PL47863B1 - - Google Patents

Description

\f-i **£**< & a POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 47863 KI. 21 b, 2/02 KI. internat. H 01 m Otto Metzler Offenbach/Menem Niemiecka Republika Federalna Willy Kaus Frankfurt/Menem Niemiecka Republika Federalna Elektroda do ogniw galwanicznych i akumulatorowych, sposób jej wyrobu oraz narzedzie do wytwarzania nosnika masy tej elektrody Patent trwa od dnia 25 kwietnia 1962 r.Wynalazek dotyczy elektrody do ogniw gal¬ wanicznych i akumulatorowych oraz sposobu jej wyrobu, jak równiez narzedzia do wytwa¬ rzania nosnika masy tej elektrody.Dla jasnego przedstawienia obecnego stanu techniki nalezy wziac pod uwage, ze nakladanie masy czynnej do tzw. kratownicy z tworzywa sztucznego bylo juz omawiane w szeregu pu¬ blikacjach.Dla realizacji zadania zgodnie z wynalazkiem proponowano rózne sposoby wyrobu elektrod, które jednak ze wzgledów podanych nizej nie wykazaly w praktyce zadnych zalet w porów¬ naniu z tradycyjnymi elektrodami.Ponizej opisane b^da tylko takie elektrody i sposoby ich wytwarzania, które sa zblizone w pewnym stopniu do elektrod i sposobu ich wy¬ twarzania wedlug niniejszego wynalazku. Wy¬ mienione wiec beda i poddane analizie tylko ta¬ kie publikacje, które dotycza projektów umie¬ szczania substancji czynnej masy w gotowym nosniku z tworzywa sztucznego, gdzie zostaja uaktywnione.Znane jest np. umieszczanie masy czynnej w przygotowanej uprzednio konstrukcji nosnej z gabczastego tworzywa sztucznego o mniejszej lub wiekszej sprezystosci przez zastosowanie podcisnienia, stracania lub nanoszenia tej masy w inny sposób? W zwiazku z powyzszym opisa¬ no ponizej otwarte ustroje piankowe,a miano¬ wicie omówiona jest pianka kulista lub pianka wieloscienna z pecherzykami polaczonymi zesoba za pomoca powierzchni wieloscianów i z polaczonymi porami, przy czym poszczególne pecherzjki wypelnione sa: masa czynna. Chodzi przy tym ^lko, o^ pecherzyki pianki, wytworzo¬ ne za pomoca' sztucznych otworów. Taki ustrój nie wykazujacy odpowiedniej wytrzymalosci mechanicznej lub odpornosci elektrochemicznej nie nadaje sie zupelnie jako nosnik do masy czynnej, zwlaszcza dla elementów wtórnych, gdyz wiazanie piankowe o bardzo malym cieza¬ rze wlasciwym nie moze utrzymywac dostatecz¬ nie pewnie ciezkiego proszku olowiu, jak rów¬ niez nie jest odporne na naprezenia dynamiczne.Juz przy najmniejszych wstrzasach ciezki pro¬ szek olowiany wysypuje sie z cienkich jak pa¬ pier blon pecherzyków pianki i opada. Omówio¬ ne nosniki piankowe nie wchodza wiec w ra¬ chube przy omawianiu postepu technicznego w tej dziedzinie.Poza tym znane jest stosowanie jako nosni¬ ków masy w ogniwach akumulatorowych mi- kroporowatych, przepuszczajacych kwas, rurek z tworzywa sztucznego, które sa umieszczone w ramkach nosnych prostopadle do powierzchni plyty. Plyty tego rodzaju sa kosztowne w pro¬ dukcji. Ponadto niekorzystna okolicznoscia jest jeszcze to, ze prety kratki umieszczone swobo¬ dnie w kwasie ulegaja szybkiej korozji i tym samym zmniejszaja trwalosc plyty.Znane jest równiez naprasowywanie na obie strony kraty przekatnej mikroporowatych ply¬ tek z tworzywa sztucznego, majacych prostopa¬ dle do powierzchni plytki i regularnie rozmie¬ szczone otwory o ksztalcie kolowym lub wielo- bocznym, przeznaczone do umieszczenia masy czynnej.Równiez i to rozwiazanie nie ma praktyczne¬ go zastosowania, poniewaz masa czynna w ta¬ kich cylindrycznych wglebieniach nie utrzymu¬ je sie nalezycie wskutek niepowiazania tych wglebien