DE1007835B

DE1007835B - Blei-Akkumulator, dessen Elektrodenblock nebst Scheider unter Pressdruck in das Gehaeuse eingebaut ist

Info

Publication number: DE1007835B
Application number: DEF13307A
Authority: DE
Inventors: Leonard Fuller
Original assignee: E W SUDLOW
Current assignee: E W SUDLOW
Priority date: 1952-11-28
Filing date: 1953-11-23
Publication date: 1957-05-09
Also published as: BE524540A; FR1093681A; NL183202C; GB724056A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Sekundärbatterien und insbesondere solche der Art, bei denen die positiven und negativen Elektroden von Gittern aus Blei oder aus einer Bleilegierung bestehen, die mit der aktiven Masse ausgefüllt sind. Die Platten wechseln mit den Scheidern ab, so daß sie ein Paket bilden, das innerhalb des Gehäuses untergebracht ist und die Anordnung so erfolgt, daß die Scheider eng gegen die ganze Fläche der Platten anliegen, um die aktive Masse zu halten. Falls erwünscht, können die Elektroden und die Scheider zusammen den gesamten flüssigen Elektrolyt aufsaugen, der für die Arbeit der Batterie notwendig ist, so daß das Vorhandensein von nicht festgelegtem Elektrolyt vermieden wird.

Zweck der Erfindung ist, einen verbesserten Batterieaufbau dieser Art zu schaffen, der in der Lage ist, kräftige Entladungen mit äußerst hohem elektrischem Leistungsgrad (oder Kapazitätswirkung) abzugeben, wobei die Batterie darüber hinaus so beschaffen ist, daß diese Merkmale während einer langen Betriebsund Lebensdauer aufrechterhalten werden können. Weiterhin nimmt die Batterie nach der Erfindung nur einen Teil des Raumes einer normalen Batterie gleicher Kapazität ein und ist dementsprechend leichter im Gewicht.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Sekundärbatterie der bezeichneten Art zu schaffen, die sehr schnell, beispielsweise in einer Stunde, aufgeladen werden kann, ohne daß die Elektroden durch den ungewöhnlich hohen Ladestrom beschädigt werden.

Die positiven Gitter einer Blei-Säure-Batterie sind einer anodischen korrodierenden Wirkung unterworfen, und daher ist die normale Lebensdauer einer Batterie durch die Lebensdauer der positiven Gitter begrenzt. Bei dünnen Platten in den Batterien, bei denen die Gitterstege sehr dünn sind, ist die Lebensdauer der positiven Gitter besonders kurz.

Bei der Erfindung haben die positiven Platten einer Sekundärbatterie der bezeichneten Art dünne Gitter von weniger als 1,5 mm Stärke, und die Stege eines jeden Gitters sind so weit voneinander entfernt, daß der Abstand zwischen den Stegen mindestens achtmal der Stärke des Gitters entspricht, wobei die Zwischenräume mit der aktiven Masse ausgefüllt sind, die diese weiten Zwischenräume zwischen den benachbarten Stegen frei überspannt.

Die Zwischenräume zwischen den Stegen sind meist rechteckig, und in diesen Fällen wird die Weite eines jeden Zwischenraumes als der Abstand zwischen den längeren Seiten angesehen. Es ist jedoch offensichtlich, daß die Stege so angeordnet werden können, daß Zwischenräume mit einer unendlichen Vielfalt von Formen geschaffen werden, und daher wird im Falle

Blei-Akkumulator, dessen Elektrodenblock nebst Scheider unter Preßdruck in das

Gehäuse eingebaut ist

Anmelder:

Leonard Fuller, London,

und E. W. Sudlow, Westcliff-on-Sea

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 28. (November 1962

Leonard Fuller, London,
ist als Erfinder genannt worden

von nicht rechteckigen Zwischenräumen die Weite eines jeden Zwischenraumes für den Zweck der Erfindung als Durchschnittsweite angesehen, d. h. die Fläche des Zwischenraumes dividiert durch den längsten Abstand zweier gegenüberliegender Punkte. Vorteilhaft haben die Stege, die die Weite der Zwischenräume verbinden, einen abgerundeten Querschnitt, wobei sich ihre größere Dicke in der Ebene der Platte erstreckt.

