NO117131B

NO117131B -

Info

Publication number: NO117131B
Application number: NO161650A
Authority: NO
Inventors: C Malmstroem; L Malmstroem
Original assignee: Svenska Carbon Black Ab
Priority date: 1965-02-13
Filing date: 1966-02-10
Publication date: 1969-07-07
Also published as: NL6700010A; BE692223A; BE676378A; NL6601693A; CH472016A; GB1155694A; GB1123741A

Description

Hermetisk lukket alkalisk akkumulatorcelle.

Foreliggende oppfinnelse angår en alkalisk elektrisk akkumulatorcelle, ved hvilken de ved ladning eventuelt utviklede gasser i det minste for en vesentlig del bindes ved reaksjon med elektrodenes aktive materiale. Sådanne celler kan være helt eller mer eller mindre ufullstendig lukket under hvilke som helst driftsforhold og således også ved ladning. Cellen kan være hermetisk lukket uten mulighet for gassbort-gang eller også være lukket og forsynt med sikkerhetsventil eller lignende, som åpnes ved et visst overtrykk i cellen. Celle-veggen kan i stedet eller dessuten være forsynt med et lite hull, som tillater at gass går ut fra cellen til omgivelsene, mens deri-mot lekkasje av væske hindres.

Den nøyaktige mekanisme for gasse-nes gjenforening med den aktive masse er ikke sikkert kjent; imidlertid kan man gå ut fra at det ved den positive elektrode utviklede surstoff ganske direkte ok-syderer den negative elektrode, hvilket sva-rer til en utladning av denne. Den ved den negative elektrode eventuelt utviklede vannstoffgass har vanskeligere for å for-bindes med den positive elektrode, og i den grad dette skjer kan det være tale om en eller annen form av katalytisk forbrenning.

Imidlertid kan man nesten helt unngå

utvikling av vannstoffgass ved passende dimensjonering av elektrodenes kapasi-teter.

Hvis således den negative elektrodes

kapasitet er større enn den positives, blir den positive elektrode først fulladet, ut-viklingen av surstoff gass begynner, og det utviklede surstoff forbinder seg med den negative elektrodes aktive materiale under

utladning av dette. Hvis denne gjenfor-binding skjer tilstrekkelig hurtig, inntrer det for hver ladningsstrøm en likevekts-tilstand, hvor surstoffgassen absorberes like hurtig som den dannes, og den negative elektrodes ladningstilstand og det indre gasstrykk forblir konstant.

Forutsetningen for den ovenfor beskrevne mekanisme er dog, at de ved de respektive elektroder utviklede gassblærer kan få kontakt med en elektrodeflate av motsatt polaritet, uten at de på forhånd har strømmet oppover og ut i cellens gassrom. Den første forutsetning for dette er, at det er liten avstand mellom elektroder av motsatt polaritet.

En tidligere foreslått løsning av pro-blemet går ut på, at det mellom elektrodene føres inn et skilleorgan som består av mer eller mindre porøse partier samt har større, gjennomgående hull. Det har som eksempel vært nevnt nylonvev. I dette tilfelle er det en forutsetning for god funksjon at elektrodeplatene ligger meget tett an mot skilleorganet. Dette system fun-gerer men har visse, ganske betydelige ulemper. Således er det dyrt å isolere med et vevet materiale av nevnte slag, og det er vanskelig å få det nevnte gode anlegg mellom elektroder og skilleorganer.

Foreliggende oppfinnelse opphever ef-fektivt de nevnte ulemper og gir dessuten, ifølge gjorte erfaringer, vidt overlegne resultater hva angår maksimalt gasstrykk under en gitt ladningssyklus.

I henhold til oppfinnelsen er en hermetisk lukket, alkalisk akkumulatorcelle i hvilken ved ladning utviklede gasser absorberes av det aktive materiale i elektrodene, karakterisert ved at det frie rum mellom elektroder av motsatt polaritet er helt fylt med av alkalisk elektrolytt fuktede aluminiumoksyd eller pulverisert plast.

Hvis det dannes gassblærer i en slik akkumulator, hindrer disse i umiddelbart å flyte opp i gassrommet; i stedet øker blæ-rens størrelse suksessivt, således at den litt etter litt utfyller elektrodeavstanden og får fysisk kontakt med en elektrode av motsatt polaritet, hvoretter den absorberes av denne elektrode. Deretter flyter massen igjen og gir plass for en ny blære på samme eller andre steder.

På denne måte har også det ovenfor nevnte anleggsproblem fått en fullstendig løsning.

Imidlertid må elektrodenes innbyrdes avstand fikseres uavhengig av den plast-iske masse, og dette utføres f. eks. ved å anvende en fast isolasjon av staver eller bånd av plastmateriale.

En ytterligere fordel, ut fra et øko-nomisynspunkt, oppnår man også på denne måte når elektrodekomplekset ved monte-ringen av cellen isoleres med den nevnte faste isolasjon og deretter plaseres tørt i cellekaret, hvoretter man fyller cellekaret fullt av det finkornede pulver under even-tuell nedristing på et ristebord, for så til slutt å helle på en hensiktsmessig mengde elektrolytt, som raskt absorberes av elek-trodekompleks og pulver. Således er alle vanskeligheter med nøyaktig pasning for å få godt anlegg mellom plater og skilleorganer bortfalt.

Det har i praksis vist seg at akkumulatorceller av det her beskrevne slag har gitt usedvandige resultater, således at de, selv om de er hermetisk lukket, kan lades og utlades hurtig og med store strømstyr-ker, uten at det indre gasstrykk i cellekaret noen gang har oversteget 1 kg/cm<2>.

