CH636732A5 - Negative elektrode fuer bleiakkumulatoren. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine negative Elektrode für Bleiakkumulatoren, die einen Expander enthält, sowie ein Verfahren 20 zur Herstellung einer solchen Elektrode.

Die Verwendung von Expandern oder Spreizmitteln in den negativen Platten von Bleiakkumulatoren ist heute allgemein üblich. Durch Störung der Bleiabscheidung während des Aufladens sollen sie der Bildung kompakter Bleikristalle entge- 25 genwirken und dadurch die hochporöse Struktur der Pl'atte erhalten. Ihre Gegenwart ist deshalb für eine hohe Strombelastbarkeit des Akkumulators, insbesondere eine gute Kaltstartleistung unerlässlich. •

Als hochmolekulare, chemisch jedoch schlecht charakteri- 30 sierte Verbindungen, die begrenzt wasserlöslich sind, werden die Expander im Verlaufe der Zyklenlebensdauer des Akkumulators allmählich oxidativ zerstört. Diesem Expanderverlust und der damit verbundenen Abnahme der Kaltstartleistung wird dadurch Rechnung getragen, dass die Masserezepturen 35 für die negativen Platten einen hohen Überschuss an Expander und ebenso an Blei vorsehen.

Dem frischen Akkumulator lässt sich unter diesen Umständen ein Kälteprüfstrom entnehmen, dessen Amperezahl etwa dem 3,5fachen seiner 20stündigen Kapazität entspricht. Bei 40 einer Batterie 12 V, 84 Ah, ist dies ein Strom von 294 A. Eine derart hohe Kaltstartleistung, die mit abnehmender Plattendicke noch weiter gesteigert werden kann, geht über die Anforderungen der Praxis weit hinaus. In vielen Fällen ist eine 5 Jahre alte Auto-Batterie noch in der Lage, das Fahrzeug 45 sogar in der Kälte zu starten. Dabei haben sich von,der ursprünglich vorhandenen Expandersubstanz etwa 4/5 bis zu diesem Zeitpunkt zersetzt, so dass nur noch 1/5 funktionsfähig ist und für die Elektrodenaktivierung offenbar genügt. Die Erschöpfung des Expanders kann jedoch auch schon nach 50 Ablauf von 3 oder 4 Jahren eingetreten sein.

Die damit einhergehende relativ breite Streuung der Lebensdauer ist unerwünscht; sie soll auf die heutigen Maximalwerte hin eingeengt werden, so dass die Lebenserwartung der Starterbatterie im Mittel grösser wird. 55

In diesem Zusammenhang muss festgestellt werden, dass die Fertigungsparameter einer Starterbatterie heute so weitgehend beherrscht werden, dass von dem Produkt aus gesehen nur eine sehr geringe Streuung der Lebensdauerwerte gerechtfertigt ist. ' 60

Dieses ist in zahlreichen Labor-Lebensdauerversuchen nachgewiesen. Den entscheidenden Einfluss auf die Streuung bringen unterschiedliche Fahrbeanspruchungen im Stadt- oder Überlandverkehr, die verschiedenen Typen der Kraftfahrzeuge und schliesslich die Behandlung durch den Fahrer 65 selbst aufgrund seiner individuellen Fahrweise. Diese unterschiedlichen Einflüsse sind es auch, die die heutigen Expander unterschiedlich beanspruchen und damit zu einer wesentlichen Streuung der Lebensdauerwerte entscheidend beitragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine negative Bleielektrode verfügbar zu machen, welche eine geringe Streuung in ihrer Lebensdauer besitzt und in welcher der Expander optimal ausgenutzt wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Expander in der Elektrode in Form von Partikeln vorliegt, die mit einer Verkapselung versehen sind, deren Material sich über die Lebensdauer des Akkumulators verteilt auflöst.

Die Hauptmenge des Expanders ist somit vorübergehend auf Vorrat genommen und wird nur nach Massgabe des Verbrauchs aktiviert, derart, dass die Konzentration an wirksamem Expander im zeitlichen Verlauf annähernd konstant bleibt.

Als Umhüllungsmaterial kommen hochmolekulare oder polymere organische Stoffe, evtl. auch Copolymerisate verschiedener Kunstharzkomponenten in Frage, die in gewöhnlicher Akkumulatorensäure stabil sind, dagegen von reaktivem Wasserstoff, sei es durch Aufbrechen vorhandener Kohlenstoffdoppelbindungen oder durch Reduktion und Abspaltung sauerstoffhaltiger Seitenketten, angegriffen werden.

