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Trockenbatterie mit plattenförmigen bipolaren Elektroden
Die Erfindung bezieht sich auf Trockenbatterien mit plattenförmigen bipolaren Elektroden, die aus
Einzelzellen, bestehend aus Lösungselektrode, Kohleleiter, Depolarisationselektrode, Elektrolytseparator und einer mit Klebstoff versehenen Isolierfolie, aufgebaut sind, wobei die Isolierfolie zwischen der lb- sungselektrode und der Depolarisationselektrode vorgesehen ist, im mittleren Bereich eine Durchbrechung für den Durchtritt des Kohleleiters aufweist und allseits um mehr als die Höhe der Einzelzellen grosser als der Querschnitt dieser Zellen ist, so dass sie nach Einfaltung die Zinkelektrode, den Separator, die Depo- larisationselektrode und die Leitfolie seitlich umgibt.
Plattenbatterien dieser Art wurden bisher nur mit Braunsteindepolarisator hergestellt und zeichnen sich sowohl durch eine gute elektrische Leistung als auch durch lange Lagerfähigkeit aus. Bei der Herstellung solcher Batterien wird ein Zellenstapel durch einen trichterförmigen Ziehring geschoben, wodurch die über- stehenden Ränder der Isolierfolie eingefaltet werden und auch die benachbarte Zelle manschettenartig umschliessen, wobei die Folien an den Berührungsstellen miteinander verklebt sind. Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Batterie-Aussenhülse mit einigen Perforationen zu versehen, wenn diese Plattenbatterie mit Luftsauerstoffdepolarisation arbeiten soll. Bei solchen Batterien muss die Luft Zutritt zur Depolarisationsschichte haben.
Da bei den Batterien mit Braunsteindepolarisatoren die Zellen durch die Verklebung der Folien luftdicht abgeschlossen sind, müssen somit besondere Massnahmen vorgesehen werden, wenn der gleiche Aufbau dieser Batterie für solche mit Luftdepolarisation benützt werden soll.
Es ist naheliegend, dieses Problem dadurch zu lösen, dass die Isolierfolien nicht mit einer Klebstoffschicht versehen und ihre überstehenden Teile kürzer gehalten werden.
Das hiemit erzielte Ergebnis war in bezug auf elektrische Leistung im Frischzustande der Batterie brauchbar, jedoch wurde die Lagerfähigkeit durch rasche Austrocknung der Zellen sehr starkt herabgesetzt.
Weiters bringt eine Verkleinerung der Isolierfolien eine sich ungünstig auswirkende Verringerung der Isolationswege von Zelle zu Zelle mit sich.
Eine andere Möglichkeit, der Depolarisationselektrode einen ausreichenden Gasaustausch mit der die Batterie umgebenden atmosphärischen Luft zu gestatten, besteht darin, die Isolierfolien an den Stellen, an denen sie die Randpartien der Depolarisationstabletten abdecken, mit Löchern zu versehen, so dass hiedurch von aussen her jede einzelne Zelle mit der Aussenluft unmittelbaren Kontakt bekommt.
Abgesehen davon, dass, die praktische Herstellung eines solchen Belliftungssystems durch Lochung der Isolierfolien, wenn es wirksam sein soll und jegliche Verhinderung einer Beschädigung der Zellenbestandteile verlangt wird, recht umständlich und der Erfolg unsicher ist, haben Untersuchungen gezeigt, dass allmählich aus den Belüftungslöchem ein langes seidig-weiches Kristallgemisch, das im wesentlichen dem in der aktiven Masse und der Elektrolytflüssigkeit enthaltenen Salmiaksalz entstammt, herauswächst. Bei Berührung solcher aus verschiedenen Zellen herausgewachsener"Kristall-Watte"miteinander bildet sich ein Kriechstrom von Zelle zu Zelle aus, der dann schnell zur Vernichtung der Batterie führt.
