PL44131B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 7 lutego 1961 r. £ £ tto** k^oa POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44131 KI. 21 b, 25/01 Karl Luneburg Hamburg, Niemiecka Republika Federalna Akumulator elektryczny oraz sposób jego wyrobu Patent trwa od dnia 1 lipca 1959 r.Wynalazek dotyczy elektrycznego akumula¬ tora oraz sposobu jego wytwarzania.Znane sa przede wszystkim akumulatory olowiane i niklo-zelazne, których glówne cze¬ sci skladowe stanowia plyty akumulatorowe z metalu i zwiazków metali oraz ciecz elektro¬ lityczna, stanowiaca przewodnik jonów. Na skutek przemiany chemicznej mozna w nich na przemian gromadzic energie elektryczna lub ja z nich czerpac. Wada tych akumulato¬ rów jest stosunkowo skomplikowana kon¬ strukcja plyt. Obecnosc najczesciej silnie zra¬ cej cieczy elektrolitycznej sprawia, ze takie akumulatory moga byc uzywane do pracy tyl¬ ko w okreslonym polozeniu i sa wrazliwe na wstrzasy, które powoduja wypryskiwanie elektrolitu. Oprócz tego znane akumulatory wymagaja stalego dogladania, gdyz co pewien czas nalezy dolewac destylowanej wody lub elektrolitu i oczyszczac akumulator z osadu.Wywiazywanie sie gazu, zwlaszcza w duzych akumulatorach, sprawia równiez trudnosci, gdyz np. dla pomieszczen akumulatorowych na¬ lezy przewidywac specjalne urzadzenia wy¬ wietrzajace.Wynalazek ma na celu wykonanie akumula¬ tora, wyrózniajacego sie szczególnie prosta bu¬ dowa mechaniczna, przy tym calkowicie po¬ zbawionego cieczy, i tym samym dajacego sie uzywac w kazdym polozeniu roboczym, prak¬ tycznie nie wymagajacego zadnej obslugi i nie wytwarzajacego gazu.Cele te zostaly osiagniete w akumulatorze wedlug wynalazku w zasadzie dzieki temu, ze posiada on co najmniej jedna dodatnia i jed¬ na ujemna warstewke zasobnicza ze stalego materialu izolacyjnego, co najmniej po jednej elektrodzie dodatniej i ujemnej przynaleznej do obu warstewek oraz przewodzaca i odizolo¬ wana od elektrod warstewke posrednia, znaj¬ dujaca sie miedzy dodatnia i ujemna warstew¬ ka zasobnicza. Te warstewki zasobnicze stano¬ wia miejsce zaladowanej energii elektrycznej, przy czym dodatnia warstewka zasobnicza po¬ siada ladunek dodatni, ujemna zas warstew¬ ka — ladunek ujemny.Pod pojeciem materialu izolacyjnego nalezy tu rozumiec material, który w normalnym sta¬ nie nie .przewodzi elektrycznosci lub przewo- dzJ^slaljD.^dolnc^c. rfejjfccza takiego akumula¬ tora, a zwlaszcza jego zdolnosc przyjmowania duzych ladunków i zachowywania ich przez dluzsze okresy czasu jest bardzo duza- Jezeli plytke z estru kwasu polimetakrylo- wego i mieszanego polimeryzatu akrylonitrylo- wego (znanego pod nazwa handlowa,, plexi- glas") pokryje sie na podobienstwo kondensa¬ tora z obu stron cienkim plytkami metalowy¬ mi z wyjatkiem czesci brzegowych i uklad ten naladuje sie przez przylaczenie plyt elektrodo¬ wych do przyrzadu, sluzacego do ladowania akumulatorów, to zachowuje sie on jako typo¬ wy kondensator, lecz nie nadaje sie do zasto¬ sowania jako zasobnik pradu.Natomiast zupelnie nieoczekiwanie mozna otrzymac juz zupelnie dobry akumulator, jeze¬ li dwie plytki wymienionego wyzej materialu nalozy sie na siebie przekladajac posrednia warstewke metalowa, a zewnetrzne powierzch¬ nie obu plytek pokryje sie plytkami elektrodo¬ wymi, sluzacymi do doprowadzania pradu z przyrzadu do ladowania.Warstewki zasobnicze, elektrody i warstew¬ ka przekladkowa