Elektrische Batterie. Die Erfindung ermöglicht,<B>-</B> eine hohe elektrische Energieausbeute bei einem mög lichst kleinenBatterievolumenzuerzielen und ist daher insbesondere von Wichtigkeit für die Anfertigung von sehr kleinen Batterien der Art, wie sie für tragbare Batterieradio geräte und andere Geräte, für die ein kleines Volumen und leichtes Gewicht erforderlich ist, verlangt werden.
Die Erfindung wird an Hand der in-der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausfüll- rungsbeispiele näher erläutert.
In Fig. <B>1</B> ist<B>1</B> eine flache Schale, z. B. aus Zink, deren Boden auf der Innenseite mit einer für den Elektrolyten undurchlässigen, leitenden, Kohlenstoff enthaltenden Schicht 2, beispielsweise einer Graphit enthaltenden Lackschicht aus "Durophen" (ein' modifizier tes Phenolformaldehydharz) bedeckt ist. Letztere setzt sich über die Seitenwand<B>3</B> der Schale über die Innenseite, den Rand und die Aussenseite in einer Schicht 4 aus einem in flüssigem oder weichem Zustand auf gebrachten Isoliermaterial, im nachfolgenden mit "Lackschicht" bezeichnet, fort.
Es macht wenig Unterschied, an welcher Stelle die Kohlenstoff enthaltende Sel-lielit in die iso lierende Lackschielit übergeht, vorausgesetzt, dass die Kohlenstoff enthaltende Schicht sich nicht bis so-nahe an den Rand der Schale erstreckt, dass eine Gefahr für elektrischen Kontakt zwischen benachbarten Schalen ent- 5teheit würde, Gegenstand der Erfindung ist eine aus flachen Elementen bestehende, trockene elek- triselle, Stapelbatterie, insbesondere mit Luft- ,
sauerstoffdepolarisation.
Die Erfindung bezweckt, eine Stapel batterie anzufertigen" welche eine hohe elek- trisch6 Energieausbeute per Volumeneinheit sowie eine einfache Bauforin aufweist und welche sieh leicht 'herstellen lässt, und geht dabei von der Erkenntnis aus,
dass die zur Erhaltung einer befriedigenden Energieaus beute bei einer Stapelbatterie zu überwinden- den meiden Schwierigkeiten von Kurzschluss hauptsächlich eines Elementes im Ver- be- stehen, was vorkommen kann,
wenn der Elektrolyt eines Elementes infolge des Krie- chens von Elektrolyt mit einem der Bestand teile (Metallelektrode, Kohle oder Elektrolyt) eines benachbarten Elementes in Kontakt kommt, oder wenn Elektrolyt durch die Koh lenschicht einer Duplexelektrode bis zum Metall der Duplexelektrode hindurchdringt.
Erfindungsgemäss 'bestehen die Duplex elektroden aus einer schalenförmigen Metall elektrode, deren Boden auf der einen Seite mit einer für den Elektrolyten undurchläs sigen, leitenden, Kohlenstoff enthaltenden Schicht bedeckt ist, welche sieh über die Sei tenwand der Schale in einer an die Kohlen- stoffschielit anschliessenden, für den Elektro lyten gleichfalls undurchlässigen Isolier- schieht fortse #t7 t-, <B>Auf</B> der Kohlenstoff enthaltenden Schicht 2 befindet sich eine Depolarisationsmasse <B>5,
</B> welche hinsichtlich ihrer Höhe und Breite gerade in die Schale<B>1</B> passt, und auf der Depolarisationsmasse liegt eine Elektrolyt- schicht <B>6.</B> Die mit der Kohlen- und Lack schicht versehene Schale bildet mit der darin aufgenommenen Depolarisationsmasse und dem Elektrolyten eine mechanische Einheit einer Stapelbatterie. Durch das Aufeinander- stapeln von verschiedenen solcher Einheiten..
von denen in Fig. <B>1</B> drei dargestellt sind, wird eine Batterie erhalten, bei welcher jedesmal die Elektrolytmasse einer.Einheit mit der Metallelektrode der nächstliegenden Einheit in Kontakt stellt. Die in der vorliegenden Beschreibung er wähnten mechanischen Einheiten müssen von einer elektrischen Einheit, einem Element der Batterie, gut unterschieden werden.
