185988. lajstromszámú szabadalom • Akkumulátor lemez, elősorban ólomakkumulátorhoz
1 2 185 9: A találmány tárgya akkumulátor lemez, amelyet elsősorban ólomakkumulátorhoz lehet alkalmazni. Az ólomakkumulátorok túlnyomó részénél mind a pozitív, mind a negatív elektródát olyan lemezek alkotják, amelyek keretes vagy keret nélküli rácsot 5 és a rács elemei között lévő masszát, továbbá fület foglalnak magukba. A rács elemeit szálaknak is nevezik, a fület pedig sokszor zászlónak hívják. Ismertek olyan akkumulátorok is, amelyeknél a negatív elektródot képező lemezek masszával kitől- 10 tött rácsos lemezek, míg a pozitív lemezek úgynevezett páncéllemezek. Az aktív masszával kitöltött ráccsal rendelkező akkumulátor lemezek gyártása úgy történik, hogy a rácsot ólomból vagy ólomötvözetből öntik, az- 1- után a rácsba rendszerint kenögéppel bepréselik az aktív masszát. Az aktív massza a bepréselés idején képlékeny. A bepréselést követően a lemezt szárítják, formázzák, majd ismét szárítják. Ismeretes, hogy az ólomakkumulátorban kihasz- 2Ci nált elektrokémiai folyamat elsősorban a lemezekben lévő aktív masszákban megy végbe, természetesen az elektrolitot képező kénsav jelenlétében. Az akkumulátor pozitív lemezeiben lévő aktív massza ólomdioxidot, a negatív lemezben lévő aktív 2>5 massza pedig szivacsos szerkezetű ólmot tartalmaz. Az akkumulátor lemez rácsa az elektrokémiai folyamatban szándékoltan nem vesz részt, a rács anyagának átalakulása csak káros kísérőjelenség. Az is ismeretes, hogy ha a pozitív lemezben lévő 30 aktív massza teljes ólomdioxid mennyisége átalakul ólomszulfáttá, akkor a massza 26%-kal lesz súlyosabb, a negatív lemez aktív masszája teljes mennyiségű ólomjának ólomszulfáttá alakulása után pedig mintegy 47%-os súlynövekedés ál! be ebben a masz- 35 szában. A lemezeken végbemenő kémiai átalakulás folytán beálló térfogatnövekedés nem határozható meg pontosan, mivel az aktív massza a reakciófelületének növelése érdekében porózus szerkezetű. Gyakorlati tapasztalatok alapján állítható, hogy a 40 térfogati növekedés a pozitív lemezeken számottevőbb, elérheti a 40%-ot is. Az ilyen mértékű változás az aktív massza súlyában illetve térfogatában, komoly mechanikai terhelést ró a lemez rácsára. Ha figyelembe vesszük, hogy az ólomszulfát megle- <55 hetősen rideg, belátható, hogy a massza térfogatának növekedése és a rács deformációjának következtében könnyen kihull a rács szálai közül. Az akkumulátor lemezekkel szemben támasztott követelmények egyrészt azok gyártása tekinteté- ?o ben, másrészt az üzemeltetés szempontjából merülnek fel. A gyártás és üzemeltetés terén fellépő, közvetlen műszaki és gazdasági követelmények mellett általános követelmény, hogy a lemezek az. akkumulátor minél nagyobb élettartamát biztosítsák. Egy- P5 egy akkumulátor lemezzel szemben támasztott követelmények általában a következők: a) A lemez rácsa sérülés és káros deformáció nélkül viselje el az aktív masszával történő ellátást, az aktív massza felkenését, R0 b) legyen a lemeznek alkalmas helyen füle, amely az áram ki- és bevezetését, az egy cellában lévő azonos polaritású lemezek párhuzamos kapcsolását és a lemez mechanikai rögzítését lehető legkedvezőbben biztosítja, 65 8 c) a masszával ellátott lemez legyen rázásálió, ne törjön könnyen szét, ne hulljon ki a massza a rácsszálak közül, d) a kent lemez rácsszálai legyenek rugalmasak, viseljék el a massza térfogatváltozását és lehetőleg ne engedjék kihullani a massza anyagát, annak megnövekedett térfogata esetén sem, e) a lemez rácsa a kialakítás révén segítse elő az akkumulátor belső ellenállásának lehető legkisebb értékét, f) a lemez rácsa olyan legyen, ami az akkumulátor lehető legnagyobb energiasűrűségét biztosítja, g) a lemez rácsa formailag is szolgálja és kövesse az akkumulátor célszerű geometriáját, h) az egész lemezt lehető legolcsóbban lehessen előállítani. Az ismert akkumulátor lemezek egyike sem tudja maradéktalanul kielégíteni a megjelölt követelményeket, sőt egyesek csak igen kevés követelményt és igen kis mértékben elégítenek ki. Nyilvánvaló, hogy minden szempontból optimális lemezt nem lehet létrehozni, ésszerű mégis az a törekvés, hogy minél több követelményt minél tökéletesebben elégítsen ki az akkumulátor lemez. A teljesség igénye nélkül megemlítünk néhány olyan megoldást, amelyek mint egyes problémák megoldására irányuló útkeresésnek tekinthetők, s amelyekhez képest viszonyítani lehet a találmány szerinti akkumulátor lemezt. A rács mechanikai tulajdonságait általában javítja, ha kerete van. A legtöbb akkumulátor lemez rácsa egymást keresztező egyenes rácsszálakkal bíró hálózat, és ezt a hálózatot keret fogja össze. Az ilyen rácsok általában jól tűrik a massza felkenésével járó mechanikai igénybevételt. Gyártástechnikai könnyítés végett kidolgoztak olyan rácskészítési eljárásokat is, amelyek alkalmazása mellett előálló rácsoknál nincs keret, illetve nincs teljes keret, ami alatt azt kell érteni, hogy a négyszög alakú rács nem mind a négy oldalán van keret. Az ilyen technológiák közül elsősorban az expandálás és a folyamatos öntés érdemel említést. Az említett technológiákkal készített rácsok és az azokkal ellátott lemezek azonban a gyártástechnikai esetleges előnyök mellett olyan hátrányokkal járnak, amelyek miatt nem tudtak tért hódítani. így az expandálással előállított rács esetében az olcsó gyártás kedvező hatását lerontja az a körülmény, hogy az expandált rácsok geometriája szigorúan kötött, viszont ez a geometria az összes többi tervezési szempontból hátrányos. A folyamatos öntéssel előállított rács legszembetűnőbb hibája pedig, hogy csak olyan rácsot eredményez, amelynél nem fűződhet át a rácsszálak között az aktív massza, ezért a rácsnak a masszát megtartó képessége kedvezőtlen. ' A lemezen alkalmazott fül helye tekintetében is többféle elképzelés született. Általában a négyszög alakú lemezek egyik oldalélé mentén a szimmetriavonaltól oldalra lévő füleket szoktak alkalmazni. Van olyan megoldás is, amelynél a fül az oldalél - az egyik keretszél - közepe táján van. Ehhez a vezető szálak - amelyek a rács elemei is egyben - sugaras elrendezésben csatlakoznak. Ez a megoldás kedvezőnek mondható, ha csak egyetlen lemez szempontjából ítéljük meg. Minthogy azonban az 2
