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Galvanisches Primär- oder Sekundärelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanisches Primär- oder Sekundärelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten, dessen Lösungselektrode aus Zink besteht und vorzugsweise als Wickelelektrode ausgebildet ist.
Derartige Elemente sind an sich bekannt. Der Zweck der Ausbildung der Lösungselektrode als Wik- kel ist dabei eine Vereinfachung der Fertigung bei gleichzeitiger Erzielung einer grossen Oberfläche.
Bei bekannten Konstruktionen besteht der Wickel z. B. aus einem perforierten, gewellten Zinkband oder Zinkstreckmetall. Diese Ausführungsform ist im Hinblick auf die Balancierung der Zinkmenge und die notwendige Oberflächenvergrösserung unbefriedigend. Eine andere Ausführungsform verwendet das Lösungsmetall als Pulver, das auf eine Papierlage aufgeschichtet ist. Trotz grosser Oberfläche befriedigt diese Art von negativen Wickelelektroden nicht, da infolge der zwischen den einzelnen Zinkpartikeln auftretenden Übergangswiderstände der Innenwiderstand der Elektrode zu gross ist. Insbesondere zeigt sich dies bei der Regenerierung, wo infolge ungleicher Stromdichte derartige Elektroden zu frühzeitiger Gasung Anlass geben.
Aufgabe der vorliegenjen Erfindung war es daher, die Lösungselektrode eines solchen Primär- oder Sekundärelementes so auszubilden, dass eine gute Regenerierbarkeit gewährleistet ist und gleichzeitig die Selbstentladung des Elementes hintangehalten wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Zinkelektrode durch die Kombination zweier an sich als Elektroden bekannten Schichten gebildet ist, nämlich einer Lage aus Zinkstreckmetall und einer zweiten aus Papier, das auf der dem Streckmetall zugekehrten Seite mit Zinkpulver belegt ist und seinerseits auf der dem Depolarisator bzw. der Gegenelektrode zugekehrten Seite des Streckmetalls angeordnet ist. Bei dieser Konstruktion ist die Stromdichte über die gesamte negative Wickelelektrode sowohl während der Entladung wie der anschliessenden Aufladung gleichmässig.
Durch die erfindungsgemässe Konstruktion ist es möglich geworden, auch Primärelemente häufig wieder aufzuladen. Es ist z. B. ohne weiteres möglich, die Regenerierbarkeit auf 30 bis 50 Zyklen zu steigern, während bei den bisher bekannten Konstruktionen im Höchstfalle eine 3 - 5 malige Regenerierung erzielt werden konnte.
Des weiteren wird bei der beschriebenen Ausführungsform der Zweischichtenelektrode der Innenwiderstand der Elektrode so niedrig gehalten, dass sie auch für hohe Stromdichten zu verwenden ist.
Eine besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Zinkelektrode besteht darin, dass die Maschenweite des Zinkstreckmetalls in derselben Grössenordnung liegt wie die Korngrösse des auf das Papier aufgebrachten Zinkpulvers. Bevorzugte Maschenweiten bzw. Korngrössen liegen dabei zwischen 0, 08- 0,25 mm, insbesondere zwischen 0, 15-0, 20 mm.
Weiterhin hat es sich zur Verbesserung der Regenerierbarkeit der Zinkelektrode als günstig erwiesen, das Zinkpulver aus einer anderen Legierung herzustellen als das Streckmetall. Dabei lässt sich nämlich ein geringer Potentialunterschied zwischen dem Pulver und dem Streckmetall erzielen, der so gewählt werden muss, dass das Zinkpulver unedler ist als das Streckmetall und damit bevorzugt in Lösung geht. Die gesamte Zinkmenge als Pulver und Streckmetall ist dabei gegenüber dem Depolarisator so bemessen, dass beide etwa gleichzeitig erschöpft sind, so dass der den äusseren Behälter des Elementes und die Stromab-
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leitung der Lösungselektrode bildende Zinkbecher nicht oder zumindest nur wenig angegriffen wird.
Wie allgemein üblich, empfiehlt sich auch bei der Zweischichtenelektrode eine Amalgamierung des Lösungsmetalles in der Grössenordnung von l-10 X), vorzugsweise 3 - 40/0, des Zinkgewichtes.
Von Vorteil hat es sich weiterhin erwiesen, dem Papier neben dem Zinkpulver in bekannter Weise noch ein Quellmittel zuzusetzen, und ebenso hat sich für die Herstellung des Papierwickels insbesondere die Verwendung von bekanntem quellfähigem Papier als günstig erwiesen.
Eine mögliche Ausführungsform des Elementes gemäss der Erfindung ist in den anliegenden Figuren dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ruhdzelle mit der erfindungsgemässen Doppelschichtelektrode, wobei diese als Wickelelektrode ausgebildet ist, die Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Aufbau des Wickels, wobei in Fig. 3 die einzelnen Schichten der Doppelschichtelektrode im Ausschnitt vergrössert dargestellt sind.
In dem dargestellten Beispiel dient der Kohlestift 9 als Stromableiter der positiven Elektrode 8, die beispielsweise aus einem Gemisch von Braunstein und Russ bestehen kann. Die Depolarisatormasse 8 ist dabei von einem Separator 7 aus einem saugfähigen Papier umgeben, auf diesen folgt dann die Doppelschichtelektrode 6. Das fertige Element ist dann in den Zinkbecher 2 eingesetzt, der noch eine äussere Kunststoffhülle 1 aufweist, die an seinem oberen Ende zusammen mit ihm um eine Kunststoffdichtung 3 umgebördelt ist, die ihrerseits den Kohlestift 9 dicht umschliesst und gleichzeitig noch einen gewissen Ausdehnungsraum 10 bietet. Eine Kunststoffscheibe 5 liegt auf der Depolarisatormasse und der Doppelschichtelektrode auf und verhindert ein Aufquellen der Depolarisatormasse.
Zur Schaffung eines besseren Kontaktes der positiven Elektrode dient eine Kontaktkappe 4, vorzugsweise aus Messing. Die Doppelschichtelektrode 6 besteht dabei gemäss Fig. 3 aus einer Lage 6a aus Zinkstreckmetall und einer Lage 6c
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6b überzogen ist.
In dem beschriebenen Beispiel ist die erfindungsgemässe Doppelschichtelektrode zwar als Wickel ausgebildet, sie lässt sich aber ebenso vorteilhaft in ebener Form, beispielsweise für Plattenzellen oder Knopfzellen verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Galvanisches Primär- oder Sekundärelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten und vorzugsweise als Wickelelektrode ausgebildeter Zinkelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinkelektrode durch die Kombination zweier an sich als Elektroden bekannter Schichten gebildet ist, nämlich einer Lage aus Zinkstreckmetall und einer zweiten aus Papier, das auf der dem Streckmetall zugekehrten Seite mit Zinkpulver belegt ist und seinerseits auf der dem Depolarisator bzw. der Gegenelektrode zugekehrten Seite des Streckmetalls angeordnet ist.