DE1013341B - Staendig gas- und fluessigkeitsdicht verschlossener alkalischer Akkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung von gas- und flüssigkeitsdicht verschlossenen alkalischen Akkumulatoren und insbesondere auf die Verbesserung von Akkumulatoren mit großoberflächigen und extrem dünnen Elektroden, z. B. Bandelektroden.

Nach bekannten Vorschlägen werden gasdicht verschlossene alkalische Akkumulatoren in der Weise ausgeführt, daß die negativen Elektroden eine größere Kapazität erhalten als die positiven und daß die negativen Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens dieser Akkumulatoren eine höhere Ladefähigkeit besitzen als die positiven. Bei diesen Akkumulatoren werden Separatoren besonderer Ausführungsart verwendet, denn sie enthalten Hohlräume, in denen sich die bei der Ladung entwickelten Gase ansammeln können, so daß sie mit der Oberfläche der gegenüberliegenden Elektrode entgegengesetzter Polarität in Berührung kommen und hierdurch aufgezehrt werden. Infolge der höheren Ladefähigkeit der negativen Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens der Akkumulatoren nach diesen Vorschlägen und der Berührung des entwickelten Sauerstoffes mit der aktiven Masse der negativen Elektroden in den Hohlräumen der Separatoren wird eine Wasserstoffentwicklung bei der Ladung unterdrückt.

Weiterhin sind Vorschläge gemacht worden, auf die höhere Ladefähigkeit der negativen. Elektroden im Augenblick des gasdichten Verschließens der Akkumulatoren zu verzichten. In diesem Falle wird der Elektrolyt in den Poren der Elektroden und der Separatoren, die im übrigen für die an den Elektroden entwickelten Gasblasen undurchlässig sind, durch Kapillarwirkung völlig festgelegt, und durch diese Festlegung des Elektrolyts werden Teile der negativen Elektroden, die nicht von den Separatoren abgedeckt sind, in Berührung mit dem im Akkumulator vorhandenen Gasraum gebracht. Der Gasverzehr vollzieht sich dann in der Weise, daß der entwickelte Sauerstoff mit den frei liegenden Teilen der negativen Elektroden in Berührung kommt, hier elektrochemisch umgesetzt wird und infolge dieser Umsetzung die negative Elektrode so weit depolarisiert, d. h. ihr Potential veredelt, daß eine Wasserstoffentwicklung bei der Ladung unmöglich gemacht wird. Da der Sauerstoffverzehr mit großer Geschwindigkeit bzw. mit der gleichen Geschwindigkeit abläuft, mit der der Sauerstoff in der positiven Elektrode entwickelt wird, ist das Vorhandensein einer höheren Ladefähigkeit der negativen Elektrode zur Unterdrückung einer Wasserstoffentwicklung überflüssig geworden.

Voraussetzung für das Arbeiten dieser Akkumulatoren ist. daß die Kontaktfläche zwischen der nega-Ständig gas- und flüssigkeitsdicht verschlossener alkalischer Akkumulator

Anmelder:

Accumulatoren-Fabrik Aktiengesellschaft, Hagen (Westf.), Dieckstr. 42

Fritz Philipp, Hagen (Westf.)-Haspe,

und Dipl.-Ing. Werner Tietze, Hagen (Westf.),

sind als Erfinder genannt worden

tiven Elektrode und dem im Akkumulator vorhandenen Gasraum hinreichend groß ist. Um dieses zu erreichen, ist beispielsweise vorgeschlagen worden, die negativen Elektroden in zwei Teilelektroden aufzuspalten, zwischen denen sich ein von Gas erfüllter Zwischenraum befindet. Eine ähnliche Wirkung wird auch dadurch erreicht, daß Teile der negativen Elektroden, z. B. die Plattenkanten, weit in den Gasraum hineinragen, wobei diese Plattenteile zweckmäßig zur Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Gas aufgerauht sind.