ze soba, powodujacego bardzo szybkie wypadanie z tych otworów dodatniej masy czynnej, posiadajacej postac mulu. W konstruk¬ cji tej brak równiez bezposredniego styku elek¬ trycznego z sasiednimi czastkami, jak równiez z ukladem odprowadzenia pradu. Równiez i ta konstrukcja nosna nie odpowiada wszystkim wymaganiom, jakie powinien spelniac dobry nosnik masy.W przeciwienstwie do znanych elektrod i spo¬ sobu ich wytwarzania istota niniejszego wyna¬ lazku polega na tym, ze jako nosnik masy czyn¬ nej zastosowany jest nosnik z tworzywa sztucz¬ nego, najkorzystniej z etylów polimeryzowa¬ nych, dostosowany do ksztaltu elementów elek¬ trodowych i utworzony najlepiej na skutek bez¬ cisnieniowego dzialania cieplnego z pojedyn¬ czych czastek aglutynujacych albo aglomeruja¬ cych miedzy soba, jak równiez z elementów sluzacych do odprowadzania pradu, przy czym nosnik ten ma objetosc porów wystarczajaca dla przyjecia niezbednej masy czynnej i zalez¬ na od struktury czastek tworzywa sztucznego i tym samym dajaca sie regulowac. Jako nosnik i element do odprowadzania pradu stosuje sie stosunkowo lekka, uboga w antymon konstruk¬ cje kratowa, której przedzialy sa wypelnione czastkami aglomerowanej lub aglutynowanej porowatej masy z tworzywa sztucznego, która obejmuje równiez czesciowo powierzchnie kra¬ ty. Ustrój z tworzywa sztucznego, powstajacy pod wplywem dzialania ciepla jako porowaty i samonosny, sklada sie np. z ziarn lub miesza¬ nin polietylenu, czterofluoroetylenu, trójfluoro- jednochloroetylenu, polipropylenu lub innych tworzyw, przy czym wielkosci ziarna sa dosto¬ sowane do wymaganej objetosci porów, a ziar¬ na sa ze soba spojone punktowo. Pozadana wiel¬ kosc ziarna, obok innych znanych sposobów, mozna równiez otrzymac jako aglomerat spro¬ szkowanych czastek tworzywa sztucznego. Mo¬ zna pasma nitek z tworzywa sztucznego, o po¬ zadanej srednicy okolo 0,4 — 0,5 mm pociac lub posiekac na odcinki wymaganej dlugosci okolo 1 mm, w celu otrzymania mozliwie jednorodnej struktury ziarna, nadajacej sie do celów wedlug .wynalazku.Korzystnie jest dodawac do tych tworzyw sztucznych substancji opózniajacych topnienie, np. dwutlenek tytanu lub inny zwiazek. Dla uzyskania procesów aglomeracji i aglutynacji, dajacych sie latwo kontrolowac, mozna na nos¬ nik z tworzywa sztucznego zastosowac wedlug wynalazku rózne ziarna o róznych punktach topliwosci, przy czym ziarna z tworzywa sztu¬ cznego o nizszym punkcie topliwosci stanowia jak gdyby mostki spojeniowe.Pory tego nosnika z tworzywa sztucznego, rozgaleziajace sie we wszystkich kierunkach i polaczone ze soba, sa przeznaczone do umiesz¬ czenia maisy czynnej, która wprowadza sie przez zapastowanie, zamulenie, nafiltrowanie, napra- sowanie lub za pomoca innych znanych sposo¬ bów. Masa czynna, majaca byc Wprowadzona do porów nosnika, moze byc rozcienczona woda de¬ stylowana lub kwasem siarkowym.Gotowy spieczony nosnik z tworzywa sztucz¬ nego moze byc równiez przed napelnieniem ma¬ sa Czynna powleczony gesta, przewodzaca koloi¬ dalna powloka grafitowa. Warstewka ta nadaje -*¦ 2 —czastkom tworzywa sztucznego przewodnictwo elektryczne i chroni je przed szkodliwym dzia¬ laniem elektrolitów,' a zwlaszcza przez kwas.Podobne przygotowanie wstepne mozna prze¬ prowadzic równiez w stosunku do elementu do odprowadzania pradu, dzieki czemu jest on za¬ bezpieczony przed korozja anodowa.Wedlug wynalazku pyl olowiowy, wprowadza¬ ny do porów, poddaje sie dodatkowemu jeszcze zwiazaniu ze soba i w tym celu podczas formo¬ wania, zwlaszcza dodatniej masy czynnej, wy¬ twarza sie krysztaly, majace stanowic dobrze elektrycznie przewodzace mostki miedzy jedna czastka masy a druga. W zwiazku z tym mozna stosowac roztwory blyszczu olowianego, octanu olowiu i ewentualnie dwutlenku tytanu, które dodaje sie do masy czynnej i poddaje odparo¬ waniu. Jest rzecza oczywista, ze substancje te moga byc równiez dodawane do masy czynnej w stanie duzego rozdrobnienia. Konieczne jest jednak, azeby tak utworzone krystaliczne mo¬ stki pradu nie byly rozpuszczalne w elektro¬ litach.Wytwarzanie tych elektrod odbywa sie w ten sposób, ze ziarna tworzywa sztucznego nasypu- je sie luzno, w przyblizeniu na grubosc elemen¬ tu do odprowadzania elektronów i wyrównuje, a element do odprowadzania elektronów wraz z ziarnami tworzywa sztucznego zo¬ staje poddawany ogrzaniu dopóki nie osiag¬ nie sie stopnia plastycznosci niezbednej do zes¬ polenia, przy czym poszczególne czastki zacho¬ wuja w przyblizeniu pierwotna strukture. Spie¬ czony w ten sposób nosnik masy i element do odprowadzania pradu zostaje nastepnie wy¬ plukany przy uzyciu srodków rozpuszczajacych tluszcze lub srodków zwilzajacych. Wykonany w ten sposób korpus 1 ze sztucznego tworzywa, sluzacy jako nosnik masy, dzieki duzej objeto¬ sci porów zapewnia przenikanie do rozgalezio¬ nych porów polaczonych ze soba masy czynnej o dowolnym stanie rozdrobnienia, a wiec rów¬ niez w stanie koloidalnym, a jednoczesnie masa utrzymuje sie w tych porach wystarczajaco mo¬ cno, wskutek czego reaguje ona bez zaklócen z elektrolitami. Nalezy przy tym podkreslic, ze nosnik z tworzywa sztucznego, dzieki swej strukturze, moze odbierac i wytrzymywac na¬ prezenia rozciagajace, wystepujace przy lado¬ waniu i rozladowaniu, bez obawy powstawa¬ nia szkodliwych zjawisk rozszerzalnosci.Jest równiez mozliwe nanoszenie siarczanu olowiu bezposrednio do swobodnej objetosci porów, gdy nosnik masy z tworzywa sztucznego, wykonany w sposób powyzej opisany, stanie sie przewodnikiem elektrycznym przez wprowadze¬ nie grafitu koloidalnego. W ten sposób powstaje w elektrodzie dodatniej przy procesie formo¬ wania przemiana PbS04 na Pb02. Pozwala tó na unikniecie znanych szkodliwych sil tnacych przy przemianie Pb02 na PbSO*. Najlepiej jest do siarczanu olowiu, który jest zlym przewod¬ nikiem elektrycznosci, dodac grafit lub inne materialy zwiekszajace przewodnosc elek¬ tryczna.Okazalo sie, ze dodane czastki czynne uczest¬ nicza w znacznym procencie w przemianie elek¬ trochemicznej, dzieki czemu zostaje równiez znacznie zwiekszona wydajnosc elektrod w sto¬ sunku do ciezaru. Poniewaz stykajace sie ze so¬ ba czastki masy oraz mostki krystaliczne, na skutek formowania wzajemnie sie przenikaja i lacza, porowate zas przejscia, przebiegajace we wszystkich kierunkach, utrzymuja zwarte czastki masy, osiaga sie wieksza trwalosc elek¬ trod wykonanych sposobem wedlug wynalazku.Nosniki masy wedlug wynalazku posiadaja wiec wielka liczbe otwartych kapilar, do któ¬ rych masa czynna, zdolna równiez do dyfuzji, moze byc wprowadzona przy pomocy znanych maszyn do nakladania pasty. Napiecie powierz¬ chniowe, wystepujace przy zanurzaniu elektrod do elektrolitów, powstaje na skutek znanego zjawiska wloskowatosci, powodujac przenikanie elektrolitu do kapilar elektrody i jego dzia¬ lanie.Stosujac elektrycznie przewodzace porowate plyty z tworzywa sztucznego mozna równiez wytworzyc elektrode anodowa w ten sposób, ze pomiedzy dwiema elektrycznie przewodzacymi porowatymi plytkami z tworzywa