DE1100112B - Permanently gas-tight sealed accumulator with porous gas-consuming electrodes - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen ständig gasdicht verschlossenen Akkumulator mit Mitteln für den Gasverzehr. Bei den bekannten, ständig gasdicht verschlossenen Akkumulatoren wird der Elektrolyt in den Poren der Elektroden und Separatoren festgelegt. Diese Festlegung des Elektrolyten hat den Nachteil, daß durch diese Maßnahme die Elektrolytmenge begrenzt ist und dadurch ungünstige Auswirkungen auf die Kapazität der Zelle festzustellen sind. Vor allem bei Entladungen mit hohen Stromdichten tritt, hervorgerufen durch den notwendigerweise verhältnismäßig hohen Innenwiderstand, ein erheblicher Leistungsabfall auf. Auch konnte bislang das Prinzip, den Elektrolyten festzulegen, nur in gasdichten Akkumulatoren kleinerer Kapazität verwirklicht werden. Diese Nachteile machen sich besonders bei einem Akkumulator mit saurem Elektrolyten bemerkbar, wenn letzterer —· wie im Falle des Bleiakkumulators — bei Ladung und Entladung chemisch unmittelbar beteiligt ist.The invention relates to a permanently sealed gas-tight Accumulator with means for gas consumption. In the known, permanently gas-tight closed Batteries, the electrolyte is fixed in the pores of the electrodes and separators. This definition of the electrolyte has the disadvantage that this measure limits the amount of electrolyte and thereby unfavorable effects on the capacity of the cell can be determined. Above all occurs in discharges with high current densities, caused by the necessarily proportionate high internal resistance, a significant drop in performance. So far, the principle, the electrolyte to be established only in gas-tight accumulators of smaller capacity. These disadvantages are particularly noticeable in a storage battery with acidic electrolytes when the latter - · As in the case of the lead-acid battery - is directly involved chemically during charging and discharging.

Aufgabe der Erfindung war es, unter Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile ständig gasdicht verschlossene Akkumulatoren größerer und größter Kapazität herzustellen.The object of the invention was, while avoiding the disadvantages listed above, to provide permanent gas-tight seals Manufacture accumulators of larger and larger capacity.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein ständig gasdicht verschlossener Akkumulator mit flüssigem Elektrolyten hergestellt wurde, der neben den mit aktiven Massen versehenen positiven und negativen Elektroden eine oder mehrere poröse Gasverzehrelektroden enthält, die aus elektrisch leitendem, gegenüber dem Elektrolyten inertem Material bestehen und zu einem Teil in den flüssigen Elektrolyten eintauchen und zum anderen Teil in den über dem Elektrolyten befindlichen Gasraum hineinragen. Die Erfindung ist darin zu sehen, daß die poröse Gasverzehrelektrode einen Hohlraum aufweist, der mit dem Gasraum verbunden ist, während der überwiegende Teil ihrer Außenfläche mit dem Elektrolyten in Verbindung steht.This object was achieved in that a permanently sealed gas-tight accumulator with liquid Electrolyte was produced, in addition to the positive and negative with active masses Electrodes contains one or more porous gas-consuming electrodes, which are made of electrically conductive, opposite The electrolyte are inert material and are partially immersed in the liquid electrolyte and on the other hand protrude into the gas space located above the electrolyte. The invention is it can be seen that the porous gas-consuming electrode has a cavity which is connected to the gas space is, while the majority of its outer surface in contact with the electrolyte stands.

Eine gemäß dem Erfindungsvorschlag hergestellte Zelle arbeitet mit flüssigem Elektrolyten, so daß alle günstigen Eigenschaften einer offenen Zelle voll erhalten bleiben. Die Gasverzehrelektrode verfügt über einen beliebig geformten Hohlraum, dessen Öffnung sich über dem Flüssigkeitsspiegel des Elektrolyten befindet und mit dem Gasraum in Verbindung steht. Auf diese Weise wird erreicht, daß die für den Gasverzehr zur Verfugung stehende Fläche bedeutend größer ist als bei den bisher bekannten Konstruktionen, während eine Verkleinerung der mit dem Elektrolyten in Kontakt stehenden Außenfläche vermieden wird.A cell produced according to the proposed invention works with liquid electrolyte, so that all favorable properties of an open cell are fully retained. The gas consumption electrode has an arbitrarily shaped cavity, the opening of which is above the liquid level of the electrolyte and is in communication with the gas space. In this way it is achieved that the gas consumption the available area is significantly larger than with the previously known constructions, while a reduction in the external surface area in contact with the electrolyte is avoided.

