SE127438C1 - Alkalisk ackumulator - Google Patents

Description

Uppfinnare: H. R. Milnes.

Prioritet begiird frdn den 18 juni och SO november 1945 (Storbritannien).

Denna uppfinning avser fOrbattringar vid elektriska ackumulatorer av Edison- och Jungnertyperna, vilka aro allmant kanda som nickel-j am- resp. nickel-kadmiumceller eller -ackumulatorer. Uppfinningen bestar i en fly konstruktion av elektrod, vilken medgiver inre avgang av gas i han:delse av gasbildning varigenom lossnande av det aktiva materialet undvikes.

Hittills hava elektroderna i alkaliska ackumulatorceller i allmanhet beslatt av holjen av metallgaller eller perforerade metallremsor, som innehalla det aktiva materialet, och dessa elektroder hava varit anordnade pa inbOrdes avsland yaxelvis negativa och positiva inom ett holje innehallande en fritt flytande elektrolyt, men i motsats till en sadan konstruktion bestar vid den alkaliska ackumulatorcellen enligt fOreliggande -uppfinning varje elektrod av tvh perforerade metallplatar, vilka vardera aro forsedda med inskarningar, nedpressningar, rannor eller liknande och vilka aro anordnade med baksida mot baksida med det aktiva materialet ph sina yttre ytor, sa att luftmellanrum eller -kanaler bildas melIan metallplatarna, genom vilka gas, som alstras vid elektrodytorna, kan avga eller passerande genom perforeringarna i metallpl atarna, och de oliknamniga elektroderna aro skilda at av elektrolytgenomtrangliga diafragmor, varjamte den sammansatta packen är utsatt fOr andtryck.

Met alien i den negativa elektroden ar lampligen jam eller stal, och i den positiva elektroden nickel ellelr nickelplaterat stal.

Elektroderna aro skilda at medelst tunna aenomtranaliga diafragmor av porost material, som icke skadligt paverkas av den i alkaliska ackumulatorbatterier allmant anvanda elektrolyten, sasom ark av porost gummi eller av vayda, stickade eller filtade tradar av nylon, merceriserad bomull, glas eller dylikt material vilket kan goras mindre porOst genom fyllning av mellanrummen med ett elektriskt oledande salt, som icke forandras av elektrolyten ens under elektrolys. Som exempel pa sadana salter kunna nanmas hariumsulfat, kalciumf osf at, magnesiurnoxid och aluminiumsilikat. Diafragmorna kunna lampligen goras ogenomtrangliga runt sina kanter och runt dart eventuellt forekommande hal genom att ett ogenomtrangligt isolerande amne sasom bituminost beck, en gummilosning, paraffinvax eller liknande amne palores och inarbetas i porerna i tyget.

Likpoliga elektroder aro elektriskt forbundna medelst gangade stanger, som passera genom oppningar, som aro anordnade i var och en av elektroderna och ay vilka en hr tillrdckligt liten for att gripa om den stang, som forbinder elektroder ay denna polaritet, medan den andra hr stor nog for att elektroden icke skall berora den andra sta.ngen. Det kan finnas ett, tva eller flera par av sadana stoma och smh hal och ett lika stort antal gangade stfinger.

Uppfinningen Or icke begransad till anvandningen av nagra sarskilda aktiva material, ehuru det hr lampligast att anvanda nickelhydrat, Ni(OH),, med eller utan en tillsats av grafit sasom det positiva aktiva materialet och finfordelat rent jam med eller utan finfordelad kadmium (eller oxiderna &ray) sasom det negativa aktiva materialet, medan elektrolyten kan vara vilken kand losning som heist sasom kaliumhydroxid eller natriumhydroxid, som aro allmant anvanda for andamalet.

For ail fortydliga uppfinningen skall en foredragen konstruktion ay en ackumulatorcell som exempel beskrivas fullstandigare har nedan rued hanyisning till bifogade ritning. Fig. 1 Or en sidoprojektion av cellen med elektroderna visade skilda ht. Fig. 2 hr en andprojektion motsvarande fig. 1. Fig. 3 fir en horisontalprojektion sedd uppifran i fig. Fig. 4 ãr en langdsektion genom en .elektrod. Fig. 5 hr en perspektivbild av en elektrodplatta.

