NO115978B - - Google Patents

Description

Galvanisk element.

Foreliggende oppfinnelse angår galva-niske elementer, særlig akkumulatorer med positive og negative hovedelektroder, og eventuelt bielektroder, innrettet til å kortsluttes såsnart der, etter fullstendig utladning av en av elementets celler, finner sted en veksling av elektrodenes polaritet. En siik veksling av polariteten kan som be-kjent finne sted når cellene utlades fullstendig før de andre seriekoblete celler er fullstendig utladet. En slik fullstendig utladning av enkelte celler mens de andre, med disse seriekoblete celler fremdeles hai-

en viss ladning, vil især finne sted når cellene har forskjellig kapasitet. Denne forskjell kan være meget liten og skyldes fabrikasjonen til tross for at de forutset-tes å ha samme kapasitet, eller når en del av batteriet som de seriekoblete celler danner, utlades raskere enn en annen del av batteriet, på grunn av en oppdeling av det-

te. En slik veksling av polariteten kan ha uheldige følger. Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å unngå en slik veksling av polariteten, og dette oppnås på en enkel og samtidig effektiv måte ved auto-matisk kortslutning eller shunting av de fullstendig utladete celler. Å tilveiebringe en slik kortslutning er i og for seg kjent, men kortslutningen oppnås ifølge oppfinnelsen på en ny og fordelaktig måte.

Det karakteristiske for elementet iføl-

ge oppfinnelsen består i det vesentlige i at der mellom hovedelektrodene med motsatt polaritet, eller mellom med hovedelektrodene parallellkoblete bielektroder er anbragt et med elektrolytt impregnert mellomlag som inneholder metalloksyder, eller

-hydroksyder som ikke er ledende eller har liten ledningsevne og reduseres tilstrekke-

lig ved forandring av polariteten til elektrodene mellom hvilke laget befinner seg,

så det dannes en ledende forbindelse mellom vedkommende elektroder, idet den negative elektrode som forårsaker mellomlagets reduksjon, på i og for seg kjent måte har større kapasitet enn den motsvarende positive elektrodes kapasitet, så den negative elektrode fremdeles er i besittelse av en viss ladning i det øyeblikk den positive elektrode er fullstendig utladet.

Det av passende oksyder og hydroksyder bestående lag virker på følgende måte: Hvis den elektrolytiske celle er en akkumulator, vil den del av laget som befinner seg i direkte kontakt med den negative elektrode være redusert til metall av opp-ladningsstrømmen, som tilføres elektroden mens den del av laget som er i kontakt med den positive elektrode ikke er blitt omdannet av oppladningsstrømmen som tilføres denne elektrode, så den del av laget som er i kontakt med den positive elektro-

de ikke forandres og derfor fortsatt vil være ikke-ledende. Riktignok vil oksydets eller hydroksydets reduksjon skride frem mot den positive elektrode under oppladningen, men vil opphøre like ved elektroden på grunn av dennes positive og oksyderende potential så det praktisk talt ikke vil være noen ledende forbindelse mellom elektrodene med motsatte polariteter under oppladningen. Når akkumulatoren igjen utlades vil den del av mellomlaget, som ble redusert til metall oksyderes delvis og pro-gressivt, men bibeholder dog sin lednings-

evne, så lenge som den negative elektrode ennu ikke er fullstendig utladet. Da denne har en større kapasitet enn den positive elektrode, \lil denne del av mellomlaget fremdeles være ledende når akkumulatoren er fullstendig utladet. Hvis da akkumulatoren fortsatt gjennomstrømmes av en strøm i utladningsstrømmens retning, vil den normalt positive elektrode få samme, men mindre potensial enn den negative elektrode. Fra dette øyeblikk vil den del av mellomlaget som er i direkte kontakt med den positive elektrode, og som ikke ble redusert under den foregående oppladning, også reduseres og sammen med den tidli-gere reduserte del danne en ledende bro mellom de to elektroder med motsatte polariteter, så akkumulatorens elektroder kortsluttes av mellomlaget, som nu er blitt ledende, så den uheldige veksling av polariteten forhindres.

Leder man derpå en oppladningsstrøm gjennom et par på denne måte kortsluttete elektroder, vil det mellom disse på grunn av broens ohmske motstand oppstå en poten-sialforskjell, som er tilstrekkelig stor til på-ny å avbryte den ledende forbindelse på den positive elektrodes side, som følge av en gjentatt opp-oksydering av den del av mellomlaget, som er i direkte kontakt med denne elektrode, så oppladningen kan fort-settes på normal måte så akkumulatoren etter oppladning påny kan avgi strøm på vanlig måte.