Ein elek trisches Element wird von der Kohlenstoff enthaltenden Schicht der Depolarisations- masse und dem Elektrolyten einer mechani schen Einheit sowie der Metallschale der nächstliegenden mechanischen Einheit ge bildet.
Wenn -für die Depolarisation bei einer -durch. Stapeln der dargestellten mechanischen Einheiten erhaltenen Batterie Sauerstoff der Luft benutzt wird, so kann diese Luft durch die zwischen aufeinanderfolgenden Schalen vorhandenen -ringförmigen Schlitze hindurch zu der- Depolarisationsmasse zutreten.
Ge- wünschtenfalls können zur Förderung der Luftzufuhr in der Seitenwand einer Schale Aussparungen vorgesehen werden, beispiels weise dadurch, dass eine Seitenwand stellen weise etwas niedriger gemacht wird, wobei naturgemäss auch an dieser Stelle für eine isolierende Lackschicht Sorge getragen wer den muss, ferner kann die Depolarisations- masse mit Lüftungsrillen oder Kanälen ver sehen sein.
Die an den Enden einer Stapelbatterie befindlichen mechanischen Einheiten können eine andere als die in Fig. <B>1</B> dargestellte Ge stalt besitzen. Die Elektrolytschicht der ober- sten Einheit kann beispielsweise einfach mit einer flachen Metallelektrode bedeckt sein.
<B>.</B> Bei der Anfertigung einer erfindungs gemässen Stapelbatterie kann die Seitenwand einer mit einer Kohlenstoff enthaltenden Schicht versehenen Schale am Rand und auf der Innen- und Aussenseite mit einer isolie renden Lachschielit versehen werden, bei spielsweise durch Spritzen, Aufstreicheu,Ein- tauchen; es ist auch möglich, vorläufig nur die Innenseite mit einer an die Kohlenschicht anschliessenden Lackschicht <B>zu</B> versehen, worauf nach dem Einbringen der Depolari- ,Qationsmasse und des Elektrolyten, gestapelt wird.
Der erhaltene Stapel wird darauf auf der Aussenseite durch Eintauchen, Aufstrei chen, Aufspritzen oder dergleichen mit einer Lackschicht versehen, wobei für einen guten Anschluss der nacheinander auf der Aussen- und Innenseite der Seitenwand aufgetragenen Lackschichten gesorgt werden muss.
Bei einer Doppelelektrode der in Fig. <B>1</B> dargestellten Art bestellt keine Gefahr für, Durchdringen von Elektrolyt durch die Kohlenstoff enthaltende Schicht einer Dop pelelektrode hindurch bis zum Metallteil der selben, da die Kohlenstoff enthaltende Schicht, wie an sieh bekannt, für den Elek trolyten undurchlässig ist; diese Gefahr 'be stellt auch nicht an der mit<B>7</B> bezeichneten Stelle, da die Kohlenschieht und die isolie rende Lackschicht hier aneinander anschlie ssen.
Ein Kurzschluss eines elektrischen Ele- men'tes infolie einer Kontaktbildung zwi- sehen den Elektrolyten von benachbarten Elementen oder zwischen dem Elektrolyten eines Elementes mit der Metallelektrode oder der Kohlenelektrode eines benachbarten Ele mentes wird durch die mit der Lackschiellt 4 versehene Seitenwand der Schale<B>1</B> vermie den, welche den Kriechweg von Elektrolyt bis Elektrolyt,
oder von Elektrolyt bis Zink oder Kohl & eines benachbarten Elementes sehr- lang macht.
