DE2524653C3

DE2524653C3 - Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren Elektrode

Info

Publication number: DE2524653C3
Application number: DE2524653A
Authority: DE
Inventors: William Robin Newport Shropshire Jacob (Grossbritannien)
Original assignee: IMI Kynoch Ltd
Current assignee: IMI Kynoch Ltd
Priority date: 1974-06-03
Filing date: 1975-06-03
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2524653A1; DE2524653B2

Description

Die Bleiakkumulatortechnologie ist durchaus etabliert und die derzeitige Akkumulatortechnologie scheint ihr Entwicklungsplateau erreicht zu haben. Die herkömmlichen Bleiakkumulatoren werden durch eine Serie von Zellen mit jeweils negativer und positiver Elektrode gebildet. Die Elektroden werden aus Blei geformt und Serien von Platten sind abwechselnd in den Zellen angeordnet und jeweils von den benachbarten Platten durch Separatoren getrennt. Die Platten haben auf ihrer Oberflächen eine negative oder positive Paste oder iMasse, welche die aktive Komponente der Zelle bzw. des Akkumulators bildet. Da die Paste oder Masse nur schlecht an den Bleiplatten haftet, wird sie normalerweise in den Zwischenräumen eines Bleigitters gehalten, was bedeutet, daß eine große Plattenfläche notwendig ist, um eine vernünftige Kapazität oder Lebensdauer der Zelle zu erhalten. Durch die Ladungs- und Entladungszyklen besteht eine Tendenz zur Schwächung der Haftung der Masse oder Paste an der Platte, so daß etwas Masse von der Platte zum Boden des Akkumulators herabfällt. Um zu verhindern, daß sich das von den Platten herabfallende Material im Boden des Akkumulators derart ansammelt, daß die Platten berührt und die Zellen kurzgeschlossen werden, wird am Boden der Zellen ein Auffangraum vorgesehen. Blei wird üblicherweise wegen seiner recht guten Korrosionsresistenz gegenüber dem Elektrolyten verwendet, jedoch hat es den Nachteil, sehr schwer zu sein. Blei ist auch mechanisch schwach und die Ausbildung von bipolaren Zellen mit Bleielektroden hat sich als nicht praktikabel erwiesen. Bei einer bipolaren Zelle

in bildet eine einzelne Elektrode die Wand zwischen benachbarten Zellen, wobei eine Fläche der Wand als negative Elektrode für die eine Zelle und die andere Fläche als positive Elektrode für die andere Zelle dient. Eine solche Anordnung führt zu einer Verringerung des Gewichts, da die Zellwände entfallen, zu einer Abnahme des Volumens wegen der fehlenden Zellwände und zu einer verbesserten elektrischen Wirksamkeit durch Abgleichung des Potentials über die Oberfläche der Elektroden und Verkürzung der elektrischen Verbindungswege von einer Zelle zur nächsten.

Aus der GB-PS 3 84 515 ist ein Bleiakkumulator mit bipolaren Platten und einer porösen Packung zwischen den Platten bekannt. Die als poröse Zwischenlagen vorgesehenen Materialien wie etwa Löschpapier, besitzen jedoch über längere Zeitspannen keine gute Elastizität, so daß die Batterien nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Bleiakkumulators mit mindestens

jo einer bipolaren Elektrode und zwischen den Elektroden angeordneten Packungen, welche ausgezeichnete elastische Eigenschaften aufweisen, so daß ein Bleiakkumulator mit verbesserter Lebensdauer erzielt wird.

Der Bleiakkumulator zeichnet sich gemäß der

i-5 Erfindung dadurch aus, daß die positive Bleidioxidmasse (10) auf einer Titanschicht (7) und die negative aktive Masse (11) auf einer Zirkoniumschicht (5) angebracht sind, und ein Separator (13, 14) zumindest gegenüber der positiven aktiven Masse (10) vorgesehen ist, und eine elastische Packung (12) aus miteir-wnder verschmolzenen Kunststoffasern die positive aktive Masse gegen die positive Elektrode und die negative Masse gegen die negative Elektrode preßt.