Die gegenüber den bisher bekannten Formen durch Vergrößerung der Gasverzehrflächen ausgezeichnete Elektrode ist in hervorragendem Maße befähigt, den bei Überladung und Tiefentladung durch Gasentwick-Compared to the previously known forms, they are distinguished by the enlargement of the gas consumption area Electrode is excellently able to withstand overcharging and deep discharge by gas development.

Ständig gasdicht verschlossenerConstantly sealed gas-tight

Akkumulator mit porösenAccumulator with porous

GasverzehrelektrodenGas consumption electrodes

Anmelder:Applicant:

Accumulatoren-Fabrik Aktiengesellschaft, HagenAccumulatoren-Fabrik Aktiengesellschaft, Hagen

Dr. Ernst Voss und Dipl.-Ing. Klaus Dehmelt,Dr. Ernst Voss and Dipl.-Ing. Klaus Dehmelt,

Frankfurt/M.,
sind als Erfinder genannt wordenFrankfurt / M.,
have been named as inventors

lung verursachten Druckanstieg zu verhindern. Jeto prevent the pressure increase caused. Ever

ze nachdem, ob das entstehende Gas vorwiegend aus Sauerstoff oder aus Wasserstoff besteht, wird die Gasverzehrelektrode entweder mit der negativen oder mit der positiven Elektrode elektrisch leitend verbunden. Die Erfahrung zeigt, daß während der Ladung und Überladung die Entwicklung von Sauerstoff an der positiven Elektrode von Akkumulatoren nahezu unvermeidlich ist, so daß die Gasverzehrelektrode in der Regel mit der negativen Elektrode des Akkumulators verbunden wird, um den Sauerstoff zu verzehren.depending on whether the resulting gas is predominantly from Oxygen or hydrogen, the gas consumption electrode is either negative or with electrically connected to the positive electrode. Experience shows that during the charge and Overcharging the development of oxygen on the positive electrode of accumulators is almost inevitable is, so that the gas consumption electrode is usually connected to the negative electrode of the accumulator connected to consume the oxygen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Ableitung der Gasverzehrelektrode isoliert durch das ständig gasdicht verschlossene Gehäuse hindurchzuführen und außerhalb der Zellen wahlweise entweder mit der positiven oder mit der negativen Elektrode elektrisch leitend zu verbinden. Hierdurch ist es möglich, den Akkumulator den Lade- und Entladebedingungen viel besser als bisher anzupassen. Überdies gestattet die Herausführung der Gasverzehrelektrode mit Hilfe eines Strommessers unmittelbar zu kontrollieren, ob sich zwischen Gasbildung und Gasverzehr ein Gleichgewicht einstellt.It is particularly advantageous to discharge the gas-consuming electrode insulated through the permanently gas-tight sealed housing and outside of the cells either with the positive or with the negative electrode to become electrically conductive associate. This makes it possible to use the battery much better than the charging and discharging conditions adapt so far. In addition, the gas-consuming electrode can be led out with the aid of a Ammeter to check immediately whether there is a balance between gas formation and gas consumption adjusts.

