DE1596074C3

DE1596074C3 - Verfahren zur Herstellung von Röhrchen-Elektroden-Hüllen aus säure- und oxydationsbeständigen Fasern

Info

Publication number: DE1596074C3
Application number: DE1596074A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. 6940 Weinheim Fahrbach
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1966-01-07
Filing date: 1966-01-07
Publication date: 1974-08-01
Also published as: GB1167082A; FR1506142A; CH442450A; US3462305A; NL6602896A; BE691775A; SE316515B; DE1596074B2; DE1596074A1; NL145991B

Description

porös und ausreichend elastisch sein, um sich während des Betriebes des Akkumulators den Volumenschwankungen des in ihnen enthaltenen aktiven Materials anpassen zu können.

Es zeigt sich jedoch, daß gute Röhrchen-Elektroden noch weitere Bedingungen erfüllen müssen. Sie dürfen z. B. an den Nahtstellen nicht brechen, müssen das aktive Material festhalten und dürfen selbst dann nicht zerfallen, wenn die Säure das bei Gewebe-Röhrchen meistens vorhandene Harz angreift oder zerstört. Die Wandungen der Röhrchen müssen nicht nur glatt, sondern auch elastisch genug sein, um »niitwachsen« zu können, wenn die aktive Masse während des Dauerbetriebes ihr Volumen ändert, was häufig der Fall ist.

Es wurde nun gefunden, dall derartige Röhrchen nach dem folgenden Verfahren — bei dem überdies die Verwendung von gewellten Matrizen und Palrizen wegfällt — hergestellt werden können:

Man bereitet zunächst ein Vlies aus säure- und oxydationsbeständigen Fasern, z. B. Polyesterfasern. Etwa 10% dieser thermoplastischen Fasern sollen Fasern mit »reversiblem Schrumpf« sein, d. h. Fasern, die zwischen 170 und 190" C stark schrumpfen und dann elastische Eigenschaften aufweisen. Das Gewicht dieses Vlieses, dessen Fasern also gegenüber den üblichen Elektrolyt-Flüssigkeiten resistent sind, soll z. B. 100 g/m- betragen.

Wichtig ist nun, daß dieses Ausgangsvlies zunächst einmal genadelt wird. Unter Nadeln versteht man eine mechanische Verfestigung des Vlieses. Beim Nadelvorgang sticht eine Vielzahl von meistens dreieckigen Nadeln durch das Vlies. Durch ihre Widerhaken werden beim Durchstechen des Vlieses Fasern durch das Vlies gezogen. So wird eine Verschlingung der Fasern erzielt.

Nacli dem Nadeln wird das Vlies mit einem Bindemittel imprägniert, das nach dem Trocknen (nicht Aushärten) nicht klebrig macht. (Das imprägnierte Vlies muß sich trocken — also nicht schmierig — anfühlen). Hierfür kommen insbesondere sekundäre Acrylatharze — Dispersionen z. B. Type KR 1177 der BASF in Ludwigshafen — in Frage. Man imprägniert zunächst mit geringen Mengen, so daß das Gewicht des Vlieses nach dem Trocknen bei 150 bis 160⁰C von 100 auf etwa 110 g/m- steigt. Nun legt man zwei gleich große Lagen dieses Materials von etwa 50-100 cm aufeinander und vernäht in Abständen von z. B. 1 oder 2 cm längs der kurzen Kante. Man kann selbstverständlich auch längs der langen Kante vernähen, was jedoch unzweckmäßiger ist. Man erhält auf diese Weise ein Zweischichtengebilde, das schematisch in F i g. I wiedergegeben wird.

Dieses Zweischichtengebilde wird anschließend nochmals mit demselben Harz imprägniert, und zwar derart, daß das Gewicht von 112 g auf etwa 175 g ansteigt.

Anschließend trocknet man wieder bei Temperaturen, die vorzugsweise unterhalb derjenigen liegen sollen, die beim Trocknen nach der ersten Vorimprägnierung angewendet wurden. Wenn die erste Trocknung bei 150 bis 160° C stattfand, soll die zweite Trocknung bei 1-K)^J C erfolgen. Ein Trocknen oberhalb von 170° C soll vermieden werden, weil sonst bereits ein Schrumpfen der Faser beginnt. Das vorzeitige Schrumpfen würde eine nicht glatte Oberfläche der Röhrchen bedingen.

Nunmehr schiebt man zwischen die Nähte Metallstäbe ein, wie aus Fig. II ersichtlich. Um das Gleiten zu erleichtern, empfiehlt es sich, die Stäbe mit SiIikonöl einzureiben.

