DE1015877B - Galvanische Primaerzelle mit festem, wasserfreiem Elektrolyt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine galvanische Primärzelle und mit solchen Zellen hergestellte Batterien, die ihre Spannung über lange Zeiträume hin beibehalten.

Gemäß der Erfindung enthält die Trockenzelle keinen wäßrigen, sondern einen trockenen, festen Elektrolyt, nämlich kristallwasserfreies Zinnsulfat (SnSO₄). Eine Vielzahl dieser Zellen kann auf einfache Weise zu einer Trockenbatterie vereinigt werden, welche in einem weiten Temperaturbereich unter kaum merklicher Änderung ihrer Eigenschaften arbeitet.

Es sind zwar Zellen für konstante Spannungen mit einem sogenannten »festen«Elektrolytbekannt, welche jedoch, um betriebsfähig zu sein, Feuchtigkeit enthalten müssen. Diese Zellen sind verhältnismäßig instabil und insbesondere gegenüber Temperaturschwankungen empfindlich, welche Änderungen des inneren Zellwiderstandes und somit der abgegebenen Spannung hervorrufen. Auch ist die Lebensdauer solcher Zellen nur beschränkt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der Beschreibung und der Zeichnung ersichtlich, welche eine erfindungsgemäße Zelle und eine Trockenbatterie zeigt, wobei einzelne Teile im Schnitt gezeigt sind. \

Es wurde gefunden, daß aus Zinnsulfat gepreßte Scheibchen elektrisch leitend sind und bei Berührung mit ungleichartigen Stoffen an diesen Berührungsstellen ein Potential erzeugen, das von dem elektrochemischen Unterschied der Stoffe abhängt, und daß sie ihr Potential unter verschiedenen Lagerungsbedingungen beibehalten. Im wesentlichen betrifft die Erfindung eine Zelle, welche ein konstantes Potential bei geöffnetem Stromkreis hält, und von welcher nur äußerst geringe Ströme abgenommen werden.

Festes und ionisch leitendes Zinnsulfat ist nicht von der Zugabe von Feuchtigkeit, anfeuchtenden Mitteln od. dgl. abhängig, noch bedarf es ihrer.

Typische Zellenbestandteile sind Nickel oder mit Nickel plattierter Stahl als negative Elektrode, Zinnsulfat als der trockene, feste Ionenleiter und Bleidioxyd als positive Elektrode, wobei das Zinnsulfat die Zwischenschicht bildet. Diese Kombination ergibt ein Potential von 1,65 Volt, das zum größten Teil an der Zwischenfläche zwischen dem Zinnsulfat und dem Bleidioxyd erzeugt wird. Nickel und Nickellegierungen, wie rostfreie Stähle oder Monelmetall können als negative Elektrode verwendet werden.

Andere unterschiedliche Materialien für die negative und die positive Elektrode ergeben ebenfalls ein Potential, z. B. für die negative Elektrode Blei oder Zinn und für die positive Elektrode andere depolarisierende Verbindungen, z. B. die Oxyde von Mangan, Quecksilber, Silber, Kupfer oder Mischungen von Graphit mit diesen Oxyden oder Permanganaten.

Galvanische Primärzelle mit festem,
wasserfreiem Elektrolyt

X Jaw
Anmelder:

Samuel Rubenfc N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Januar 1964

Samuel Ruben, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Die Nickel-Zinnsulfat-Bleidioxyd-Zelle kann jedoch während kurzer Zeit mehrere Mikroampere liefern und gewinnt dann ihre 1,65 Volt wieder. In der Hauptsache ist jedoch diese Kombination dann günstig, wenn Potentiale und kein Strom gewonnen werden sollen oder wenn der Stromfluß nur sehr kurzzeitig erfolgt.

