CH497049A

CH497049A - Alkalisches, galvanisches Element

Info

Publication number: CH497049A
Application number: CH1381368A
Authority: CH
Inventors: Ruetschi Paul
Original assignee: Leclanche Sa
Priority date: 1968-09-16
Filing date: 1968-09-16
Publication date: 1970-09-30

Description

Alkalisches, galvanisches Element
Vorliegende Erfindung betrifft ein alkalisches, galvanisches Element mit einem Gehäuse einer positiven Elektrode, welche ein Metall oxyd enthält, und einer negativen Elektrode, die Cadmium oder amalgamiertes Zink enthält. Bekanntlich eignen sich für derartige Elemente positive Elektroden aus Schwermetalloxyden wie Quecksilberoxyd, Silberoxyd und Nickelhydroxyd und für negative Elektroden Cadmium oder amalgamiertes Zink. Elektroden aus Zink zeichnen sich durch hohe Spannung, geringe Raumbeanspruchung und guten Ausnützungsgrad während der Entladung aus.

Da das Potential einer Zinkelektrode in alkalischen Elektrolyten einige hundert Millivolt negativer ist als das Potential einer Wasserstoffelektrode im gleichen Elektrolyten, ist Zink thermodynamisch nicht stabil und reagiert nach der Gleichung
Zn -F 2 HBO o Zn (OH)2 4 He, wobei sich Wasserstoff entwickelt. Dieser Wasserstoff kann unter Umständen zu unerwünschtem Druckanstieg in der Zelle führen. Es ist bekannt, dass die Wasserstoffentwicklung durch Amalgamieren der Zinkelektrode stark vermindert werden kann.

Ein besonderes Problem stellt sich nun beim Bau von alkalischen Elementen mit Zinkelektroden dadurch, dass bei Berührung der Zinkelektrode mit anderen Metallen an den letzteren, je nach ihrer Beschaffenheit, eine mehr oder weniger erhöhte Wasserstoffentwicklung einsetzt. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Geschwindigkeit der Wasserstoffabscheidung beim vorliegenden Potential der Zinkelektrode von der Wasserstoff überspannung des berührenden Metalles abhängt. Als Kontaktmaterial zur Zinkelektrode in alkalischen Elementen ist deshalb amalgamiertes Kupfer verwendet worden, das eine hohe Wasserstoffüberspannung besitzt.

Nun ist aber zu beachten, dass in Kleinstelementen das den Kontakt zur Zinkelektrode herstellende Material gleichzeitig als Zellendeckel dient. Die mechanischen Eigenschaften von Kupfer in Bezug auf Härte und Elastizität sowie seine Oxydationsempfindlichkeit schliessen die Verwendung eines einfachen Kupferdekkels deshalb aus. In bisher bekannten alkalischen Knopfelementen mit Zinkelektroden wird das Problem auf die Weise gelöst, dass der Deckel doppelwandig ausgeführt ist. Die beiden Deckel sind in der Mitte verschweisst, während sie am Rande leicht voneinander abstehen. Der Dichtungsring, der zwischen Deckel und Metallbecher eingelegt ist, hat im Querschnitt das Profil eines E und die beiden Ränder des doppelwandigen Deckels sind in die zwei Schlitze zwischen den Balken des E eingeführt.

Beim Verschluss des Elementes wird der Rand des metallischen Gehäuses nach innen gefalzt, wodurch auf den Dichtungsring sowohl ein radialer als auch ein axialer Druck erzeugt wird. Der innere Deckel trägt auf der Innenseite eine Kupferschicht, der äussere Deckel auf der äusseren Seite eine Nickelschicht. Der Nachteil dieser Konstruktion ist die grosse Platzbeanspruchung des doppelwandigen Deckels und des unförmigen Dichtungsringes.

In neuester Zeit wurde versucht, einen Deckel zu entwickeln, der weniger Platz einnimmt. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, ein Laminat zu verwenden, dessen Innen seite aus Kupfer oder Bronze und dessen Aussenseite aus Nickel oder Eisen besteht. Dieser Deckel kann am Rande derart umgebogen werden, dass der Dichtungsring radial gegen die innenliegende Kupfer- oder Bronzeschicht gepresst wird, und somit jeglicher Kontakt zwischen Elektrolyt und aussenliegender Eisen- oder Nickelschicht vermieden wird.

