CS209894B2 - Separator for the lead accumulators - Google Patents

Description

(54) Separátor pro olověné akumulátory

Separátor pro olověné akumulátory, zejména pro bezúdržbové akumulátory s elektrodovými mřížkami ze slitin olova prostých antimonu nebo ze slitin olova a vápníku, jejichž elektrolyt je tvořen gelem z kyseliny sírové, k němuž je přidáno 0,5 až 5 % kyseliny fosforečné, přičemž separátor je tvořen tělesem ze slisovaného materiálu, který má vlastnost, že gelovatí s elektrolytem obsahujícím kyselinu sírovou. Separátor dokonale váže elektrolyt z kyseliny -sírové a zároveň zajišťuje vysokou životnost pokud jde o počet pracovních cyklů.

Vynález se týká separátoru pro olověné akumulátory, zejména pro bezúdržbové akumulátory s elektrodovými mřížkami ze slitin olova prostých antimonů nebo ze slitin olova a vápníku, jejichž elektrolyt je tvořen gelem z kyseliny sírové, к němuž je přidáno 0,5 až 5 % kyseliny fosforečné.

Je známo umísťovat mezi kladné a záporné elektrody olověného akumulátoru iseparátory, které udržují elektrody ve vzájemném odstupu a zabraňují krátkému spojení mezi elektrodami rozdílné polarity. Byl již navržen velký počet separátorů různých tvarů a složení. Dříve byla většinou používána tenká dřevěná prkénka, která sloužila jako separátory pro olověné akumulátory, v současné době, jsou používána porézní desková tělesa ze syntetických hmot, například z tvrzené gumy, plastické hmoty, celulózy, skleněných vláken a podobných materiálů.

Protože vnitřní odpor akumulátoru do značné míry odvisí od druhu použitého separátoru, musí separátory vykazovat co nejvyšší poréznost. Cím je poréznost vyšší, tím menší je vytěsňování elektrolytu, který je u olověných akumulátorů potřebný pro reakci, jež dodává elektrický proud.

U separátorů ze synteticky vyrobených organických látek může v důsledku použití silně kyselých elektrolytů za současného silného oxidačního působení kysličníku olovičitého snadno dojít к odštěpování škodlivých látek, například chloru, chloridů nebo kyseliny octové. Tyto štěpné produkty způsobují podstatné zvýšení koroze mřížek a značně tak zkracují životnost olověného akumulátoru.

Jsou již také známé separátory (DAS č. 2 137 908), které nejen zabraňují krátkému spojení protilehlých elektrod rozdílné polarity, ale mají ještě za úkol nasávat elektrolyt. Tyto separátory jsou mikroporézní a obsahují velký počet kapilárních dutin, donichž se elektrolyt nasává a v nichž se udržuje působením kapilárních sil. Ke kapilárnímu zachycení elektrolytu se používají zejména separátory zhotovené z vláknitých rohoží. Olověné akumulátory, v nichž je elektrolyt z kyseliny sírové kapilárně zachycován v separátorů, který je pouze mikroporézní, vykazují zejména v bezúdržbovém provedení s mřížkami prostými antimonu pouze omezenou životnost, pokud jde o počet pracovních cyklů.

Úkolem vynálezu je navrhnout separátor pro olověný akumulátor, který by dokonale zachycoval potřebný elektrolyt z kyseliny sírové a který by zároveň umožňoval dosažení vysoké životnosti, pokud jde o počet pracovních cyklů.

Tento úkol se řeší separátorem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen tělesem ze slisovaného materiálu, který má vlastnost, že gelovatí s elektrolytem obsahujícím kyselinu sírovou.

Toto těleso z vylisovaného materiálu má výhodně tvar, který vyplňuje prostor mezi protilehlými elektrodami.

Gelující prostředek pro elektrolyt obsahující kyselinu sírovou je přitom výhodně tvořen jemnými částicemi kyseliny křemičité v tuhém tvaru. Použitá kyselina křemičitá může s výhodou sestávat z částic o průměru 10 až 20 (Um a obsahovat více než 99,8 '% hmotnosti kysličníku křemičitého a být připravena pyrolisou chloridu křemičitého v plameni třaskávého plynu.

Těleso ze slisovaného materiálu může být s výhodou armováno vlákny odolnými pro-ti kyselině a oxidaci, přičemž hmotnostní obsah vláken v tělese může být 3 až 30 % a vlákna mohou mít délku 2 až 10 mm a jemnostní stupeň 1/9 až 10/9 g/km.