Die Erfindung bezweckt, die eingangs erwähnten Trockenbatterien, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile, in einfacher Weise für Luftdepolarisation geeignet zu machen. Grundgedanke der Erfindung ist, im wesentlichen nur den Elektrolytseparator durch die Folie luftdicht abzuschliessen, nicht aber den Depolarisator. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Isolierfolie nur teilweise mit einer Klebstoffschicht, die an sich bekannt ist, bedeckt und mindestens in einer Randzone vom Klebstoff frei ist, die im gefalteten Zustand zwischen unterem und oberem Rand der Depolarisationselektrode endigt, wobei vorzugsweise zur verstärkten Belüftung die Kohleleitschicht, welche die Depolarisa-
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tionselektrode durch die Durchbrechung der Isolierfolie der benachbarten Zelle hindurch mit dieser ver- bindet,
eine geringere Länge oder Breite oder geringere Länge und Breite als die Depolarisationstablette aufweist, so dass eine oder mehrere Randzonen der Depolarisationselektrode von der Kohleleitschicht un- bedeckt bleiben.
Die Lagerfähigkeit kann erhöht werden, wenn die Elektrolytflüssigkeit oder-paste gegenüber der
Aussenluft mit einer zumindest 2 mm dicken Schicht eines Depolarisatorgemisches abgedeckt ist, welches - auf Trockensubstanz bezogen-nicht weniger als 25% Aktivkohle enthält. Dieses Ergebnis war für den Fachmann völlig überraschend.
Praktisch wird die Erfindung in der Weise angewendet, dass die Isolierfolie auf ihrer, der Lösung- elektrode zugewendeten Oberfläche mit einer haftfesten und gegenüber der Elektrolytflüssigkeit chemisch unangreifbaren Klebstoffschicht in einer Flächenausdehung bedeckt wird, welche die Dimensionen der
Lösungselektrode in Länge und Breite um mehr als die doppelte Summe der Stärken der Lösungselektrode des mit der Elektrolytflüssigkeit durchsetzten, die Oberfläche der Lösungselektrode bedeckenden Separators und gegebenenfalls des Kohleleiters übertrifft.
Bei Einfaltung der Isolierfolie zwecks Bildung des Zellenbehälters bewirkt dann die Klebstoffschicht, welche somit im Bereich der Depolarisationselektrode endigt, eine Einkapselung des elektrolythaltigen Separators, der hiedurch und durch die darüber angeordnete Depolarisatortablette wirksam vor Austrocknung geschützt wird.
Weitere Untersuchungen und Versuche ergaben überraschenderweise, dass auf einfachstem Wege hervorragend leistung-un lagerfähige Plattenbatterien mit Luftdepolarisation, bei denen die Zellenbehälter durch Einfaltung einer glatten Isolierfolie gebildet werden, herstellbar sind, wenn als Isolierfolie eine wasserdampfundurchlässige aber gasdurchlässige Kunststoff-Folie, z. B. in zirka 0, 04 mm Stärke auf Vinylharz-Basis hergestellt, verwendet wird.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung ist eine Verkürzung der überstehenden Teile der Isolierfolie und eine Durchlöcherung dieser Folie nicht notwendig.
Durch Ausweitung der Fläche einer die Kunststoff-Folie in ihrem mittleren Bereich bedeckenden Klebstoffschicht in Längs- oder Querrichtung gelangt man zu einer streifenförmig auf der Kunststoff-Folie angeordneten Klebstoffschicht, so dass die Schmal- oder Breitränder der Folie von Klebstoff frei bleiben.
Derartige Klebstoff-Mittelstreifen. erscheinen vorteilhaft für eine feste Vereinigung des ganzen Zellenstapels beim Zusammenbau zur Batterie, jedoch stand in Frage, ob der hiedurch bewirkte teilweise Zellenverschluss noch eine für die Depolarisation ausreichende Gasdiffusion zulassen würde. Versuche bewiesen jedoch, dass auch diese teilweise Abdichtung der Diffusionsflächen sich praktisch nicht nachteilig auswirkt, da durch diese Ausgestaltung sich gegenüber liegende Flächen der gasdurchlässigen Folie, frei von Klebstoff geschaffen werden, welche eine ausreichende Belüftung der Depolarisationstablette zulassen.
Dieser Plattenbatterie-Aufbau gestattet erfindungsgemäss ein in einfachsterund billigster Weise durch- ftl1Jxbares Herstellungsverfahren für hochqualifizierte Luftsauerstoff-Plattenbatterien, das an Hand eines Beispiels in der Zeichnung erläutert wird. Es zeigen Fig. 1 die Herstellung einer Einzelzelle in Fliessbandarbeit, Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Folie und Fig. 3 ein Diagramm.
