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Röhrchenelektrode für Akkumulatoren Die Erfindung bezieht sich auf
Elektroden für Akkumulatoren, vorzugsweise für Bleiakkumulatoren und besonders für
solche, deren positive Elektroden sogenannte Röhrchenplatten sind. Eine solche Elektrode
besteht aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter, leitender Kerne in Form von
Stäben, welche gleich lang und an ihren beiden Enden mittels Querverbindungen miteinander
vereinigt sind. Wenigstens eine dieser Querverbindungen besteht aus leitendem Material.
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Die leitenden Stäbe sind in Kontakt mit dem aktiven Material, welches
seinerseits von einer elektrolytdurchlässigen und elektrolytbeständigen Hülse aus
isolierendem Material umgeben ist.
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Stromsammler, welche mit solchen Röhrchenplatten ausgerüstet sind,
zeichnen sich durch große Lebensdauer, hohe Kapazität, geringen inneren Widerstand
und gute Spannungskonstanz, nicht zum geringsten Teil, dank guter Säurezirkulation
aus.
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Bei diesen Batterien handelt es sich gewöhnlich um solche, bei welchen
das Verhältnis zwischen Kapazität, Rauminhalt und Gewicht besonders günstig ist.
Sie werden besonders in Fahrzeugen ausgenutzt, deren Batterien mit hoher Stromstärke
entladen werden und die außerdem hohen mechanischen Beanspruchungen beispielsweise
durch Vibrationen und Erschütterungen ausgesetzt sind. Ein großes Verwendungsgebiet
für solche Batterien sind schienengebundene Fahrzeuge, in denen sie als Kraftquelle
dienen. In vielen Ländern werden zahlreiche und lange Strecken mit batteriegetriebenen
Fahrzeugen befahren. Auch in Unterseebooten kommen solche Batterien als Kraftquelle
in Frage.
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Es ist von erheblicher sowohl technischer als auch wirtschaftlicher
Bedeutung, daß die Kapazität pro Raum- und Gewichtseinheit groß ist, und zahlreiche
Versuche wurden unternommen, um dem Wunsch nach größerer Kapazität gerecht zu werden,
jedoch nur mit mäßigem Erfolg.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Batteriekapazität weiter
zu erhöhen, als es bisher möglich gewesen ist. Man kann davon ausgehen, daß die
Kapazität einer Batterie proportional zur Menge des aktiven Materials und der für
die elektrochemischen Vorgänge zugänglichen Elektrodenoberfläche ist. Bei einer
Röhrchenelektrode ist diese aktive Oberfläche erheblich größer als bei einer pastierten
Gitterelektrode. Die äußere Form einer solchen Elektrode erleichtert außerdem noch
die Elektrolytzirkulation, was zur Erhöhung der Batteriekapazität wesentlich beiträgt.
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Es sind Röhrchenumhüllungen bekannt, die aus perforierten oder geschlitzten
Röhrchen aus elektrolytbeständigem Werkstoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, bestehen;
die Röhrchen sind innen mit einem Glasfasergewebe ausgekleidet.
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Es erscheint zunächst naheliegend, die Dicke der Umhüllungen zu verringern,
um den Innendurchmesser zu vergrößern und auf diese Weise mehr aktives Material
einzubringen. Der Lösung dieser Aufgabe sind aber gewisse Grenzen gesetzt, weil
sich die Erfordernisse teilweise widersprechen. Einerseits soll der Innendurchmesser
der Hülle durch Verringerung der Wandstärke vergrößert werden, um mehr aktives Material
unterbringen zu können, andererseits soll die Hülle aber auch auftretenden Deformationen
des aktiven Materials genügend Widerstandsfähigkeit bieten. Für die Lösung der gestellten
Aufgabe wurde nun von der Beobachtung Gebrauch gemacht, daß nicht allein die Menge
des aktiven Materials ausschlaggebend für die Kapazität einer Elektrode ist, sondern
es ist von großer Bedeutung, daß das aktive Material leicht von dem Elektrolyten
erreicht werden kann, und weiter wurde beobachtet, daß es von Bedeutung ist, wenn
die Gasbläschen, welche während der Ladung und Entladung gebildet werden, sich leicht
ablösen und zur Elektrolytoberfläche aufsteigen können.