Na rozdíl od dosud známých separátorů mění separátor podle vynálezu ve styku s elektrolytem obsahujícím kyselinu sírovou svou konsistenci. Těleso separátoru ze slisované gelující hmoty nasaje elektrolyt obsahující kyselinu sírovou a přemění se na gelovitou hmotu, přičemž zachová svůj původní tvar. Mechanická pevnost a tuhost vzniklé gelovité hmoty postačuje к tomu, aby se protilehlé elektrody udržovaly v žádoucí vzdálenosti a aby se zabránilo krátkému spojení mezi nimi.

Armování vlákny odolnými vůči kyselině a vůči oxidaci přispívá к tomu, že těleso z vylisovaného materiálu po styku s kyselinou sírovou si podrží patřičnou tuhost a odolnost proti lomu, což je nutné pro správnou funkci separátoru. Hmotnostní obsah vláken v tělese ze slisovaného materiálu může být 3 až 30 %, nejvýhodnější hodnoty jsou však 7 až 15 %. Pro tento účel jsou obzvláště vhodná vlákna o délce 2 až 5 mm a jemnostního stupně 1/9 až 10/9 g/km.

Olověný akumulátor vybavený separátory podle vynálezu je i bez použití speciálně konstruovaných uzávěrů odolný proti převrhnutí a vylití, protože náplň elektrolytu je v důsledku výborných zachycovacích vlastností separátoru v něm bezvadně vázána. Protože se elektrody udržují pomocí separátoru mezi elektrodami, může olověný akumulátor vybavený separátory podle vynálezu fungovat v libovolné poloze. Ani při prasknutí nádoby akumulátoru nemůže elektrolyt vytéci.

Schopnost zachycovat kyselinu je u separátoru podle vynálezu, který obsahuje jako gelovací prostředek kyselinu křemičitou, tím lepší, čím vyšší je koncentrace kyseliny křemičité ve vytvořeném gelu. Zvýšená koncentrace kyseliny křemičité se také příznivě projevuje na životnosti akumulátoru, pokud jde o počet jeho pracovních cyklů.

Obzvláštní výhodu má použití separátoru podle vynálezu u bezúdržbových baterií.

Podle známého stavu techniky je všeobecně známo, že bezúdržbové baterie s mřížkami prostými antimonu nejsou odolné proti většímu počtu pracovních cyklů. Jestliže se například bezúdržbová baterie startéru s mříž209894 kou ze slitiny prosté antimonu vícekrát omylem plně vybije, třeba v důsledku nevypnutých reflektorů, pak to, jak známo, vede ke značnému poškození baterie, které se v počátečním stadiu projeví trvalou ztrátou kapacity a v pokročilém stavu pak silným odpadáváním hmoty až do úplného· zničení baterie.

Separátor podle vynálezu způsobuje u těchto baterií překvapivou změnu shora zmíněných nepříznivých vlastností v důsledku použití elektrolytu obsahujícího vedle kyseliny sírové i příměs kyseliny · fosforečné. Bezúdržbové baterie v provedení podle vynálezu · dosahují pak nejméně · stejný počet pracovních cyklů jako· konvenční baterie s mřížkami ze slitin olova s antimonem.

Separátory podle vynálezu je možno· vyrobit jednoduchým způsobem. Gelovací prostředek ve formě prášku se po přimíchání armovacích vláken lisuje za tlaku 8 až 20 MPa do tvaru deskových separátorů odpovídající tloušťky a formy.

Příklad provedení vynálezu bude dále blíže objasněn pomocí výkresu, který znázorňuje schematický průřez akumulátorem.

Akumulátor znázorněný na výkrese •obsahuje pouze jediný článek. V nádobě 1 jsou kladné elektrody 2 a záporné elektrody 3 uspořádané střídavě se vzájemným odstupem. Kladné elektrody 2 jsou propojeny můstkem 4, záporné elektrody 3 jsou rovněž propojeny můstkem na obrázku neznázorněným.

Mezi protilehlou kladnou elektrodou 2 a zápornou elektrodou 3 je vždy vložen jeden separátor 5, který vyplňuje prostor mezi protilehlou kladnou elektrodou 2 a zápornou elektrodou 3. Separátory 5 mohou být spolu výhodně spojené.

Separátory 5 jsou tvořeny suchými tělesy z vylisovaného materiálu. Po naplnění kapalného elektrolytu obsahujícího kyselinu sírovou se separátory 5 přemění na gel, přičemž si zachovají svůj původní tvar. Mechanická pevnost a tuhost vzniklého gelu postačuje k tomu, aby se protilehlá kladná elektroda 2 a záporná elektroda 3 udržovala v patřičné vzdálenosti a aby se tak zabránilo krátkému spojení.

Náplň elektrolytu z kyseliny sírové se zachytí v separátorech do té míry pevně, že při naklonění nebo obrácení nádoby akumulátoru elektrolyt nevyteče.

Dále bude vysvětlen na příkladu provedení způsob výroby separátorů. Všechna uvedená procenta znamenají koncentraci hmotnostní.