sztucznego umieszcza sie folie olowiana, wskutek czego po¬ wstaje element trójwarstwowy. Do tej elektro¬ dy mozna sposobem galwanicznym, przy pomo¬ cy roztworu azotanu olowiu jako elektrolitu i plyt olowianych jako katod, wprowadzic tle¬ nek olowiu do porów i wzbogacic je tlenkiem.W ten sposób mozna otrzymac staly stateczny ustrój plytowy z wystarczajacym usztywnie¬ niem uzyskiwanym przez tworzywo sztuczne na powierzchni, przy czym wyplukanie masy czynnej jest utrudnione. Sposób ten przewidu¬ je sie przede wszystkim w zastosowaniu do elek¬ trod specjalnych.W celu sztucznego powiekszenia objetosci po¬ rów elementu z tworzywa sztucznego, sluzacego jako nosnik masy, dno formy, w którym umiesz¬ cza sie krate i wsypana mase sztucznego two¬ rzywa, moze posiadac pionowe, dostosowane do — 3 —struktury kraty trzpienie w ksztalcie igiel lub podobne elementy, przechodzace przez krate i mase sztucznego tworzywa podczas procesu ¦spiekania.Nalezy jeszcze zaznaczyc, ze sposób wytwarza¬ nia elektrod wedlug wynalazku jest prosty i ta¬ ni, a nieznaczny dodatek tworzywa sztucznego zostaje w nadmiarze wyrównany przez osiag¬ nieta przy tym oszczednosc na olowiu.Na zalaczonym rysunku fig. 1 przedstawia krate do oprowadzania pradu czesciowo napel¬ niona aglomerowana masa tworzywa sztucz¬ nego i czesciowo wolna od masy, fig. 2 — w po¬ wiekszonej podzialce czesc gotowej elektrody i fig. 3 — przekrój tej elektrody.Na fig. 1 cyfra 1 oznacza krate wyjsciowa z pretami podluznymi i poprzecznymi 2, nato¬ miast cyfra 3a oznacza aglomerat tworzywa sztucznego zwiazany z krata 1, 2, Na fig. 2 i 3 cyfry 4 i 5 oznaczaja spojone ze soba czastki z tworzywa sztucznego, posiadaja¬ ce rózne ksztalty lecz wielkosci pozostajace w okreslonym stosunku wzajemnym, a pomiedzy czasteczkami znajduje sie masa czynna 3. Jak uwidoczniono na fig. 3, tworzywo 4 i 5 wypel¬ niajace krate moze równiez wystawac nieco poza jej grubosc. Wykrój X kraty wedlug fig. 1 jest przedstawiony na fig. 2 w znacznym powiek¬ szeniu. PL

Claims (13)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych, znamienna tym, ze jako nos¬ nik masy czynnej stanowi w niej element z tworzywa sztucznego, otrzymanego naj¬ lepiej z polimeryzacji etyli, utworzony z poszczególnych czastek aglutynowanych lub aglomerowanych dzialaniem ciepla do¬ wolnego rodzaju, najlepiej bez cisnienia, dostosowany do ksztaltu elementu sluzace¬ go do odprowadzania elektronów, odporny na dzialanie kwasów i elektrolitów, który to element z tworzywa sztucznego ma wystar¬ czajaca dla przyjecia masy czynnej objetosc porów, zalezna od struktury czastek z two¬ rzywa sztucznego i tym samym dajaca sie regulowac.
2. 2. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze jako nosnik masy i element do od¬ prowadzania elektronów zastosowana jest konstrukcja kratowa stosunkowo lekka i uboga w antymon, której przedzialy sa wypelnione czastkami aglomerowanej i aglu- tynowanej porowatej masy sztucznego two¬ rzywa, czesciowo obejmujacej równiez po¬ wierzchnie kraty.
3. 3. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 112, zna¬ mienna tym, ze element do odprowadzania elektronów jest zaopatrzony w koloidalna powloke grafitowa hamujaca korozje.
4. 4. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1—3, zna¬ mienna tym, ze porowaty element z two¬ rzywa sztucznego, tworzacy sie pod wply¬ wem ciepla, sklada sie z ziarn lub mie¬ szaniny ziarn polietylenu, czterofluoroetyle- nu, trójfluorojednochloroetylenu, polipropy¬ lenu lub podobnych tworzyw.