I tilfelle oppladningsstrømmen er svak, kan det forekomme at potensialforskj ellen som skyldes broen, ikke er tilstrekkelig til å forårsake en rask oksydasjon av den del av mellomlaget som befinner seg på den positive elektrodes side, hvis det ikke tas spesielle forholdsregler for å øke denne po-tentialforskjell. For å gjøre dette kan man øke mellomlagets motstand ved innblan-ding av stoffer som ikke er ledende og hel-ler ikke blir det ved innvirkning av strøm-gjennomløpet. Man kan også i samme hen-sikt innskyte en motstand mellom den negative elektrode og mellomlaget. Hvis den negative elektrode er en bi-elektrode kan denne selv bestå av et materiale med forholdsvis stor motstand, og særlig kan den negative bielektrode bestå av et elektrisk ledende materiale som f. éks. kullstoff eller liknende som har vesentlig mindre ledningsevne enn metaller.

Videre kan det være fordelaktig at mellomlaget inneholder en mindre mengde findelt, ledende materiale, f. eks. sølv eller vis-muth for å lette den delvise reduksjon av mellomlaget under akkumulatorens første oppladning. Det er fordelaktig å blande alle lagets bestanddeler intimt med hverandre. Således kan man blande bestanddelene med hverandre i form av salter i oppløsning, og felle ut blandingen med en passende, f. eks. alkalisk oppløsning.

Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med akkumulatorer av enhver art, og med like godt resultat, hva enten akkumulatoren er alkalisk eller sur, eller har en åpen eller en lukket, alltid tett beholder. Den kan også anvendes i forbindelse med primærelementer, særlig tørrelementer, og også i forbindelse med de såkalte polarisa-sjonsceller, som er innskutt i en strømkrets som tilføres strøm fra en annen strøm-kilde, f. eks. for å opprettholde en konstant spenning i strømkretsen.

Når mellomlaget ikke er anordnet mellom hovedelektrodene, men mellom de med disse parallellkoblete bielektroder, oppnår man den fordel av bielektrodene kan anbringe.s uavhengig av hovedelektrodene, så begge elektrode-arters potential kan reguleres på beste måte.

I tilfelle oppfinnelsen anvendes i forbindelse med alkaliske akkumulatorbatte-rier, hvis positive elektrode vesentlig består av nikkeloksyd og negative elektrode av kadmium eller jern, er det fordelaktig at mellomlaget vesentlig består av kadmiumhydroksyd. For å øke motstanden til mellomlaget, som blir ledende ved reduksjon av kadmiumhydroksydet, kan dette tilsettes ikke reduserbare oksyder eller hydroksyder, f. eks. magnesiumhydroksyd, eller andre, f. eks. organiske stoffer, som er ikke-ledende og ikke angripes av elektrolytten.

En blanding for fremstilling av mellomlaget og som inneholder en liten mengde sølv for under den første oppladning å lette kadmiumhydroksydets delvise reduksjon, kan f. eks. fremstilles på følgende måte: Man blander 50 cm» av en mettet opp-løsning av kadmiumnitrat Cd(N08)2, 50 ems av en mettet oppløsning av magnesi-umnitrat Mg(NO:j)2 og 1 cm.3 av en mettet oppløsning av sølvnitrat AgN03. Blandingen tilsettes natron- eller kalilut, fortrinsvis tilsatt et reduksjonsmiddel, for utfel-ling av en intim blanding av metallhydrok-sydene (kadmium eller magnesiumhydroksyd) og sølv i findelt tilstand. Etter passende vasking fjernes en tilstrekkelig mengde vann, så man får en utstrykbar pasta. Pastaen strykes ut mellom maskene til et vevstoff for avstivning eller under-støttelse og tørkes, hvoretter det således behandlete vevstoff anbringes mellom elektrodene med motsatt polaritet, som nærmes til hverandre inntil intim kontakt mellom elektodene og pastaen i vevstoffet.

Ifølge en annen utførelsesform av fremgangsmåten for dannelse av mellomlaget, kan man impregnere forsterknings-vevstoffet med blandingen av saltoppløs-ningene og felle ut hydroksydene og sølvet mellom vevstoffets masker.

Man kan også, særlig når elektrodene er bielektroder, anbringe stoffene som danner mellomlaget mellom elektrodene med motsatt polaritet. Isåfall anbringes mellomlaget direkte på den ene av de to elektroder.