moga posiadac ksztalt dowol¬ ny, jednak najdogodniejszy jest ksztalt plaski.Korzystnie jest aby warstewki zasobnicze dodatnia wzglednie ujemna przylaczyc do obu stron przynaleznej plaskiej elektrody dodatniej wzglednie ujemnej. Szczególnie korzystne wy¬ niki mozna otrzymac wtedy, gdy powierzchnie boczne warstewek zasobniczych, nie przylegle do przynaleznych elektrod, sa zaopatrzone w przewodzace okladziny, które sa polaczone elektrycznie ze soba i z przewodzaca warstew¬ ka przekladkowa.Okazalo sie w zasadzie mozliwe zrealizowa¬ nie warstewki przekladkowej miedzy warstew¬ kami- zasobniczymi i ewentualnie przewodzace okladziny na zewnetrznych powierzchniach bocznych warstewek zasobniczych, za pomoca cieczy elektrolitycznej, przewodzacej jony. Po¬ niewaz jednak akumulator pracuje doskonale ze stala, w szczególnosci metalowa warstew¬ ka przekladkowa, wiec na ogól wykonanie bez cieczy jest korzystniejsze.Dla uzyskania okreslonego, stosunkowo du¬ zego napiecia, mozna poszczególne ogniwa aku¬ mulatorowe wedlug wynalazku polaczyc w szereg, jak to stosuje sie zazwyczaj w akumu¬ latorach zwyklych- Zwiekszenie napiecia akumulatora mozna wedlug wynalazku osiagnac równiez w ten spo¬ sób, ze uklada sie w stos pewna liczbe dodat¬ nich warstewek zasobniczych na przemian z warstewkami przekladkowymi elektrody do¬ datniej i przewodzacej okladziny oraz pewna liczbe ujemnych warstewek zasobniczych na przemian z warstewkami przekladkowymi elektrody ujemnej oraz przewodzacej okladziny, przy czym elektrody dodatnie, elektrody ujem¬ ne i okladziny sa osobno ze soba polaczone.Dodatnie warstewki zasobnicze moga byc od¬ dzielone od ujemnych warstewek zasobniczych przegroda z materialu nie przewodzacego, która jest otoczona warstewka posrednia w ksztalcie litery „U".Jako warstewki zasobnicze wedlug wynalaz¬ ku moga byc stosowane stale materialy izola¬ cyjne najrozmaitszego rodzaju, a najlepiej pro¬ dukty z zywic naturalnych, jak np. ebonit, i zy¬ wic sztucznych, jak np. estry kwasu polimeta- krylowego, chlorek poliwynylu, pochodne ce¬ lulozy, jak np. metyloceluloza, acetyloceluloza lub celuloid, nastepnie zywice anilinowe, poliu¬ retany, poliamidy, acetobutyran itd. Zwlaszcza korzystnie jest stosowac materialy izolacyjne, których wzgledna stala dieelektryczna przy cze¬ stotliwosci 800 cykli na sekunde jest wieksza niz 2,8, a dieelektryczny wspólczynnik stratnosci a przy 800 c/s jest mniejszy niz 0,04. Warstew¬ ki zasobnicze z materialu izolacyjnego moga byc wykonane w postaci stalych cial jednorodnych, np. plyt odlewnych, albo tez z luznych praso¬ wanych ziarn, ewentualnie z dodatkiem lepisz¬ cza.Elektrody, okladziny oraz przewodzaca war¬ stewka przekladkowa moga byc wykonane naj¬ lepiej w postaci folii z odpowiedniego metalu, np. miedzi, mosiadzu, cynku, cyny, olowiu lub aluminium. Folia moze byc równiez dziurkowa¬ na albo tez zamiast folii moze byc zastosowa¬ na plecionka z drutu, przy czym te dwie po¬ stacie wykonania nadaja sie zwlaszcza dla elektrod ujemnych.Akumulatory wedlug wynalazku mozna wy¬ konac w szczególnosci przez ukladanie w stos odpowiednich warstw elektrod i okladzin, ale równiez jest korzystne wykonanie w postaci spiralnego nawiniecia poszczególnych warstw lub zlozenie icb w ksztalcie meandru.Akumulator wedlug wynalazku;v.,nadaje sie zwlaszcza do baterii do pokrywania ^szczytówobicazenia i wyrównywania obicazenia w elek¬ trowniach, nastepnie, jako