CH449724A - Alkalisches Primärelement - Google Patents

Description

      Alkalisches        Primärelement            Vorliegende        Erfindung    betrifft ein alkalisches Pri  märelement. Bekanntlich wird in den Elementen sol  cher Art als     negative    Elektrode meist amalgamiertes  Zink verwendet. Zink ist ein besonders geeignetes       Elektrodenmaterial    wegen seiner stark negativen Span  nung, seiner Reaktionsfähigkeit, die eine weitgehende  Ausnützung zulässt, und wegen seiner geringen Raum  beanspruchung.  



  Die Verwendung von Zink bietet jedoch erhebli  che Schwierigkeiten, wenn es darum geht, hermetisch  verschlossene     galvanische    Elemente herzustellen. Im  Kontakt mit einem alkalischen Elektrolyten ist Zink       thermodynamisch    nicht stabil und reagiert langsam  nach der Gleichung  Zn +     2H20   <B>></B> Zn     (0H)2    +     H2    I  Hierbei entsteht gasförmiger Wasserstoff, der zu  einem Druckanstieg im Element führt. Besonders bei  höheren Temperaturen steigt die Geschwindigkeit obi  ger Reaktion rasch an, so dass hermetisch verschlos  sene Elemente explodieren können. Um     solchen    Ge  fahren vorzubeugen, werden handelsübliche Elemente,  z.

   B.     Quecksilberoxyd-Zink-Elemente,    mit einem spe  ziellen     Ventilverschluss    versehen, der im Falle von  Überdruck den Wasserstoff entweichen lässt. Dies ist  jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass dann oft  neben dem Wasserstoff auch Elektrolyt aus dem Ele  ment     entweicht,    wobei durch dessen gefährliche korro  sive Wirkung umliegende Bestandteile Schaden neh  men können.  



  Es ist ferner     bekannt,    dass die Reaktion zwischen  Zink und Elektrolyt, wie oben formuliert, weitgehend  durch katalytische Einflüsse bestimmt wird. Dies lässt  sich am besten     verfolgen,        wenn    man das Zink mit an  deren Metallen in Berührung bringt. Es tritt dann, je  nach der     Art    des     berührenden        Metalles    am letzteren  eine mehr oder weniger erhöhte Wasserstoffentwick  lung ein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Ge  schwindigkeit der     Wasserstoffabscheidung    von der         sogenannten        tlberspannung    der Metalle bestimmt wird.

    Zink hat eine relativ hohe Wasserstoffüberspannung.  Dennoch ist sie nicht genügend hoch, um die Wasser  stoffentwicklung völlig zu unterbinden. Durch Amalga  mieren wird, wie bekannt, die Wasserstoffüberspan  nung erhöht und die     Wasserstoffabscheidung    vermin       dert.    Die meisten anderen Metalle haben     eine    niedri  gere     Wasserstoffüberspannung    als Zink und wirken  deshalb als Katalysatoren für die     Wasserstoffabschei-          dung.    Die Reaktion verläuft dabei so,

   dass sich am  entsprechenden Metall Wasserstoff entwickelt  
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    wobei die nötigen Elektronen     durch        anodische    Auflö  sung von Zink geliefert werden  2 (OH)- + Zn     3,    Zn     (0H)2    + 2     e-        III     Die Summe der beiden Teilreaktionen     1I    und     III    er  gibt die     Bruttoreaktion    I.  



  Diese     Erkenntnisse    sind für die praktische Herstel  lung von alkalischen Elementen mit Zinkelektroden  von grösster Bedeutung. Insbesondere muss bei der  Auswahl des Stromableiters für die     Zinkelektrode    die  Wasserstoffüberspannung berücksichtigt werden.  



  In bisher bekannten alkalischen Knopfelementen  mit Zinkelektroden wird das Problem auf die     Weise     gelöst, dass der Deckel doppelwandig ausgeführt wird.  Die zwei Deckel sind in der Mitte verschweisst, wäh  rend sie am Rand leicht voneinander abstehen. Der  Dichtungsring, zwischen Deckel und Metallbecher, hat  im Querschnitt das Profil eines E, und die Ränder des  doppelwandigen Deckels sind in die zwei Schlitze zwi  schen den     Balken    des E eingefügt. Beim Verschluss  des Elementes wird der Rand des     metallischen    Bechers  nach innen     gefalzt,    wodurch auf den     Dichtungsring     sowohl ein radialer als auch ein axialer Druck erzeugt      wird.

   In Berücksichtigung der obigen Ausführungen  zur     Wasserstoffabscheidung    wird nun für das     Material     des inneren Deckels, der mit der Zinkelektrode in Be  rührung steht,     amalgamiertes    Kupfer, Messing oder  Bronze verwendet. Diese Materialien zeigen eine hohe  Wasserstoffüberspannung und vermeiden dadurch die  katalytische     Wasserstoffabscheidung.    Leider geht durch  die Verwendung eines Doppeldeckels relativ viel Platz  verloren, was sich besonders bei     Kleinstzellen    sehr zum  Nachteil der Energiedichte auswirkt.  