Som visas ph ritningen och sarskilt i fig. 1 2— — och 2 bestar ackumulatorcellen sasom brukligt är av ett par eller flera vaxelvis anordna- de positiva och negativa elektroder, av vilka lika elektroder aro elektriskt forbundna och det hela ãr inneslutet i ett holje innehallande en elektrolyt.

I motsats till tidigare allkaliska ackumulatorceller är det aktiva materialet anbragt pa ytan av en tunn metallplat och aro olika elektroder skilda tt av elektrolytgenomtrangliga tunna diafragmor. I fig. 1 och 2 avser hanvisningsbeteckningen 1 var och en av de positiva elektroderna och hanvisningsbeteckningen 2 var och en av de negativa elektroderna samt hanvisningsbeteckningen 3 var och en av diafragmorna av genomtrangligt isolerande material.

En fOredragen form av elektrodplatta är visad i fig. 5 och bestar av en. tunn metallplatta 4, som dr perforerad over hela sin yta med ett stort antal sma. hal 5. Parallella nedpressningar 6 aro utformade Over hela langden av varje platta, sá att de stracka sig nastan fullstandigt tvars over plattan, varvid det bildas andvaggar 7, 8 for nedpressningarna eller rannorna 6. Dessa andvaggar aro Mrstyvade av kantdelar 9, 10. Var tredje (eller fjarde) list mellan nedpressningarna 10 hajer sig till jamnhojd riled kantdelarna 9, 10 for att forstarka kanten och underlatta den jamna pastrykningen av pasta pa elektrodplattan. Verkan av de talrika perforeringarna 5 a", att nagra komma att finnas i listerna mellan nedpressningarna 6 och sarskilt vid foreningsstallena for listerna och bottnarna ay nedpressningarna, men i stallet far perforeringen Over hela ytan kart plattan jamte sina nedpressningar vara perforerad endast ph de onskade stallena, d. v. s. i listerna och sarskilt vid deras foreningsstallen med rannornas eller nedpressningarnas bottnar.

Efter formningen av nedpressningarna 6 i plattan 4 (fig. 5) upptagas stora hal 16 i plattorna, vilka hal begransas genom en tillplattning ay listerna for att bilda delar 17, som ligga i kantdelarnas 9, 10 plan och bilda forstyvade andvaggar far nedpressningarna 6. Plattorna aro amen forsedda med sma hal 18, vilka aven 5.ro omgivna av tillplattade delar 19, som ligga i kantdelarnas plan. I varje platta finns det i det visade exemplet fyra hal med lika medelpunktsavstand och med ett iitet hal 18 omvaxlande med ett stort hal 16. Plattan 4 (fig. 5) ãr mid den ena an.den forsedd med ett forlangningsstycke 4'. Nar tva plattor anordnas med baksida mot baksida, berara bottnarna ay nedpressningarna varandra och bildas kanaler daremellan f Sr ay-gang av gas och i vilka elektrolyten kart intranga. Uppfinningen ar emellertid icke begransad till den visade formen ay nedpressningar, eftersom andra former eller anordningar ay lister, rannor eller nedpressningar kunna begagnas for att astadkomma mellan rum mellan plattorna, nar de aro anordnade med baksida mot baksida.

Metallen i plattorna 4 for de positiva elektroderna är nickel eller nickelplaterat jamn eller stal, medan metallen i plattorna for de negativa elektroderna am jam eller stal. De nedpressade ytorna av elektrodplattorna aro vardera belagda med ett tunt overdrag av ak- tivt material, som fyller nedpressningarna. Denna belaggning av aktivt material utfores ornsorgsfullt for att giva ett sâ jamnt och slatt lager av aktivt material pa elektrodplattan som är praktiskt mOjligt. De ay nickel bestaende eller nickelplaterade positiva elektroderna aro belagda med nickelhydrat Ni(011)2, med eller utan en tillsats ay grafit, medan de negativa elektrodernas jam.- eller stalplattor aro belagda med jarnoxid eller en blandning av kadmiumoxid och jarnoxid. Finfordelat rent jam eller finfordelat rent jamn innehallande en mangd finfordelad kadmium kan anvandas sasom dot aktiva materialet for den negativa elektroden, men det Or underfarstatt, att uppfinningen icke Or begransad till anvandningen ay na.gra sarskilda aktiva material eller till sarskilda metaller for elektrodplatarna, eftersom vilka kanda aktiva material som heist kunna anvandas ph vilka lampliga metallphitar som heist.