Die miteinander verschmolzenen Kunststoffasern,

•4> welche die aktiven Massen gegen die positive bzw. negative Elektrode pressen, weisen eine hohe Elastizität über lange Zeitspannen auf, wobei gleichzeitig eine lockere offene Struktur gewährleistet wird, so daß die Gasentwicklung nicht behindert ist und ein Bleiakkumulator mit besonders langer Lebensdauer erhalten wird.

Bei der bipolaren Elektrode kann das Titan mit dem Zirkonium direkt verbunden sein beispielsweise durch eine metallurgische Verbindung, die vorzugsweise durch Warmwalzen oder Explosionsplattieren erzeugt wird.

η Alternativ kann bei der bipolaren Elektrode zwischen den Titan- und Zirkoniumschichten ein weiteres Metall vorhanden sein. Vorzugsweise hat das weitere Metall eine höhere elektrische Leitfähigkeit als das Titan bzw. die Titanlegierung oder das Zirkonium bzw. die

ho Zirkoniumlegierung. Das weitere Metall kann aus der Gruppe Kupfer, Aluminium und Eisen ausgewählt sein.

Zwischen der Titansch'icrit und der aktiven Blcioxid-Masse kann eine Bleischicht vorgesehen sein. Zwischen der Zirkoniumschicht und der aktiven Blei-Masse kann

h> ebenfalls eine Bleischicht vorgesehen sein. Auf den Titan- und Zirkoniumschichten kann eine perforierte oder viclporige Struktur zur Zurückhaltung der aktiven Massen vorhanden sein. Die perforierte Struktur kann

in Form von Draht mit einer äußeren Oberfläche aus demselben Metall wie die Fläche, an der sie fixiert ist, vorgesehen und mit der Fläche beispielsweise durch Punktschweißen fest verbunden sein.

Die aktive Blei-Masse wird durch elastische Packungen gegen die Zirkoniumschicht mechanisch gepreßt und die aktive Bleidioxid-Masse wird gleichfalls gegen die Titanschicht durch elastische Packungen gepreßt. Zumindest zwischen der posinven aktiven Masse und den elastischen Packungen ist ein Separator vorgesehen und zwischen der negativen aktiven Masse und den elastischen Packungen kann ebenfalls ein Separator vorgesel>en sein. Die elastischen Packungen können durch einen offenzelligen Schaum oder eine Faserstruktur mit offenem Netzwerk gebildet werden. Die Faserstruktur kann in sich gebunden sein. Die Packungen können aus Polypropylen, Polyvinylchlorid oder einem Polyester gebildet werden.

Es kann eine äußere säurezurückhaltende Wand bei jeder Zelle vorgesehen sein, die an jedem Ende durch eine bipolare Elektrode oder bei der abschließenden Zelle einer Mehrzahl von Zellen durch eine negaiive bzw. positive Elektrode abgeschlossen wird.

Die Elektrodenflächen können flach sein und das Fasermaterial kann aus miteinander verschmolzenen Kunststofffasern gebildet werden, wie nachfolgend angegeben ist. Das Fasermaterial kann einen zusammenhängenden Block bilden.

Die Titan- und Zirkoniumschicht können innig mit Blei abgedeckt und dann mit positiver bzw. negativer Masse pastiert werden.

Zwischen dem Separator und der aktiven Masse kann ein offenzelliger Abstandshalter vorhanden sein, um bei Betrieb des Entweichen von Gasen von der aktiven Masse während des Ladens zu unterstützen. Die negative Elektrode kann eine Zirkoniumschicht unter dem Blei und die positive Elektrode eine Titanschicht unter dem Blei aufweisen. Alternativ können sowohl die negative als auch die positive Elektrode eine Zirkoniumschicht unter dem Blei haben. Zwischen den negativen und positiven Zirkonium- und/oder Titanschichten kann ein Metallkern vorliegen. Der Akkumulator kann einen Salz von einer Mehrzahl von Zellen aufweisen, wobei die Elektrode zwischen je einem aneinandergrenzenden Paar von Zellen eine bipolare Elektrode ist und an jedem Ende des Satzes eine monopolare negative bzw. positive Elektrode vorgesehen ist.