Vorzugsweise sind die Moleküle des Umhüllungsmaterials durch einen Dipolcharakter ausgezeichnet, der sie befähigt, je nach Oberflächenladung der Expanderteilchen sich an diese mit bestimmter Orientierung anzulagern und in mehr oder minder grosser Schichtstärke zu umhüllen. Sowohl die Grösse der Expanderteilchen selbst als auch die Dicke der Umhüllungen sind durch ein weites Spektrum begrenzt. Dadurch soll • sichergestellt werden, dass die Kapseln zu unterschiedlichen Zeiten aufbrechen und diese Zeitpunkte über die gesamte Lebensdauer der Batterie statistisch so verteilt sind, dass die ausgeschüttete Expandermenge die durch Zersetzung entstandenen Verlust gerade deckt und im zeitlichen Mittel ungefähr konstant bleibt.

Auf diese Weise wird nicht nur eine optimale Ausnutzung des Expanders erreicht, sondern es kann vor allem auch die pro negative Platte eingesetzte Menge an Bleistaub erheblich verringert werden ; denn nach den herkömmlichen Rezepturen ist das Verhältnis Bleistaub zu Expander auf die volle Wirksamkeit des letzteren bei der frischen Batterie abgestimmt. Es berücksichtigt jedoch nicht den hohen Erschöpfungsgrad des Expanders am Ende der Lebensdauer, als dessen Folge auch ein wesentlicher Teil der aktiven Masse durch Kornvergrösse-rung des Bleischwammes inaktiviert ist und von vornherein hätte eingespart werden können.

Für den Batteriehersteller ergeben sich durch die Rohstoffeinsparung wirtschaftliche Vorteile. Für den Abnehmer bedeuten diese andererseits keinen Nachteil, weil ihm durch den Erfindungsgegenstand eine Batterie mit ungeschmälertem Gebrauchswert, verbunden jedoch mit einer gleichmässigeren Kaltstartleistung zur Verfügung gestellt wird.

Zur Erzeugung der Verkapselung bei der Herstellung der erfindungsgemässen Elektrode bieten sich grundsätzlich zwei Wege an, nämlich

1. Zerstäubungstrocknung

Hierzu wird zum Beispiel feingemahlenes Oxylignin (Vanisperse A) in Wasser suspendiert und durch Zugabe eines Eukolloids (z.B. Gelatine), welches sich unter teilweiser Verdrängung ihrer Hydrathüllen an die Expanderteilchen anlagert, eine vorübergehend stabile Dispersion hergestellt. Die Oberflächenspannung des Eukolloids muss dabei grösser sein als diejenige des Dispersionsmittels (Wasser), da sonst keine Kapselbildung erfolgt. Die Dispersion wird anschliessend durch Düsen in einen Zerstäubungstrockner gepresst, wo den fallenden Tröpfchen von unten her ein Heissluftstrom entgegenkommt, der das Wasser rasch zur Verdunstung bringt. Das wasserfreie Trockengut wird gegebenenfalls einer Nachbe

handlung unterworfen, bei dem eine Härtung des Umhüllungsmaterials stattfindet.

Die Zerstäubungstrocknung ist auch mit einer nichtwässri-gen Dispersion durchführbar. In diesem Fall umgibt ein hydrophobes Kolloid, zum Beispiel ein Harz, den hydrophilen Expander als disperse Phase. Bei der Zerstäubung wird nur das leichtflüchtige Dispersionsmittel entfernt, während das Harz um die Expanderteilchen eine feste Kapsel bildet.

Durch die Zerstäubungstrocknung werden neben geschlossenen Kapseln auch zum Teil offene, d.h. poröse Kapseln erzeugt.

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2. Verflüssigungsverkapselung (Mikroverkapselung)

Hier wird eine Suspension des Expanders in einer vorzugsweise nichtwässrigen Flüssigkeit hergestellt, welche das Ver-kapselungsmaterial zunächst gelöst enthält. Es kann aus einem 5 Kunstharz oder einem organischen Polymer bestehen. Durch Schütteln der Suspension mit einem Neutralsalz oder Zugabe von Wasser wird das Polymer in Form kleinster Tröpfchen ausgeschieden, welche sich dann als Umhüllung auf den suspendierten Expanderteilchen niederschlagen. Durch Ent-10 zug weiteren Lösungsmittels aus dem Verkapselungsmaterial (Desolvation) oder chemische Vernetzung kann die Umhüllung verfestigt werden.

Claims (3)

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1. Negative Elektrode für Bleiakkumulatoren, die einen Expander enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander in der Elektrode in Form von Partikeln vorliegt, die mit einer Verkapselung versehen sind, deren Material sich über die 5 Lebensdauer des Akkumulators verteilt auflöst.

2. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander mittels Zerstäubungstrocknung durch einen wasserunlöslichen Überzug verkapselt wird. io

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Expander mittels Verflüssigungsverkapselung durch einen wasserunlöslichen Überzug verkapselt wird.