Es hat sich gezeigt, daß Batterien nach der Erfindung positive Platten von nur 1,25 mm, 1 mm, 0,75 mm oder sogar noch geringerer Stärke haben können mit weit voneinander entfernten Stegen des Gitters. Die Stege in einem 1,25-mm-Gitter haben normal die volle Stärke des Gitters, aber ihre Stärke kann bis zu 0,75 mm abwärts betragen. Bei einem 0,75-mm-Gitter kann die Stärke der Stege 0,75 mm, aber die Breite (in der Ebene der Platte gemessen) kann 1,25 mm oder mehr sein, je nach den elektrischen Anforderungen. Die aktive Masse in den Zwischenräumen ist im Verhältnis zu ihrer Stärke sehr breit bzw. hat eine große Spannweite, wobei das Verhältnis der Stärke zur Weite (wie oben definiert) vorteilhaft im Verhältnis von 1 :8 oder 1 :12 oder sogar mehr ist und wobei sogar das Verhältnis von 1 :30 für sehr dünne Platten durchaus möglich ist.

Infolge ihrer verhältnismäßig geringen Querschnittsfläche und der hohen Dichte der Ströme, die beim Laden und Entladen in das aktive Material ein-

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des Gehäuses 10 zu vermeiden. Vor dem Einbringen in das Gehäuse 10 wird der ganze Block 15 stark in senkrechter Richtung zu den Ebenen der Platten zusammengepreßt, und nach dem Einbau liegen diese unter starkem Preß druck an den Wandungen des Gehäuses 10 an. Daher hält das Gehäuse 10 den Block 15 im Gebrauch unter starkem Druck, so daß die Scheider scharf und federnd gegen die Platten gepreßt werden, und zwar auf der gesamten Oberfläche dieser

und aus ihm herausströmen, sind die Stege vorteilhaft von kreisförmigem, ovalem oder in anderer Weise abgerundetem Querschnitt, so daß ein Oxydieren des Metalls infolge elektrolytischer Einwirkung soweit als möglich vermieden wird. Falls erwünscht, können jedoch auch einige schwächere Hilfsstege in dem Gitter angeordnet werden, um die mit der aktiven Masse versehene Platte bis zu dem Augenblick, in dem sie in eine Batterie eingebaut wird, zu verstärken, wobei

diese schwachen Hilfsstangen in der ersten Be- io Platten, so daß sichergestellt wird, daß die als Paste nutzungszeit der Batterie in Bleisuperoxyd um- aufgetragene aktive Masse wirksam gegen Herausgewandelt werden. ■ lösung, Bruch und Ausbröckeln geschützt wird. Die Die positiven Platten können Gitter aus Blei oder positiven Platten sind an ihren oberen Kanten in aus einer Bleilegierung enthalten, die sich aus Stegen üblicher Weise durch die Brücke 19 verbunden, an in weitem Abstand voneinander zusammensetzen und 15 welcher der Polkopf 12 angebracht ist, und eine ähndie einen im wesentlichen kreisförmigen oder ovalen liehe (nicht gezeigte) Brücke wird für die negativen Querschnitt haben, wobei das Verhältnis der Weite Platten benutzt.

der Zwischenräume zwischen den Stegen zu der Die Platten 16 und 17 sind, wie schon oben erStärke der Stege selbst mindestens 8:1 ist und vor- wähnt, äußerst dünn, und ein geeignetes Gitter zur teilhaft 12: 1 oder sogar 24:1 oder größer. Die 20 Benutzung als positive Platte ist in Fig. 2 gezeigt. Räume zwischen den Stegen sind in normaler Weise Bei einer Ausführungsform, die sehr zufriedenstellend mit aktiver Masse ausgefüllt, die Platten werden in gearbeitet hat, waren die Platten 87,5 mm im Quadrat, Paketen, abwechselnd positive und negative Platten und ihre Stärke war 0,925 mm. Bei dieser geringen mit dünnen Scheidern zwischen den aufeinander- Stärke der Platten sind die Öffnungen in dem Gitter folgenden Platten, zusammengestellt, und der gesamte 25 in ihrer Weite sehr groß bemessen, wodurch sich Block wird in einem Gehäuse untergebracht, das so Felder von aktivem Material ergeben, die im Verbemessen ist, daß es das Paket dauernd kräftig zu- gleich mit ihrer Stärke viel ausgedehnter sind als die sammenpreßt. Die Platten sind vorteilhaft sehr dünn, üblichen. Auf diese Weise kann das Gewicht des wie etwa nur 1 mm stark oder noch weniger. Metalls in dem Gitter auf ein geringes Verhältnis

Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, 30 herabgedrückt werden, woraus sich ein entsprechend daß extreme Kältegrade, etwa —40 bis —50°, vergrößertes Volumen des Aktivmaterials ergibt, das Batterien nach der Erfindung viel weniger beeinträch- seinerseits die tatsächliche elektrische Kapazität der tigen als Batterien normaler Bauart. Untersuchungen Platte erhöht. Das in Fig. 2 gezeigte Gitter hat einen haben gezeigt, daß die verbesserten Batterien noch rechteckigen äußeren Rahmen 20 mit der üblichen arbeiten {allerdings mit verminderter Kapazität), 35 Fahne 21 und eine Reihe fest damit verbundener wenn die normalen Batterien vollständig träge ge- waagerechter Stege 22 von ovalem Querschnitt, die

von einem Satz senkrechter Stege 23 gekreuzt werden, um rechteckige Öffnungen oder Zwischenräume 24 zu bilden, die mit der Bleioxydpaste ausgefüllt werden, die das Aktivmaterial der Platte bildet. Die Oberfläche der Paste ist eben und liegt mit den Teilen 20, 22 und 23 in einer Ebene. So ist die Stärke ί der aktiven Masse (die z. B. in Fig. 3 bei 25 gezeigt ist), welche die Zwischenräume 24 ausfüllt, im wesentliehen gleich der Stärke des Rahmens und der Stege 22, 23, d. h. ungefähr 0,925 mm. Die Länge der rechtwinkligen Zwischenräume ist mit L bezeichnet, und die rechteckigen Zwischenräume 24 haben eine Weite (wie schon vorher definiert), die mit b bezeichnet is,t,

Fig. 6 und 7 Flächenansichten abgewandelter For- 50 so daß in Fig. 3 das Verhältnis zwischen der Weite b men von Gittern. des Zwischenraumes und der Stärke t der Platte un-

Die in Fig. 1 gezeigte Batterie hat ein starres Ge- gefähr 20 :1 ist.

häuse 10 aus säurefestem Isoliermaterial mit einem Weitere Formen eines Querschnittes der Stege sind

Deckel 11, durch den die üblichen Polköpfe heraus- als Beispiele in Fig. 4 und 5 gezeigt, die den Darragen, von denen die positive bei 12 gezeigt ist. Der 55 Stellungen der Fig. 3 entsprechen. Die Querschnitte Deckel ist mit der üblichen Öffnung 13 und dem sind in beiden Fällen im rechten Winkel zur Länge Stopfen 14 versehen, um den Elektrolyt einzufüllen, der rechteckigen Zwischenräume des Gitters gezeichwenn die Batterie in Gebrauch genommen wird und net, so daß die lichten Weiten in jedem Falle bei b um den Austritt der Gase während der Benutzung sichtbar sind. Die Stege 22 der Fig. 4 sind von rechtzu ermöglichen, wie das bei diesen Batterien des Blei- 60 eckigem Querschnitt und die der Fig. 5 von drei-Säure-Typs üblich ist. Eng in das Gehäuse eingepreßt eckigem Querschnitt, wobei ihre Scheitelpunkte abwechselnd nach gegenüberliegenden Seiten der Platte gerichtet sind.

Es ist offensichtlich, daß die Stege, die die Gitter selnd mit positiven Platten 17 angeordnet sind, zu- 65 bilden, in einer starken Verschiedenartigkeit der sammen, wobei poröse Scheider 18 zwischen allen Muster angeordnet werden können, und zwei solcher

Anordnungen sind in Fig. 6 und 7 gezeigt. In der ersten haben die mit 26 bezeichneten Stege einen wabenartigen Aufbau, so daß sich sechseckige

worden sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die schematischen Zeichnungen an mehreren Beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein teilweiser senkrechter Schnitt durch eine elektrische Sekundärbatterie mit den verbesserten sehr dünnen Platten,

Fig. 2 eine Flächenansicht eines der Gitter, das zur Herstellung einer positiven Platte verwendet wird,

Fig. 3 eine teilweise Schnittzeichnung entlang der Linie HI-III der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 und 5 sind gleiche Schnittansichten abgewandelter Formen von Gitterstangen und

ist ein Paket Platten und Scheider, wobei die Gesamtheit des Pakets mit 15 bezeichnet ist. Das Paket setzt sich aus einem Satz negativer Platten 16, die abwech-

aufeinanderfolgenden Platten angeordnet sind, welche die Platten oben, unten und an den senkrechten Kanten überlappen, um die Isolierung an diesen Stellen zu

verbessern und um möglichst freie Räume innerhalb 70 Zwischenräume 24° ergeben, die im Verhältnis zur