Die Separatoren sind mikroporöse Schichten, welche die Bildung von Dendriten hemmen, die sonst leicht aus der negativen aktiven Masse unier Kurzschluß der Zellen herauswachsen. Separatoren verhindern auch ein Abfallen von Anteilen der positiven Bleidioxid-Schichtcn. Mikroporöse Separatoren sind dem Fachmann natürlich bekannt.

Die zu verwendenden Massen bestehen grundsätzlich aus einer Mischung von PbO. PbiOj, H2SO1, Pb für die positive Masse und unter Zusatz eines geeigneten Sireckmittels, wie Lampenruß für die negativen Massen. Die Art der speziell benutzten Masse ist für die Erfindung nicht wesentlich.

Die Angabe, daß das Fasermaterial durch »verschmolzene Fasern« gebildet wird, soll bedeuten, daß die Fasern einen höher schmelzenden oder erweichenden Kern und eine niedriger schmelzende oder erweichende Hülle besitzen. Diese Fasern werden durch herkömmliche Mittel zu einer Matte geformt und dann auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Hülle zur Verbindung von sich berührenden Fasern klebrig wird, jedoch der Kern noch nicht geschmolzen ist. Nach dem Abkühlen erhält man ein gebundenes Fasermaterial.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch einen zweizeiligen Bleiakkumulator,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine zweite Form von Bleiakkumulator (teilweise aufgebrochen),

ίο F i g. 3 einen Schnitt durch eine alternative Form von Gehäuseabsc'hluß und

Fig.4 einen Schnitt durch eine weitere alternative Form von Gehäuseversiegelung.
Der in Fig. 1 gezeigte Akkumulator hai einen Behälter 101 aus Kunststoff oder Gummi oder anderem geeigneten Material mit einer Trennwand 102 zur Bildung von zwei Zellen 103 und 104. Die Trennwand ist eine bipolare Elektrode mit einer Fläch': 105 von Titan und einer zweiten Fläche 106 von Zirkonium. Das Abteil 103 bildet eine erste Zelle und in die in der Zelle vorgesehene Schwefelsäure taucht eine -weite Elektrode 107. die durch eine Elektrode auf /i-rkoniumbasis gebildet wird. Das zweite Abteil 104 bildet ebenfalls eine Zelle, die auch Schwefelsäure enthält und eine Elektrode 108 mit einer Titanbasis. Die bipoLre Elektrode 102 ist wasserdicht an der Wand des Behälters ΙΟΙ befestigt.

Die bipolare Elektrode 102 ist durch Warmwalzen einer Titanplatte und einer Zirkoniumplatte unter einer

iu inerten Atmosphäre erzeugt. Auf diese Weise wird eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Komponenten mit einem sehr geringen elektrischen Widerstand erzeugt. Irgendein anderes geeignetes Verfahren zur Verbindung von zwei Platten könnte angewandt werden, vorausgesetzt, daß es einen geringen elektrischen Widerstand ergibt. Als Beispiel wäre eine Explosionsverbindung von zwei Platten oder Schichten zu nennen.

Die bipolare Elektrode ist auf beiden Seiten mit Blei

4(i beschichtet. Blei wird auf die Zirkonium- und Titanflächen nach deren Ätzung aufplattiert (elektro-plattiert). Nachfolgend werden die aktiven Massen auf die Oberflächen aufgetragen. Die Titanfläche wird mit einer konventionellen

PbO +Pb₃O₄ +H₂SO₄+ Pb-Paste

und die Zirkoniumelektrode mit einer grundsätzlich ähnlichen Paste, die zusätzlich geeignete Streckmittel wie Lampenruß usw. enthält, wie es dem Fachmann

-,« bekannt ist, pastiert. Die aktiven Massen werden dann durch Hindurchschicken eines geeigneten elektrischen Stroms zur Ausbildung von im wesentlichen porösem Bleidioxid auf der positiven Titanfläche und von porösem Blei auf der negativen Zirkoniumfläche

Yy fortiiien.