Diese Maßnahmen lassen sich auf die bekannten Akkumulatoren mit Taschen- oder Sinterelektroden anwenden. Nicht anwendbar sind diese jedoch in den Fällen, wo die Elektroden schon von sich aus sehr dünn und daher nicht mehr teilbar sind. Im Falle der dünnen Elektroden ist auch die Berührungsfläche der in den Gasraum hineinragenden Kanten der negativen Elektrodenplatten zu gering, um eine rasche Gasabsorption zu gewährleisten, wie durch Versuche gezeigt wurde.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, für den Fall engschichtig zusammengebauter und extrem dünner Elektroden mit großer Oberfläche, z. B. von Bandelektroden, Sinterfolienelektroden oder anderen sehr dünnen Elektrodenausführungen, die gerollt, gefaltet, .gewickelt oder geschichtet werden können, eine hinreichende Verbesserung der Gasabsorption zu erreichen und die in mit derartigen Elektroden ausgerüsteten, gasdicht verschlossenen alkalischen Akku-

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mulatoren auftretenden Innendrücke sehr gering, d. h. unterhalb einer Atmosphäre Überdruck gegenüber dem normalen Luftdruck zu halten.

Erfindungsgemäß wird in gasdicht verschlossene alkalische Akkumulatoren mit engschichtig eingebauten Elektroden, z. B. mit Bandelektroden oder Sinterfolienelektroden, unter Abweichung von dem sonst üblichen Aufbau auf die negative Elektrode ein- oder beidseitig ein nicht von aktiver Masse erfüllter, mit Hohlräumen versehener Körper mit elektrochemisch inaktiver Oberfläche gelegt, der elektrisch leitend mit den negativen Elektroden verbunden ist. Die Hohlräume in diesem auf den negativen Elektroden ein- oder beidseitig aufliegenden, metallisch natürlich mit dem positiven Elektrodensystem derart kombiniert, daß die positiven Elektroden auf der die negativen Elektroden samt dem porösen Körper abdeckenden Separation aufliegen.

Wird der so aufgebaute Elektrodensatz zu einem Wickel spiralig aufgewickelt, dann wird so verfahren, daß die poröse Metalleinlage etwa zugleich mit dem negativen. Elektrodensystem aufgewickelt wird und zusätzlich noch den fertigen Elektrodenwickel umgibt, um hierdurch die Kontaktfläche der auf dem negativen Potential befindlichen Metalleinlage mit dem Gasraum noch weiter zu vergrößern. In diesem Fall ist also die Fläche der Metallauflage bzw. -auflagen auf den negativen Elektroden größer als die

leitenden Körper sind derart groß, daß sie nicht von 15 Fläche der negativen Elektrode. Dieser Allgemeinfall Elektrolyt angefüllt sind, sondern daß sie mit dem im schließt jedoch nicht aus, daß die Gesamtfläche des

mit der negativen Elektrode in Verbindung stehenden Metallkörpers bzw. der Metallkörper gegebenenfalls auch kleiner sein kann als die Fläche der negativen 20 Elektroden. Voraussetzung für einen raschen Gasverzehr in den Akkumulatoren nach der Erfindung ist, daß der Elektrolyt in an sich bekannter Weise in den Poren der Elektroden und der Separatoren durch Kapillarkraft festgehalten wird. Die Separatoren sind Akkumulator entwickelte Sauerstoff in relativ groß- 25 so feinporig, daß die an den Elektroden auftretenden flächigem Kontakt mit einer metallischen Oberfläche Gasblasen nicht durch die flüssigkeitssatten Separa- und auch gleichzeitig mit Teilen der Oberfläche der toren hindurchtreten können.

negativen Elektroden. An dieser großen Oberfläche Die Wirkungsweise der neuartigen negativen Elek-

erfolgt dann ein mit großer Geschwindigkeit ab- trodeneinheit, bestehend aus dem negativen Eleklaufender Sauerstoffverzehr unter Depolarisation der 3° trodensystem mit ein- oder beidseitiger Abdeckung

Akkumulator vorhandenen Gasraum in Berührung stehen. Natürlich ist die metallisch leitende Oberfläche dieser Körper mit einem dünnen Elektrolytfilm überzogen.