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Bei den bekannten Elektroden, deren Hüllen ganz oder teilweise aus
Textilien bestehen, haben diese Hüllen zwar eine verhältnismäßig geringe Wandstärke,
aber die Textilien halten die gebildeten Gasbläschen fest, so daß das hinter diesen
Bläschen liegende, aktive Material durch die Bläschen abgeschirmt wird und nicht
an den elektrochemischen Vorgängen innerhalb der Zelle teilnimmt. Es ist des weiteren
bei diesen Hüllen aus Festigkeitsgründen
nicht möglich, eine gewisse
Wandstärke zu unterschreiten.
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Für Elektroden hoher Kapazität und guter Festigkeit ist es daher von
Bedeutung, daß die Umhüllungen sowohl eine geringe Wandstärke aufweisen, um den
Innendurchmesser so groß wie möglich zu gestalten, als auch stark genug sind, um
den mechanischen Beanspruchungen durch Schwellen des aktiven Materials, die während
des Betriebes auftreten, zu widerstehen. Schließlich ist auch eine hohe Porosität
der Hülle wichtig, die aber wiederum so dicht sein muß, daß keine Masseteile durchtreten
können.
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Mit der Erfindung werden die sich teilweise widersprechenden Voraussetzungen
beseitigt und die Aufgabe dadurch gelöst, daß die das aktive Material umgebenden
Hüllen aus äußerst dünnem, porösem, isolierendem Material bestehen, das im Elektrolyten
beständig ist und oxydierenden Angriffen innerhalb der Zelle widersteht.
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Als Beispiel sei eine perforierte Kunststoffolie mit einer Stärke
von 0,1 mm oder weniger genannt. Dieses Material erfüllt die gestellten Forderungen
in bezug auf Beständigkeit und mechanische Festigkeit, wobei es gleichzeitig porös
genug hergestellt werden kann, um den Zutritt des Elektrolyten zum aktiven Material
zu ermöglichen und den Forderungen nach geringerem innerem Widerstand in der Zelle
zu genügen.
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Erfindungsgemäß wird ein Gewebe aus Kunststofffäden vorgesehen, welches
unter Wärmeeinfluß und unter Druck zu einer Art von Folie deformiert ist. Das Gewebe
kann, je nach Art des Kunststoffes, noch in Kontakt mit einem Lösungsmittel gebracht
werden, um die einzelnen Fäden an ihren Kreuzungspunkten miteinander zu verkleben
oder zu verschweißen. Vorzugsweise wird während des Preßvorganges die Temperatur
so weit gesteigert, daß das Material so weit erweicht, daß ein Schweißvorgang erfolgt.
Als Beispiele für den Kunststoff seien Polyvinylchlorid, Vinyliden, Akrylnitril,
Polyester, Polyäthylen und andere je für sich oder in geeigneten Gemischen genannt.
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Da eine Elektrodenhülle der beschriebenen Art mit so geringer Wandstärke
an sich nicht sehr formbeständig ist, entstehen Schwierigkeiten beim Anbringen der
Hüllen auf den leitenden Stäben der Elektrode oder beim Einführen des gewöhnlich
pulverförmigen aktiven Materials. Es wird in die vorher auf die leitenden Kerne
gebrachten Hülle unter Schütteln eingefüllt.
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Um trotz dieser Schwierigkeiten dieses dünne Folienmaterial verwenden
zu können, sind rippenförmige Verstärkungen in der Längsrichtung vorgesehen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung
beispielsweise dargestellt: Fig. 1 zeigt eine fertige Elektrode in Seitenansicht,
Fig. 2 im Querschnitt; Fig. 3 stellt ein Röhrchen in Seitenansicht dar; Fig. 4 zeigt
in vergrößertem Maßstab eine Hülle mit Verstärkungsleisten.
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Die Hülle 1 ist mit Versteifungsrippen 2 versehen. Vorteilhaft ist
eine Versteifungsrippe in die Naht 3 der Hülle vorgesehen, das zweckmäßig gleichzeitig
zur Verbindung der längsgehenden Kanten des Gewebes verwendet wird (Fig. 2 und 4).
Um den leitenden Kern 4 ist das aktive Material 5 angeordnet.