Ein direkter elektrischer Kontakt zwi# scheu den Kohlen- oder Grapliitteilellen der Depolarisationsmasse <B>5</B> und der Unterseite der Metallelektrode<B>8</B> einer nächsten mechani- sehen Einheit lässt sieh in bekannter Weise dadurch vermeiden, dass in der Elektrolyt- masse <B>6</B> ein Diapliragma aus Papier oder Ge webe angebracht wird.
Statt der Auftragung der Elektrolyt- schiebt <B>6</B> auf der Depolarisationsmasse <B>5,</B> wie es in Fig. <B>1</B> dargestellt ist, lässt sich auch der Elektrolyt mit der Metallelektrode, mit welcher er in direktem Kontakt steht, zu einem Ganzen vereinigen. Man kann der Me- fallschale z. B. eine Form geben, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, und den Elektrolyten in den eingestülpten Boden<B>9</B> der auf ihren Kopf gestellten Schale giessen und in ihr ver dicken lassen.
Die Kohlenelektrode, die Me tallelektrode und der Elektrolyt sind in die sem Falle zu einem Ganzen vereinigt und der Aufbau der Batterie kann durch einfaches Stapeln dieser Einheiten und der Depolari- sationskuchen erfolgen.
Sehr gute Ergebnisse lassen sich mit jener erfindungsgemässen Ausführungsform erzie len, bei welcher der Boden der schalenförmi gen Metallelektrode, wie es in Fig. <B>3</B> dar gestellt ist, auf der Aussenseite mit einer lei tenden Kohlen- oder Graphitschicht bedeckt ist.
In dieser Figur ist<B>10</B> die schalenförmige Metallelektrode,<B>11</B> die leitende Kohlen- oder Graphitschicht, welche sich aussen auf der Seitenwand 12 der Schale in Form der iso lierenden Lackschicht<B>13</B> fortsetzt. Der Bo den der Schale ist mit einer Elektrolytmasse 14 bedeckt, und auf ihm befindet sieh eine Depolarisationsmasse <B>15,</B> welche hinsichtlich ihrer Höhe und Breite gerade in die Schale <B>10</B> passt. Die Stelle, an welcher'die Kohlen- schiebt und die Laekschieht aneinander an schliessen,
befindet sich vorzugsweise mög lichst weit vom Rand der Schale entfernt.. beispielsweise an der Stelle, wo der Boden und die Seitenwand der Schale ineinander übergehen, damit'der Abstand zwischen dem Elektrolyten 14 und der Kohlensellicht <B>11</B> gross ist.
Durch das Aufeinanderstapeln von verschiedenen der in Fig. <B>3</B> dargestellten me- chanisellen Einheiten wird eine Batterie mit einer selir günstigen Energieausbeute erhal- len. Gleich wie bei -der in Fig. <B>1</B> dargestellten Batterie, kann die Elektrolytmasse 14 ein Diaphragma aus z. B.
Papier oder Gewebe enthalten, um zu vermeiden, dass Kohlen- oder Graphitteilchen aus der Depolarisations- masse durch die Elektrolytmasse hindurch bis, zum Boden der Metallschaleil durclidrin- gen, welche Möglichkeit insbesondere bei Batterien mit Luftsauerstoffdepolarisation bestellt.
Ein direkter elektrischer Kontakt<B>-</B> zwi- sehen den Kohlen- oder Graphitteilchen der Depolarisationsmasse und der Innenseite der Seitenwand 12 der Schale<B>10</B> kann in für sthalenförmige Elektroden an sich bekannter Weise durch eine Schicht<B>16,</B> beispielsweise aus Papier, welche mit einem Elektrolyten getränkt sein kann, vermieden werden.
Ge- wünselitenfalls lässt sich die Schicht<B>16</B> mit dem'Diaphragma für den Eläktrolyten zu einem Ganzen vereinigen.<B>- --</B> Die Schicht<B>16</B> kann auch völlig oder teilweise durch eine isolierende Lacks#,hicht ersetzt werden, entweder. nur am Rande der Seitenwand 12, oder sowohl am Rande als auch auf der Innenseite. In letzterem*Falle wird die Seitenwand dann sowohl auf der Innenseite, am Rande als auch auf' der Aussenseite mit einer durchlaufenden isoli6- renden Lackschielit versehen.