Infolge der Porosität der auf den negativen Elektroden aufliegenden, metallisch leitenden Körper und der Verbindung ihrer Hohlräume mit dem im Akkumulator vorhandenen Gasraum befindet sich der im

negativen Elektrode. Infolge dieser Depolarisation der negativen Elektrode wird dann in an sich bekannter Weise eine Wasserstoffentwicklung bei der Ladung verhindert.

Da die Kontaktfläche zwischen dem porösen, metallisch leitenden Körper und der Oberfläche der negativen Elektrode einerseits und dem Gasraum andererseits nach der Erfindung und die Geschwindigkeit des Sauerstoff Verzehrs sehr groß sind, treten infolgedessen in den gasdicht verschlossenen alkalischen Akkumulatoren nach der Erfindung nur geringe Überdrucke auf.

Die porösen, auf den negativen Elektroden aufliegenden, metallisch leitenden und mit ihnen elekdurch einen porösen, metallisch leitenden Körper, beruht in gasdicht verschlossenen alkalischen Akkumulatoren darauf, daß auch für den Fall extrem dünner Elektroden eine hinreichend große Berührungsfläche zwischen auf negativem Potential befindlichen Teilen des Akkumulators und dem Gasraum bei engschichtigem Einbau der Elektroden gesorgt ist, was nach bisher bekannten Vorschlägen nicht möglich war.

Die Erfindungsmerkmale werden an Hand der Fig. 1 bis 9 erläutert.

Die Fig. 1 bis 7 stellen verschiedene Ausführungsarten der erfindungsgemäß ein- oder beidseitig auf den negativen Elektroden aufliegenden, metallisch

trisch leitend verbundenen Körper können im ein- 45 teilenden Körper dar.

zelnen aus folgendem Material bestehen: Fig. 1 zeigt einen derartigen porösen Körper, der

1. Aus weit- oder engmaschigem Nickeldrahtgewebe aus einem Metalldrahtgewebe 1 besteht. In oder vernickeltem Metallgewebe allein oder in Verbindung mit einem zweiten eng- oder weitmaschigen

eine

ähnlichen Gewebe, so daß in diesem Falle doppelte Lage von Metallgewebe vorhanden ist;

2. aus Streckmetall allein oder in elektrischer Verbindung mit weit- oder engmaschigem Nickeldrahtgewebe oder Metalldrahtgewebe;

3. aus einem Vlies aus Metallwolle, wobei die ein- 55 gestellten Vlieses 5, dessen einzelne Fasern in ihren zelnen Metallfasern dieses Vlieses an ihren Be- Berührungspunkten miteinander versintert sein kön-

Fig. 2 ist dieses Metallgewebe 1 mit einem Metallgewebe 2 mit veränderter Maschenbreite kombiniert.

Fig. 3 zeigt eine Metallauflage aus Streckmetall 3, während

Fig. 4 die Verbindung eines Streckmetallkörpers 3 mit einem Metallgewebe 4 wiedergibt.

Fig. 5 gibt ein Abbild eines aus Metallwolle her-

rührungsstellen miteinander versintert sein können;

4. aus. oberflächlich metallisiertem, porösem oder perforiertem, laugebeständigem, nichtleitendem Material, ζ. B. aus Faserstoff oder Kunststoffolien;

5. aus einer Kombination der unter Ziffer 1 bis 4 aufgeführten Anordnungen.

Diese poröse, metallische Auflage auf der negativen Elektrode wird erfindungsgemäß so eingebaut, daß sie die gesamte aktive Oberfläche der negativen Elektroden abdeckt und mit ihr elektrisch leitend verbunden ist. Die im Akkumulator vorhandenen Separatoren liegen dann auf der ein- oder beidseitig durch den porösen Körper abgedeckten negativen Elektrode nen.

Fig. 6 zeigt ein Gewebe 6, das oberflächlich metallisiert ist. Zwischen den Fäden dieses Gewebes befinden sich die Hohlräume 7. Die

Fig. 7 schließlich bildet eine perforierte, metallisierte Kunststoffolie 8 ab, deren Oberfläche durch die Perforation 9 durchbrochen ist und zudem noch gewellt sein kann.

