DE10241710A1 - Quecksilberfreie Alkalische Knopfzellenbatterie - Google Patents
Quecksilberfreie Alkalische KnopfzellenbatterieInfo
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Abstract
Beschrieben wird eine quecksilberfreie Knopfzellenbatterie, die eine Anodenplatte, eine Kathodenkappe, eine Kathoden-Zinkpaste, einen Dichtungsring, ein Anodengehäuse und eine Membran umfasst. Eine Schicht aus Indium oder Zinn wird auf die Kathodenplatte aufgebracht und der Zinkpaste wird Indium zugesetzt, um Quecksilber zu ersetzen. Eine Schicht aus Indium oder Zinn wird auf die Kathodenplatte aufgebracht, um in der Zelle zu verhindern, dass das Zink mit einem anderen Material oder Metall in Kontakt kommt, um ein Aufquellen zu vermeiden, das zu einer Freisetzung von Gas führen könnte.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf quecksilberfreie alkalische Knopfzellenbatterien. Die Erfindung bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf quecksilberfreie alkalische Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan-Knopfzellenbatterien.
- Hintergrund der Erfindung
- Bekannte Knopfzellenbatterien enthalten Zink. Quecksilber wird zugegeben, um zu verhindern, dass Zink mit einem anderen Material (insbesondere Metallen) in Kontakt kommt, um dadurch ein Aufquellen einzuschränken, das zu einer Gasfreisetzung führen würde.
- Hinsichtlich des Umweltschutzes werden jedoch in zunehmendem Maße quecksilberfreie Energiequellen- bzw. Hochleistungs-Batterien verwendet. Das Aufquellen, das aus einer Gasfreisetzung resultiert, kann für AA- und AAA- Zellen vernachlässigt werden, da ihre Dimensionen groß sind und genügend Raum vorhanden ist, um das Gas aufzunehmen. Die Dimensionen von Hochleistungs- bzw. Energiequellen-Knopfzellenbatterien sind jedoch verhältnismäßig klein und es ist kein zusätzlicher Raum vorhanden für die Aufnahme des freigesetzten Gases. Daher muss in einer Knopfzellenbatterie Quecksilber zugesetzt werden, um zu verhindern, dass Zink mit einem anderen Material oder Metall in Kontakt kommt, um so eine Profilverformung, die aus dem freigesetzten Gas resultiert, zu verhindern. Es besteht daher eine starke Nachfrage nach einer quecksilberfreien Knopfzellenbatterie, die umweltfreundlich ist.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine quecksilberfreie alkalische Zink/Mangan- und/oder Zink/Silber-Mangan-Knopfzellenbatterie zur Verfügung zu stellen.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine quecksilberfreie Knopfzellenbatterie, die umfasst:
ein Anodengehäuse,
eine innerhalb des Anodengehäuses angeordnete Anodenplatte,
eine auf das Anodengehäuse aufgesetzte Kathodenkappe,
einen Dichtungsring, der die Kathodenkappe mit dem Anodengehäuse verbindet,
eine Zink enthaltende Paste, die innerhalb des Anodengehäuses zwischen der Anodenplatte und der Kathodenkappe angeordnet ist,
eine Membran zwischen der Anodenplatte und der Zinkpaste,
wobei die Batterie dadurch gekennzeichnet ist, dass auf die Kathodenplatte eine Schicht aus Indium oder Zinn aufgebracht ist und in der Zinkpaste Indium enthalten ist. - Vorzugsweise ist die Kathodenkappe hergestellt aus einer Eisenplatte oder einer Platte aus rostfreiem Stahl.
- Die Anodenplatte ist vorzugsweise eine Manganplatte.
- Die Anodenplatte ist vorzugsweise eine Silberoxidplatte oder eine aus Silberoxid und Manganoxid zusammengesetzte Platte.
- Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Knopfzellenbatterie, die eine Kathodenplatte mit einer Schicht aus Indium oder Zinn umfasst.
- Dadurch kann ein Kontakt zwischen Zink und der Kathodenplatte als Folge der Gasquellung verhindert werden, sodass es nicht erforderlich ist, zur Verhinderung des Quellens Quecksilber zuzusetzen, und dadurch wird dem Erfordernis des Umweltschutzes Rechnung getragen.
- Die Kathodenplatte besteht vorzugsweise aus einem Metall, das dann mit Nickel oder Kupfer plattiert wird, woran sich eine Plattierung mit einer Schicht aus Indium oder Zinn anschließt.
- Die Kathodenplatte besteht vorzugsweise aus Eisen oder rostfreiem Stahl.
- Das Verfahren umfasst vorzugsweise das Aufbringen bzw. Aufplattieren einer Schicht aus Nickel oder Kupfer auf die Kathodenplatte und das anschließende Aufbringen bzw. Aufplattieren einer Schicht aus Indium oder Zinn.