Tegningens fig. 1—5 er snitt gjennom akkumulatorer og viser skjematisk forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en akkumulator, hvor der mellom to hovedelektroder 2 og 3 er an-bargt et på den ovenfor beskrevne måte fremstilt mellomlag 1, avstivet f. eks. med en tekstilforsterkning. Den negative elektrode 3 har en større kapasitet enn den positive elektrode 2. Mellomlaget 1 er i kontakt med elektrodenes 2 og 3 hele overflate. Elektrodene og mellomlaget er ned-dykket i elektrolytten 4, som trekker seg inn i mellomlaget.

Mellomlaget ifølge oppfinnelsen med sitt innhold av metalloksyder og -hydroksyder for kortslutning, behøver ikke å dekke elektrodenes 2 og 3 hele overflate, men kan også dekke forholdsvis små partier og elektrodenes overflate. Når mellomlaget anbringes i vevstoff-forsterkningen som gjør tjeneste som mellomvegg, behøver mellom-lagsmaterialet i dette ikke å være i kontakt med elektrodene over hele mellom-veggens overflate, men materialet kan danne små avgrensete partier i vevstoffet.

I den på fig. 2 viste separator er mellomlaget 1, for kortslutning eller dannel-sen av en ledende bro, ikke anordnet mellom hovedelektrodene 2 og 3, men mellom to bielektoder 5 og 6, av hvilke den ene 5, er forbundet med den positive hovedelektrode 2, og den annen med den negative hovedelektrode 3. Bielektrodene 5 og 6 og hovedelektrodene 2 og 3 befinner seg i samme elektrolytt 4, og i samme beholder. Ved denne utførelsesform kan bielektrode-nes kapasitet være praktisk talt lik null.

Ifølge den på fig. 2 viste utførelses-form er det mellom den negative bielektrode 6 og den negative hovedelektrode 3 innskutt en motstand 7, som under den gjentatte oppladning av elektrodene som til å begynne med er kortsluttet, på grunn av akkumulatorens foregående fullsten-dige utladning, bevirker at mellomlaget straks får et positivt potential likeoverfor den negative hoved-elektrode med derav følgende rask oksydasjon av mellomlagets ledende deler, så kortslutningen øyeblikke-lig opphører. I stedet for å gjøre bruk av en spesiell motstand 7 kan man også fremstille den negative bielektrode 6 av en halvleder, f. eks. kullstoff eller lignende, så mellomlaget under den gjentatte oppladning får et positivt potential likeoverfor den negative hoved-elektrode.

Den på fig. 3 viste utførelsesform ad-skiller seg fra den som er vist på fig. 2 ved at bielektrodene 5a og 6a med mellomliggende lag 1 for kortslutning hverken er anbragt i samme elektrolytt eller i samme beholder som hovedelektrodene, men er pa-rallellkoblet med hovedelektrodene i en spesiell beholder som inneholder en spesiell elektrolytt 4a. Den negative bielektrode 6a skal da ha en større kapasitet enn den positive bielektrode 5a.

Som vist på fig. 3 er det mellom den negative bielektrode 6a og mellomlaget 1 for kortslutning anordnet et elektrisk ledende lag 8, som har en viss motstand og bevirker at mellomlaget under den gjentatte oppladning får et positivt potential likeoverfor de negative hoved- og bielektroder. Fig. 4 viser en lukket, altlid tett akkumulator ifølge oppfinnelsen. Den positive hovedelektrode 2 omsluttes her av den negative hovedelektrode 3, med en viss innbyrdes avstand. Mellom de to elektroder ei-det anordnet en med elektrolytt impregnert skillevegg 9. Mellomlaget 1 for kortslutning er anordnet i kontakt med den positive hovedelektrodes 2 underside. På mellomlagets motsatte side i kontakt med dette er det anordnet en plate 10 av et materiale, f. eks. kullstoff, som ved hjelp av en kontaktfjær 11 står i forbindelse med beholderveggen og dermed med den negative hovedelektrode 3, som har større kapasitet enn den positive hovedelektrode 2. Fig. 5 viser en annen tett akkumulator, hvis positive og negative elektrode er betegnet med 2 resp. 3. Mellomveggen 9 som er anordnet mellom elektrodene og er impregnert med elektrolytt, har et midt-parti som er fylt med materialet 12, som besørger kortslutningen, samtidig som mellomveggen tjener til avstivning.

De forskjellige på tegningen viste akkumulatorer er fortrinsvis alkaliske og ma-alkaliske type. De på fig. 4 og 5 viste akkumulatorer er fortrinsvis alkaliske og materialet for kortslutning er fortrinsvis en blanding av kadmiumhydroksyd, magnesiumhydroksyd og sølv, i overensstemmelse med ovenstående eksempel.