Diafragmorna 3 Oro lampligen av vavt eller stickat tyg eller lilt ay nylontradar, merceriserade bomullstradar, glastradar eller annat material i tradform, som icke leder elektrieitet och icke skadligt paverkas av elektrolyten. I stallet for att dessa material vavas kunna de stickas eller hopflatas pa mutat satt, varvid andamalet är att astadkomma portisa genomtrangliga ark. Den onskade porositeten. kan kan tilldelas ark ay lampligt material genom sma perforeringar, och i sjalva verket kan poros gummiduk anvandas for andamalet. Diafragmorna 3 aro gjorda ay stOrre dimension an elektrodplattorna och ha-va hal utformade dari koncentriskt med Mien i plattorna, och Men i diafragmorna Oro lampligen icke storm utan nagot mindre On de sma. halen 18 i elektrodplattorna.

Mellanrummen i diafragmorna 3, nar de Oro vavda eller stickade, Oro fyllda far att minska porositeten, i framsta rummet for att hindra de aktiva materialen fran aft krypa darigenom, medelst ett elektriskt oledande salt, som Or olosligt eller i huvudsak olosligt i vatten och icke Andras am elektrolyten ens under elektrolys men anda Or porast nog att medgiva fri jonstrom genom elektrolyten. Som exempel pa sadana salter kunna nanmas bariumsulfat, kalciumfosfat, magnesiumoxid och aluminiumsilikat, ay vilka det farstnamnda Or det som f Or narvarande foredrages. Man faredrager vidare att inarbeta saltet i ett haftmedel sasom gummi och i delta tillstand fora detsamnia ph de genomtrangliga arken, sa att saltet inarbetas i deras mellanrum el- — —3 ler porer och effektivt kvarhalles under sammansattningen av ackumulatorcellen.

Man foredrager vidare att Ora kanterna av diafragmorna 3 ogenomtrangliga och aven att b abra kanterna runt halen dari likaledes ogenomtrangliga genom amnen, som aro elektriskt oledande, sasom bituminost beck, en gummilosning, paraffinvax eller annat drone med de Onskade egenskaperna. Igensattningen eller tatningen av kanterna av arken och gransomradena av halen dari forhindrar aven uppfransning av ett stickat eller vavt tyg, och den sker vane sig porositeten av det vavda eller stickade tyget är forminskad medelst ett oledande salt sasom ovan beskrivits eller icke, och ddr ett sadant salt pafores tyget med hjalp av gummi sasom ovan beskrivits, är det aven att foredraga att pafora detsamma efter igensattnings- eller tatningsbehandlingen.

Ackumulatorcellen uppbygges ay fardiga elektroder och fardiga diafragmor lampligen pa foljande satt. Slata stanger hallas i vertikalt lage pa avstand frau varandra i en lamp-hg jigg, och en kraf Lig metallplatta, t. ex. stalplatta, 20 trades darpa. En forsta enkel (eller halv) positiv ,elektrodplatta med det aktiva materialet overst patrades nu, darnast en diafragma 3 och sedan en negativ elektrodplatta 2 i omvant lags mot den positiva elektroden och med det aktiva materialet vant nedat efterfoljd av en ytterligare negativ elektrodplatta i lika laze med net aktiva materialet Overst. De hada metallplattorna av denna negativa elektrod ligga salunda med baksida mot baksida och vila mot varandra, med pafoljd att halrum bildas mellan nedpressningarna. Detta fortydligas klart i fig. 4, som visar tva metallplattor 4 och det mellan deras nedpressningar 6 bildade mellanrummet samt aven perforeringarna 5, medan skikten av alitivt material aro angivna genom hanvisningsbeteckningarna 22, 23.