Bei der Herstellung der einzelnen Elemente einer Zelle für eine typische Anodenbatterie wird das Zinnsulfat unter einem Druck von 1406 at zu etwa 3,2 mm dicken Scheibchen mit einem Durchmesser von 25 mm gepreßt, dann zerkleinert, granuliert und bei einem Druck von 846 at zu Plättchen mit einem Durchmesser von 12,5 mm gepreßt. 400 mg ergeben ein etwa 0,75 mm dickes Plättchen. Die positive Elektrode kann durch elektrolytische Aufbringung von Bleidioxyd aus einer Bleinitratlösung auf ein 0,13 mm dickes Band aus gekohltem Eisen hergestellt werden, wobei das Bleidioxyd auf dem Band als eine feste, zusammenhängende Schicht niedergeschlagen wird. Aus diesem Band können leicht Scheibchen mit demselben Durchmesser wie das Zinnsulfatplättchen herausgestanzt werden. Eine Seite des gekohlten Eisenbandes wird abgedeckt, so daß das Bleidioxyd nur auf einer Seite niedergeschlagen wird. Bei einer anderen Ausführungsform kann die positive Elektrode so hergestellt werden, daß man eine vorgepreßte Mischung von elektrolytisch erzeugtem Bleidioxyd und 0,5% Gummiarabikum zu einer Korngröße von 40 Maschen pro 2,5 cm Sieblänge granuliert. Der Gummi unterstützt dabei die Bindung der Bleidioxydteilchen, und die Mischung wird bei einem Druck von 846 at zu Scheibchen mit einem Durchmesser von 12,5 mm verpreßt.

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500 mg der Bleidioxydmischung· ergeben ein etwa 0,75 mm dickes Scheibchen mit einem Durchmesser von 12,5 mm. Die Scheibchen werden vor ihrer Verwendung auf 100° C zur Entfernung jeglicher Feuchtigkeit gebrannt. Andere Bindemittel, z. B. Paraffin, Styrol, eine Polyvinylverbindttng usw., können an Stelle von Gummiarabikum in denselben Mengen verwendet werden. ·

Die Scheibchen können in Reihen aufgeschichtet werden, und da sie überhaupt keine freie Feuchtigkeit enthalten, besitzen sie nur eine zu vernachlässigende Randundichtigkeit, so daß eine Selbstentladung der Zellen vermieden wird.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine einzelne Zellanordnung, bei welcher die eine Seite des Zinnsulfatelektrolyts 13 sich mit der negativen Nickelelektrode 12 in Berührung befindet. Die positive Elektrode besitzt eine Grundlage 14 aus gekohltem Eisen mit einem Überzug 15 aus Bleidioxyd, welcher den Zinnsulfatelektrolyt berührt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung von in Fig. 2 dargestellten Zellen in einer Trockenbatterie, bei welcher das äußere, aus mit Nickel plattiertem Stahl bestehende Gehäuse 10 einen seine Innenwand auskleidenden rohrförmigen Hohlkörper 11 aus Polystyrol enthält. Die Zellen sind in dem rohrförmigen Teil in der Reihenfolge Nickel, Zinnsulfat und Bleidioxyd aufgeschichtet, wobei die zur Erzielung der gewünschten Spannung ausreichende Anzahl von Zellen verwendet wird. Bei Verwendung eines 0,5 mm dicken Plättchens aus Zinnsulfat, einer 0,13 mm dicken Elektrode aus einem mit Nickel plattiertem Stahlscheibchen und einer ebensolchen negativen Elektrode aus einem Scheibchen aus gekohltem Eisen mit einer elektroplattierten Bleidioxydschicht beträgt die Gesamtdicke pro Zelle etwa 0,775 mm, was die Erzeugung von etwa 40 Volt pro 2,5 cm der Höhe der geschichteten Zellen ergibt. Die obere Polscheibe 16 der Batterie ist von dem Behälter durch einen Polyäthylenring 17 isolierend getrennt. Die Batterie wird gegen atmosphärische Einflüsse abgedichtet, und auf die Zellen wird ein Druck ausgeübt, indem man den Stahlbehälter bei 18 auf den Polyäthylenring umbiegt. Es sei bemerkt, daß der mit Nickel plattierte Stahl als eine Elektrode und der obere Abschluß der Batterie als die andere Elektrode dient. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Druckelement, z. B. eine Feder, vorgesehen werden, um unter allen Bedingungen einen dauernden Druck auf den Zellenstapel auszuüben.

Claims (4)

Patentansprüche.·

1. Galvanische Primärzelle mit festem, wasserfreiem Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus kristallwasserfreiem Zinnsulfat (SnSO₄) besteht.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode eine Nickeloberfläche aufweist oder aus Nickel besteht und die positive Elektrode als Depolarisator Bleidioxyd enthält.

3. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator eine kleine Menge Bindemittel enthält.

4. Trockenbatterie, enthaltend eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10) aus mit Nickel plattiertem Stahl, einen dessen Innenwand auskleidenden Hohlkörper (11) aus Polystyrol, einen Dichtungsring (17) aus Polyäthylen sowie eine metallische Polscheibe (16).

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 666 801.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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