Det er klart og fremgår forøvrig av den

foregående beskrivelse at oppfinnelsen ikke

er begrenset til de ovenfor spesielt angitte

utførelsesformer eller måter for fremstilling av de enkelte deler, men omfatter alle

varianter. Således har det med beskrivel-sen av de forskjellige utførelsesformer i det

foregående bare vært tale om ett par hovedelektroder i akkumulatorene ifølge

oppfinnelsen. Men hver av disse hovedelektroder kan selvfølgelig være oppdelt i

flere innbyrdes elektrisk forbunne plater

Claims (13)

1. Galvanisk element, særlig akkumulator, med positive og negative hovedelektroder og eventuelt bielektroder, innrettet til å kortsluttes såsnart der, etter fullstendig utladning av en av elementets celler, finner sted en veksling av elektrodenes polaritet, karakterisert ved at der mellom hovedelektrodene (2 og 3) med motsatt polaritet, eller mellom med hovedelektrodene parallellkoblede bielektroder (5 og 6) er an-brakt et med elektrolytt impregnert mellomlag som inneholder metalloksyder, eller -hydroksyder, som ikke er ledende eller har liten ledningsevne og reduseres tilstrekkelig ved forandring av polariteten til elektrodene mellom hvilke laget befinner seg, så det dannes en ledende forbindelse mel-iom vedkommende elektroder, idet den negative elektrode som forårsaker mellomlagets reduksjon, på i og for seg kjent måte har større kapasitet enn den motsvarende positive elektrodes kapasitet, så den negative elektrode fremdeles er i besittelse av en viss ladning i det øyeblikk den positive elektrode er fullstendig utladet.

2. Galvanisk element ifølge påstand 1, karakterisert ved at bielektrodene, hvori-mellom mellomlaget befinner seg, er an-brakt i samme elektrolytt som hovedelektrodene, og er praktisk talt uten kapasitet, forutsatt at den negative hovedelektrode har større kapasitet enn den positive hovedelektrode.

3. Galvanisk element ifølge påstand 1, karakterisert ved at bielektrodene med mellomliggende lag befinner seg i en elektrolytt som er atskilt fra elektrolytten hvor hovedelektrodene befinner seg, idet den negative bielektrode har større kapasitet enn den positive elektrode.

4. Galvanisk element ifølge en av på-standene 1—3, karakterisert ved at der mellom mellomlaget og den negative elektrode som forårsaker reduksjonen, er innskutt en motstand.

5. Galvanisk element som angitt i påstand 4, karakterisert ved at motstanden har form av en plate (8 resp. 10) som har anlegg mot mellomlaget <p>g består av et elektrisk ledende materiale, som f. eks. kullstoff, som har mindre ledningsevne enn metaller.

6. Galvanisk element ifølge en av på-standene 1—3, karakterisert ved at den negative bielektrode er forbundet med den negative hovedelektrodes klemskrue i elementet over en motstand (7) eller den negative bielektrode består selv av et elektrisk ledende materiale, som f. eks. kullstoff, som har mindre ledningsevne enn metaller.

7. Alkalisk, galvanisk element som angitt i påstand 1 eller følgende, karakterisert ved at mellomlaget inneholder kadmiumhydroksyd.

8. Galvanisk element ifølge påstand 1, karakterisert ved at mellomlaget, foruten metalloksyder og hydroksyder som kan reduseres så de blir ledende, også inneholder ikke ledende stoffer, f. eks. normalt ikke reduserbare stoffer eller organiske isolerende stoffer, som ikke angripes av elektrolytten.

9. Galvanisk element ifølge påstand 1, karakterisert ved at mellomlaget foruten oksyder og hydroksyder, som kan reduseres, og dermed blir ledende, også inneholder en liten mengde alltid ledende stoff.

10. Galvanisk element ifølge påstand 8 og 9, karakterisert ved at mellomlaget består av en homogen og finfordelt blanding av oksyder og hydroksyder som blir ledende ved reduksjon, av stoffer som alltid er isolerende og av stoffer som alltid er ledende.

11. Alkalisk, galvanisk element ifølge påstand 10, karakterisert ved at mellomlaget består av en blanding av kadmiumhydroksyd og magnesiumhydroksyd tilsatt en liten mengde sølv.

12. Galvanisk element ifølge hvilken-som helst av de foregående påstander, karakterisert ved at massen som danner mellomlaget befinner seg i en isolerende bærer bestående av f. eks. et tekstilmate-riale, som samtidig gjør tjeneste som separator som oppsuger elektrolytten.

13. Galvanisk element ifølge påstand 12, karakterisert ved at bæreren som danner separatoren bare på atskilte steder, inneholder massen som danner mellomlaget.