Im Betrieb werden die Elektroden 107 und 108 mit einem äußeren Verbraucher verbunden und die Flächen 105 und 106 wirken als unabhängige Elektroden-Arbeitsflächen, wobei ein Stromtransport durch die Wand

bo der Elektrode hindur-h stattfindet.

Bei Bedarf kann ein Metall zwischen den Komponenten 1Ö5 und 106 zur Verfestigung und zur Verminderung von zu großen Schichtdicken der teuren Metalle Titan und Zirkonium vorgesehen werden. Als ein solches

bi Metall kann Aluminium oder Kupfer oder Eisen dienen. Auf den Flächen der bipolaren Elektrode kann eine perforierte oder vielporige Struktur wie ein mit der Oberfläche verbundenes Drahtgeflecht zur Vergröße-

rung der Elektrodenoberfläche vorgesehen sein. Dessen Bedeutung besteht in einer Erhöhung der Verzahnung von Blei bzw. Bleidioxid auf der Oberfläche zur Steigerung der elektrischen Leistungsfähigkeit und elektrischen Kapzität des Akkumulators. Die Drähte können eine äußere Oberfläche von Zirkonium im PaIIc der Zirkoniumfläche und von Titan im PaIIe der Titanflächen haben. Alternativ kann die perforierte Struktur durch Streckmetall aus Titan oder Zirkonium gebildet werden. Die Zirkonium- oder Titanflächen können von geeigneten Legierungen mit den Grundmetallcn vergleichbaren elektrochemischen Eigenschaften gebildet werden.

Pig. 2 zeigt drei vollständige /eilen I, 2 und 3. Die Zelle I hat eine positive Elektrode 4 und eine negative Zirkonium-Elcktrodenflächc 5. Die negative Elektrode 5 ist ein Teil einer bipolaren Elektrode und in elektrischer Verbindung mit der positiven Elektrode β der Zcüc 2. Innerhalb der Zeüe ! hat die positiv·.· Elektrode eine von Titan gebildet': positive Platte 7. Das Titan ist einer verstärkenden und stromverteilendcn Aluminiumplatte 8 angefügt, an der ein Anschlußzapfen 9 befest'gt ist. Die positive Masse wird durch 10 und in ähnlicher Weise die negative Masse durch 11 wiedergegeben bzw. angedeutet.

Ein Block 12 von offener Zellstruktur ist /wischen den Pasten- bzw. Masseschichten 10 und 11 angeordnet und von den Schichten durch .Separatorplatten 13 und 14 getrennt. Der Block 12 von verschmolzenen Pasern mit offener Struktur ist federnd und wird bei Gebrauch um etwa 20 bis 50% zusammengepreßt, um die Separatoren 13 und 14 nach außen zu pressen und somit die Schichten 10 und 11 gegen ihre jeweiligen Elektroden zu pressen, um ein Abfallen bzw. Masseverluste zu verhindern. Ein steifer Polyvin) lchloridkasten 15 mit offenen Enden ist zwischen den Elektroden angeordnet und mit einem Paar O-Ringdichtungen 16 und 17 in den offenen Enden versehen. Wenn die Batterie, wie nachfolgend erläutert wird, zusammengespannt ist. pressen die Platten 7 und 5 die Dichtungen 16 und 17 zum Abschluß der Zellen zusammen. Der Block 12 wird wie oben dargelegt ist. zusammengepreßt und drängt die Schichten 10 und 11 nach außen zur Berührung mit ihren Elektroden. Eine Füllöffnung 18 ist an einer Seite des Kastens vorgesehen und durch diese kann ein Schwefelsäure-Elektrolyt eingefüllt oder nach Wunsch Auffüllwasser zugesetzt werden. Der Schwefelsäure-Elektrolyt füllt die Zellen und befindet sich zwischen den beiden Platten 10 und 11.

Die Zelle 2 hat den gleichen Aufbau wie die Zelle 1. nur daß die Elektrode 6 eine Fläche der bipolaren Elektrode ist. welche die Zellen 1 und 2 voneinander trennt. Vergleichbare Teile der Zelle 2 tragen die gleichen Bezugszeichen. Der Kern 19 der bipolaren Elektrode besteht aus Aluminium, das eine hohe Leitfähigkeit und ein geringes Gewicht besitzt. Wenn allerdings die durch den Aluminiumkern bedingte zusätzliche Steifigkeit unnötig ist. kann der Kern entfallen. Nach Wunsch könnten beide Seiten der Elektrode aus Zirkonium gebildet werden.

