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Galvanisches Element
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein galvanisches Element zu schaffen, das für kurze Zeit grosse Strommengen abzugeben imstande ist und dabei grosse Körperfestigkeit und ein geringes Volumen besitzt.
Um grosse Strommengen verfügbar zu machen, ist man bisher so vorgegangen, dass man mehrere, z. B. vier Elemente in einer gemeinsamen Hülle, z. B. von Zinkblech, das gleichzeitig die negative Elektrode bildet, vereinigte. Ein solches Kombinationselement nimmt aber einen grossen Raum ein und weist hohes Gewicht auf. Auch sind elektrische Trockenbatterien bekannt, die aus einseitig mit einem Kohlebelag versehenen Zinkplatten unter Einfügung von Elektrolyt-und Depolarisationsmasse und gegebenenfalls von porösem, mit Elektrolytlösung durchtränktem Papier bestehen, wobei das gesamte Elektrodenpaket von einer anliegenden, elastischen und flüssigkeitsdichten Umhüllung umschlossen und noch mit einem Überzug aus festigendem Stoff versehen ist. Auch diese bekannten Batterien sind voluminös und schwer im Gewicht.
Zudem sind die bekannten Batterien der erst-wie auch der zweitgenannten Art schwierig und teuer in der Herstellung, da diese Batterien in umständlicher Weise aus selbständigen Körpern zusammengestellt und in Umschlusskörper eingebracht oder mit solchen versehen werden müssen.
Es ist auch schon ein raumsparender Aufbau für Elemente angegeben worden, wonach zwei bandförmige Elektroden, an denen je ein paralleler, ebenfalls bandförmiger Elektrolytträger einseitig anliegt, im rechten Winkel zueinander im Zickzack gefaltet werden sollen. Ein solcher Aufbau der Elektroden ist aber nicht brauchbar, weil dann der Elektrolytträger nicht gleichmässig über die Zwischenräume zwischen den gegenpoligen Elektrodenteilen verteilt wird, sondern derart ungleichmässig, dass in regelmässiger Folge in diesen Zwischenräumen einmal überhaupt keine, dann eine und sodann zwei Zwischenlagen vorhanden sind.
Bei galvanischen Elementen nach der Erfindung werden ebenfalls bandförmige und im Zickzack gefaltete Elektroden und Elektrolytträger verwendet, doch wird durch eine neue Art der Bandführung erreicht, dass im fertigen Element eine gleichmässige Verteilung des Elektrolytträgers in den Elektrodenzwischenräumen besteht, dass also insbesondere zwischen zwei benachbarten gegenpoligen Elektrodenflächen stets ein und nur ein Bestandteil des Elektrolytträgers liegt.
Bei der Erfindung sind der Elektrolytträger und zumindest eine Elektrode bandförmig ausgebildet und im Zickzack gefaltet ; erfindungsgemäss besteht der Elektrolytträger aus zwei beiderseits der bandförmigen Elektrode angeordneten bandförmigen Teilen, die parallel zu dieser Elektrode verlaufen und gemeinsam mit ihr im Zickzack gefaltet sind, während die mit den einzelnen Elektrodenfalten zusammenwirkenden Teile der anderen Elektrode beidseitig am Elektrolytträger anliegend in den Zickzackfalten angeordnet sind.
Ein Element gemäss der Erfindung kann z. B. mit Hilfe eines bandförmigen, zweiteiligen Elektrolytträgers, z. B. aus längsgefaltetem porösem Papier, aufgebaut sein, zwischen dessen beiden Teilen die als negative Elektrode dienende Zinkfolie eingelegt ist, der zweiteilige Elektrolytträger und die Zinkfolie sind fächerförmig bzw. zickzackförmig gefaltet, wobei in jede Falte als positiver Elektrodenteil ein beidseitig mit Depolarisationsmasse versehener blattförmiger Träger eingeschaltet ist. Nach einer anderen Ausbildung hat auch die positive Elektrode, welche aus einem beidseitig mit einer dünnen Schicht von Depolarisationsmasse versehenem flexiblen Träger besteht, die Form eines zickzackförmig gefalteten Bandes, welches die einzelnen Teile der zickzackförmig gefalteten anderen beiden Elementbestandteile senkrecht zu deren Bandrichtung umgreift.
Die Erfindung ermöglicht es, das Volumen des Elementes unter Schaffung einer grossen Oberfläche der positiven Elektrode weitgehend zu vermindern und zugleich die Zinkelektrode zum grossen Teil ihrer Ausdehnung beiderseitig auszunützen.
Die erhaltenen Faltkörper sind in an sich bekannter Weise durch Verschnürung gesichert.
Die positiven Elektrodenteile sind, sofern nicht beide Elektroden des Elementes bandförmig ausgebildet sind, parallel geschaltet. Die negative und positive Elektrode sind mit Stromableitungen versehen. Die Elementkörper sind zweckmässig in üblicher Weise von einer isolierenden Schutzhülle umschlossen. Vor Inbetriebnahme der
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Elemente wird die Elektrolytlösung eingeführt, indem man diese vom porösen Träger ein-und aufsaugen lässt.