Der Aufbau eines Elektrodensatzes nach der Erfindung ist aus Fig. 8 ersichtlich. Die negative Elektrode 10 wird einseitig durch eine poröse Metallauflage abgedeckt, die in diesem Beispiel, das keine Beschränkung bedeuten soll, aus zwei Lagen von

auf. Diese so aufgebaute Elektrodeneinheit wird dann 7° Drahtgewebe 11 verschiedener Maschenbreite besteht.

Dieses Metallgewebe ist leitend mit der negativen Elektrode verbunden. Beidseitig der negativen Elektrodeneinheit, bestehend aus negativer Elektrode 10 und Metallauflage 11, befindet sich die saugfähige, nicht leitende Separation 12, während sich hieran dann beidseitig die positiven Elektroden 13 anschließen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 9. In diesem Fall ist die negative Elektrode 10 beidseitig durch Metallauflagen 11 abgedeckt. Hierauf liegen dann die Separatoren 12 und die positiven Elektroden 13 auf.

Ein spiralig aufgerollter Elektrodenwickel mit den Merkmalen der Erfindung ist in der Fig. 10 dargestellt. In diesem Fall liegt ein Verbundkörper, be- *5 stehend aus Nickeldrahtgewebe 14 und Streckmetall 15, einseitig auf der negativen Elektrode 16 auf, so daß er deren Potential annimmt. Diese negative Elektrodeneinheit ist durch Separatoren 17 von den positiven Elektroden 18 getrennt. Dieser Elektrodensatz wird in ein gas- und flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse eingebaut.

Die Elektroden nach der Erfindung können natürlich auch eng anliegend geschichtet anstatt gewickelt werden. Welche Elektrodenausführung· in Verbindung mit den metallischen Auflagen der negativen Elektroden nach der Erfindung verwendet wird, ist ohne Belang. In gleicher Weise können Sinterelektroden dünnster Ausführung oder Bandelektroden, d. h. mit aktiver Masse durch Pastieren oder Schmieren gefüllte poröse Metallkörper oder andere Elektroden bekannter Art, verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich bevorzugt auf gasdicht verschlossene alkalische Akkumulatoren, die im Augenblick des gasdichten Versdhließens keine höhere Ladefähigkeit der negativen Elektroden besitzen. Die Merkmale der Erfindung lassen sich jedoch auch auf gasdicht verschlossene Akkumulatoren mit anderen

Merkmalen und mit sehr dünnen Elektroden anwenden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Ständig gas- und flüssigkeitsdicht verschlossener alkalischer Akkumulator mit porösen Elektroden und feinporigen Separatoren, wobei der Elektrolyt kapillar festgelegt ist, so daß Teile der Elektroden mit dem Gasraum in Berührung sind, dadurch gekennzeichnet, daß die extrem dünn ausgeführten negativen Elektroden eine mit ihnen elektrisch leitend verbundene Auflage aus grobporigem, elektrisch leitendem und elektrochemisch inaktivem Material besitzen, deren Poren freie Räume bilden, die mit dem Gasraum in Verbindung sind.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage aus Nickel bzw. vernickeltem, leitendem oder nichtleitendem Material mit Maschen oder sonstigen Hohlräumen besteht.

3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Auflagen von verschiedener Hohlraumgröße miteinander kombiniert sind, wobei die kleineren Hohlräume an der negativen Elektrode anliegen.

4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der engmaschigere Teil der Auflage aus Drahtgewebe oder einem Vlies aus Metallwolle und der weitmaschigere Teil aus einem Streckmetall besteht.

5. Akkumulator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bandförmig ausgebildet sind und einen Wickel bilden und daß die grobporige Auflage solche Länge besitzt, daß sie außen ganz oder teilweise den ganzen Wickel umgibt und auf diese Weise eine Zwischenlage zwischen dem Wickel und der Gehäusewandung bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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