Die Zelle 3 ähnelt wiederum den Zellen 1 und 2. nur daß die an der Rück- oder Stützplatte 21 befestigte negative Elektrode 20 keine bipolare Elektrode ist. Ein negativer Anschlußzapfen 22 ist elektrisch mit der Stützplatte 21 verbunden.

Zwischen dem Separator 14 und der fviasseschichi 11 ist eine offene gebundene Faserstruktur 31 eingesetzt, die zur Unterstüzung der Gasfreigabe von der Masse 11

während des Ladevorganges dient. Das Gas strömt durch die offene Struktur 31 nach oben, um ggf. durch die Füllöffnung 18 auszutrelein. Eine »Entlüftungsstruktur« 31 kann zwischen jedem der Separatoren und seiner benachbarten Masse- bzw. Pastenschicht angeordnet sein.

Für den Zusammenhalt der Serie von Zellen sind vier Aluminiumstäbe an den einzelnen Längskanten der Batterie vorgesehen. Zwei der Stäbe (23 und 24) sind in der Zeichnung zu sehen. Die Kerne 19 ragen über den Kasten 15 hinaus und sind zur Anpassung an die Stäbe

23 und 24 mit Öffnungen, wie durch 25 angedeutet, versehen. Isolierende Zwischenlagen oder Hülsen 26 verhindern eine elektrische Verbindung /wischen benachbarten Elektroden. Die Enden der Stäbe 2-3 und

24 sind mit Gewinde versehen (wie bei 27) und aufgeschraubte Muttern 28 dienen dem Zusammenhalt der gesamten Anordnung. Wie zu sehen ist. haben die isoHorcrl^n I IntrrlriJM'hoihen 29 Manschetten 30. welche die Ausbildung einer elektrischen Verbindung /wischen den Platten 8 bzw. 21 und den Stäben 23 bzw. 24 verhindern.

Bei einer alternativen Batterieform sind die bipolaren Elektroden unter Bildung eines geeigneten Gehäuses wärmeversicgelt und diese Gehäuse sind dann, wie in F i g. 3 gezeigt ist. wärmeversiegelt bzw. verschweißt. Das Gehäuse hat längs einer Innenkante eine Ausspi·' ing 32 in die die bipolare Elektrode 33 permanent dicht eingesetzt ist. Das Gehäuse 34 der nächsten angrenzenden Zelle ist dann mit dem Gehäuse der ersten Zelle unter Bildung einer zusammenhängenden Einheit warmverschweißt. Wie man sieht, werden so bipolare Elektroden von geringeren Abmessungen als in F i g. 2 gezeigt erhalten.

Bei einer weiteren alternativen Batterieform ist die bipolare Elektrode 43 permanent in einen Plastikrahmen 44 eingeformt bzw. eingegossen. Gehäuseabschnitte 45 werden dann zur Bildung einer zusammenhängenden Einheit mit dem Rahmen 44 verschweißt bzw. versiegelt. Wie man sieht, wäre die in den Rahmen eingeformte bipolare Elektrode für Pasten oder Massen geeignet.

Für die Fertigung der gesamten Anordnung werden die bipolaren Elektroden zunächst durch Walzverbinden zusammengefügt zur Bildung einer Tafel mit einem Aluminiumkern und einer Titanoberfläche auf einer Seite und einer Zirkonoberfläche auf der anderen. Diese Oberflächen werden dann geätzt und mit Blei elektroplattiert. Eine geeignete Paste oder Masse, wie sie oben beschrieben ist. wird dann manuell oder maschinell auf jede Seite aufgetragen. Die Elek'roden werden dann in ihren Gehäusen zusammen mit den verschiedenen Komponenten, Separatoren, Faserblökken usw. in der in den Zeichnungen gezeigten Reihe angeordnet und die Gesamtheit durch Bolzen verbunden bzw. verschraubt oder warmversiegelt unter Bildung einer vollständigen Batterie. Die einmal zusammengebaute Batterie wird elektrisch formiert zur Umwandlung der Paste aus der Titan- oder positiven Fläche in poröses Bleidioxid und der Paste auf der negativen oder Zirkoniumfläche in poröses Blei.

