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Akkumulatoren [2]

[6] Akkumulatoren für Elektrizität (Sekundärelemente, Ladungssäulen, Stromsammler). Für die positive Platte ist bei den Ausführungen[6] der letzten Jahre meist eine Großoberflächenplatte in der bekannten Ausführung der Tudortype beibehalten. Für die negative Platte ist die offene Gitterplatte fast ganz aufgegeben und durch geschlossene Typen ersetzt.

Die negative Kastenplatte der Tudor-Gesellschaften besteht aus zwei zusammengelegten, weitmaschigen, mit Masse gefüllten Gittern, die nach außen hin durch dünne perforierte Bleibleche verschlossen sind (Fig. 1). Beide Gitterhälften sind nach dem Füllen zusammengenietet. Die durch die inneren Gitterstäbe gebildeten Kästchen messen ca. 40 mm im Quadrat und sind mit der aktiven Masse nur lose gefüllt. Diese kann daher beim Formieren stark aufquellen, ohne herauszufallen; sie preßt sich lediglich gegen das begrenzende perforierte Bleiblech. Die Plattendicke beträgt ca. 8 mm, das perforierte Blech ist 0,3 mm stark; auf 19 dm Plattenfläche kommen etwa 900 Löcher von 2 mm Weite, d.i. etwa 30% der Oberfläche. Mit Einführung der Kastenplatten ist die Lebensdauer der negativen Platten auf das Mehrfache gegen früher gebracht, sie bedeutet daher einen großen Fortschritt in der Akkumulatorenfabrikation. Ferner wurde die Brauchbarkeit des Akkumulators dadurch erhöht, daß an Stelle der zur Trennung beider Plattensorten seither benutzten Glasröhren präparierte Holzbrettchen verwendet werden. Diese Brettchen, die eine besondere Vorbehandlung erfahren, vereinfachen die Wartung des Akkumulators ganz wesentlich und sollen auch die Lebensdauer der Platten günstig beeinflussen, indem gewisse Substanzen, die sich aus ihnen auslaugen, auf das Gefüge des Bleischwammes der Negativen lösend und auflockernd einwirken und die Sulfatierung hindern. Die früher durch abfallende Masse oder durch Krümmen der Platten oft auftretenden Kurzschlüsse werden, solange die Brettchen ihre mechanische Widerstandsfähigkeit besitzen und die Platten genügend überdecken, ganz vermieden.

Die Zahl der marktfähigen Akkumulatorentypen ist im Laufe der Zeit immer kleiner geworden; die in den Elektrizitätszentralen und in ihren Unterstationen zur Verwendung gelangenden Batterieleistungen sind erheblich angestiegen. So sind bei dem Elektrizitätswerk der Stadt München 21 Batterien mit ca. 21000 Kilowattstunden dreistündiger Kapazität aufgestellt; die Hamburger Elektrizitätswerke besitzen 22 Batterien mit insgesamt 37000 Kilowattstunden, und die Berliner Elektrizitätswerke sogar 55 Batterien mit einer Kapazität von etwa 81000 Kilowattstunden.

Die Verwendung von Akkumulatorenbatterien als Stromquellen für Telephon- und Telegraphenzentralen hat wachsende Verbreitung gefunden. So sind beispielsweise in den Fernsprechämtern von Berlin nebst Vororten Batterien mit einer Gesamtleistung von etwa 1400 Kilowattstunden aufgestellt; sie bestehen in der Regel aus wenigen Elementen von sehr großer Kapazität.

Von den Akkumulatorenkonstruktionen, bei denen die Platten aus andrem Material als aus Blei hergestellt sind, hat allein der Eisen-Nickel-Akkumulator von Edison weitere Verbreitung gefunden.