Særlig fordelaktig har det vist seg å være å utfylle alle tomrom i cellen helt med massen, således at slam- og gassrom helt forsvinner.

Som eksempel på en anvendelse av oppfinnelsen på en akkumulatorcelle med alkalisk elektrolytt og sintrede elektrodeplater kan nevnes følgende: Avstanden mellom elektrodeplatene kan varieres mellom ca. 0,1—1 mm og er fortrinnsvis ca. 0,5 mm. De sintrede elektro-ders volum er i det valgte eksempel sam-menlagt 148 cm<3> og karets indre volum er 300 m<3>. Den anvendte kalilut har en spesifikk vekt av 1,25 og den finkornede elektrolyttilsetning kan være aluminiumoksyd, av hvilket ca. 115 g er en hensikts messig mengde, og den tilsvarende lut-mengde blir 125 g, eller hvis tilsetningen utgjøres av plastpulver, f. eks. poly vinyl - kloridpulver, blir den hensiktsmessige mengde ca. 70 g og den tilsvarende lut-mengde ca. 95 g.

Ved akkumulatorceller med alkalisk elektrolytt og nikkeloksyder i den positive elektrodes aktive materiale, forgiftes denne elektrode etter en tids anvendelse av i cellen tilstedeværende stoffer, således at dens kapasitet minskes betydelig. Denne forgiftning opptrer også ved anvendelse av aluminiumoksyd som tilsetning til elektrolytten, og det forgiftende stoff utgjøres da av aluminat. Denne ulempe kan unngås ved at det på i og for seg kjent måte til den positive elektrode, hensiktsmessig til dens aktive masse, settes litium, fortrinnsvis litiumoksyd.

I akkumulatorceller av her angitt slag medfører tilsetning av litium til den positive elektrode at følsomheten i det hele tatt for forgiftning fra fremmede metaller, som f. eks. også jern, minskes betydelig. Dessuten blir elektroden mindre følsom for overhetning.

Den hensiktsmessige mengde litium i den positive elektrode kan under forskjellige forhold variere mellom ca. 0,01—5 pst. av det aktive elektrodemateriales vekt.

Det middel som motvirker forgiftnin-gen kan tilføres på forskjellige måter. Særlig ved sintrede elektrodeplater kan disse impregneres med oppløsning av dette middel. Impregneringen kan skje før den positive elektrode settes inn i cellen, hvor-under det f. eks. kan anvendes en litiumhydroksyd- eller -saltoppløsning. Det er imidlertid også mulig å tilsette cellens elektrolytt det omtalte middel, hvorved dette opptas av den positive elektrode i cellen.

For å fiksere elektrodenes innbyrdes avstand uavhengig av pulver og elektrolytt, plaseres det hensiktsmessig staver eller bånd av plast eller lignende materiale mellom cellens plater. Endelig bør det nevnes, at man for å få beste funksjon av lukkede celler av her beskrevne type bør unngå utvikling av vannstoffgass ved den negative elektrode, da vannstoffgassens absorp-sjon forløper meget langsommere enn sur-stoffgassens, hvorfor det er særlig hensiktsmessig å overdimensjonere den negative elektrodes kapasitet sammenlignet med den positives.

Ved utladning av et komplett akkumu-latorbatteri med seriekoblede celler, av hvilke en er blitt helt utladet før de øvrige, kommer denne celle til å bli bakladet hvis utladningen av batteriet fortsetter. I ved-kommende celle inntrer da en livlig gass-utvikling, således at elektrodenes aktive materiale ikke kan absorbere gassene. Som følge herav øker trykket hurtig i cellen. For å beskytte mot eksplosjon er det van-lig å forsyne cellen med en sikkerhetsventil eller med et tynt sikkerhetsblikk, som åp-ner seg resp. brister ved et visst trykk. Hvis akkumulatorkaret i stedet er forsynt med et lite ventilasjonshull bør dette være be-liggende i et materiale som ikke vætes av elektrolytten i cellen, hvorved risikoen for igjentetting av hullet eller lekkasje av elektrolytt minskes. Det samme er tilfelle ved konstruksjoner hvor ventilasjonshullet er forsynt med en porøs propp,som bør være fremstilt av et væskefrastøtende materiale.

I den foranstående beskrivelse forut-settes det i sin alminnelighet at oppfinnelsen anvendes i alkaliske akkumulatorer med sintrede elektroder. Oppfinnelsen kan imidlertid anvendes i alkaliske akkumulatorer med plane eller rørformede lomme-elektroder og i akkumulatorer med lomme-elektroder i kombinasjon med sintrede elektroder, f. eks. sintrede positive elektroder og negative elektroder av lomme-typen.

Claims

1. Hermetisk lukket alkalisk akkumulatorcelle, i hvilken ved ladning utviklede gasser absorberes av det aktive materiale i elektrodene, karakterisert ved at det frie rum mellom elektroder av motsatt polaritet er helt fylt med av alkalisk elektrolytt fuktede porøse fine korn av aluminiumoksyd eller pulverisert plast.

2. Akkumulatorcelle ifølge påstand 1, i hvilken det av fine korn bestående materiale består av aluminiumoksyd, karakterisert ved at for å hindre forgiftning av den positive elektrode gjennom aluminat inneholder denne elektrode på i og for seg kjent måte litium, fortrinnsvis i form av litiumhydroksyd og i en mengde av mellom 0,01 og 5 pst. av det aktive materiales vekt.