Eine Batterie, welche aus Einheiten der in Fig. <B>3</B> darg'estellten Art besteht, besitzt nicht nur eine hohe Energieausbeute pro Vo lumeneinheit, weil ihr Bruttovolumen prak- tisell völlig durch elektromotorisch wirksame Bestandteile eingenommen wird;
sie bietet auch noch den Vorteil, dass sie sieh auf ein fache Weise herstellen lässt, insbesondere wenn die mit einer Kohlen- und Lackschiellt versehene schalenförmige Duplexelektrode vor dem Stapeln zunächst auch noch mit der Elektrolytmasse 14 und gegebenenfalls der Schicht<B>16,</B> welche bei Verwendung eines Diaphragmas im Elektrolyten 14 verzugs weise mit diesem Diaphragma, ein Ganzes<B>bil-</B> det, versehen wird.
Der Aufbau einer Bat terie kann in diesem Falle einfach durch Sta peln der mit einer Kohlen-, Lack-, Elektro- lyt- und gegebenenfalls Trennungsschiclit <B>16</B> vexsehenen Metallschalen und der Depolari- sationskuchen erfolgen.
Statt jede Duplexelektrode einzeln mit einer isolierenden Lacksehicht zu versehen und dann zu stapeln, kann auch zunächst gestapelt und dann diese Lackschicht auf- etragen werden.
Tu diesen Fällen wer den zunächst in den schalenförmigen Du plexelektroden, welche noch nicht mit einer isolierenden Schicht aussen auf der Seitenwand versehen sind, der Elektrolyt, ge gebenenfalls 'samt dem Diaphragma, die *Tren-nungsschiellt <B>16</B> und die Depolarisations- kuchen angebracht, darauf die gefüllten Schalen gestapelt und dann dieser Stapel duxr,hL Eintauchen, Aufstreichen, Aufsprit zen oder dergleichen auf der Aussenseite mit einer Lackschicht versehen.
Obwohl die Lackschicht dabei gewisser massen in die Öffnungen zwischen zwei auf - einanderfalgenden Schalen eindringt, ist es vorteilhaft, dass die leitende Kolilenschielit auf der Unterseite des Bodens einer Schale sich bis aussen auf die Seitenwand fortsetzt, um einen guten Anschluss der Lackschicht und der Kohlenschicht zu gewährleisten.
Als Isoliermaterial für die Seitenwand der schalenförmigen Metallelektroden lässt sich ein Isoliermaterial auf Basis von Schel- lack oder Kolophonium oder von Phenol- formaldeliydharz verwenden, welches gegen Anfressung durch Bestandteile der Batterie, namentlich durch den Elektrolyten, bestän dig ist.
Electric battery. The invention enables a high electrical energy yield to be achieved with the smallest possible battery volume and is therefore particularly important for the production of very small batteries of the type used for portable battery radio devices and other devices for which a small volume and light weight are required.
The invention is explained in more detail with reference to the examples shown in the accompanying drawing.
In Fig. 1, <B> 1 </B> is a flat bowl, e.g. B. made of zinc, the bottom of which is covered on the inside with an impermeable to the electrolyte, conductive, carbon-containing layer 2, for example a graphite-containing lacquer layer made of "Durophene" (a 'modified phenol-formaldehyde resin). The latter continues over the side wall <B> 3 </B> of the shell over the inside, the edge and the outside in a layer 4 made of an insulating material applied in a liquid or soft state, hereinafter referred to as "lacquer layer".
It makes little difference at which point the carbon-containing sel-lielite merges into the insulating lacquer schielite, provided that the carbon-containing layer does not extend so close to the edge of the shell that there is a risk of electrical contact between adjacent shells The subject of the invention is a dry electrical stack battery consisting of flat elements, in particular with air,
oxygen depolarization.
