DE2509779A1 - Wartungsfreier bleiakkumulator - Google Patents

Description

Reg.-IMr. 6FP 2W-DT 6Z33 Kelkheim, 28. Feb. 1975

UARTA Batterie Aktiengesellschaft 300D Hannover, Stöckener Str. 351

Wartungsfreier Bleiakkumulator

Gegenstand der Erfindung ist ein wartungsfreier Bleiakkumulator, dsssen Elektrodengitter aus Feinblei oder antimonfreien Bleilegierungen bestehen und der einen Schwefelsäureelektrolyten enthält, welcher in den Poren des Separators und der aktiven Massen festgelegt ist.

Wartungsfreie Bleiakkumulatoren der genannten Art sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt, insbesondere handelt es sich dabei um Kleinbleiakkumulatoren, wie sie in Blitzlichtgeräten Uerwendung finden. Der Elektrolyt ist bei solchen Bleiakkumulatoren im allgemeinen festgelegt, damit kein flüssiger Elektrolyt auch bei Hopflage der Zelle austreten kann. Bei der Festlegung des Elektrolyten verwendet man im allgemeinen Polyelektrolyte oder man legt den Elektrolyten durch Zusatz von Siliciumdioxid oder anderen Materialien in thixotroper Form fest. Dieser thixotrope Elektrolyt selbst wird dann beispielsweise in Glasfasermatten eingebracht. Weiterhin verwendet man bei Akkumulatoren dieser Art Zusätze zum Elektrolyten, insbesondere einen Zusatz von Phosphorsäure, welcher zwar insbesondere Wachteile bezüglich der Gitterkorrosion mit sich bringt, jedoch unter bestimmten Bedingungen die Zyklen-Lebensdauer erhöht. Beispielsweise wird in der DT-AS 1 671 693 ein Akkumulator mit thixotropem Elektrolyten und einem Phosphorsäurezusatz beschrieben, wobei die Lebensdauer-Erhöhung auf die Kombination von thixotropem Elektrolyten und Phosphorsäurezusatz zurückgeführt wird. Nachteile dieser Bauweise liegen insbesondere darin, daß das Einfüllen des thixotropen Elektrolyten in den Akkumulator schwierig und umständlich ist.

Bei Zellen der genannten Art hat man sich auch, wie beispielsweise der

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DT-PS 1 180 h3h zu entnehmen ist, damit beschäftigt, die Elektrolytmenge in bestimmter Weise zu dosieren, beispielsweise derart, daß im Akkumulator, der noch eine gewisse Menge freibeweglichen Elektrolyten besitzt, die Dichte der Schwefelsäure bei Inbetriebnahme bzw. bei Beginn der Ladung bei höchstens 1,20 liegt. Der ElektrolytüberschuB ist dabei notwendig, um eine zu schnelle Aufkonzentrierung durch Ladung und Überladung zu verhindern, welche die Lebensdauer stark verkürzen würde.

Die Bedeutung des Elektrolythaushaltes im Akkumulator ist dem Fachmann bekannt. Rein theoretisch sind pro Amperestunde 4,i*63 g PbO„ bzw. 3,66 g HpSO, notwendig. Aufgrund der^tatsächlich möglichen Ausnutzbarkeit der aktiven Masse berechnet man in der Praxis mit einer tatsächlich notwendigen Massemenge von 6 bis 10 g positiver Masse/Ah und ca. 13 ml 37 %ige Schwefelsäure/Ah. Dabei wird im Betrieb des Akkumulators eine Säuredichte von 1,10 nicht unterschritten.

Bei sämtlichen bekannten Akkumulatoren wird darüber hinaus die negative Elektrode stets kapazitätsmäßig überdimensioniert und zwar um 10 bis zu ifO 56. Man will damit zum einen ein günstiges Tieftemperaturverhalten erreichen, die starke Sulfatierungsneigung der negativen in ihrem Einfluß zurückdrängen und auch einen Sauerstoffzyklus ermöglichen. Diese Überdimensionierung der negativen wird in der Praxis im allgemeinen derart durchgeführt, daß die Akkumulatorenzelle stets eine negative Elektrode mehr als positive Elektroden enthält, d.h. es sind jeweils negative Endplatten vorgesehen. Zur Begründung dieser Maßnahme wird auch darauf hingewiesen, daß positive Endplatten ganz wesentliche Nachteile mit sich bringen, da deren aktive Masse bei Entladung und Ladung stärkeren Ualumenänderungen unterworfen ist und bei einseitiger Belastung der Endplatten dann mit noch stärkeren mechanischen Belastungen der Platte zu rechnen ist. Aus diesen Gründen hat es sich allgemein durchgesetzt, daß die Zellen stets mehr negative als positive Elektrodenplatten enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bleiakkumulator der genannten Gattung zu entwickeln, der hohe Lebensdauer sowie eine hohe Kapazität, bezogen auf sein Volumen, aufweist und der insbesondere auch eine einfache Konstruktion besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gewicht

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der negativen aktiven Masse unter 80 % des Gewichts der positiven aktiven Masse liegt und daß die Elektrolytmenge und Konzentration so bemessen ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20-stündigen Strom höchstens 1,07 g/cm beträgt.

