló tényezőként működik. A 4 háló anyaga lehet üvegszál vagy műanyag, feladata az 1 válaszfal, illetve a hordozó mechanikai stabilitásának javítása, esetleg biztosítása.

Az 1 válaszfalat a célszerűen rá felvitt 2 elektródokkal együtt 5 tartókeretbe he4 lyezzük. Az δ tartókeret és az 1 válaszfalak között fol.vadéktömör kapcsolatot hozunk létre. A 4 hálót a 2 elektród felületén túlnyúlóan helyezzük fel és az 5 tartókeretben fogjuk meg. A megfogást például hegesztéssel biztosítjuk. Ezt megkönnyíti, ha az 5 tartókeret szigetelő tulajdonságú műanyagból készül. Az ólomakkumulátort 6 edényben hozzuk létre, amely az 5 tartókeretet a benne elrendezett 1 válaszfalakkal együtt fogadja be. Az 1 válaszfalak határozzák meg az ólomakkumulátor celláit, amelyeket üzemeltetés előtt a kívánt összetételű elektrolittal, általában 25... 40tf% koncentrációjú kénsavval töltünk fel. Az elektrolit biztosítja az elektromos kapcsolatot a 2 elektródok között.

A találmány szerinti ólomakkumulátor cellái folyadéktömören is lezárhatók, ha azokban 3 szeparátorokat helyezünk el. A 3 szeparátorok általában kovasav-anhidridből állnak, amely kolloid anyagként van jelen és amely célszerűen 1,8...10,0 t%, előnyösen 2,6 t% szilicium-diszulfidot tartalmaz. így a kénsavnál jóval nagyobb viszkozitású 3 szeparátor jón létre, amelyben a szilícium-diszulfid vízben felbomolva az akkumulátorban lezajló kémiai reakciókat előnyösen befolyásolja. A 3 szeparátor feladata az, hogy a 2 elektródok között tartsa az elektrolitot, de egyúttal az elektródok között olyan térbeli távolságot biztosítson, amelynél az ólomakkumulátor semmilyen helyzetében sem fordulhat elő, hogy a 2 elektródok egymással érintkezzenek. A 3 szeparátor tehát gél-szerü anyag, amely alkalmas arra, hogy az elektrolit kifolyását a 6 edényből megakadályozza, ha a cella mechanikai sérülése miatt ennek veszélye fennáll.

A 2 elektródokat, mint említettük, célszerűen több ólomrétegból hozzuk létre, míg 4 háló alkalmazása esetében a bárium-sziliciddel ötvözött alumimiumból 0,5...0,7 mm vastag rétegeket készítünk.

A találmány szerinti ólomakkumulátor üzemeltetését bevezető első feltöltést az ismert módon kell végrehajtani. Miután a gázfejlődés az elektrolitban megszűnt, a 6 edény tömören lezárható és a hermetikusan zárt ólomakkumulátor a szokásos módon üzembe vehető.

A talpasztalat azt mutatja, hogy a találmány szerinti ólomakkumulátor mindenek előtt olyan körülmények között használható, ahol egyenletes terheléssel kell számolni. Ennek megfelelően célszerű felügyeletére olyan áramkört létrehozni, amely több egymással összekapcsolt ólomakkumulátor esetén biztosítja, hogy az egyes cellákban, az áramfelvétel mindenkor egy adott határérték alatt marad. Ezzel a megoldással különösen hosszú élettartam érhető el.

A találmány szerinti ólomakkumulátor alapvető előnye az ismertekhez képest 3...4szeres tömegre és 8...10-szeres térfogatra vonatkoztatott energiasürüség-növekedés. Az előnyök között kell a megnövelt élettartamot is megemlíteni, mivel az elektródok aktiv anyaga nem képes kihullani, vagyis az elektródok eddigi eróziója megszűnik. Ugyancsak fontos pozitív tényező, hogy az akkumulátor az ismertekhez képest kevesebb ólomból, az egészségre kevésbé ártalmas technológiéval gyártható.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. .Ólomakkumulátor, különösen tartós egyenletes igénybevételre, amely folyadékzáró anyagból készült válaszfalakkal elválasztott cellák két végén elektromos kivezetésekhez csatlakoztatott soros kapcsolásával van kialakítva, ahol a cellákban egymástól térközzel elválasztott ólom alapanyagú elektródok vannak elrendezve, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2) hordozóra ólom alapanyagból fémszórással vgy elektrolitikus lerakatással felvitt legalább egy porózus szerkezetű ólomréteggel vannak kialakítva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti ólomakkumulátor, azzal jellemzeve, hogy az elektródok (2) a cellákban a válaszfalak (1) között elrendezett ólomlemezeken mint hordozókon vannak kialakítva.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti ólomakkumulátor, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2/ hordozói a válaszfalak (1), amelyek kénsavval szemben ellenálló, fémesen vezető anyagból vannak kiképezve, míg az elektródok (2) a válaszfalak (1) két oldalán rétege6 seri vannak kialakítva.
4. 4. A 3. igénypont szerinti ólomakkumulátor, azzal jellemezve, hogy a válaszfal (1) ólomból vagy grafitból van kiképezve.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szélű rinti ólomakkumulátor, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2) a hordozókon, különösen a válaszfalakon (1) többrétegű szerkezetként vannak kialakítva.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike sze15 rinti ólomakkumulátor, az2al jellemezve, hogy legalább egy elektródban (2) legalább egy ólomréteg 0,1...2,0 t%, célszerűen 0,6 t% bárium-sziliciddel ötvözött ólomból van kialakítva.

   2θ
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypont szerinti ólomakkumulátor, azzal jellemezve, hogy az elektródokba (21 legalább egy, két ólomréteg között elrendezett szigetelő anyagú, a fémszórással bevont felületen túlnyúlóan

   25 elhelyezett háló (4) van beépítve.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szériát! ólomakkumulátor, azzal jellemezve, hogy az elektródok (2) között kolloidális kovasav-onhidridből kialakított szeparátor (3) van, ³⁰ amely 1,8...10,0 t%, előnyösen 2,6t% szilicium-ciszulfidot tartalmaz.