The aim of the invention is to manufacture a stacked battery "which has a high electrical energy yield per unit volume as well as a simple design and which can be easily manufactured, and is based on the knowledge that
that the difficulties of short-circuiting to be overcome in order to maintain a satisfactory energy yield with a stacked battery are mainly one element in understanding what can happen,
if the electrolyte of an element comes into contact with one of the constituent parts (metal electrode, carbon or electrolyte) of an adjacent element as a result of electrolyte creeping, or if electrolyte penetrates through the carbon layer of a duplex electrode to the metal of the duplex electrode.
According to the invention, the duplex electrodes consist of a shell-shaped metal electrode, the bottom of which is covered on one side with a conductive, carbon-containing layer which is impermeable to the electrolyte and which can be seen over the side wall of the shell in an adjacent to the carbon schielit The insulating layer, which is also impermeable to the electrolyte, continues, <B> On </B> the carbon-containing layer 2 there is a depolarization mass <B> 5,
</B> which just fits into the shell <B> 1 </B> in terms of its height and width, and an electrolyte layer <B> 6. </B> The one with the carbon and lacquer layer lies on the depolarization mass The provided shell forms a mechanical unit of a stacked battery with the depolarization mass and the electrolyte received therein. By stacking different such units ..
of which three are shown in FIG. 1, a battery is obtained in which the electrolyte mass of one unit is always in contact with the metal electrode of the closest unit. The mechanical units mentioned in the present description must be clearly distinguished from an electrical unit, an element of the battery.
An electrical element is formed by the carbon-containing layer of the depolarization mass and the electrolyte of a mechanical unit and the metal shell of the closest mechanical unit.
If -for the depolarization in a -by. Stacking the battery obtained from the mechanical units shown, oxygen in the air is used, this air can pass through the annular slits present between successive shells to the depolarization mass.
If desired, recesses can be provided in the side wall of a shell to promote the air supply, for example by making a side wall slightly lower in places, whereby care must naturally also be taken at this point for an insulating lacquer layer Depolarization mass should be provided with ventilation grooves or channels.
The mechanical units located at the ends of a stacked battery can have a shape other than that shown in FIG. 1. The electrolyte layer of the top unit can, for example, simply be covered with a flat metal electrode.
<B>. </B> In the manufacture of a stack battery according to the invention, the side wall of a shell provided with a carbon-containing layer can be provided with an insulating Lachschielit on the edge and on the inside and outside, for example by spraying, spreading, Immersion; It is also possible for the time being to provide only the inside with a layer of lacquer adjoining the carbon layer, which is then stacked after the depolarization, ionic mass and the electrolyte have been introduced.
The stack obtained is then provided with a layer of lacquer on the outside by dipping, brushing on, spraying or the like, it being necessary to ensure a good connection of the layers of lacquer applied one after the other on the outside and inside of the side wall.
In the case of a double electrode of the type shown in FIG. 1, there is no danger of electrolyte penetrating through the carbon-containing layer of a double electrode to the metal part of the same, since the carbon-containing layer is known to be , to the electrolyte is impermeable; This risk does not arise at the point marked with <B> 7 </B>, since the coal layer and the insulating lacquer layer adjoin one another here.
A short circuit of an electrical element in the form of a contact between the electrolytes of neighboring elements or between the electrolytes of one element and the metal electrode or the carbon electrode of an adjacent element is caused by the side wall of the shell provided with the lacquer shell 4 1 </B> avoid the one, which the creepage path from electrolyte to electrolyte,
or from electrolyte to zinc or cabbage & of a neighboring element very long.
A direct electrical contact between the carbon or graphite cells of the depolarization mass <B> 5 </B> and the underside of the metal electrode <B> 8 </B> of a next mechanical unit can be avoided in a known manner in the electrolyte mass <B> 6 </B> a slide slide made of paper or fabric is attached.