Das Zweischichtengebilde mit den eingeschobenen Stäben legt man nun für etwa 20 Minuten in einen auf 200 bis 230° C aufgeheizten Trockenofen.

Dabei wird das Zweischichtcngebilde schnell aufgeheizt. Sobald es eine Temperatur von 170 ^l} G erreicht, beginnen die Schruinpffasern eiiuuluufcii. Infolge der dabei stattfindenden Kontraktion legt sich die Innenwand jedes Röhrchens fest an die eingeschobenen Stäbe an. Auf diese WeKe entsteht eine glatte Innenfläche. Sobald die Temperatur des Zweischichtcngebildes 190³C überschreitet, beginnt die Aushärtung des Harzes, unter gleichzeitiger Versteifung der Röhrchen.

Man kann dann anschließend die Stäbe herausnehmen, ohne daß die Röhrchen ihre Form \edieren.

Die glatte Innenwand erleichtert das Einrieseln von PbGvPulver. Bei Unebenheiten der Innenwand bilden sich Hohlräume, die beim Laden oder Entladen störend wirken.

Rein empirisch wurde gefunden, daß ein Flächenschrumpf beim Aushärten von 6 bis 7" 0 die günstigsten Ergebnisse liefert. Bei geringerem Schrumpf erhält man keine glatten Innenwände, während bei größerem Schrumpf die Stäbe nicht mehr entfernt werden können, ohne die Röhrchen zu beschädigen.

Da man beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Matrize und Patrize benötigt, ist es auch einfacher als die bekannten Verfahren. Während man bislang für jeden Röhrchendurchmesser eine entsprechende Form benötigte, genügt es jetzt, die Nähte in entsprechende Abstände zu legen.

Die nach dem anmeldungsgemäßen Verfahren hergestellten Röhrchen-Elektroden arbeiten selbst dann noch einwandfrei, wenn die Elektrolytflüssigkeit den Binder nach längerem Gebrauch abbaut. Verwendet man hingegen ein mit demselben Bindemittel imprägniertes, nicht genadeltes Vlies, so fällt das Röhrchen bei Beschädigung des Bindemittels auseinander. Bei den anmeldungsgemäßen Röhrchen-Elektroden hingegen wird das aktive Material immer gleichförmig und elastisch von der Hülle umschlossen, unter anderem eine Folge der Mitverwendung von Schrumpffasern in einem genadelten Vlies.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

in die Elektrolytflüssigkeit des Akkumulators und Patentansprüche: stellt — wie üblich — eine Verbindung zwischen bei den Röhrchen-Elektroden her. Meistens verwendet

1. Verfahren zur Herstellung von Röhrchen- man jedoch die Pb-Elektrode in Plattenform.
Elektroden-Hüllen durch Aufeinanderlegen und 5 Man hat auch schon poröse Ton-Röhrchen mit ak-Verbinden zweier Faserflächengebilde aus säure- tivem Material, insbesondere Pb bzw. PbO₂-Pulver und oxydationsbeständigen Fasern längs gerader gefüllt.

Linien in gleichförmigen Abständen, dadurch Um die Oberflächen des aktiven Materials zu ver-

gekennzeichnet, daß man ein Vlies aus großem und somit einen größeren Stromfluß zu ge-

säure- und oxydationsbeständigen Fasern mit io währleisten, hat man auch schon mehrere Röhrchen

einem Anteil von Fasern mit reversiblem als negative oder positive Elektrode zusammenge-

Schrumpf zunächst nadelt, dann mit einem nicht schaltet.

klebenden Bindemittel vorimprägniert, dann bei Die eben erwähnten Röhrchen-Elektroden haben

140 bis 160⁰C trocknet und mit einem gleich- jedoch verschiedene Nachteile. So wird Hartgummi

artigen Material doubliert, worauf man beide 15 mit der Zeit von der Elektrolytflüssigkeit zerstört. Bei

Flächengebilde längs gerader Linien in gleichför- den Tonröhrchen werden die feinen Poren bei länge-

migen Abständen miteinander vernäht, dann rem Gebrauch verstopft und so eine Stromentnahme

nochmals mit dem nicht klebenden Bindemittel unterbunden.

imprägniert, wieder trocknet, bevor man zwischen Man hat daher bereits vorgeschlagen, die Röhr-

die Nähte Stäbe einschiebt, und das Ganze suk- 20 chen aus Textilien herzustellen. So empfiehlt die

zessive auf über 200° C aufheizt, so daß zuerst USA.-Patentschrift 2 972 000, zwei Gewebe aus

Schrumpfung und anschließend Aushärtung des säurefesten Fasern aufeinanderzulegen und in diesem