Ferner gelingt es z. B. durch an sich bekanntes Einschalten eines gegebenenfalls veränderlichen Widerstandes zwischen Gasverzehrelektrode und negative Elektrode des Akkumulators, das Potential der ersteren positiver zu legen, um mit Sicherheit den Bereich der Wasserstoffentwicklung an der Gasverzehrelektrode zu vermeiden. Vermittels einer Hilfsspannung läßt sich die Gasverzehrelektrode gegenüber dem Elektrolyten jeweils auf das Potential einstellen, das die günstigsten Bedingungen für den Gas verzehr bietet. Deshalb ist eine weitere Ausführungsform vorgesehen, bei der die Gasverzehrelektrode zur Potentialeinstellung über einen gegebenenfalls veränderlichen WiderstandIt also succeeds z. B. by switching on a possibly variable resistor, which is known per se between the gas consumption electrode and the negative electrode of the accumulator, the potential of the former to be more positive, in order to be certain of the area of hydrogen evolution at the gas consumption electrode to avoid. By means of an auxiliary voltage, the gas-consuming electrode can be compared to the electrolyte adjust in each case to the potential that offers the most favorable conditions for gas consumption. A further embodiment is therefore provided in which the gas-consuming electrode is used to adjust the potential via a possibly variable resistance

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oder eine gegebenenfalls veränderliche Hilfsspannung mit der positiven oder negativen Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, so daß sowohl bei Überladung als auch bei Tiefentladung mit Polumkehr die Gasverzehrelektrode das für den Gasverzehr der ent- stehenden Gase erforderliche Potential hat.or an optionally variable auxiliary voltage with the positive or negative electrode electrically is conductively connected, so that both overcharging and deep discharging with polarity reversal the gas consumption electrode is the one used for gas consumption. standing gases has the required potential.

Um das Eindringen des flüssigen Elektrolyten in den Hohlraum der Gasverzehrelektrode zu verhindern, kann deren Material mit einem hydrophob wirkenden Stoff imprägniert sein. Eine weitere Möglichkeit, das Einsickern des Elektrolyten zu vermeiden, besteht darin, das Elektrodenmaterial unter Verzicht auf die Imprägnierung so feinporös herzustellen, daß kein Elektrolyt bis zum Hohlraum der Elektrode vordringen kann.To prevent the liquid electrolyte from penetrating into the cavity of the gas-consuming electrode, their material can be impregnated with a hydrophobic substance. Another way that To avoid seepage of the electrolyte, the electrode material waiving the Make the impregnation so fine-pored that no electrolyte penetrates into the cavity of the electrode can.

Das zur Herstellung der Gasverzehrelektrode verwendete Material besteht vorzugsweise aus gesinterten, metallischen Stoffen oder aber aus Stoffen, die nicht zu den Metallen gerechnet werden, wie z. B. Kohle, Siliciumcarbid, leitend gemachter Kunststoff, Metalloxyde, -sulfide und -karbide sowie andere. Die Außenwandung der Gasverzehrelektrode kann man mit einer Hülle aus einer mit üblichen Quellungsmitteln eingedickten Elektrolytlösung umkleiden, die die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen nicht merklich beeinflußt. Gegebenenfalls ist es von Vorteil, die Hülle aus eingedicktem Elektrolyten mit einem inerten und porösen Gewebe zu umkleiden, um die Festigkeit der Elektrolythülle zu erhöhen. Dabei bedeckt diese Hülle nur den Teil der Oberfläche der Gasverzehrelektrode, welche in den Elektrolyten eintaucht. Eine weitere Ausführungsform ist durch die Möglichkeit gegeben, daß die in den Elektrolyten eintauchende Außenfläche von einer semipermeablen, nur für Ionen durchlässigen Membran umgeben ist.The material used to manufacture the gas-consuming electrode is preferably made of sintered, metallic substances or from substances that are not counted among the metals, such as. B. coal, Silicon carbide, plastic made conductive, metal oxides, sulfides and carbides, and others. The outer wall the gas-consuming electrode can be thickened with a sheath made of a conventional swelling agent Cover the electrolyte solution that does not noticeably affect the speed of the ions. It may be advantageous to cover the thickened electrolyte with an inert and encasing porous tissue to increase the strength of the electrolyte shell. This covers this shell only that part of the surface of the gas consumption electrode which is immersed in the electrolyte. Another Embodiment is given by the possibility that the outer surface immersed in the electrolyte is surrounded by a semipermeable membrane that is only permeable to ions.