5. 5. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1—4, zna¬ mienna tym, ze mieszanina z tworzywa sztucznego podlegajaca aglomeracji sklada sie z dwóch polimeryzatów, wykazujacych rózne punkty topliwosci, przy czym ziarna tworzywa sztucznego o nizszym punkcie to¬ pliwosci sa przeznaczone do wytwarzania mostków spojenia.
6. 6. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1—5, zna¬ mienna tym, ze do tworzywa sztucznego, przeznaczonego do wytwarzania nosnika masy, dodane sa materialy opózniajace to^ pliwosc, np. dwutlenek tytanu lub inne zwiazki.
7. 7. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1 i 6, zna- mieihna tym, ze pory elementu tworzywa sztucznego, przeznaczone na mase czyn¬ na sa napelnione droga napastowania, na- mulenia, nafiltroWania, wpraisowania lub innym znanym sposobem.
8. 8. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 1—7r zna¬ mienna tym, ze do masy czynnej dodane sa roztwory blyszczu olowianego, octanu olo¬ wiu lub dwutlenku tytanu, albo tez sub¬ stancje te, w stanie mialkiego rozdrobnie¬ nia, dodane sa do substancji czynnej i slu¬ za do utworzenia krystalicznych mostków przewodzacych prad od jednej czastki ma¬ sy do drugiej.
9. 9. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 7 i 8, zna- — 4 —mienna tym, ze element z tworzywa sztucz¬ nego sluzacy jako nosnik masy, pokryty jest koloidalna powloka grafitowa w ce¬ lu zwiekszenia przewodnosci elektrycznej.
10. 10. Elektroda do ogniw galwanicznych i aku¬ mulatorowych wedlug zastrz. 9, znamien¬ na tym, ze do nosnika masy elektrod do¬ datnich dodany jest siarczan olowiu, któ¬ rego przewodnosc jest zwiekszona przez dodanie grafitu, sadzy lub podobnej sub¬ stancji.
11. 11. Sposób wytwarzania elektrod do ogniw galwanicznych i akumulatorowych, zna¬ mienny tym, ze proszek tworzywa sztucz¬ nego o wybranej wielkosci ziarna nasypuje sie do formy w stanie luznym i wyrów¬ nuje w przyblizeniu na grubosc elemen¬ tu sluzacego do odprowadzania elektronów od tego elementu, a nastepnie ten element do odprowadzania elektronów wraz z ziar¬ nami tworzywa sztucznego poddaje sie ogrzewaniu az do osiagniecia niezbednego do spojenia stopnia plastycznosci tworzy¬ wa sztucznego i wzajemnego spieczenia, przy czym poszczególne czastki wyjsciowe zachowuja w przyblizeniu swoja pierwotna strukture.
12. 12. Sposób wytwarzania elektrod do ogniw galwanicznych i akumulatorowych wedlug zastrz. 11, znamienny tym, ze spieczony nosnik masy i element do odprowadzania elektronów wyplukuje sie najlepiej na go¬ raco, srodkami rozpuszczajacymi tluszcze i srodkami zwilzajacymi. Narzedzie do wytwarzania nosnika z two¬ rzywa sztucznego, znamienne tym, ze dno formy, w którym umieszcza sie krate i wsy¬ pywana mase tworzywa sztucznego, jest zaopatrzone w pionowe, dostosowane do struktury kraty trzpienie w ksztalcie igiel lub podobne elementy, które sluza do sztucznego powiekszania naturalnej obje¬ tosci porów, przechodzac przez krate i ma¬ se tworzywa sztucznego podczas procesu spiekania. Otto Metzler Willy Kaus Zastepca: inz. Józef Felkner rzecznik patentowy 13. 14.
13. 13. Sposób wytwarzania elektrody anodowej wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dwie porowate plyty tworzywa sztucznego po nadaniu im przewodnosci elektrycznej laczy sie w jeden element elektrodowy wraz z umieszczona miedzy nimi folia olowia¬ na, przy czym te elektrode wypelnia sie galwanicznie tlenkiem olowiu i wzbogaca w tlenek w roztworze azotanu olowiu wraz z dwiema katodami wykonanymi z olowiu.Do opisu patentowego nr 47863 / 2 #93. bib Lic re:K A Ur"Vi" patentowego] Z.G. „Ruch" W-wa, zam. 1159-63 naklad 100 egz. PL