akumulator bezpie¬ czenstwa w instalacjach, które musza byc za¬ bezpieczone nawet przed najkrótszym uszkodze¬ niem, jak np. oswietlenie domów towarowych, hoteli, banków, szpitali lub dworców kolejo¬ wych. Poniewaz nie ma wywiazywania sie ga¬ zu, pomieszczenia akumulatorowe moga byc cal¬ kowicie wyzyskane do zapelnienia ich ogniwa¬ mi akumulatorowymi bez obawy wybuchu i bez potrzeby stosowania wywietrzania.Warstewki zasobnicze z elektrodami i ewen¬ tualnie okladzinami pomocniczymi moga byc nalozone na sciankach pomieszczen w postaci pokrycia tapetowego albo tez moga tworzyc wprost scianki, pulapy lub podlogi. Poniewaz akumulator. nie wymaga zadnej obslugi i jest zupelnie niewrazliwy na zewnetrzne wplywy atmosferyczne, nadaje sie bardzo jako zródlo pradu do elektrycznych ogrodzen past¬ wisk, jako akumulator do zasilnania stacji wzmacniakowych na liniach telefonicznych, oraz jaterf bateria bezpieczenstwa dla zwiekszenia bezpieczenstwa ruchu urzadzen sygnalów i zwrot¬ nic o napedza e elektrycznym na dworcach kole¬ jowych. Korzystne jest równiez zastosowanie tych akumulatorów jako zródla pradu dla sa¬ motnie stojacych budynków, przy czym np. wy¬ starcza jednorazowe co tygodniowe ladowanie za pomoca pradnicy.Poniewaz akumulator wedlug wynalazku mo¬ ze byc calkowicie bez cieczy i tym samym nie¬ wrazliwy na wstrzasy i moze byc uzywany w kazdym dowolnym polozeniu roboczym, na¬ daje sie on specjalnie jako bateria rozruszniko¬ wa do silników, a zwlaszcza jako zródlo pradu do samolotów i rakiet. Akumulator moze byc calkowicie zamkniety i wyklucza wszelkie nie¬ bezpieczenstwo wybuchu, wskutek czego moze byc zastosowany z korzyscia do zasilania lamp górniczych. Dalsza dziedzina zastosowania jest miedzy innymi zasilanie automatycznych lacz¬ nic telefonicznych, akumulatorowe lokomotywy kolejowe, elektrowozy, baterie buforowe do elektrycznego- oswietlenia pociagów, ladowane podczas jazdy i zasilajace lampy na postoju, baterie radiowe, oswietlenie malej mocy i na¬ ped malych aparatów elektrycznych.Pierwsze ladowanie akumulatora wedlug wy¬ nalazku jest utrudnione wskutek duzej opor¬ nosci elektrycznej warstewek izolacyjnych aku¬ mulatora. Poczatkowy wysoki opór moze byc zmniejszony przez odpowiednia obróbke wstep¬ na, np. przez przylozenie wyzszego napiecia sta¬ lego, jako napiecia ladowania i ewentualnie przy zastosowaniu termoplastycznych tworzyw sztucznych w warstewkach zasobniczych — przez ogrzewanie az do osiagniecia punktu roz¬ miekczenia materialu termoplastycznego. Oka¬ zalo sie rzecza korzystna stosowanie odpowied¬ niej obróbki wstepnej oddzielnie dla strony do¬ datniej i ujemnej akumulatora. Obróbka wstep¬ na moze byc ewentualnie przeprowadzona przed zlozeniem akumulatora.Inne cechy, zalety i mozliwosci zastosowania wynalazku z dalszego ciagu przykladów wyko¬ nania uwidocznionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie uproszczona postac wykonania akumulatora wedlug wyna¬ lazku, fig. 2 — schematycznie jego odmiane wy¬ konania, fig. 3 — schematycznie wiekszy aku¬ mulator wedlug wynalazku, fig. 4 — widok perspektywiczny akumulatora wedlug fig. 3 z wycieta oslona akumulatora i fig. 5 — krzywa ladowania i rozladowywania akumulatora wed¬ lug fig. 4.Ujemna warstewka zasobnicza 1 i dodatnia warstewka zasobnicza 2 wedlug fig. 1 sa wyko¬ nane ze stalego materialu izolacyjnego. Pomie¬ dzy nimi jako przewodzaca warstewka