Nasta diafragma 3 palagges och sedan -tva positiva elektroder 1 i lika lage som den forst palagda enkla positiva elektroden med sina aktiva material pa motsatta sidor liksom betraffande- den nyss beskrivna negativa elektroden for aLt bilda gasavloppskanalerna. Ytterligare par av positiva och negativa plattor med sina diafragmor tradas pa stangerna, tills ett onskat antal plattor hava palagts, da packen fullstandigas med en enkel positiv elektrod 1 med slit aktiva material vant nedat. En tunn bojlig metallplat 24 lagges Over den sista elektroden och ovanpa denna plat en ytterligare kraftig metallplatta 25, varvid mellan denna platta och platen 24 finnas ett stort antal spiraltryckfjadrar 26, som aro jamnt fordelade Over ytorna av dessa tva. plattor. Plattorna 20, 25 kunna Willa till att bestamma laget av cellen i dess h5lje, och plattan 25 ãr sasom visas i fig. 3 lampligen forsedd med hack eller urtagningar 37 runt sina kanter for att medgiva gas att passera denna platta. Fjadrarna kunna vara lost anbragta, eller ocksa kan plattan 25 vara fOrsedd med korta tappar, omkring vilka spiraltryckfjadrarna 26 kunna anbringas. Gummi eller annat eftergivande medium kan anvandas i stallet for fjadrar.

Anordningen av elektroderna an sadan, att de sma Hien 18 1 de positiva plattorna aro i linje med och omvaxla med de stora halen 16 i de negativa plattorna och omvant, och vid denim tidpunkt skjuta forlangningarna 4' av de postiva och negativa elektrodernas metallplattor utanfor resp. motsatta andar av plattsamlingen. Medan plattsamlingen annu hallos sakert fast i jiggen, utsattes den for fjadertryck pa den ena av de kraftiga metallandplattorna, t. ex. plattan 25. De franiskjutande forlangningarna av lika elektroder forbindas med varandra pa vilket lampligt satt som heist, t. ex. i grupper pa tva eller ire, och med en stromkalla for f5rberedande laddning med lag hastighet Over en tamligen Fang period, sa att plattorna bliva kraftigt laddade for att tillforsdkra inbaddning ax det aktiva materialet och en minskning av det lure motstandet. Under denna laddning av plattorna sker nagon sammandragning av det aktiva materialet, och under inverkan av fjadertrycket bringas andplattorna 20, 25 narmare tillsammans. Efter fullbordandet av laddningen och krympningen av det aktiva materialet och medan plattsamlingen annu an sakert fasthallen i jiggen, avlagsnas de slata stangerna, som anvants under hopsattningen, och ersattas med stanger 27, som aro gangade pa hela sin langd. Dessa stanger 27, som kunna vara mit koniska vid den ena anden, aro av en obetydligt storre diameter an diametern av de sma Wien 18 i plattorna, och liar de insattas angripa de mot kanterna av de mindre len 18 men ber5ra icke kanterna av de storre halen 16 &Isom antydes i fig. 1 pa ritningen genom en lutning av elektrodplattorna, dar de berora de gangade stangerna. Isolerande bussningar 28 aro anordnade att isolera de gangade stangerna 27 frail andplattorna 20, 25 och muttrar 29, 30 aro skruvade pa de motsatta andarna av var och en av de gangade stangerna 27 for att sammanpressa, plattsamlingen med bistand av fjadrarna 26. Den elektriska stromkretsen mellan de gangade stangerna for elektroder av lika polaritet fullhondas genom anordnande av en samlingsskena 31, som har genomborrade flikar 32, 33, vilka aro i ingrepp under muttrarna 29 pa de forsta och tredje gangade stangerna, raknat frail den vanstra sidan av fig. 1, och en ytterligare samlingsskena 34, som likaledes har genomborrade flikar 35, 36 likaledes infOrda under muttrarna 29 pa de andra och fjarde gangade stangerna. Om nagon ytterligare sammandragning sker eller om det an flagon oregelbundenhet i sammandragningen, 4— — tillforsakrar det stora ant alet av fjadrarna 26 en jamn fordelning av trycket. Forlangningarna av elektrodplattorna avskaras nu, och plattsamlingen fir fardig att inforas i ett lampligt holje, som skall innehalla en elektrolyt och i vilket den passar vat och lanes pa aystand av plattorna 20, 25. Holjet skall tillslutas ph det vanliga sattet och forses med kontaktklammor, vilka skola pa lampligt satt forbindas med samlingsskenorna 31, 34, sa. att det fullbordade batteriet nu ar fardigt for anvandning.