Um eine für die Elemente geeignete positive Elektrode herzustellen, kann man die Bestandteile der Depolarisationsmasse, z. B. ein Gemisch aus
Braunstein, Graphit und/oder Kohlenstoff und den üblichen Zusätzen mit einem im Betriebs- zustand stromleitenden Bindemittel, beispiels- weise wasserlöslichen oder in Wasser quellbaren
Kolloiden, vorzugsweise wasserlöslichen Alkyl- zellulose, wie Methylcellulose, zu einer streich- oder spritzfähigen Paste anteigen, die auf einem geeigneten blatt-oder bandförmigen Träger, wie
Metallfolie, eine mit einer Metallfolie belegten
Unterlage aus Kunststoff, Papier, Hartgummi u. dgl., in dünner Schichtaufgestrichenoderauf- getragen wird, nachdem die positive Elektrode durch eine stromleitende, gegen die Einwirkung der chemischen Agenzien widerstandsfähige
Schicht geschützt wurde.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Elementbestandteile zum besseren Verständnis auseinandergezogen sind.
In Fig. 1 bedeutet 1 ein in Längsrichtung ge- faltetes Band aus saugfähigem Werkstoff, z. B.
Papier, das als Elektrolytträger dient. In der
Falte verläuft eine bandförmige Zinkfolie 5, welche die negative Elektrode bildet. Der Elektrolyt- träger 1 und die negative Elektrode 5 sind quer zu ihrer Längsachse mehrfach derart gefaltet, dass die Bänder zickzackförmig verlaufen. In die hiedurch gebildeten Fächer des Elektrolyt- trägers sind die blattförmigenpositiven Elektroden- teile eingelegt. Diese bestehen z. B. aus je einem leitenden flexiblen Träger, etwa einer
Metallfolie, die beidseitig durch eine strom- leitende, gegen die Einwirkung chemischer
Agenzien widerstandsfähige Folie 3 geschützt und mit einer dünnen Schicht 4 von Depolari- sationsmasse versehen ist. Die Folie 3 kann zur
Aufnahme der metallischen Ableitung 2 des positiven Elektrodenteiles taschenförmig ausgebildet sein.
An Stelle einer Metallfolie 2 kann auch eine mit Metallfolie belegte Kunststofffolie od. dgl. vorgesehen sein. Die leitende, gegen die Einwirkung der chemischen Agenzien jedoch widerstandsfähige Schicht kann auch aus leitendem
Lack, sogenanntem Leitlack, bestehen.
Das auseinandergezogen dargestellte, gefaltete Band ist im fertigen Element durch Pressung satt geschlossen, so dass jede positive Elektrode beiderseits mit der Fläche des Elektrolytträgers in Berührung steht. Der so gebildete Schichtkörper des Elementes ist, wie üblich, verschnürt. Die positiven Elektrodenteile 2 sind parallel geschaltet und ebenso wie die Zinkelektrode mit einer Stromabführung versehen (in der Zeichnung nicht dargestellt).
Um die Verbindung der einzelnen positiven Elektrodenteile zu ersparen, kann auch die positive Elektrode als Band ausgestaltet sein und die Fächer des zickzackförmig gelegten Elek- trolytträgers durchlaufen. Eine solche Ausgestaltung zeigt Fig. 2, bei welcher an Stelle einzelner positiver Elektrodenblätter eine bandförmige positive Elektrode 6 vorgesehen ist, die wie der Elektrolytträger 1 und die negative Elektrode 5 zickzackförmig, u. zw. mit senkrecht zu den Falten des Elektrolytträgers bzw. der negativen Elektrode verlaufenden Bügen, zusammengelegt ist. Die Elektrode 6 ist analog den
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bandförmig ausgebildet.
Ein Element gemäss den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 kann z. B. bei einer Länge von 80 mm, einer Breite von 45 mm und einer Höhe von 110 mm (Volumen etwa 40 cm3) eine Stromstärke bis zu 6 Amp. besitzen. Bei einer
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fangsspannung eines solchen Elementes 1. 28 Volt und sinkt im Verlauf einer halben Stunde auf etwa 1 Volt, während ein gleich grosses Element normaler Ausführung eine Anfangsspannung von 0-5 Volt besitzt, die bereits nach 5 Minuten auf 0-2 Volt sinkt. Während ein normales Element gleicher Grösse etwa 400 g Depolarisationsmasse enthält, enthält ein Element gemäss der Erfindung bei der angegebenen Grösse nur 82 Depolarisationsmasse, es tritt also eine Ersparnis an Depolarisationsmasse im Verhältnis 1 : 5 ein.
Setzt man die Oberfläche der positiven Elektrode in einem normalen Element gleich 1, so beträgt die Oberfläche der positiven Elektrode in einem Element gemäss der Erfindung etwa das Zehnfache (bei den oben angegebenen Abmessungen 128 cm2 gegen 1344 cm2), woraus sich die wesent- lich erhöhte Leistung des Elementes gemäss der Erfindung ergibt. Diese erheblichen Gewichtsund Volumsverminderung wird durch die bandförmige Ausbildung des Elektrolytträgers und einer oder beider Elektroden sowie durch die Parallelführung des Elektrolytträgers an den beiden Seiten der gleichen bandförmigen Elektrode erreicht. Die einzelnen Bänder müssen so geringe Stärke aufweisen, dass eine Verformung durch Faltung oder Wicklung leicht ermöglicht wird.
Aber auch die gegebenenfalls in den Falten der bandförmigen Elementbestandteile eingelegten blattförmigen Elektrodenteile sind zweckmässig so dünnwandig, dass sich die Faltflächen bei möglichst scharfen Faltkanten bis zur gegenseitigen Parallellage schliessen lassen.
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