Schon im Jahre 1901 schlug Jungner eine neue Kombination vor, nämlich Nickeloxyd für die positive, Eisenoxyd für die negative Platte und Kalilauge für den Elektrolyten. Später wandte sich auch Edison diesem neuen System zu und baute es insbesondere in konstruktiver Hinsicht weiter aus. In Deutschland werden diese Akkumulatoren von der Deutschen Edison-Akkumulatoren-Co., Berlin, gebaut. Sie finden besonders für den Antrieb von Automobilen und Booten, für transportable Beleuchtungseinrichtungen u. dergl. viel Verwendung. Das Charakteristische im Aufbau des Eisen-Nickel-Akkumulators von Edison besteht in der ausschließlichen Verwendung von stark vernickeltem Eisenblech sowohl für die Träger der aktiven Masse wie für die den Plattensatz umschließende Kanne, während als Isoliermaterial Hartgummi, als Elektrolyt die geruchlose Kalilauge benutzt ist. Die eiserne Kanne der Edison-Zelle ist rechteckig, und zur Erlangung größerer Steifheit bei den größeren Zellen an den Seiten gewellt, die Nähte sind geschweißt. Im Innern der[7] Kanne befinden sich eine Anzahl vernickelter eiserner Gitter, deren Aussparungen zur Aufnahme von aus dünnem Eisenblech angefertigten, aus je zwei Hälften begehenden Taschen dienen. Diese enthalten die eigentliche in der Zelle wirksame Masse, bestehend im wesentlichen bei den Platten positiver Polarität aus Nickeloxyd, bei den Platten negativer Polarität aus Eisenoxyd, dem etwas Quecksilberoxyd beigemischt ist, beide Male mit Wasser und Graphit zu einer Paste angerieben; der Graphit dient dazu, die Leitfähigkeit der Mischung zu erhöhen. Um dem Elektrolyt den Zutritt zu der aktiven Masse zu ermöglichen, sind die Taschen perforiert, d.h. mit außerordentlich zahlreichen kleinen Löchern versehen, groß genug, um ihm freie Bahn zu schaffen, anderseits aber von so geringem Durchmesser, daß ein Austreten des in Pulverform in den Taschen enthaltenen aktiven Materials ausgeschlossen ist. Diese mit Hilfe von Präzisionsmaschinen durchgeführte Konstruktion der Taschen und Platten gewährleistet große Sicherheit gegen Kurzschlüsse zwischen den Platten. Die Taschen werden unter hohem hydraulischem Druck in die Platten eingesetzt, sind in ihrer Lage unverrückbar festgehalten, und es stehen die Platten, durch Verbindungsbolzen vereinigt, auf einem Hartgummiuntersatz. Den Aufbau eines kompletten Plattensatzes mit danebenstehendem Gefäß zeigt Fig. 2. Die Trennung der Platten ungleicher Polarität wird durch eingeschobene Hartgummistäbe erhalten. Für die Stromzu- und -ableitung dienen zwei die Platten überragende Polbolzen, die, mittels Weichgummiringen abgedichtet und durch Hartgummi isoliert, nach außen führen; sie tragen durch Muttern festgehaltene Polschuhe. Zum Füllen und Entleeren besitzt der Deckel eine mit aufklappbarer Kappe versehene Oeffnung. Der Elektrolyt besteht aus 21prozentiger Kalilauge und soll stets ca. 12 mm über der Oberkante der Platten stehen. Lauge von unrichtiger Beschaffenheit verdirbt die Zellen und beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit. Sinkt der Stand der Flüssigkeit unter das vorgeschriebene Maß, so ist destilliertes Wasser nachzufüllen. – Bei der Entladung beträgt die Spannung einer Zelle bei normaler Stromstärke im Mittel 1,2 Volt und sinkt dabei gegen Ende der Entladung auf ca. 1 Volt. Weiter fortgesetzte Entladung (bis 0 Volt) schädigt die Zelle nicht. Am Ende der Ladung steigt die Spannung bis zu 1,8 Volt (Fig. 3). Damit die bei der Ladung entwickelten Gase (Wasserstoff und Sauerstoff) entweichen können, ist die Füllöffnung mit einem abschraubbaren, selbsttätigen Ventil versehen.

Die aktive Masse der formierten positiven Platte besteht, wie schon erwähnt, aus Nickeloxydhydrat, die der negativen aus Eisenschwamm; die Ladungs- und Entladungsvorgänge nimmt man nach folgender Gleichung an:

Die obere Pfeilrichtung gilt für die Ladung, die untere für die Entladung. Bei letzterer wird das Eisen in Eisenhydroxyd [Fe(OH)₃] und das Nickeloxydhydrat [Ni(OH)₃] in Nickeloxydulhydrat verwandelt; bei der Ladung findet die Rückverwandlung in den ursprünglichen Zustand statt. Der Elektrolyt nimmt also an den chemischen Umsetzungen nicht teil, er erleidet aber trotzdem Konzentrationsänderungen, ähnlich wie der Elektrolyt des Bleiakkumulators, wodurch Verluste herbeigeführt werden. – Bei der neuesten Ausführung ist für die negative Platte die bisherige Konstruktion beibehalten. Die positive Platte ist abgeändert, sie enthält Rohre aus spiralförmig gewundenem, gelochtem Eisenblech an Stelle der flachen Taschen (Fig. 4 und 5). – Der Graphitzusatz ist fortgefallen, das aktive Material besteht jetzt aus Nickelhydrat und sehr seinen Nickelflocken. Auf jedes Rohr sind 8 Ringe aufgeschoben, um Formveränderungen unmöglich zu machen. Die gegenüber der bisherigen Konstruktion[8] erzielte Kapazitätserhöhung wird zu 25%, die Leistung auf 30 bis 35 Wattstunden für 1 kg Totalgewicht angegeben. – Vorzüge des Nickel-Eisen-Akkumulators vor dem Bleiakkumulator sind folgende: Eisen und Nickel geben ein konstruktiv besser wie Blei verwertbares Material für den Aufbau der Zellen ab, was insbesondere bei transportablen Akkumulatoren in Frage kommt, bei denen die Glas- oder verbleiten Holzkästen und der nachgiebige, veränderliche Platteneinbau leicht Störungen verursachen. Die in den Taschen und Rohren befindliche aktive Masse kann nicht herausfallen, also auch keine Kurzschlüsse verursachen. – Der Elektrolyt (Kalilauge) ist geruchlos und entwickelt keine schädlichen Säuredämpfe. Der Akkumulator kann geladen oder ungeladen beliebig lange, ohne Schaden zu nehmen, unbenutzt stehen bleiben. Als Nachteil ist die geringere Lade- und Entladespannung anzusehen, die für eine bestimmte Betriebsspannung eine größere Zellenzahl bedingt als der Bleiakkumulator.

Literatur: Holzt, Schule des Elektrotechnikers, Leipzig 1912.

Holzt.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.