Fig. 1 gibt einen Schnitt durch den Akkumulator gemäß Erfindung wieder, währendFig. 1 shows a section through the accumulator according to the invention, while

Fig. 2 vier mögliche Schaltungen zwischen der Gasverzehrelektrode und den negativen bzw. positiven Elektroden des Akkumulators zeigt.2 shows four possible circuits between the gas-consuming electrode and the negative or positive ones Shows the electrodes of the accumulator.

In der Mitte der Fig. 1 erkennt man im gasdicht verschlossenen Akkumulatorenbehälter 6 die aus porösem Material bestehende Gasverzehrelektrode 4. Sie ragt aus dem flüssigen Elektrolyten 1 heraus und trägt, soweit sie vom Elektrolyten 1 umgeben ist, eine Schicht aus verdicktem Elektrolyten 12. Um diese Schicht abzustützen, wird sie zusätzlich mittels einer porösen oder auch semipermeablen Hülle 13 gehalten. Durch die Hydrophobierung der porösen Gaselektrode bleibt deren Hohlraum 5, der einen Teil des Gasraumes 7 darstellt, frei von jeglicher Flüssigkeit. Die Ableitung 10 der Hohlraumelektrode führt gasdicht durch den Behälterdeckel hindurch. Links und rechts von der Hohlraumelektrode 4 befinden sich die positiven, 2, und negativen Elektroden 3. Ihre Ableitungen 8 und 9 durchtreten ebenfalls gasdicht den Behälter 6.In the middle of Fig. 1 can be seen in the gas-tight sealed accumulator container 6 from porous material existing gas consumption electrode 4. It protrudes from the liquid electrolyte 1 and carries, as far as it is surrounded by the electrolyte 1, a layer of thickened electrolyte 12. Around this To support the layer, it is additionally held by means of a porous or semipermeable cover 13. As a result of the hydrophobization of the porous gas electrode, its cavity 5, which is part of the gas space, remains 7 represents free of any liquid. The discharge line 10 of the cavity electrode leads in a gas-tight manner through the container lid. To the left and right of the cavity electrode 4 are the positive, 2, and negative electrodes 3. Their leads 8 and 9 also pass through the container 6 in a gas-tight manner.

In Fig. 1 ist gleichzeitig gezeigt, daß die Hohlraumelektrode mit der negativen Elektrode 3 elektrisch leitend verbunden ist. In diesem Falle wird die Verbindung über den Leiter 11 hergestellt. Diese Schaltung kann nun weitgehend variiert werden, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist. So ist es nicht nur Sinn der Erfindung, die Hohlraumelektrode 4 durch einen einfachen Leiter 11 innerhalb oder auch außerhalb des Gehäuses mit der positiven Elektrode 2 oder der negativen Elektrode 3 zu verbinden, sondern es . liegt durchaus im Sinne der Erfindung und ist in vielen Fällen von großer praktischer Bedeutung, diese elekIn Fig. 1 is shown at the same time that the cavity electrode with the negative electrode 3 electrically is conductively connected. In this case the connection is established via the conductor 11. This circuit can now be largely varied, as can be seen from FIG. So it's not just the point Invention, the cavity electrode 4 by a simple conductor 11 inside or outside the Housing to connect the positive electrode 2 or the negative electrode 3, but it. lies quite within the meaning of the invention and is in many cases of great practical importance, this elek

trische Leitung zusätzlich dadurch zu beeinflussen, daß entweder ein veränderlicher Widerstand 14 oder eine veränderliche Hilfsspannungsquelle 15 eingebaut wird.tric conduction in addition to influence that either a variable resistor 14 or a variable auxiliary voltage source 15 is installed.