- Alternativ umfasst das Verfahren das Aufbringen bzw. Aufplattieren einer Schicht aus Nickel oder Kupfer auf eine gewendelte bzw. gerollte Metallplatte und das anschließende Aufbringen bzw. Aufplattieren einer Schicht aus Indium oder Zinn.
- Indium oder Zinn können auf eine Oberfläche der Metallplatte aufgebracht bzw. aufplattiert werden. Dann kann es zur Herstellung einer Kathodenplatte verarbeitet werden.
- Die Oberfläche, die mit Indium oder Zinn beschichtet ist, steht vorzugsweise mit einer Kathoden-Zinkpaste in Kontakt.
- Nach den konventionellen Verfahren zur Herstellung von Knopfzellen können quecksilberfreie alkalische Zink/Mangan-Knopfzellen hergestellt werden durch Integrieren der Kathodenplatte mit einer verfügbaren Kathoden-Zinkpaste, einem Dichtungsring, einem Anodengehäuse, einer Membran und einer Anoden- Manganplatte.
- Die Vorteile sind folgende: die Kathoden-Zinkpaste ist leicht herstellbar und kann beispielsweise eine solche sein, wie sie von der Firma Shanghai Bai Luo Da Metal Co., Ltd., Shanghai, China, vertrieben wird. Ihre Zusammensetzung ist die folgende:
- Bei einer anderen Ausführungsform können quecksilberfreie alkalische Zink/- Silber-Mangan-Knopfzellen hergestellt werden, die einen Silberoxid-Überzug oder einen Silber- und Mangan-Mischoxid-Überzug anstelle des oben genannten Mangan-Überzugs aufweisen.
- Die Kathoden-Zinkpasten enthalten in allen im Handel erhältlichen alkalischen Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan-Knopfzellen Quecksilber. Erfindungsgemäß wird Quecksilber jedoch erfolgreich ersetzt durch Zugabe von Indium zu der Zinkpaste und durch Aufbringen einer Schicht aus Indium oder Zinn auf die Kathodenplatte. Im Vergleich zum Stand der Technik besteht der Vorteil der erfindungsgemäßen alkalischen Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan-Knopfzellen darin, dass sie frei von Quecksilber sind. Während der Herstellung der Zeilen wird die Umwelt nicht mit Quecksilber verunreinigt, sodass dem Bedürfnis nach Umweltschutz Rechnung getragen wird.
- Beschreibung der Zeichnungen
- Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei zeigen
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer quecksilberfreien alkalischen Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan-Knopfzellenbatterie;
- Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Kathodenkappe einer quecksilberfreien alkalischen Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan- Knopfzellenbatterie;
- Fig. 3 die geschätzte durchschnittliche Betriebszeit einer AG10-Knopfzelle, wobei das Zellsystem Zink/Mangandioxid ist und die bewertet wurde bei einer Belastung von 10000 Ω bei 21°C innerhalb von 30 Tagen nach der Herstellung; und
- Fig. 4 die geschätzte durchschnittliche Betriebszeit einer AG3/LR41-Knopfzelle, wobei das Zellsystem Zink/Mangandioxid ist, und die bewertet wurde bei einer Belastung von 15000 Ω Q bei 21°C innerhalb von 30 Tagen nach der Herstellung.
- Eine Kathodenplatte aus Metall wurde unter Anwendung konventioneller Verfahren mit einer Schicht aus Nickel oder Kupfer beschichtet, dann wurde sie mit einer Schicht aus Indium unter Anwendung eines Walzplattierungs-Verfahrens beschichtet. Die Maßnahmen des Verfahrens zur Walzplattierung von Indium waren folgende:
Eine mit einer Schicht aus Nickel oder Kupfer beschichtete Kathodenplatte wurde in einer Indiumsulfat-Plattierungslösung mit einem pH-Wert von 3 auf eine Walze gelegt. Dann wurde eine Potential-Differenz von 7 Volt angelegt. Nach 60-minütiger Walzplattierung wurde die Kathodenplatte herausgenommen und sofort mit Wasser gespült. Nach dem Einführen in einen Trockner zum Trocknen mit heißer Luft wurde eine Kathodenplatte daraus hergestellt, die zur Herstellung von quecksilberfreien alkalischen Zink/Mangan- und Zink/Silber-Mangan-Knopfzellen verwendet wurde. - Nach den konventionellen Verfahren zur Herstellung von Knopfzellen können quecksilberfreie alkalische Zink/Mangan-Knopfzellen mit einer mit Indium beschichteten (plattierten) Kathodenplatte hergestellt werden durch Integrieren der oben erhaltenen Kathodenplatte mit der im Handel erhältlich Kathoden- Zinkpaste, einem Abdichtungsring, einem Anodengehäuse, einer Membran und einer Anoden-Manganplatte.
- Die gleichen Verfahrensschritte wie in Beispiel 1 wurden wiederholt zur Herstellung von quecksilberfreien alkalischen Zink/Mangan-Knopfzellen mit einer mit Zinn beschichteten (plattierten) Kathodenplatte, jedoch mit der Ausnahme, dass das Indium durch Zinn ersetzt wurde.