Das erfindungsgemässe alkalische, galvanische Element ist dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Gehäuses ein ringförmiges, in achsialer Richtung federndes Organ derart eingelegt ist, dass ein Teil dieses ringförmigen Organes am Gehäuse abgestützt ist und ein anderer Teil des ringförmigen Organes zum Pressen eines zwischen dem Organ und dem eingebördelten Gehäuserand angeordneten Dichtungsringes gegen den Gehäuserand an dem Dichtungsring oder einer zwischen diesem und dem Organ angeordneten Separatorschicht anliegt.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise für Quecksilber-Zink-Elemente näher erläutert. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses eine Element und kann insbesondere auch für Silber-Zink, Silber-Cadmium und Nickel-Cadmium Zellen angewendet werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch ein alkalisches, galvanisches HgO/Zn-Element,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein ähnliches Element einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Das in der Fig. 1 dargestellte alkalische Element besitzt einen äusseren Stahlbecher 1, einen Deckel aus Laminat, dessen Innenteil 3 aus Kupfer oder Kupferlegierungen und dessen Aussenteil 2 aus Nickel oder nichtrostenden Nickellegierungen oder Eisenlegierungen besteht. Die positive Elektrode 5, welche im vorliegenden Beispiel Quecksilberoxyd enthält, steht mit dem Gehäuse 1 in innigem elektrischem Kontakt. Die negative Elektrode 6 aus Zinkpulver ist im Deckel untergebracht. Die beiden Elektroden sind durch die Separatorschicht 7 voneinander getrennt. Beim Verschluss der Zelle wird ein Kunststoffdichtungsring 4 zwischen Stahlbecher und Deckel eingeklemmt, wodurch ein hermetischer Verschluss entsteht. In der Zelle ist ein Abstützring 8 vorgesehen, welcher die Eigenschaft einer Scheibenfeder aufweist. Dieser Abstützring 8 ist demzufolge aus einer Stahlsorte gefertigt, welche z.

B. zur Herstellung von Federn dient. Des weitern ist dieser Abstützring so angefertigt, dass seine Höhe gegen den Rand etwas abfällt. Der Abstützring ist also am Innenrand etwas höher als am Aussenrand. Beim Verschluss der Zelle unter Umbiegen des Randes des Stahlbechers 1 findet auf den Abstützring 8 eine Kraftwirkung statt, wie sie in der Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet ist. Dadurch wird der Innenrand des Abstützringes 8 um 0,1-1,0 mm nach unten gedrückt. Auf diese Weise bleibt der Dichtungsring 4 unter stetiger Druckwirkung.

Selbst nach der Entfernung des Verschlusswerkzeuges und wenn sich der eingebogene Rand des Stahlbechers 1 infolge seiner Elastizität wieder ein klein wenig öffnet und der Dichtungsring 4 im Verlauf einer langen Lagerungszeit durch Kaltfluss leicht deformiert ist, wird durch den federnden Abstützring 8 eine stetige Druckwirkung aufrechterhalten, welche eine völlige Dichtigkeit der Zelle gewährleistet.

In Fig. 2 ist eine entsprechende Anordnung gezeigt, in der dank der besonderen Form des Stahlbechers 1 eine einfache Federscheibe 10 als Abstützung verwendet werden kann. Im übrigen ist die Anordnung der Zellen bestandteile wie in der Fig. 1. Der Federweg der Federscheibe beträgt 0,1-0,5 mm.

Oben beschriebene Quecksilber-Zink Elemente mit Laminatdeckel und Scheibenfeder zeichnen sich durch höchste Dichtigkeit aus. Der Innenteil 3 des Deckels aus Laminat besteht z. B. aus einer Kupferschicht von 0,2 mm Dicke. Der Aussenteil 2 besteht z. B. aus einer Reinnickelschicht mit einer Dicke von 0,15 mm.