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ständig gasdicht verschlossener Akkumulator mit flüssigem Elektrolyten, der neben den mit aktiven Massen versehenen positiven und negativen Elektroden eine oder mehrere mit einer dieser Elektroden verbundene, poröse Gasverzehrelektroden enthält, die aus elektrisch leitendem, gegenüber dem Elektrolyten inerten Material bestehen und zu einem Teil in den flüssigen Elektrolyten eintauchen und zum anderen Teil in den über dem Elektrolyten befindlichen Gasraum hineinragen, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Gasverzehrelektrode einen Hohlraum aufweist, der mit dem Gasraum verbunden ist, während der überwiegende Teil ihrer Außenfläche mit dem Elektrolyten in Verbindung steht.1. Permanently gas-tight sealed accumulator with liquid electrolyte, which in addition to the Active masses provided positive and negative electrodes one or more with one of these Electrodes connected, contains porous gas consumption electrodes, which are made of electrically conductive, opposite the electrolyte inert material and immersed in part in the liquid electrolyte and on the other hand protrude into the gas space located above the electrolyte, characterized in that that the porous gas-consuming electrode has a cavity which is connected to the gas space, while the predominant part its outer surface is in contact with the electrolyte. 2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverzehrelektrode in bekannter Weise innerhalb des ständig gasdicht verschlossenen Gehäuses mit der positiven oder negativen Elektrode elektrisch leitend verbunden ist.2. Accumulator according to claim 1, characterized in that the gas-consuming electrode in known Way within the permanently gas-tight sealed housing with the positive or negative Electrode is electrically connected. 3. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der Gasverzehrelektrode isoliert durch das ständig gasdicht verschlossene Gehäuse durchgeführt ist und außerhalb der Zelle wahlweise entweder mit der positiven oder mit der negativen Elektrode elektrisch leitend verbunden ist.3. Accumulator according to claim 1, characterized in that the derivation of the gas-consuming electrode is carried out isolated by the permanently gas-tight housing and outside the cell either electrically conductive with the positive or with the negative electrode connected is. 4. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Potentialeinstellung in bekannter Weise die Gasverzehrelektrode über einen gegebenenfalls veränderlichen Widerstand oder eine gegebenenfalls veränderliche Hilfsspannung mit der positiven oder negativen Elektrode elektrisch leitend verbunden ist.4. Accumulator according to Claims 1 to 3, characterized in that for setting the potential in a known manner the gas-consuming electrode via an optionally variable Resistance or a possibly variable auxiliary voltage with the positive or negative Electrode is electrically connected. 5. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Gasverzehrelektrode mit bekannten hydrophoben Mitteln imprägniert ist.5. Accumulator according to claims 1 to 4, characterized in that the porous gas-consuming electrode is impregnated with known hydrophobic agents. 6. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverzehrelektrode aus gesinterten metallischen Stoffen hergestellt ist.6. Accumulator according to Claims 1 to 5, characterized in that the gas-consuming electrode is made from sintered metallic materials. 7. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverzehrelektrode in bekannter Weise aus nicht metallischem Stoff, z. B. Kohle, Siliciumkarbid, leitend gemachten Kunststoffen, Metalloxyden, -sulfiden und -karbiden od. dgl. besteht.7. Accumulator according to Claims 1 to 5, characterized in that the gas-consuming electrode in a known manner made of non-metallic material, e.g. B. carbon, silicon carbide, made conductive Plastics, metal oxides, sulfides and carbides or the like. 8. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Elektrolyten eintauchende Teil der Gasverzehrelektrode mit einer Hülle aus verdicktem Elektrolyten umgeben ist, die gegebenenfalls durch eine poröse Umhüllung gehalten wird.8. Accumulator according to claims 1 to 7, characterized in that the in the electrolyte the immersed part of the gas-consuming electrode is surrounded by a sheath of thickened electrolyte is, which is optionally held by a porous envelope. 9. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Elektrolyten eintauchende Außenfläche der Gasverzehrelektrode allein von einer semipermeablen, nur für Ionen durchlässigen Membran umgeben ist.9. Accumulator according to claims 1 to 7, characterized in that the in the electrolyte submerged outer surface of the gas consumption electrode alone from a semi-permeable, only for Ion permeable membrane is surrounded. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2131 592, 2 104973.Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2131 592, 2 104973. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 109 527/129 2.61© 109 527/129 2.61