prze¬ kladkowa jest umieszczona folia metalowa 3.Na zewnetrznych stronach warstewek zasobni¬ czych 1 i 2 sa przylaczone elektrody ujemna 4 i dodatnia 5.W akumulatorze wedlug fig. 2 sa cztery war¬ stewki zasobnicze 6, 7 i 8, 9, przy czym war¬ stewki 6 i 7 stanowia ujemne warstewki za¬ sobnicze, a warstewki 8 i 9 — dodatnie war¬ stewki zasobnicze.Folia metalowa 10 stanowi elektrycznie prze¬ wodzaca warstewke przekladkowa oraz okladzi¬ ny na nieprzyleglych stronach zewnetrznych warstewek zasobniczych odpowiednich elektrod.Ujemna elektroda U i dodatnia elektroda 12 sa umieszczone odpowiednio miedzy warstewkami 6, 7 oraz 8, 9.Fig. 3 przedstawia wiekszy akumulator.W akumulatorze tym znajduja sie kolejno, li¬ czac od strony lewej ku prawej na. fig. 3, okladzima 15, szesc ujemnych warstewek za¬ sobniczych 13, pomiedzy którymi sa umieszczo¬ ne na przemian elektrody ujemne 16 i okladzi¬ ny 15, przewodzaca warstewka przekladkowa 26, przegroda 18 nie przewodzaca elektrycznosci i znajdujaca sies w przestrzeni objetej warstew¬ ka przekladkowa, szesc dodatnich warstewek zasobniczych 14, miedzy którymi tak samo znaj¬ duja sie na przemian dodatnie elektrody 17 i okladziny 15 i wreszcie jeszcze raz okladzina 15, która znajduje sie na bocznej powierzchni 3 -ostatniej warstewki 14 przy ostatniej dodatniej elektrodzie 17. Elektrody dodatnie, elektrody ujemne i okladziny sa osobno polaczone za so¬ ba elektrycznie, przy czyni okladziny sa z kolei polaczone elektrycznie z warstewka przeklad¬ kowa 26. Jest samo przez sie zrozumiale, ze moga byc zastosowane jeszcze dalsze warstewki zasobnicze 13 i 14, elektrody 16 i 17 oraz okla¬ dziny 15.Fig. 4 przedstawia w widoku przespektywicz- nym akumulator, przedstawiony schematycznie na fig. 3. Warstewki zasobnicze 13 i 14, elek¬ trody 16 i 17, okladziny 15 i przegroda 18 sa wykonane w postaci prostokatnych plyt i u- mieszczone w oslonie 22 z przykrywa 23. Prze¬ wodzaca warstewka przekladkowa 26 obejmuje w postaci odwróconej litery U przegrode 18, jednak jest oczywiste, ze zamiast tego przewo¬ dzaca warstewka przekladkowa moze skladac sie z dwóch oddzielnych przewodzacych plytek, umieszczonych na powierzchniach bocznych przegrody 18. Elektrody 16 sa polaczone prze¬ wodem 19 ze soba i z ujemnym zaciskiem przy¬ laczeniowym 25. W podobny sposób sa polaczo¬ ne dodatnie elektrody 15 przewodem 20 miedzy soba i z dodatnim zaciskiem przylaczeniowym 24. Przewód 21 laczy okladziny 15 oraz prze¬ wodzaca warstewke przekladkowa 26.Z akumulatora wykonanego wedlug fig. 4 o objetosci trzech litrów (o wymiarach 10X10X 30 cm), posiadajacego 200 plytek zasobniczych o grubosci kazda okolo 1,2 mm z drobno sprosz¬ kowanego estru kwasu polimetakrylowego i mie¬ szanego polimeryzatu aktrylonitrylowego, zwia¬ zanych benzyloceluloza, z elektrodami i okladzi¬ nami z folii miedzianej, zdjeto charakterystyki uwidocznione na fig. 5, przedstawiajace zalez¬ nosc napiecia na zaciskach akumulatora od czasu przy ciaglym ladowaniu pradem 3A (krzy¬ wa a) i przy ciaglym rozladowywaniu pradem 3A (krzywa b). Jak wskazuja krzywe akumula¬ tor mial pojemnosc okolo 50 amperogodzin przy sprawnosci, wyrazonej stosunkiem ilosci pradu czerpania do ilosci pradu ladowania okolo 85% Akumulator mozna bylo po pierwszym lado¬ waniu dowolnie czesto ladowac i rozladowywac, byl on zupelnie niewrazliwy na trwale zwar¬ cia i posiadal opór wewnetrzny okolo 0,01 omów. PL