· % kyseliny křemičité ve velmi jemných částečkách, která byla získána pyrolyticky, a 10 % směsného polymerizátu z vinylchloridu a vinylkyanidu (akrylnitril) o délce vláken 3 mm a jemnostním stupni 3/10 g/km se za sucha intenzívně promíchala v rychloběžné míchačce. Kyselina křemičitá vykazovala přitom povrch 200· m2/g, střední velikost primárních částeček 12 normální sypnou měrnou hmotnost asi 60 g/1, hodnotu pH ve· 4% vodné disperzi asi 4 a obsah kysličníku křemičitého nad 99,8 %. Kromě toho byly přítomny nepatrné podíly, pod 0,05 % kysličníků hlinitého, AI2O3 a titaničitého TIO2. Takto získaná směs se pak pod tlakem 15 MPa lisovala na desky separátorů.

Ze 2 g směsi se získala vždy jedna destička o ploše 26 cm2 a o· tloušťce 2 mm. Schopnost vázat kyselinu jedné takové destičky obnášela asi 6,5 g kyseliny sírové hustoty 1,285 g/cm3. Vzniklé destičky byly přiřazeny do· tvaru pravoúhlých separátorů a zabudovány do malých baterií s mřížkami prostými antimonu. Baterie byly uvedeny do provozu náplní kapalné kyseliny sírové hustoty 1,284 g/cm3 s příměsí 2 · % kyseliny fosforečné. Plnicí množství kyseliny sírové bylo· vypočteno tak, aby koncentrace kyseliny křemičité v gelu utvořeném z těles ze slisovaného· materiálu činila asi 15 °/o. Za krátký čas po naplnění kapalného elektrolytu byl elektrolyt natolik vázán, že z baterie úplně obrácené neunikala žádná kapalina. Životnost těchto baterií činila 3E^O cyklů, což je asi pětkrát tolik než u stejných baterií vybavených konvenčními separátory. Při srovnání životnosti s bateriemi, v nichž je elektrolyt vázán známými kyselinovzdornými rohožemi, je životnost baterií vybavených separátory podle vynálezu, pokud jde o počet cyklů, dokonce více než desetinásobná.

Separátor podle vynálezu může být použit s výhodou u bezúdržbových za sucha předem nabitých baterií, které se dodávají od výrobce bez náplně elektrolytu. Baterie dosud nenaplněné elektrolytem jsou bez jakékoliv údržby skladovatelné téměř bez časového· omezení. K uvedení do provozu je potom pouze zapotřebí přidat do baterie předem udané množství elektrolytu z kyseliny sírové s přídavkem kyseliny fosforečné.

Náplň elektrolytu se váže v separátorech za vytvoření elektrolytického gelu a baterie je tak zabezpečena· proti vytékání elektrolytu při naklonění nebo· převržení. Z baterie je možno ihned po naplnění potřebnéhomnožství elektrolytu odebírat proud.

Claims (7)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Separátor pro olověné akumulátory, zejména pro bezúdržbové akumulátory s elektrodovými mřížkami ze slitin olova prostých antimonu nebo ze slitin olova a vápníku, jejichž elektrolyt je tvořen gelem z kyseliny sírové, k němuž je přidáno: 0,5 až 5 °/o kyseliny fosforečné, vyznačující se tím, že je tvořen tělesem ze slisovaného: materiálu, který má vlastnost, že gelovatí s elektrolytem obsahujícím kyselinu sírovou.
2. 2. Separátor podle bodu 1, vyznačující se tím, že těleso z vylisovaného materiálu má tvar, který vyplňuje prostor mezi protilel* lými elektrodami.
3. 3. Separátor podle bodu 1 nebo: 2, vyznačující se tím, že gelující prostředek pro elektrolyt obsahující kyselinu sírovou je tvořen jemnými částicemi kyseliny křemičité v tuhém tvaru.
4. 4. Separátor podle bodu 3, vyznačující se tím, že kyselina křemičitá sestává z částic o průměru 10 až 20 ftm, obsahuje s výhodou více než 99,8 % hmotnosti S1O2 a byla s výhodou získána pyrolysou chloridu křemičitého v plameni třaskavého plynu.
5. 5. Separátor podle některého z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že těleso: ze slisovaného materiálu je armováno vlákny : odolnými proti kyselině a oxidaci.
6. 6. Separátor podle bodu 5, vyznačující se tím, že hmotnostní obsah vláken v : těles ze slisovaného: materiálu je 3 až 30' : %.
7. 7. Separátor podle bodu 5 nebo 6, vyznačující se tím, že vlákna mají délku 2 až 10 milimetrů a jemnostní stupeň 1/9 až 10/9 g/km.