Der beschriebene Aufbau hat ein außerordentlich geringes Gewicht bezüglich der Teile, die an det Erzeugung und Speicherung von Elektrizität in det Batterie nicht aktiv beteiligt sind. Bei einer speziellen Batterie können bis zu 83,65% der Gesamtmasse det Batterie aktives Material sein. Dies ist aus der unter angegebenen Tabelle I ersichtlich, die sich auf eine

Batterie bzw. einen Akkumulator mit folgenden Merkmalen bezieht.

Ks wurde eine positive Paste von I mm Stärke angewandt, die geringer ist als der maximale Gitter/Pastcntcilchcnabstand in konventionellen Akkumulatoren zur [Erzielung einer verbesserten Masseaiisnutzung. Die Gleichmäßigkeit des Stromflusses durch ein bipolares System sollte ebenfalls die Masseausnut/ung unterstützen. Ciite solche Gleichmäßigkeit des Stromflusses besteht, da keine .Stromeinleitungen an einer Gitlerkante vorhanden sind, wie sie in konventionellen Akkumulatoren /υ finden sind. Ks wurde eine !'Innenfläche von 200 χ 1)0 mm verwendet und die Masse der Paste erreicht eine 20%ige Porosität in der Paste.

Normalerweise kann angenommen werden, daß die Masseausnut/ung der negativen Paste zumindest so hoch ist wie diejenige der positiven und mit einer 20%igen Porosität bedeutet dies ein Zusammenspiel riiH-r noyaiivcn Fadenstärke von 0.75 min mit den 1 mm der positiven und ein Postivum bezüglich der Dichlediffcren/ zwischen den beiden Pasten oder Massen.

Als Elektrolyt wird Schwefelsäure verwendet und der maximale brauchbare Bereich der Schwefelsäurekon-/entration /ur Sicherstclliing einer angemessenen Leitfähigkeit entspricht einem spezifischen Gewicht von 1.3 (aufgeladen) bis 1.1 (entladen). Die Säurewerte sind aus G. W. Vi na I »Storage Batteries«. Seite 117. lohn Wilcy & Sons. 1955 entnommen. Kin Volumen von 521 ml ist für jede Zelle erforderlich und führt zu einer Zellwcitc von 1.75 cm zwischen den Separatoren.

U ter der Annahme, daß die Faserstruktur in den Zellen als ein ausreichender Träger für die bipolaren Platten wirkt, werden nur dünne Diaphragmen bzw. Membranen benötigt. Ks wird eine Plattierung von 0.05 mm Stärke an Zirkonium auf 0.1 mm Titan angenommen. Bei Ausüben eines ausreichenden Drucks auf die Platten können separate Platten oder Schichten verwendet werden, wodurch die Notwendigkeit der Walzverbindung entfällt. Die Platienflächc wird zu 225 χ 175 mm unter Berücksichtigung von Versiegelungen angenommen. Bei einer 12 V Batterie hat man selbstverständlich 5 bipolare Platten.

Die Endplatten sind 2 mm dicke Aluminiumplattcn (zur Stromverteilung und für eine ausreichende Festigkeit) mit einer 0.1 mm Plattierung mit Titan oder Zirkonium. Zur Anpassung an die Bolzenlöcher beträgt die Größe der Endplatten 250 χ 200 mm.

Als Einspannbolzen wurden 0.5 cm (Durchmesser) Aluminiumstäbc von I 5 cm Länge für die vier Kanten verwendet. Die Länge der Batterie von Endplatte zu Endplatte lag bei 12.6 cm. Das Gehäuse war aus steifem PVC mit einer Dichte von 1.4 g/ml mit Gummidichtungen zwischen dem Gehäuse und den Platten. Die PVC-Stärke lag bei 5 mm.