Claims (9)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Akumulator elektryczny, znamienny tym, ze posiada przynajmniej jedna dodatnia i jed¬ na ujemna warstewke zasobnicza ze stalego materialu izolacyjnego, co najmniej po jed¬ nej elektrodzie "przynaleznej- do' kazdej z warstewek, dodatniej i ujemnej oraz od¬ izolowana od elektrod przewodzaca war¬ stewke i:rzekladkown, znajdujaca sie po¬ miedzy dodatnia i ujemna warstewka za¬ sobnicza.

2. Akumulator wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze elektrody sa wykonane jako plas¬ kie i z obu stron sa objete przynaleznymi do nich warstewkami zasobniczymi.

3. Akumulator wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tym, ze powierzchnie boczne war¬ stewek zasobniczych, nieprzylegle do przy¬ naleznych elektrod, sa zaopatrzone w okla¬ dziny przewodzace, które sa polaczone elek¬ trycznie miedzy soba i z przewodzaca war¬ stewka przekladkowa.

4. Akumulator wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze przewodzaca warstewka przeklad¬ kowa oraz okladziny sa wykonane z ma¬ terialu stalego.

5. Akumulator wedlug zastrz. 1 — 4, zna¬ mienny tym, ze pewna liczba dodatnich warstewek zasobniczych na przemian prze¬ lozonych elektrodami dodatnimi i przewo¬ dzacymi okladzinami oraz pewna liczba ujemnych warstewek zasobniczych na prze¬ mian przelozonych elektrodami ujemnymi i okladzinami przewpdzacymi jest ulozona w stos, przy czym elektrody dodatnie, elek¬ trody ujemne i okjadziny sa polaczone osobno ze soba.

6. Akumulator wedlug zastrz. 1 — 5, zna¬ mienny tym, ze dodatnie warstewki zasob¬ nicze sa oddzielone od ujemnych warste¬ wek zasobniczych przegroda z materialu nie przewodzacego, która jest otoczona war¬ stewka posrednia w ksztalcie litery „U".

7. Akumulator wedlug zastrz. 1 — 6, znamien¬ ny tym, ze warstewki zasobnicze sa wyko¬ nane z produktów zywic naturalnych, jak np. ebonit lub sztucznych zywic, jak np. ester kwasu polimetakrylowego, chlorek po- liwinylu, zywice anilinowe, polimetany lub poliamidy.

8. Akumulator wedlug zastrz. 1 — 7, znamien¬ ny tym, ze elektrody i ewentualnie okladzi¬ ny orafz ewentualnie elektrycznie przewo¬ dzaca warstewka przekladkowa sa wykona¬ ne z plecionki z drutu.

9. Akumulator wedlug zastrz. 1 — 8, znamien¬ ny tym, ze warstewki zasobnicze, elektrody, - 4przewodzaca warstewka przekladkowa i e- wentualnie okladziny sa ulozone w stos, zwiniete spiralnie lub zlozone w ksztalcie meandru. Sposób wyrobu, akumulatorów wedlug zastrz. 1 — 9, znamienny tym, ±e w celui usuniecia duzego oporu poczatkowego aku¬ mulatora stosuje sie obróbke wstepna zwlaszcza przez przylozenie napiecia stale¬ go, wyzszego niz napiecie ladowania i e- wentualnie przy zastosowaniu termoplastycz¬ nych tworzyw sztucznych jako warstewki zasobniczej przez ogrzanie az do punktu rozmiekczenia materialu termoplastycznego. 11. Sposób wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze strone ujemna i strone dodatnia akumula¬ tora obrabia sie wstepnie osobno. 12. Sposób wedlug zastrz. 10, znamienny tym, ze kazda warstewke zasobnicza obrabia sie wstepnie osobno przed zlozeniem akumula¬ tora. Karl Luneburg Zastepca: inz. Józef Felkmer rzecznik patentowy $ ® *-4 s W Pig 18 & 17 hvT \ T I I I I I I II \ \ M\ \ Fig. 5 2 4 t • 10 17 H H 1$ U 2514. RSW „Prasa", Kielce PL