Die in Form eines langen Bandes passend zugeschnittener Breite vorliegende gasdurchlässige Kunststoff-Folie l, die bereits mit den zentralen Öffnungen 2 für die spätere Zellenkontaktgebung versehen ist, wird in ihrem mittleren Bereich durch eine maschinelle Walzenauftragung einseitig mit der Klebstoffschicht 3 in Form eines breiten, durchlaufenden Streifens bedeckt. Die Breite des Klebstoffstreifens ist so gewählt, dass die beiderseits vom Klebstoff frei bleibenden Randzonen 3a im gefalteten Zustand im Bereich der Luftdepolarisationselektrode endigen.
Als geeigneter Klebstoff dient beispielsweise Kunstkautichuk (Polyisobutylen, und ähnliche Stoffe), oder aber wenn das Folienband auf Vorrat gearbeitet und . n Rollenform aufbewahrtwerden soll, ein schnell trocknender Lack, der dann später Aufbringen eines Lösungsmittels, z. B. durch Aufsprühen auf die Lackoberf1äche, gut klebend gemacht werden kann.
Die so behandelte Kunststoff-Folie findet dann als Trägerband für eine rationelle Fliessfertigung Verwendung. Hiebei gleitet die klebstofffreie Folienseite auf der Tischunterlage, während auf der Klebstoffseite die Montage der Zellenbestandteile in folgender Reihenfolge stattfindet : Zuerst wird die bipolare
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dannschliesslich die Leitfolie 7 (Kohleleitschicht von z. B. 0,3 bis 0,5 mm Stärke) aufgebracht. Sobald das Bandende mit den aufmontieren Zellenteilen sich über einem trichterförmigen Ziehring 8 befindet, welcher dem Zusammenbau zum Batterieblock dient, wird dieser Teil vom Band durch ein Schnitfverk- zeug 9 abgetrennt und mittels eines Pressstempels 10 in den Ziehring gedrückt und so der im Ziehring befindliche Stapel von Einzelzellen allmählich durch den Ziehring hindurchgepresst.
Schliesslich wird der Stapel von Einzelzellen in eine Batterie-Aussenhülse hineingedrückt.
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Die Überlegenheit der erfindungsgemäss hergestellten, hervorragend lagerfähigen Luftsauerstoff-Plattenbatterie-auch bezüglich ihrer elektrischen Leistung - ist aus der in Fig. 3 dargestellten Entladungskurve A einer 67,5 Volt Anodenbatterie (Abmessungen : 35 X 95 X 72 mm) in Gegenüberstellung zur Entladungskurve B einer Braunstein-Plattenbatterie gleicher Grösse ersichtlich. Die Mehrleistung beträgt mehr als 30%.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Trockenbatterie mit plattenförmigen bipolaren Elektroden, die aus Einzelzellen, bestehend aus Lösungselektrode, Kohleleiter, Depolarisationselektrode, Elektrolytseparator und einer mit Klebstoff versehenen Isolierfolie, aufgebaut ist, wobei die Isolierfolie zwischen der Lösungselektrode und der Depolarisationselektrode vorgesehen ist, im mittleren Bereich eine Durchbrechung für den Durchtritt des Kohleleiters aufweist und allseits um mehr als die Höhe der Einzelzellen, grösser als der Querschnitt dieser Zellen ist, so dass sie nach Einfaltung die Zinkelektrode, den Separator, die Depolarisationselektrode und die Leitfolie seitlich umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierfolie nur teilweise mit einer Klebstoffschicht, die an sich bekannt ist,
bedeckt und mindestens in einer Randzone vom Klebstoff frei ist, die im gefalteten Zustand zwischen unterem und oberem Rand der Depolarisationselektrode endigt, wobei vorzugsweise zur verstärkten Belüftung die Kohleleitschicht, welche die Depolarisationselektrode durch die Durchbrechung der Isolierfolie der benachbarten Zelle hindurch mit dieser verbindet, eine geringere Länge oder Breite oder geringere Länge und Breite als die Depolarisationstablette aufweist, so dass eine oder mehrere Randzonen der Depolarisationselektrode von der Kohleleitschicht unbedeckt bleiben.