Konventionelle Separatoren von porösem PVC wurden zur Zurückhaltung der aktiven Masse und zur Verhinderung eines Wachstums der negativen Platten eingefügt. Dieses Wachstum neigt dazu, ein dendritisches Wachstum der aktiven Masse zu sein, das zu einem effektiven Kurzschluß der Batterie führen kann oder gestattet, daß die aktive Masse infolge des Abstandes zwischen dem Ende der Dendriten und der Elektrode unbrauchbar wird. Bei einem bipolaren System sollte ein Verlust bzw. ein Abfallen von aktiver Masse verhindert werden, da sonst das Material zum Zellenboden faller, würde und Kurzschlüsse verursachen kann. Die Stärke der porösen PVC-Separatoren betrug 0.5 mm.

Die KascrstrukUir trägt sehr wenig zur Masse der Batterie bei. Das Material ist am geeignetsten Polyester. Alternativ kann PVC oder Polypropylen verwendet werden. Die Dichte des Materials könnte bei etwa

ί 0,025 g/ml liegen. Der auf die Platten wirkende Druck, mit dem die aktive Masse gegen die bipolaren Platten gepreßt wird, wird zu etwa 50 g/cm² vorgesehen zur Unterstützung der elektrischen Leitung und damit Erhöhung der Masseausnutzung. Die I2-V-Batteric hat

in sechs Zellen mit einer Ausbildung von 2 V je Zelle.

Tabelle

(Masse)Komponenten einer Batterie
vom bipolaren Typ mil 50 Amperesüinden
^r> (theoretisch) und 12 Volt

(d. h. 30 tatsachlichen Amperestunden
bei bO'Voigcr Masseausnui/ung)

Komponenten	Miissc	"/« tier
	(?)	(icsiiminiiissc
Positive Paste	1354	16.41
Negative Paste	1172	14.20
Elektrolyt	437b	53.04
Bipolare Platten	183	2.22
Endplattcn	327	3.%
Einspannbolzen	32	0.39
PVC-Kasten	612	7.40
Separatoren	180	2.18
Fasersmiktur	15	0.18
Insgesamt	8251	_

Die Masse oder Paste kann von beträchtlicher Stärke beispielsweise bis zn 1 mm dick sein. Wegen der durch die Blöcke 12 erreichten federnden Vorspannung hat die aktive Masse keine Tendenz, von den Elektroden herabzufallen und die Batterie kann daher eine lange Lebensdauer haben. Im übrigen ist eine hohe Masseausnutzung der aktiven Masse erzielbar, die viel höher ist. als mit derzeitigen Batterien erreicht werden kann. Nimmt man an. daß die Leistungsfähigkeit der Batterie durch die positive aktive Masse bestimmt wird, so sollte eine Masseausnutzung von 65% erhältlich sein. Das ermöglicht eine Energiedichte in der Batterie von 60 Wattstunden/kg im Vergleich zu etwa 30 Wattstunden/kg für derzeitige Batterien. Selbst, wenn die Masseausnutzung auf 35% anfällt, was der gängigen gewerblichen Ausnutzung entspricht, erhält man mit der vorgeschlagenen Batterie eine Energiedichte im Bereich von 44 bis 52 Wattstunden/kg, was noch bedeutend besser ist als die konventionell erzielten 30 Wattstunden/kg.

Die Elektroden selbst können durch Zusammenwalzen der Komponenten gebildet werden oder es kann möglich sein, lediglich miteinander in Berührung befindliche gesäuberte Oberflächen zu verwenden, wobei der von den Packungen 12 ausgeübte Druck für einen ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen den Komponenten sorgt. Wenn eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Masse- bzw. Pasteschichten und den Elektroden notwendig ist. können die Elektroden vor dem Pastenauftrag durch irgendwelche geeigneten Mittel mit Blei oder Bleidioxid beschichtet werden.