Bindemittels eintreten kann. Zustand zwischen einer gewellten Matrize und einer

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- ebenfalls gewellten Patrize heiß zu verpressen. Beim kennzeichnet, daß der Anteil an Schrumpffasern 25 Schließen der Form sollen dabei die Erhebungen der 10% beträgt. Patrize auf die Erhebung der Matrize treffen. Be-

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, da- trägt z. B. der Abstand zweier Wellenberge in der durch gekennzeichnet, daß das genadelte Vlies in Patrize 1 cm, dann wird man eine entsprechend geder ersten Stufe zunächst mit so viel Bindemittel formte Matrize verwenden. Beim Pressen eines aus imprägniert wird, daß eine Aufnahme von 10% 30 zwei Lagen bestehenden Gewebes zwischen den WeI-resultiert. lenbergen von Matrize und Patrize findet längs der

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch Berührungs-(Preß)-Linie eine Verschweißung statt, gekennzeichnet, daß das genadelte Vlies in der sofern die Gewebelagen thermoplastische Fasern entzweiten Stufe mit so viel Bindemittel imprägniert · halten oder mit einem thermoplastischen Harz gewird, daß eine Aufnahme von 67 % resultiert. 35 tränkt sind.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch Nachteilig ist hierbei, daß für jede Röhrchen-Größe gekennzeichnet, daß das Trocknen in der ersten eine neue Form erforderlich ist. Außerdem zeigt sich, Stufe bei 150 bis 160° C erfolgt. daß das aktive Material zu Beginn der Inbetrieb-

6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch nähme des Akkumulators aus den Maschen des Gegekennzeichnet, daß das Trocknen in der zweiten 40 webes herausfällt, später diese jedoch blockiert.
Stufe bei 140° C erfolgt. ■ Weiterhin versprödet die Schweißnaht. Es bricht

7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch dann der Röhrensatz an dieser Stelle auseinander,
gekennzeichnet, daß das Aushärten des Bindemit- Man hat versucht, diese Nachteile durch eine beteis bei 190 bis 230° C erfolgt. sondere Anordnung von Fäden zu beseitigen, aller-

45 dings ohne besonderen Erfolg (deutsche Auslegeschrift 1184 827, USA.-Patentschriften 2 511887,

2350752, 2343 970, deutsches Patent 1063 232,

deutsche Auslegeschnft 1110 256, USA.-Patentschriften 2176 428 und 2 266 544).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- 50 Etwas bessere Resultate erzielt man beim Ersatz lung von Röhrchen-Elektroden-Hüllen, die zum Be- der Gewebe durch sogenannte Vliesstoffe, also trieb von Akkumulatoren benötigt werden. Flächengebilde, bei denen die Fasern an ihren Be-

Unter Akkumulatoren (auch Sekundär-EIemente riihrungspunkten miteinander verschweißt bzw. vergenannt) versteht man bekanntlich elektrochemische klebt sind. Derartige Vliesstoffe können z. B. gemäß Energiespeicher, die zwei in eine Elektrolytflüssigkeit 55 Beispiel 1 der deutschen Auslegeschrift 1161120 ergetauchte, chemisch verschiedene Elektroden aufwei- halten werden. Da bei Vliesstoffen die Fasern wirr sen. Beim Blei-Akkumulator bestehen die gitterför- durcheinanderliegen, resultiert eine labyrinthartige mig gestalteten Elektroden aus Blei mit einer in die Struktur, die im Gegensatz zu Gewebe das aktive Ma-Maschen gefüllten aktiven Masse aus PbO₂ auf der terial festhält

positiven Seite. Auf der negativen Elektrode ist fein- 60 Wie schon in der deutschen Auslcgeschrift 1184 827 verteiltes poröses Blei (Bleischwamm) in das Gitter erwähnt, müssen die Röhrchen zumindest den fol-

eingelagert. genden zwei Forderungen entsprechen. Sie müssen

Man hat nun bereits diese gitterförmigen Elektro- 1. besonders geeignet sein, um eine leichte, sichere

den, in denen Pb oder PbO₂-Pulver eingelagert ist, und völlige Einführung des aktiven Materials

durch Röhrchen-Elektroden ersetzt. 65 und dessen Kompression und Verdichtung

Letztere bestehen z. B. aus Hartgummi-Röhrchen, zwecks Bildung der Elektroden in den Röhrchen

welche feine Einschnitte aufweisen. In die Röhrchen zu gestatten;

füllt man dann Pb oder PbO₂-Pulver ein, taucht beide 2. zwecks Durchlaß des Elektrolyten weitgehend