Instead of the application of the electrolyte slide <B> 6 </B> on the depolarization mass <B> 5 </B>, as shown in FIG. 1, the electrolyte can also be applied with the Combine metal electrode, with which it is in direct contact, into a whole. You can use the measuring bowl z. B. give a shape as shown in Fig. 2, and pour the electrolyte into the inverted bottom <B> 9 </B> of the bowl placed on its head and let it thicken ver.
In this case, the carbon electrode, the metal electrode and the electrolyte are combined to form a whole and the battery can be built up by simply stacking these units and the depolarization cake.
Very good results can be achieved with that embodiment according to the invention in which the bottom of the shell-shaped metal electrode, as shown in FIG. 3, is covered on the outside with a conductive layer of carbon or graphite is.
In this figure, <B> 10 </B> is the shell-shaped metal electrode, <B> 11 </B> the conductive carbon or graphite layer, which is located outside on the side wall 12 of the shell in the form of the insulating lacquer layer <B> 13 </B> continues. The bottom of the shell is covered with an electrolyte mass 14, and on it there is a depolarization mass <B> 15 </B> which, in terms of its height and width, just fits into the shell <B> 10 </B>. The place at which the coal pushes and the laekshaft join one another,
is preferably as far away as possible from the edge of the shell .. for example at the point where the bottom and the side wall of the shell merge, so that the distance between the electrolyte 14 and the carbon light 11 is large .
By stacking various of the mechanical units shown in FIG. 3, a battery with a particularly favorable energy yield is obtained. As in the case of the battery shown in FIG. 1, the electrolyte mass 14 can be a diaphragm made of z. B.
Contain paper or fabric in order to avoid carbon or graphite particles from the depolarization compound from penetrating the electrolyte compound to the bottom of the metal shell, which is a particular option for batteries with atmospheric depolarization.
A direct electrical contact between the carbon or graphite particles of the depolarization mass and the inside of the side wall 12 of the shell can be made in a manner known per se for rod-shaped electrodes through a layer 16, for example made of paper, which can be impregnated with an electrolyte, can be avoided.
If desired, the layer <B> 16 </B> can be combined with the diaphragm for the electrolyte to form a whole. <B> - - </B> The layer <B> 16 </B> can also be completely or partially by an insulating varnish #, which cannot be replaced, either. only on the edge of the side wall 12, or both on the edge and on the inside. In the latter case, the side wall is then provided with a continuous insulating lacquer coating on the inside, on the edge as well as on the outside.
A battery, which consists of units of the type shown in FIG. 3, not only has a high energy yield per volume unit, because its gross volume is practically completely taken up by components that are active with an electric motor;
it also offers the advantage that it can be produced in a simple manner, especially if the shell-shaped duplex electrode, which is provided with a carbon and lacquer shell, is initially also coated with the electrolyte mass 14 and, if necessary, the layer <B> 16, </ B> which, when a diaphragm is used in the electrolyte 14, is provided with this diaphragm, forming a whole.
In this case, a battery can be built up simply by stacking the metal shells and the depolarization cake provided with a carbon, lacquer, electrolyte and optionally separating layer.
Instead of individually providing each duplex electrode with an insulating layer of lacquer and then stacking it, it is also possible to first stack and then apply this layer of lacquer.
In these cases, the electrolyte, if necessary together with the diaphragm, the * separation band <B> 16 </B> and., Are first placed in the shell-shaped duplex electrodes, which are not yet provided with an insulating layer on the outside of the side wall the depolarization cakes are attached, the filled dishes are stacked on top of them, and this stack is then duxr, hL dipping, spreading, spraying on or the like provided with a layer of lacquer on the outside.
Although the lacquer layer penetrates to a certain extent into the openings between two collapsing shells, it is advantageous that the conductive colil schielite on the underside of the bottom of a bowl extends to the outside of the side wall in order to ensure a good connection between the lacquer layer and the carbon layer guarantee.
As an insulating material for the side wall of the shell-shaped metal electrodes, an insulating material based on shellac or colophony or phenol-formaldelium resin can be used, which is resistant to corrosion by components of the battery, namely the electrolyte.