DE2720250C3 - Separator fur einen Bleiakkumulator - Google Patents
Separator fur einen BleiakkumulatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem der Elektrolyt festgelegt ist
und das gclbildendc Material mit dem Separator in den r>
Akkumulator einbringbar ist.
Aus der GB-PS 10 10899 ist es bereits bekannt, gelbildendcs Material zum Festlegen des Elektrolyten
eines Bleiakkumulators mit dem Separator in den Akkumulator einzubringen. Der Separator besteht 4»
dabei aus porösem Material, das mit einem wäßrigen Pektinsol, dem gegebenfalls ein Füllstoff, beispielsweise
Kieselsäuregel oder Kieselsäure mit großer Oberfläche, zugesetzt wurde, imprägniert und anschließend getrocknet
worden ist. 4 j
Bei einem mit diesem bekannten Separator bestückten Bleiakkumulator werden also die Elektroden durch
das poröse Material auf Abstand gehalten, während durch die Imprägnierung der Schwefelsäureelektrolyt in
Form eines Gels festgelegt wird, das eine verhältnismäßig
geringe mechanische Festigkeit aufweist.
Aus der DE-AS 16 71 693 ist ein Bleiakkumulator mit festgelegtem Elektrolyten bekannt, bei dem die
Elektroden mit einem Faservlies bedeckt und durch herkömmliche Separatoren auf Abstand gehalten
werden. Der Schwefelsäureelektrolyt ist durch Zusatz von gelbildendem Material als thixotropes Gel festgelegt,
das eine verhältnismäßig geringe mechanische Festigkeit aufweist. Zurr Einbringen des mit gelbildendem
Material versetzten Schwefelsäureelektrolyten in den Akkumulator wird der Schwefelsäureelektrolyt
durch intensives Durchrühren in einen fließfähigen Zustand übergeführt.
Es sind auch bereits Separatoren bekannt (DE-AS 2137 908), die neben der Verhinderung eines Kurz-Schlusses
gegenüberliegender Elektroden unterschiedlicher Polarität auch noch die Aufgabe haben, den
Elektrolyten aufzusaugen. Derartige Separatoren sind mikroporös, d. h. enthalten eine Vielzahl von kapillaren
Hohlräumen, in die der Elektrolyt eingesaugt und aufgrund yon Kapillarkräften festgehalten wird. Zur
kapillaren Festlegung des Elektrolyten werden insbesondere Separatoren in Form von Faservliesen
verwendet. Bleiakkumulatoren, bei denen der schwefelsaure
Elektrolyt lediglich in einem mikroporösen Separator kapillar festgelegt ist, weisen vor allem in
warlungsfreier Ausführung mit antimonfreien Gittern recht geringe Zyklenlebensdauerwerte auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Separator der eingangs genannten Art zu schaffen, der
den Schwefelsäureelektrolyten einwandfrei /u binden vermag und eine hohen Zykk-nlcbensdauer ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Separator, der erfindungsgemäß aus einem Preßkörper aus dem
gelbildenden Malerin! besteht. Zur Verminderung der Bruchanfälligkeit kann das gelbildende Material mit
säurefesten und oxidationsbeständigen Fasern armiert sein.
Wird ein Bleiakkumulator, bei dem die Zwischenräume zwischen den Elektroden durch Separatoren nach
der Erfindung ausgefüllt sind, mit dem Schwefelsäurcclektrolyten gefüllt, quellen die Separatoren zu einem
hocliviskoscn Gel auf, das aufgrund seiner mechanischen
Festigkeit ähnlich wie ein herkömmlicher Separator die Elektroden auf Abstand hält und fixiert
und somit Kurzschlüsse verhindert. Das Gel besitzt eine hohe Konzentration an gelbildendem Material, so daß
dei Schwefelsäureelektrolyt auslaufsicher festgehalten wird. Ein mit Separatoren nach der Erfindung
ausgestatteter Bleiakkumulator zeichnet sich darüber hinaus auch noch durch eine verbesserte Zyklcnfcstigkeil
aus.
Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Separatoren verwendet man vorzugsweise fein verteilte Kieselsäure
mit Teilchengrößen von 10—20μιη. Insbesondere ist
Kieselsäure mit einem SiOj-Gehalt von über 99,8%
geeignet. Kieselsaure solcher Reinheit erhält man durch Pyrolyse von Siliciumtclrachlorid in einer Knallgasflamme.
Der Separator nach der Erfindung wird /weckniaßigcrwcise
mit säurefesten und oxidaiionsbeständigen Fasern armiert. Eine derartige Faserarmicrung trägt
dazu bei, daß der Preßkörper nach Zusammenbringen mit Schwefelsäure die für die Wirkung als Separator
erforderliche Steifigkeit und Bruchfestigkeit erhält. Der Faseranteil des Preßkörpers liegt bei 3—30%. Er
beträgt vorzugsweise 7 — 15%. Besonders geeignet sind Fasern mit einer Länge von 2 —5 mm und einem
Feinheitsgrad von I —10 Denier. Eiin mit Separatoren
nach der Erfindung bestückter Bleiakkumulator ist ohne Verwendung von besonders konstruierten Füllstopfen
kippsicher, da der eingefüllte schwefelsaure Elektrolyt aufgrund des ausgezeichneten Säurerückhaltevermögens
der Separatoren nach der Erfindung einwandfrei festgelegt ist. Da der Elektrolyt durch die Separatoren
zwischen den Elektroden gehalten wird, kann ein mit Separatoren nach der Erfindung ausgerüsteter Bleiakkumulator
in jeder beliebigen Lage betrieben werden. Selbst beim Bruch des Akkumulatorgehäuses kann kein
Elektrolyt auslaufen.
Das Säurerückhaltevermögen eines Kieselsäure als Geliermittel enthaltenden Separators nach der Erfindung
ist um so besser, je höher die Kieselsäurekonzentration in dem gebildeten Gel ist. Eine erhöhte
Kiesclsäurekonzentration wirkt sich außerdem günstig
auf die Zyklenlebensdauer des Akkumulators aus.
Besondere Vorteile ergeben sich dabei für wartungsfreie Batterien. Nach dem bisherigen technischen Stand
ist allgemein bekannt, daß wartungsfreie Batterien mit antimonfreien Gittern nicht zyklenfest sind. Wird /_ B.
eine wartungsfreie Starterbatterie mit antimonfreier
Gitterlegierung mehrmals versehentlich. z.B. über die nicht abgeschalteten Scheinwerfer voll entladen, so
führt das bekanntlich zu starken Schaden der Batterie, die sich im Anfangsstadium durch bleibenden Kanazitätsverlust.
in fortgeschrittenem Stadium durch extrem starken Masseausfall bis zur völligen Zerstörung der
Batterie äußern.
Der erfindungsgemäße Separator bewirkt an solchen Batterien unter Verwendung von mit Phosphorsäure
versetzter Schwefelsäure als Elektrolyt eine überrasehende Änderung der oben beschriebenen nachteiligen
Eigenschaften wartungsfreier Batterien insofern, daß sie mindestens gleiche Zyklenlebensdauerwerte erreichen,
wie konventionelle Batterien mit Gittern -*us Blei-Antimon-Legierung
trotz völlig wartungsfreien Verhaltens.
Separatoren nach der Erfindung können in einfacher Weise hergestellt werden. Das pulverförmigc Geliermittel
wird gegebenenfalls nach Zumischung von Armierungsfasern unter einem Druck von 80 — 200 kp/cm2 zu plattenförmigen Separatoren entsprechender
Dicke und Form verpreßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun näher anhand der Zeichnung erläutert, die einen
schematischen Querschnitt durch einen Akkumulator zeigt.
Der in der Zeichnung dargestellte Akkumui.tlor enthält lediglich eine einzige Zelle. Im Zcllcngcfäß 1
sind positive Elektroden 2 und negative Elektroden 3 untergebracht, die abwechselnd im Abstand voneinander
angeordnet sind. Die positiven Elektroden 2 sind über eine Polbrücke 4 verbunden. Die negativen
Elektroden 3 sind ebenfalls über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Polbrücke verbunden.
Zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektroden 2 und 3 isl jeweils ein Separator 5 eingesetzt, der
den Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden ausfüllt. Vorzugsweise liegen die
Separatoren bündig am Separator an.