Die Packungen können durch Erhalt von Fasern mit einer äußeren Schicht von einem niedriger schmelzenden Kunststoff und einem inne-en Kern von einem

höher schmelzenden Kunststoff gebildet werden. Solche Fasern werden dann zu einem Block durchmischt bzw. zusammengebracht und der Block dann auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt der beiden Komponenten der Fasern erhitzt. Die äußere Komponente schmilzt dabei oder wird klebrig und sich beiührende Fasern werden so vereinigt. Nach Abkühlen des Blocks erweist es sich als eine in sich zusammenhängende Masse. Alternativ können die Packungen durch einen offenzelligen Schaum gebildet werden, bei dem zumindest 80% der Zellwändc fehlen, so daß ein offen/eiliges Skelett von aufgeschäumtem Material gebildet wird, das die positive oder negative Masse oder Paste aufnehmen kann. Die angewandte Schwcfclsäurckonzentration würde die gleiche sein wie üblicherweise, d. h. entsprechend einer Dichte von 1.3 im geladencnen Zustand und von 1.1 im entladenen Zustand.

Wenn die Struktur in den Zellen als ein ausreichender Träger für die bipolaren Platten wirkt, sind nur dünne

10

könnte eine einzelne Schicht von 0,1 mm Zirkonium als bipolare Llektrode benutzt werden. Die lindplatten wären 2 mm dicke Aluminiumplattcn mit einer 0,1 mm Plattierung mit Titan oder Zirkonium.
) Die Separatoren können vom herkömmlichen Typ wie z. B. von porösem PVC, mikroporösem Gummi oder anderem geeigneten Material sein und sie sind besonders brauchbar auf den negativen Platten zur Verhinderung von dendritischem Wachstum.

in Die Dichte der Blöcke 12 wird üblicherweise bei 0,025 g/ml liegen, obgleich natürlich andere Dichten angewandt werden könnten. F.in besonders brauchbares Material für den Schaum wäre ein Polyester. Alternativ können Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlo-

i) rid oder andere säurercsistente nicht-leitende Materialien verwendet werden.

Die Korrosionsgeschwindigkeiten von Titan und Zirkonium sind bei Verwendung in Batterien in der Praxis sehr gering und liegen bei etwa 0,002 mm pro

iini.il υυι,ι L-Ίίΐμ

V K. IV. Ill- t I I

Falle eine Plattierung von 0.05 mm Dicke Zirkonium auf 0.1 mm Titan angewandt werden kann. Alternativ |tiiii im ι nut! LH.I ui-iii μν/Λκινν,ιι ι Uli ιι^ιιμιηι,ιιιύΐ] llllü weniger als 0.001 mm pro |ahr bei dem Potential von beiden Platten für Zirkonium.

Hierzu 2 Watt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bleiakkumulator mit mindestens einer bipolaren Elektrode und zwischen den Elektroden angeordneten Packungen, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Bleidioxidmasse (10) auf einer Titanschicht (7) und die negative aktive Masse (11) auf einer Zirkoniumschicht (5) angebracht sind, und ein Separator (13, 14) zumindest gegenüber der positiven aktiven Masse (10) vorgesehen ist, und eine elastische Packung (12) aus miteinander verschmolzenen Kunststoffasern die positive aktive Masse gegen die positive Elektrode und die negative aktive Masse gegen die negative Elektrode preßt

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Bleidioxidmasse (10) auf einer auf das Titan aufgetragenen Bleiunterlage angeordnet ist und die negative aktive Bleimasse (11) auf einer auf dem Zirkonium vorgesehenen Bleiunterlage angeordnet ist.

3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der bipolaren Elektrode das Titan unmittelbar mit dem Zirkonium verbunden ist.

4. Akkumulator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine metallurgische Verbindung von Titan und Zirkonium, die durch Heißwalzen oder Explosionsplattieren gebildet ist.

5. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der bipolaren Elektrode ein weiteres Metall zwischen den Titan- und Zirkoniumschichten vorf ?sehen ist, das eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Titan oder Zirkonium hat.

6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine perforierte bzw. vielporige Struktur auf den Titan- und Z.rkoniumschichten zur Zurückhaltung der aktiven Massen.

7. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die perforierte bzw. vielporige Struktur in Form von Draht gebildet ist, der eine äußere Oberfläche aus dem gleichen Metall wie die Oberfläche, an der er festgelegt wird, aufweist.