Stärke der Stege sehr weit sind. In diesem Falle sind die Zwischenräume 24° nicht rechteckig, und daher ist die genannte Weite die Durchschnittsweite, da diese ■ ein nützliches Maß der relativen Breite der Zwischenräume gibt. So kann bei einer Anordnung nach Fig. 6 die durchschnittliche Weite einfach festgestellt werden, indem die Fläche A eines typischen Zwischenraumes 24° durch den größten Durchmesser L¹ dividiert wird. Die Stärke der Platte wird geringer als ein Achtel dieser Weite A/L¹ bemessen und ist vorteilhaft geringer als ein Zwölftel, ein Sechzehntel, ein Vierundzwanzigstel. Umgekehrt kann natürlich die Stärke t der Platte bestimmt werden, und dann werden die Zwischenräume 24^a bestimmt, so daß ihre Weite A/L¹ mindestens acht-, zwölf-, sechzehn-, vierundzwanzig- oder mehrmals größer als die Stärke t ist.

Durch diese Anwendung der weiten Räume für das Aktivmaterial können die Stege 26 wieder verhältnismäßig stark gewählt werden, ohne den Raum für das Aktivmaterial zu verringern, und wenn diese Stege 26 in ihrem Querschnitt rund oder oval gemacht werden, dann stellt es sich heraus, daß die elektrolytische Korrosion auf ein Mindestmaß herabgedrückt wird.

In Fig. 7 werden breite Räume 24⁶ zwischen drei Satz parallelen Stegen 27, 28 und 29 gebildet, so daß die Zwischenräume 24^& die Form von Dreiecken annehmen. Auch hier wird die Weite für den Zweck der Erfindung als die Fläche A dividiert durch den größten Abstand zweier gegenüberliegender Punkte IJ-genommen, der in diesem Falle mit der längsten Seite zusammenfällt. Die Dicke t der Platte ist so geringer als ein Achtel der Weite AIL¹ und ist vorteilhaft geringer als ein Zwölftel, ein Sechzehntel, ein Vierundzwanzigstel oder sogar noch geringer als das. Es ist selbstverständlich nicht nötig, daß alle Zwischenräume einer Platte in Übereinstimmung mit der Erfindung angeordnet werden. So sind beispielsweise die Räume 24^C, bei denen das Muster mit dem unteren Rand des Rahmens 20 zusammentrifft, ziemlich klein und können daher außer Betracht gelassen werden. In allen Fällen können die Stege oder einige von ihnen in ihrer Stärke in Richtung von der Fahne 21 weg abnehmen, beispielsweise zu dem Zweck, die Stromdichte in den Stegen gleichmäßig zu machen. So können die Stege in der Nähe der Oberkante der Platten von ovalem Querschnitt sein und werden nach der Unterkante zu immer dünner bis zu einem runden Querschnitt an der Unterkante.

Platten, wie oben beschrieben, wären in einer Batterie normaler Bauart ziemlich unbrauchbar, da infolge des darin verwendeten freien flüssigen Elektrolyts sehr schnell ein Herauslösen der aktiven Masse stattfinden würde. Andererseits können bei einer Batterie der Art, bei der die Scheider mit ihrer ganzen Oberfläche eng an der gesamten Oberfläche der aktiven Masse anliegen und sie durch den Druck im Gehäuse fest an seinem Platz halten, sehr dünne Schichten der aktiven Masse verwendet werden, und daraus ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.

Claims

Patentansprüche:

1. Blei-Akkumulator, dessen Elektrodenblock nebst Scheider unter Preß druck in das Gehäuse eingebaut ist und dessen positive Elektroden dünne Gitter von weniger als 1,5 mm Stärke besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Gitter Zwischenräume (Felder 24, 24^a, 24*) zwischen den Stegen (22, 26, 27) aufweisen, deren Weite (b, L') mindestens der achtfachen Stärke (i) der positiven Elektroden (17') entspricht.

2. Sekundärbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gitterstegen (22, 26, 27) Hilfsstege angeordnet sind, die nach kurzer Betriebszeit der Batterie z. B. zu Bleisuperoxyd zerfallen.

3. Sekundärbatterie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder (24,24^a, 24⁶) eine annähernd gleichseitige Flächenform aufweisen.

4. Sekundärbatterie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite {b, L') der Felder (24, 24«, 24⁶) der zwölffachen Stärke (f) der Elektrode (17) entspricht.

5. Sekundärbatterie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite (b, L') der Felder (24, 24°, 24⁶) der sechzehnfachen Stärke (i) der Elektroden (17) entspricht.

6. Sekundärbatterie nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite (b, L') der Felder (24, 24°, 24⁶) der vierundzwanzigfachen Stärke (i) der Elektroden (17) entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
C. Drotschmann, »Bleiakkumulatoren«, 1951, S. 106 bis 108, insbesondere Abb. 41.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen