CH156553A - Elektrischer Akkumulator. - Google Patents

Description

      Elektrischer        Akkumulator.       Die Erfindung bezieht sich auf einen  elektrischen Akkumulator mit alkalischem  Elektrolyten.  



  Die alkalischen Akkumulatoren, wie sie  zur Zeit gebräuchlich sind, leiden unter  verschiedenen Nachteilen, von welchen die  nachfolgenden genannt seien.  



  Die     Entladespannung    jeder Zelle ist ge  wöhnlich bloss 1,2 Volts bei der gebräuch  lichen     Entladezeit    von fünf Stunden.  



  Wegen des hohen Widerstandes ist die  maximale Ladestromstärke, mit Rücksicht  auf das Ansteigen der Temperatur im Samm  ler, verhältnismässig klein.  



  Es sind somit auch verhältnismässig lange       Zeiten    (in der Regel fünf 'bis acht Stunden)  für ein vollständiges Laden     nötig,    während  die entsprechenden     Entladezeiten    verhältnis  mässig nieder sind und meistens vier bis fünf  Stunden betragen.  



  Die vorliegende Erfindung hat zum  Zweck, einen verbesserten alkalischen Samm  ler zu schaffen, welcher fähig ist, eine höhere    Spannung bei der Entladung zu entwickeln,  und welcher nicht so eng begrenzt ist in  bezug auf die Bedingungen, unter welchen  er geladen werden kann, wie die bekannten  Sammler. Der Akkumulator gemäss der Er  findung besitzt eine mindestens teilweise  aus Nickel bestehende negative Elektrode,  während die positive Elektrode einen Nickel  oxyd enthaltenden     Depolarisator    aufweist  und der Elektrolyt Zink in Lösung enthält,  so dass der Sammler in der Weise wirkt, dass  beim Laden Zink aus dem Elektrolyten  auf der negativen Elektrode niedergeschlagen  wird, während bei der Entladung das Zink  im Elektrolyten wieder in Lösung geht.  



  Der     Depolarisator    kann ausser Nickel  oxyd auch Silberoxyd enthalten. Ferner kann  der     Depolarisator    auch eine     Beimengung    von  Graphit oder von Nickelpulver oder von  beiden     Stoffen    aufweisen.  



  Vorzugsweise besitzt die negative Elek  trode eine glatte, reine Oberfläche, die weder  vorspringende Spitzen oder     aufgerauhte         Stellen aufweist und frei ist von anhaften  den Verunreinigungen, wie zum     Beispiel     Fett, Öl und dergleichen, sowie von  Oxyden.  



  Im     nachstehenden    wird ein Ausführungs  beispiel des Erfindungsgegenstandes be  schrieben.    Der Akkumulator besitzt einen Behälter  aus     nickelplattiertem    Stahl, oder aus rost  freiem Stahl, oder aus dem     unter    dem regi  strierten Namen     Monel    bekannten Metall,  welcher Behälter entsprechend geschweisst ist,  entweder in der Acetylenflamme unter Be  nützung     eines        geeigneten        Flussmittels,    oder       mittelst    der     Wasserstoff-Lichtbogenschwei-          ssung.    Der Behälter enthält einen Elektro  lyten,

   in den eine Lösung von     kaustischer     Soda vom spezifischen Gewicht 1,22 bis 1,25  bei 15   Celsius eingeführt wird. Vor dem  Einbringen dieser Lösung in eine Zelle wird  darin Zinkoxyd bis zur Sättigung aufgelöst;  nachdem diese Lösung filtriert worden ist,  soll sie bei 15   C .ein spezifisches Gewicht  zwischen 1,245 und 1,275 aufweisen Die  positiven     Platten    weisen einen     Depolarisator     aus Nickeloxyd oder aus einer Mischung von  Nickel- und Silberoxyd auf.  



  Das Nickeloxyd kann mit Graphit oder  einer Mischung von Graphit und Silberoxyd  vermischt sein und die Mischung in gelochte  Taschen aus vernickeltem Stahl verpackt  sein. Falls nötig, kann feiner Nickeldraht  oder Nickelgaze in die Taschen eingefügt  werden, um den mittleren Lagen der Füllung  bessere elektrische Leitfähigkeit zu verleihen.  Solche     Nickelstahltaschen    werden, nachdem  sie richtig gefüllt und gefaltet sind, dicht  gegeneinander in die Form einer     Platte        g-e-          presst.    Die Enden der Taschen werden dann  an einem vernickelten Stahlgitter oder -rah  men in bekannter Weise festgeklemmt.

      Eine andere Ausführungsform der posi  tiven Platte besitzt zylindrische, gelochte,  vernickelte Stahlrohre von etwa 10     ein    Länge  und etwa 0,45 cm bis 0,6 cm Durchmesser,  welche mit einer doppelten,     wulstlosen    Naht-         schweissung    versehen sind. Diese Rohre sind  weiter durch Stahlringe verstärkt, die dicht  schliessend an der Aussenseite angebracht  sind. Die Rohre sind mit mehreren hundert  abwechselnden Lagen von sehr feinem Nickel  pulver und Nickeloxyd mit oder ohne Bei  mischung von Silberoxyd gefüllt. Die Fül  lung wird dicht gestopft, derart, dass die  Nickellagen am ganzen Umfang des Nickel  behälters Kontakt nehmen. Wenn nötig,  kann feiner Nickeldraht an Stelle von Nickel  pulver verwendet werden.

   Die positiven  Platten können natürlich auch anders aus  geführt sein.  



  Jede von den negativen Platten oder Ka  thoden besteht hauptsächlich aus Nickel  drahtgaze oder     Monelmetalldrahtgaze.    Die  erstere ist vorzuziehen wegen, ihrer grösseren  elektrischen Leitfähigkeit. Es kann auch  vernickelter und zu Gaze gewobener Eisen  draht verwendet werden. Drahtgaze wird  vorgezogen, weil sie das Maximum an wirk  samer Oberfläche pro Flächeneinheit der Ka  thode liefert. Es     iqt    aber auch möglich, ge  lochte     Platten    oder Platten, deren Oberfläche  mit Erhöhungen versehen oder gewellt ist,  oder Platten aus Streckmetall zu verwenden.

    Wenn die Platten aus Drahtgaze gebildet  sind, so wird vorzugsweise eine einfache  Schicht aus Nickel- oder     Monelmetalldraht-          gaze    oder von vernickelter     Eisendrahtgaza     von solcher Webart     verwendet,    dass eine ge  nügende Steifheit gewährleistet ist. Die ver  tikalen Kanten der Drahtgaze werden in  einem starren, nickelplattierten Stahlgitter       festgeklemmt.    Bei einem Ausführungsbei  spiel wurde eine     Nickeldrahtgaze    von 24 Ma  schen gebraucht, deren Kettendrähte die  Stärke 31 bis     3,2    der Standardlehre und deren       Schussdrähte    die Stärke 22 der Drahtlehre  aufwiesen.  



  Eine Nickeloberfläche kann so behandelt  werden, dass die Ablagerung von metalli  schem Zink aus einer konzentrierten Lösung  von Zinkoxyd in     Ätzkali    rasch erfolgt. Um  die Nickeloberfläche der Drahtgaze für eine      befriedigende Ablagerung von Zink vorzu  bereiten, kann die Nickeloberfläche der       kathodischen    Entwicklung von Wasserstoff  in einer gewöhnlichen     Ätzkalilösung        während     mehrerer     Stunden    unterworfen werden.

    Während dieser Zeit scheint allmählich eine  Veränderung der Oberfläche des Nickels auf  zutreten, wobei die für die Entwicklung des  Wasserstoffes nötige Überspannung nach  und nach auf einen Wert steigt, der ungefähr  demjenigen für die Ablagerung von Zink  in alkalischer Lösung entspricht. Es besteht  kein Zweifel, dass diese Erscheinung mit der  Bildung von einer     Nickelwasserstoffverbin-          dung    auf der Oberfläche des Nickels zu  sammenhänge. Diese Vorbereitung der Nickel  oberfläche verlangt etwa 20 Stunden unun  terbrochener elektrolytischer Behandlung,  kann aber bedeutend beschleunigt werden,  wenn ein wenig Zinkoxyd in der     Ätzkaii-          lösung    gelöst wird.

   Sobald das Zinkmetall an  fängt, sich auf der Nickeloberfläche nieder=  zuschlagen, wird die letztere für wenige Se  kunden in eine dreiprozentige Lösung von       Kaliummercuricyanid    oder     Kaliummercuri-          rhodanid    getaucht. Der Zweck der letzteren  Behandlung ist, eine Spur von metallischem  Quecksilber auf der Nickeloberfläche zurück  zulassen. Bei der Vorbereitung der Nickel  oberfläche können die negativen Elektroden  mit den positiven Elektroden zu einem voll  ständigen Element verbunden werden und die       vorbeschriebene    Formierung der negativen  Elektroden kann mit der Formierung der po  sitiven zusammen geschehen.

   Den letzteren  ist, wie bekannt, ebenfalls eine vorbereitende       Formierungsbehandlung    zu geben, bevor sie  im Akkumulator verwendet werden können.  Während des Ladens des Akkumulators  wird das Zink aus der     Itzkali-Zinklösung     auf den negativen Nickelelektroden in Form  von einer dichten, glänzenden Ablagerung  ausgeschieden, welche vollständig frei ist  von schwammigem oder lose anhaftendem  Zink.  



  Während der Entladung löst das Zink  sich von der es tragenden Fläche ab und    die -Wirkung ist daher vollständig umkehr  bar.  



  Wenn der Akkumulator bis zum Über  mass während langer Zeit entladen wird, so  ist ein Zusatz von Aluminiumhydrat oder  von     Berylliumhydrat    oder beiden vorteil  haft, und es wurde gefunden, dass diese Zu  sätze für Aluminiumhydrat etwa 1 % und  für     Berylliumhydrat    etwa 5 % des Gewichtes  des Elektrolyten betragen können. Diese Ge  wichtsverhältnisse können nach Wunsch ver  ändert werden.  



  Bei einem Versuchselement des Akku  mulators wurden nun folgende Resultate er  reicht:    Es wurden drei positive Platten oder  Anoden gebraucht, die als aktives Material  eine Mischung von Nickeloxyd und Graphit  enthielten. Die gesamte Kapazität der Plat  ten war 15 Amperestunden und ihr Gewicht  betrug zusammen 570 Gramm. Als negative  Elektroden oder Kathoden wurden zwei       Nickelgazedrahtplatten    verwendet, die hin  sichtlich Form und Dimensionen mit den  positiven     Platten    übereinstimmten.

   Die ne  gativen Platten wurden zwischen die po  sitiven Platten eingeschaltet und wurden  von diesen durch     Ebonitstangen    von 0,45 cm  Durchmesser     getrennt.    Ausserdem war der  äussere Rahmen, in welchen die     Metalldraht-          gaze    eingeklemmt war, mit einem dicht     all-          liegenden        Ebonitüberzug    bedeckt.

   Der     Zweck     desselben war, die übermässig starken,     bei     der Ladung gebrauchten Ströme zu verhin  dern, sich an dem Tragrahmen der negativen  Platten zu konzentrieren, wodurch über  mässige Ablagerungen von Zink an diesen  Punkten     entstehen    könnten. Der flüssige  Elektrolyt von der schon erwähnten Zusam  mensetzung wog 750 Gramm. Als Versuchs  resultat mit dieser Batterie wurde gefunden,  dass der innere Widerstand bei halbstündi  ger Entladung     j0,0075    Ohm beträgt.

   Wenn  der     .Sammler    mit 40 Ampere während 8 Mi  nuten geladen wurde, so hatte er     eine    Ka  pazität von 5 Amperestunden, während seine           durchschnittliche    Spannung bei der Ent  ladung 1,65 betrug, bei einer Stromentnahme       von:    10 Ampere. Die Temperatur stieg in  dem Element     nach-12    kontinuierlichen Kreis  läufen, bestehend in einer Ladung von  40 Ampere während 8 Minuten, der eine  sofortige Entladung mit 10     Ampöre    während  30 Minuten folgte, nur um 6 bis 7   C, wäh  rend für geringere Stromentnahmen die Tem  peratursteigerung kleiner war.  



  Wo es nötig ist, grosse Zellen zu kon  struieren, kann man, da die Ausstrahlungs  fläche proportional     geringer    ist, eine Küh-         lung    durch Ventilation vorsehen, oder aber  eine verhältnismässig niedrigere Ladestärke  anwenden. Es ist nicht wünschenswert, die  Temperatur des Akkumulators über '35   C  steigen zu lassen.  



  Der vorliegende Sammler kann entweder  mit einem niedrigen Widerstand für schnelle  Ladung oder mit einer höheren Kapazität  und mit höherem Widerstand für entspre  chend schwächere Ladeströme ausgeführt  werden. Die folgende Tabelle zeigt dafür  einige     Beispiele:     
EMI0004.0008     
  
    Ladezeit <SEP> Ladestärke <SEP> Kapazität <SEP> pro <SEP> 500 <SEP> gr. <SEP> Ungefährer
<tb>  Gewicht <SEP> der <SEP> Batterie <SEP> <U>W</U>i<U>r</U>ku<U>ng</U>sgrad <SEP> in <SEP>  /o
<tb>  8 <SEP> Min. <SEP> hoch <SEP> 2,5 <SEP> Wattstauden <SEP> 95
<tb>  20 <SEP> Min. <SEP> hoch <SEP> 6 <SEP> Wattstunden <SEP> 93
<tb>  40 <SEP> Min. <SEP> schwächer <SEP> 9 <SEP> Wattstunden <SEP> 90       Die     Palstücke    des Sammlers bestehen vor  zugsweise aus besonders reinem Eisen von  hoher elektrischer Leitfähigkeit.

   Diese Eisen  pole können     gewünschtenfallseine        zentrale,     mit Gewinde versehene Bohrung aufweisen,  in welche     Kupferpole    eingeschraubt sind,  um die Leitfähigkeit der Pole zu erhöhen  und um das Kupfer vor Berührung mit dem  Elektrolyten zu schützen. Zu diesem Zwecke  ist es     wünschenswert,    das Kupfer und das  Eisen zu verzinnen und den Kupferkern in  das Eisen einzuschrauben, während letzteres  auf einer Temperatur von annähernd 250   C  gehalten wird.  



  Wenn die positive Platte ein Gemisch  von Graphit mit Nickeloxyd und Silberoxyd  enthält, ist es zweckmässig, Ladestufen zu  machen, um einen übermässigen Spannungs  abfall zwischen dem     obern    und untern Teil  solcher Platten zu verhindern, wenn stärkere  Ströme angewendet werden. Der Grund hier  für ist, dass bei solchen Typen positiver  Platten der Strom hauptsächlich den senk  rechten Rahmenteilen entlang geleitet wird  und dass die letzteren, wenn sie aus dünnem       Lehrenstahl    konstruiert sind, einen hohen         Omschen    Widerstand bieten.