Die Separatoren 5 bestehen aus trockenen Preßkörpern, die nach Einfüllen des flüssigen schwefelsauren ίϊ
Elektrolyten unter Beibehaltung ihrer Form in ein Gel übergeführt werden, dessen mechanische Festigkeit und
Steifigkeit ausreicht, um die gegenüberliegenden Elektroden auf Abstand zu halten und einen Kurzschluß
zwischen den Elektroden zu verhindern.
50 Separatoren aufgenommen und derart festgelegt, daß
bei Kippen des Akkumulatorgefäßes kein Elektrolyt ausläuft.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für die H erstellung der Separatoren erläutert.
9üGew.% feinst verteilte Kieselsäure, die auf pyrolytisehem Wege hergestellt worden ist, und
lCGew.% Modacrylfasern, die eine Länge von 3 mm
sowie einen Feinheitsgrad von 3 Denier aufweisen, wurden intensiv in einem Schnellmischer miteinander
trocken vermischt. Das gebildete Gemisch wurde dann unter Anwendung eines Druckes von 150 kp/cm- zu
Separatorplatten verpreßt. Aus 2 g des Gemisches wurde jeweils eine Tafel mit einer Fläche von 26 cm-'
und einer Dicke von 2 mm erhallen. Die Säurcbindungskapazität
einer solchen Tafel betrug ungefähr 6,5 g Schwefelsäure der Dichte 1,285 g/cm'. Die gebildeten
Tafeln wurden zu rechteckigen Separatoren zurechtgeschnitten und in Kleinbatterien mit antimonfreien
Gittern eingebaut, die zur Inbetriebnahme mit flüssiger Schwefelsäure der Dichte 1,285 g/cm3 mit 2% Phosphorsäure
gefüllt wurden. Die Schwefelsäurefüllmenge wurde so bemessen, daß die Kieselsäurekonzcntration
in dem aus den Preßkörpern gebildeten Gel ungefähr 15% beträgt. Kurze Zeit nach dem Einfüllen des
flüssigen Elektrolylen war dieser soweit gebunden, daß keine Flüssigkeit aus der kopfstehenden Batterie mehr
auslaufen konnte. Die Zyklenlebensdauer dieser Batterien lag mit 350 Zyklen etwa 5 mal so hoch wie die
gleicher Batterien, welche mit handelsüblichen Separatoren gebaut wurden. Vergleicht man die Lebensdauer
dieser Batterien mit der von Batterien, in denen der Elektrolyt durch bekannte oben beschriebene säurebeständige
Vliesstoffe festgelegt wurde, sind die Zyklenlebensdaucrwerte durch Einführung des erfindungsgemäßen
Separators sogar um mehr als das 1 Ofache erhöht.
Der Separator nach der Erfindung kann vorteilhaft bei trocken vorgeladenen wartungsfreien Batterien
eingesetzt werden, die vom Hersteller ohne Elektrolytfüllung ausgeliefert werden. Die noch nicht mit
Elektrolyt gefüllten Batterien sind ohne Wartung nahezu unbegrenzt lagerfähig. Zur Inbetriebnahme
braucht lediglich eine vorgegebene Menge eines handelsüblichen schwefelsauren Elektrolylen mit Phosphorsäurezusatz
zugesetzt zu werden. Dieser zugesetzte Elektrolyt wird von den Separatoren unler Bildung
eines Elektrolytgels schnell aufgenommen und kippsicher festgelegt. Aus der Batterie kann sofort nach
Hinfüllen der erforderlichen Elektrolytmenge Strom entnommen werden.
Der eingefüllte schwefelsaure Elektrolyt wird von den
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem der Elektrolyt festgelegt ist und das gelbildende
Material mit dem Separator in den Akkumulator ä einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß er aus einem Preßkörper aus dem gelbildenden Materia] besteht.
2. Separator für einen Bleiakkumulator, bei dem der Elektrolyt festgelegt ist und das gelbildende
Material mit dem Separator in den Akkumulator cinbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus
einem Preßkörper aus gelbildendem Material besteht, der mit säurefesten und oxidationsbesländigen
Fasern armiert ist.
3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Material aus
feinst verteilter Kieselsäure besteht.
4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kieselsäure aus Teilchen mit einem Durchmesser von 10—20 μτη besteht.
5. Separator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil des Preßkörpers
3—30% beträgt.
6. Separator nach Anspruch 2 oder 5, dadurch 2r>
gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge von 2—!0 mm und eine Faserstärke von 1 — 10 Denier
aufweisen.
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