Elektrodplattorna aro som nanants tunna saint aro bojliga, och i runt tal 50 satser av plattor kunna ga at for att bilda en ackumulatorcell ungefar 10 cm djup med det ne(Pativa akti-va materialet i huvudsak lika riled tjockleken air det positi-va aktiva materialet, men det positiva materialet kan vara i tjockare lager in det negativa materialet upp till storleksordningen tre ginger sa tjockt, di djupet av cellen kommer att alias till omkring 131A cm. Arean av elektrodplattorna och deras antal kan varieras med hansyn till den erforderliga kapaciteten och den onskade slutliga formen av cellen.

Tjockare lager av aktivt material giver nagon ökning i kapacitet men giver aven upphov till ett nagot hogre inre motstand. Antalet och djupet av nedpressningarna 6 i varje elektrodplatta 4 varierar, genom att det andrar den effektiva tjockleken av aktivt material, aven kapaciteten oak det inre motstandel och i nagra fall kan det -vara lampligt att anvanda plattor, av vilka nagra ha-va ett slags Iistanordning och andra hava en skiljaktig eller djupare listanordning, for att erhalla ett batten med onskad karakteristik.

I foregaende beskrivning avses iiverallt enkla diafragmor mellan olika elektroder, men oil sa onskas kan det finnas ett flertal sadana, och i sjalva verket ar det lampligast att anvanda tva, av vilka vardera ar fasthaftat yid det aktiva materialet pa en metallelektrodplatta (t. ex. medelst det gummi, som hailer kvar saltet i de genomtrangliga bladen) fore hopsattningen av cellen.. Air de olika lampliga materialen for diafragmorna ar det lampligast att anvanda nylon vayd till en fin natvavnad.

Claims (6)

Patentansprak:

1. Alkalisk ackumulator, kannetecknad daray, att varje elektrod bestir av tvâ perfore- rade metallplatar, vilka vardera aro forsedda med inskarningar, nedpressningar, rannor eller liknande °eh vilka aro anordnade med baksida mot baksida med det aktiva materialet pi sina yttre ytor, sa att luftmellanrum eller kanaler bildas Indian metallplatarna genom vilka gas, som alstras mid elektrodytor- na, kan avgi efter passerande genom perfo- reringarna i naetallplatarna, och att de oliknamniga elektroderna aro skilda it av elek- trolytgenomtrangliga diafragmor och den sammansatta plattpacken ir utsatt f Or andtryck.

2. Alkalisk ackumulator enligt patentanspraket 1, kannetecknad clarav, att parallella nedpressningar aro anordnade Over hela langden av varj a metallplat, sa att de stracka sig nastan fullstandigt tvars Over denna och sa bilda rannor med. slutna Midas for att upptaga storre delen av del aktiva materialet.

3. Alkalisk ackumulator enligt nagot av patentanspraken 1-2, kannetecknad darav, att elektroderna aro skilda it av diafragmor av porost material, t. ex. ark av porost gummi eller av vavda, stickade eller filtade tradar av nylon, merceriserad bomull, glas eller dylikt, vilket icke skadligt paverkas av elektrolyten.

4. Alkalisk ackumulator enligt patentanspraket 3 med diafragmor am vavda, stickade eller filtade-tradar, kannetecknad darav, att porerna aro fyllda med ett inert i elektrolyten olosligt salt for att hindra det aktiva materialet att tranga igenom diafragmorna.

5. Alkalisk ackumulator enligt patentanspraket 4, kannetecknad darav, att det inerta saltet inarbetats i diafragmats porer tillsammans med ett vidhaftningsmedel, sasom gummi.

6. Alkalisk ackumulator enligt patentanspraken 3-5, kannetecknad dirav, att dia- fragmorna aro gjorda ogenomtrangliga hangs sina kanter och runt die eventuellt forekommande hal genom att ett amne phfOrts och inarbetats i parerna eller mellanrummen i diafragmorna.