   Infolgedessen       würden    dann bei dem Arbeiten des Akku  mulators starke Entlade- oder Ladeströme  in den obern Teilen der Platten fliessen und  dadurch übermässige Stromdichten und als  Folge davon ausserordentliche elektrisch  chemische Beanspruchungen an diesen obern  Teilen der positiven Platten verursachen.  Ein wirksames Mittel, um diese Störungen  zu beseitigen, ist vor allem die Anwendung  reinen Eisens von hoher Leitfähigkeit für  den Plattenrahmen und zweitens die Be  kleidung des Rahmens mit einem     nickel-          plattierten    Silberstreifen von solchem Quer  schnitt, dass der Widerstand des Rahmens  auf den gewünschten Wert herabgesetzt  wird.

   Daher sind die     beschriebenen,    aus Röh  ren zusammengesetzten positiven Platten vor  zuziehen, weil die Röhren, die senkrecht im  Rahmen der Platte angebracht sind, die Leit  fähigkeit der Platte erhöhen.  



  Zum befriedigenden Arbeiten ist es zweck  mässig, den obern Teil der     Platten    etwa  2,5 cm über dem Elektrolyten zu halten.  um die Ablagerung von Zink auf den Eisen  querstücken, die den Kopf der Platten bil-      den, zu verhindern. Andernfalls können diese:  Köpfe der Platten mit einem entsprechenden  Isolator bedeckt werden.  



  Es ist zweckmässig, -eine ungefähre Ent  fernung von etwa 25 cm zwischen dem un  tern Teil der Platten und dem Boden des  Behälters vorzusehen.  



  Der     vorbeschrieben.e    alkalische Sammler  ist besonders geeignet für Fahrzeuge, kann  aber auch in allen andern Fällen verwendet  werden, für welche Sammler sich eignen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCFI Elektrischer Akkumulator mit alka lischem Elektrolyten, gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise aus Nickel beste hende negative Elektrode, während die po sitive Elektrode einen Depolarisator auf weist, der mindestens teilweise aus Nickel oxyd besteht, und der alkalische Elektrolyt Zink in Lösung enthält, so dass beim Laden Zink aus dem Elektrolyten auf der nega tiven Elektrode niedergeschlagen wird, wäh rend bei der Entladung das Zink im Elek trolyten wieder in Lösung geht. . UNTERANSPRüCHE 1.

   Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Depolarisator der positiven Elektrode aus einem Gemisch von Nickeloxyd und Silberoxyd besteht. 2. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Depolari-sator .einen Zusatz von Gra phit enthält. B. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Depolarisator einen Zusatz von Nik- kelpulver enthält. 4.

   Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Depolarisator einen Zusatz von Gra phit und Nickelpulver enthält. 5. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Elektrode aus Monelmetall besteht. 6. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als negative Elektrode eine Platte dient, die einer elektrolytischen Behandlung unterworfen wurde, um auf ihrer Ober fläche eine Wasserstoff-Metallverbindung zu erzeugen.

   7. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als negative Elek trode eine Platte dient, bei der die elek trolytische Behandlung in einer Ätzkali- lösung durchgeführt wurde. B. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch und Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass als nega tive Elektrode eine Platte dient, bei der die elektrolytische Behandlung in einer Ätzkalilösung durchgeführt wurde, in der zur Beschleunigung der Formierung Zink gelöst ist. 9.

   Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt aus einer Ätzkalilösung besteht, in der Zinkoxyd gelöst ist. 10. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten Aluminiumhydrat gelöst ist. 11. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten Berylliumhydrat gelöst ist. 12. Elektrischer Akkumulator nach Patent anspruch und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten Aluminiumhydrat und Berylliumhydrat gelöst ist. 18.

   Elektrischer Akkumulator nach Patent- anspxuch, gekennzeichnet durch Pol- stücke aus reinem Eisen von hoher elektrischer Leitfähigkeit, in welche Kupferpole eingebettet sind, zum Zweck, die Leitfähigkeit der Polstücke noch zu erhöhen und gleichzeitig die Kupferpole vor der Berührung mit dem Elektrolyten zu schützen.