  Die oben genannten Mängel werden durch das     er-          findungsgemässe    Element beseitigt. Das alkalische Pri  märelement nach der Erfindung mit einer positiven  Elektrode, welche Quecksilberoxyd enthält, und     einer     negativen Elektrode, welche amalgamiertes Zink ent  hält ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Zink  in elektrischer Berührung stehende Deckel aus einem       Laminat    besteht, dessen     äussere    Seite aus einem nicht  rostenden Metall der Gruppe Nickel und Eisenlegie  rungen, dessen innere Seite aus einem Metall der  Gruppe Kupfer, Silber und deren Legierungen zusam  mengesetzt ist.  



  Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei  spielsweise erläutert, welche ein alkalisches Miniatur  knopfelement darstellt.  



  Im     erfindungsgemässen    Element wird ein neuarti  ger, platzsparender Deckel verwendet, der aus einem       Laminat    zweier Metalle hergestellt ist.  



  Dieser Deckel besteht aus einem     Laminat,    dessen  oberer Teil 1 aus rostfreiem Stahl, Nickel oder Nickel  legierungen besteht, während der untere Teil 2 aus  Kupfer, Bronze oder Kupferlegierungen besteht. Der  Deckel wird aus dem     Laminat    ausgestanzt, wobei ein  Rand 3 entsteht, der mit Kupfer oder     Kupferlegierun,     gen verschmiert ist. Die Dicken der beiden Schichten  können je 0,1 bis 0,5 mm betragen, aber sie brauchen  nicht gleich dick zu sein. Der äussere Teil 1     verhindert     die Bildung von     Oxydschichten    durch atmosphärischen  Sauerstoff und atmosphärische Feuchtigkeit und ver  leiht zudem dem Deckel die nötige mechanische Festig  keit und Elastizität.  



  Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass  dieser Deckel sehr viel weniger Platz einnimmt als ein  doppelwandiger Deckel herkömmlicher Art.  



  Es muss betont werden, dass ein Deckel, auf dem  durch galvanische     Abscheidung    oder durch     Bedamp-          fungsmethoden    eine Kupferschicht aufgebracht ist, kei  neswegs ebenso geeignet wäre. Solche Schichten sind  nie ganz porenfrei.

   Eine Knopfzelle von 11,4 mm  Durchmesser und 3,2 mm Höhe nach     Fig.    1 enthält im  Gehäuse 4 aus rostfreiem Stahl, Nickel oder vernickel-         tem    Eisen 0,7-0,9 g einer Mischung von 85-97 0l0       Quecksilberoxyd,        vorzüglich        95        %,        und        3-15        0lo        Gra-          phit,    vorzüglich 5 010. Über dieser positiven Elektrode 5  liegt der handelsübliche     Separator    6. Ein     Abstützring    7  ist auf dem Boden des Bechers 4 aufgelegt.

   Er trägt  den Dichtungsring 8, welcher den Zellendeckel aus       Laminat    umschliesst. Die negative Elektrode 9 wird  aus 0,35-0,45 g amalgamiertem Zinkpulver gepresst,  das auf folgende Weise hergestellt wird.  



       Eine        Mischung        aus        93-98        %        Zinkoxyd        und        2-7        %          Quecksilberoxyd        wird        in        5-7        %iger        Kalilauge        elektro-          chemisch    mit einem Strom von 5-20     mA    per g redu  ziert, bis die Oxyde völlig in den metallischen Zustand  überführt sind.

   Das entstehende feine, amalgamierte  Zinkpulver wird in destilliertem Wasser und eventuell  in organischem Lösungsmittel gewaschen     und    unter  Vakuum getrocknet. Hierauf werden Pastillen 0,2 bis  0,3 g gepresst, welche als negative Elektroden 9 die  nen.  



  Erfindungsgemässe Zellen dieser Art haben bei  langsamer Entladung eine Kapazität von  150-180     mAh,    während handelsübliche Zellen gleicher  Abmessungen nur     eine    Kapazität von 100-110     mAh     besitzen. Der Vorteil der erfindungsgemässen Zelle  besteht im platzsparenden Deckel aus     Laminat    und der  ausgezeichneten     Ausnützung    des     negativen    Elektroden  metalls.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Alkalisches Primärelement mit einer positiven Elektrode, welche Quecksilberoxyd enthält, und einer negativen Elektrode, welche amalgamiertes Zink ent hält, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Zink in elektrischer Berührung stehende Deckel aus einem Laminat besteht, dessen äussere Seite aus einem nicht rostenden Metall der Gruppe Nickel und Eisenlegie rungen, dessen innere Seite aus einem Metall der Gruppe Kupfer, Silber und deren Legierungen zusam mengesetzt ist.

   II. Verfahren zur Herstellung des Elementes nach Patentanspruch I, mit einer positiven Elektrode aus einer Mischung, welche 85-9 7 % Quecksilberoxyd und 3-15 % Graphitpulver enthält, und einer negativen Elektrode, welche amalgamiertes Zink enthält, dadurch gekennzeichnet,

   dass das letztere durch elektrochemi sche Reduktion eines innigen Gemisches von 2-7 0/0 Quecksilberoxyd und 93-98 % Zinkoxyd in verdünnter Kalilauge hergestellt, hernach gewaschen und getrock net und zu einer Pastille gepresst wird.