In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei welcher der Deckel aus Laminat am Rande 9 umgebogen ist. In dieser Ausführungsart ist die Verhinderung des Kontaktes von Elektrolyt und äusserer Deckelschicht 2 in besonderer Weise gewährleistet. Zugleich werden bei dieser Form die elastischen Eigenschaften des Deckels verbessert. Der umgebogene Rand 9 des Deckels wird beim Verschluss der Zelle noch weiter zusammengedrückt und wirkt deshalb auch nach Entfernung des Verschlusswerkzeuges in einer ständigen Federwirkung nach aussen, wie durch Pfeile angedeutet ist. In Verbindung mit dem federnden Stützring 8 wird hierbei eine besonders gute Dichtigkeit erzielt.

Dank der Verwendung des platzsparenden Deckels aus Laminat weisen oben beschriebene Quecksilberoxyd-Zink Elemente eine besonders hohe Kapazität auf.

Ein Knopfelement von 11,3 mm Durchmesser und 5,2 mm Höhe nach Fig. 1 enthält im Stahlbecher 1 aus vernickeltem Stahlblech 1, 2 bis 1,35 g einer Mischung von beispielsweise 86 O/o Queicksilberoxyd, 5 O/o Graphit und 9 Oio Mangandioxyd. Über der positiven Elektrode 5 liegen mehrere handelsübliche Separatorschichten 7. Die negative Elektrode 6 besteht aus 0,3 g grobkörnigem, amalgamiertem Zinkpulver, das 10-15 O/o Quecksilber enthält. Der Dichtungsring 4 aus Nylon wird von dem federnden Abstützring 8 unterstützt, welcher eine Wandstärke von 0,1 bis 0,5 mm besitzt, und der am Innenrand 0,2 bis 0,7 mm höher ist als am Aussenrand.

Dieses Element liefert eine Kapazität von 200 mAh.

Dieser hohe Wert wird dank des platzsparenden Deckels erzielt.

Das oben beschriebene Element bleibt auch bei jahrelanger Lagerung und bei erhöhter Temperatur dicht. Diese erhöhte Dichtigkeit ist auf die Verwendung des federnden, ringförmigen Abstützringes im Innern der Zelle zurückzuführen.

Claims

PATENTANSPRUCH

Alkalisches, glavanisches Element mit einem Gehäuse, einer positiven Elektrode, welche ein Metalloxyd enthält, und einer negativen Elektrode, die Cadmium oder amalgiertes Zink enthält, dadurch gekennzeichnet, dass im Innen des Gehäuses (1) ein ringförmiges, in achsialer Richtung federndes Organ (8) derart eingelegt ist, dass ein Teil dieses ringförmigen Organes am Gehäuse abgestützt ist und ein anderer Teil des ringförmigen Organes zum Pressen eines zwischen dem Organ und dem eingebördelten Gehäuserand angeordneten Dichtungsringes (4) gegen den Gehäuserand an dem Dichtungsring oder einer zwischen diesem und dem Organ angeordneten Separatorschicht (7) anliegt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Element nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Elektrode aus amalgamiertem Zink besteht, dass der mit der Zinelektrode in Berührung stehende Deckel aus Laminat besteht, dessen äussere Seite (2) aus einem nichtrostenden Metall der Gruppe Nickel, Nickellegierungen und Eisenlegierungen und dessen innere Seite (3) aus einem Metall der Gruppe Kupfer oder dessen Legierungen zusammengesetzt ist und dass das federnde ringförmige Organ (8) am äusseren Rand aufgestützt ist und einen Federweg von 0,im0,5 mm aufweist.

2. Element nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (9) des Deckels nach oben umgebogen ist, so dass durch den eingebördelten Gehäuserand der Dichtungsring radial gegen die innere Seite des Deckels gepresst wird und dass der innere Rand des ringförmigen federnden Organes (8) in achsialer Richtung federnd beweglich ist, so dass der über dem ringförmigen Organ oder über der Separatorschicht liegende Dichtungsring zwischen dem umgebördelten Gehäusrand und dem federnden inneren Teil des ringförmigen Organes oder der Separatorschicht eingeklemmt ist.

3. Element nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Elektrode aus Cadmium besteht und die positive Elektrode Nickelhydroxyd enthält.