Erzielen läßt sich eine erfindungsgemäße Bemessung der Elektrcdenmassen insbesondere dadurch, daß der in der Bleiakkumulatorentechnik übliche Aufbau verlassen wird und beispielsweise eine Zelle aufgebaut uiird, welche zwei positive und drei negative Elektroden besitzt (konverser Aufbau). Es ist dann eine Kapazitätserhöhung zu beobachten, die der positiven Massevermehrung entspricht und die stärkere Säureverarmung bei der hohen Kapazitätsentnahme und die geringere Flächenbelastung der positiven Elektrode stehen sich ausgewogen gegenüber. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Aufbau wird die Kapazität stets durch die positive Elektrode begrenzt, die positive Masseausnutzung entspricht den üblichen Werten, während die scheinbare Masseausnutzung der negativen Elektrode bei diesem konversen Aufbau ansteigt. Bei dieser Bemessung ist eine erhebliche Erhöhung der Zyklenfestigkeit zu beobachten, der darauf zurückgeführt wird, daß die üliederaufladung in einer erheblich verdünnten Säure beginnt und dabei die Rückbildung von*»C-PbQ_ begünstigt wird.

In der Figur ist die relative Überlebenshäufigkeit L von wartungsfreien Bleiakkumulatoren in Abhängigkeit von der Zyklenzahl Z verschiedenen Aufbaus angegeben, wobei Ausfallkriterium das Unterschreiten von GO % der Mennkapazität ist. Die Ladung erfolgt stets als I-U-Ladung.

Kurve 1 gibt dabei das Verhalten eines wartungsfreien Akkumulators nach dem Stand der Technik an, d.h. eines Akkumulators,der mehr negative als positive Elektroden enthält, dessen Elektrolyt nicht thixotrop ist und dessen Elektrolyt keine Phosphorsäure enthält. Der Elektrolyt ist in einem Glasfaservlies bzw. in einem Kunststoffaservlies festgelegt und die Elektrolytmenge ist wie üblich so bemessen, daß am Ende der Entladung eine Elektrolytdichte von 1,10 g/cm auftritt.

Kurve 2 zeigt das Verhalten bei dem obengenannten konversen Aufbau mit einer verringerten Elektrolytdichte am Ende der Entladung, wobei die Bedingung erfüllt ist, daß das Gewicht der negativen aktiven Masse unter 8D % des Gewichts der positiven aktiven Masse liegt. Es ergibt sich hier

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eine den Fachmann überraschende erhebliche Steigerung der Lebensdauer und der Kapazität.

Kurve 3 zeigt einen Akkumulator üblichen Aufbaus, luie bei Kurve 1 beschrieben, tjobei der Elektrolyt jedoch einen Zusatz von 30 g/l Phosphorsäure enthält.

Kurve b schließlich zeigt das l/erhalten eines erfindungsgemäßan Akkumulators, bei dem zusätzlich dem Elektrolyten 30 g/l Phosphorsäure zugefügt sind. Auch hier iuird trotz des Verzichts auf einen thixotropen Elektrolyten eine erhebliche Verbesserung der Zyklenfestigkeit erreicht.

- Patentansprüche -

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Wartungsfreier Bleiakkumulator, dessen Elektradengitter aus Feinblei oder einen antimanfreien Bleilegierung besteht und der einen Schwefelsäureelektroiyten enthält, welcher in den Poren des Separators und der aktiven Massen festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der negativen aktiven Masse unter BO % des Gewichts der positiven aktiven Masse liegt und daß die Elektrolytmenge und Konzentration so bemessen ist, daß die Säuredichte nach einer Entladung mit dem 20-stündigen Strom höchstens 1,07 g/cm beträgt.

2. Wartungsfreier Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Phosphorsäure in einer Menge von 20 bis kO g/l, vorzugsweise in einer Menge von 30 bis 35 g/l, enthält.

3. Wartungsfreier Bleiakkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er η negative Elektroden und n+1 positive Elektroden besitzt.

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