- Die gleichen Verfahrensschritte wie in Beispiel 2 wurden wiederholt zur Herstellung von quecksilberfreien alkalischen Zink/Mangan-Knopfzellen mit einer mit Zinn beschichteten (plattierten) Kathodenplatte, jedoch mit der Ausnahme, dass die Mangan-Platte durch eine Platte aus Silberoxid oder eine Verbundplatte aus Silberoxid und Manganoxid ersetzt wurde.
- Wie in Fig. 1 dargestellt, umhüllt Zinkpulver die Hochenergiezelle und steht in direktem Kontakt mit der Kathodenplatte, die mit Indium oder Zinn beschichtet ist.
- Die Testergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
- Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, sind der Quecksilber-Gehalt, der Cadmium- Gehalt und der Blei-Gehalt von AG10- und AG13-Knopfzellen alle niedriger als der erlaubte Maximalwert, wie er in dem Knopfzellen-Standard 98/101/EEC vorgeschrieben ist.
- Die Testergebnisse, die mit alkalischen AG3-Knopfzellen mittels eines Induktions-Kupplungs-Plasmaspektrometer-Massenspektrometer erhalten würden, sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
- Die obigen Testergebnisse zeigen, dass der Quecksilber-Gehalt in den Knopfzellen nur bei einem Wert von 0,26 mg/kg (ppm) liegt, dies entspricht den Umweltschutz-Standards und sie können auf dem Markt unter der Bezeichnung "quecksilberfreie Zellen" vertrieben werden.
- In der Fig. 1 ist in einer weggeschnittenen Form schematisch eine Knopfzelle dargestellt, die umfasst eine Kathodenkappe 1, eine Kathoden-Zinkpaste 2, einen Dichtungsring 3, eine Anodengehäuse 4, eine Membran 5 und eine Anoden = Manganplatte 6.
- Die Fig. 2 zeigt eine Indiumschicht 10, die auf die Kathode aufgebracht (aufplattiert) ist.
Claims (11)
1. Quecksilberfreie Knopfzellenbatterie, die umfasst:
ein Anodengehäuse,
eine Anodenplatte, die innerhalb des Anodengehäuses angeordnet ist,
eine Kathodenkappe, die auf das Anodengehäuse passt,
einen Dichtungsring, der die Kathodenkappe mit dem Anodengehäuse abdichtend verbindet,
eine Zink enthaltende Paste, die Indium enthält, die innerhalb des Anodengehäuses zwischen der Anodenplatte und der Kathodenkappe angeordnet ist, und
eine Membran zwischen der Anodenplatte und der Zinkpaste,
wobei die Batterie gekennzeichnet ist durch eine Schicht aus Indium oder Zinn, die auf die Kathodenplatte aufgebracht (aufplattiert) ist.
ein Anodengehäuse,
eine Anodenplatte, die innerhalb des Anodengehäuses angeordnet ist,
eine Kathodenkappe, die auf das Anodengehäuse passt,
einen Dichtungsring, der die Kathodenkappe mit dem Anodengehäuse abdichtend verbindet,
eine Zink enthaltende Paste, die Indium enthält, die innerhalb des Anodengehäuses zwischen der Anodenplatte und der Kathodenkappe angeordnet ist, und
eine Membran zwischen der Anodenplatte und der Zinkpaste,
wobei die Batterie gekennzeichnet ist durch eine Schicht aus Indium oder Zinn, die auf die Kathodenplatte aufgebracht (aufplattiert) ist.
2. Knopfzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kathodenkappe aus Eisen oder rostfreiem Stahl hergestellt ist.
3. Knopfzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anodenplatte eine Manganplatte ist.
4. Knopfzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anodenplatte eine Silberoxidplatte oder eine Verbundplatte aus Silberoxid und
Manganoxid ist.
5. Knopfzellenbatterie, die eine Kathodenplatte umfasst,
gekennzeichnet durch eine Schicht aus Indium oder Zinn.
6. Verfahren zur Herstellung der Batterie nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kathodenplatte aus Metall hergestellt wird, dann mit
Nickel oder Kupfer beschichtet wird, woran sich das Aufbringen (Aufplattieren)
einer Schicht aus Indium oder Zinn anschließt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kathodenplatte aus Eisen oder rostfreiem Stahl hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die
Kathodenplatte eine Schicht aus Nickel oder Kupfer aufgebracht wird und dann
eine Schicht aus Indium oder Zinn darauf aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine
gewendelte Metallplatte eine Schicht aus Nickel oder Kupfer aufgebracht wird und
danach eine Schicht aus Indium oder Zinn darauf aufgebracht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Oberfläche der Metallplatte mit Zinn beschichtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberfläche, die mit Indium oder Zinn beschichtet ist, in der fertigen Batterie mit einer
Kathoden-Zinkpaste in Kontakt gebracht wird.
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