DE1029437B - Beliebig polbare, staendig dicht verschlossene elektrolytische Gegenzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine beliebig polbare, ständig dicht verschlossene elektrolytische Gegenzelle mit Elektroden, die praktisch von aktiver Masse frei sind.

Solche Zellen sind an und für sich bekannt. Eine bekanntgewordene Ausführungsart enthält gesinterte Nickelplatten mit einem dünnen Separator dazwischen. Durch starke Zusammenpressung der Elektroden und des Separators soll zwischen allen Teilen ein so inniger elektrolytischer Kontakt entstehen, daß bei Stromdurchgang durch die Zelle keine Gasentwicklung stattfindet, so daß diese Zelle dicht verschlossen sein kann.

Gegenüber offenen Gegenzellen, bei denen Vorsorge getroffen sein muß, damit die sich entwickelnden Gase abziehen können, stellt die vorbeschriebene dicht verschlossene Zelle bereits einen gewissen Fortschritt dar. Ein erheblicher Nachteil bei der vorbeschriebenen dicht verschlossenen Zelle besteht aber in der Pressung, die nicht nur zeitweilig während der Fabrikation vorhanden sein muß, sondern nach dem dichten Schließen in der Zelle erhalten bleiben muß. Hierdurch wird die Fabrikation solcher Zellen außerordentlich erschwert. Ein weiterer Nachteil der beschriebenen bekannten Ausführungsart besteht darin, daß beim Pressen der Separator außerordentlich leicht beschädigt wird, was Kurzschlüsse in der Zelle zur. Folge haben kann. Ein weiterer Nachteil bei diesen Zellen ist darin zu erblicken, daß entgegen der theoretischen Vorstellung tatsächlich doch Gase beim Stromdurchgang entstehen, die sich im Laufe der Zeit ansammeln und allmählich verhältnismäßig große Drücke in der Zelle hervorrufen, so daß der dichte Verschluß solcher Zellen in der Praxis als fragwürdig anzusehen ist. Es sind auch schon Zellen bekanntgeworden, die nach dem Prinzip des Gasumsatzes arbeiten, bei denen also beim Stromdurchgang an einer Elektrode Gas erzeugt wird, das an der anderen Elektrode wieder aufgezehrt wird. Bei diesen bekanntgewordenen Zellen handelt es sich aber nicht um beliebig polbare Polarisationszellen, vielmehr besitzt diese bekanntgewordene Zelle eine negative Elektrode mit negativer Masse, während die positive Elektrode praktisch ohne aktive Masse ausgebildet ist. Der besondere Vorteil einer Gegenzelle im eigentlichen Sinn liegt aber darin, daß sie beliebig polbar und ohne aktive Masse ist. Auf Grund ihrer beliebigen Polbarkeit ist sie für viele Zwecke geeignet, für die eine nicht beliebig polbare Zelle ungeeignet ist. Infolge des Fehlens von aktiver Masse kommt sie praktisch momentan nach dem Einschalten des Stromes auf ihren Gegenspannungs-Endwert, was für viele Schaltungen von erheblicher Bedeutung ist. Im Vergleich hiermit besitzt die vorerwähnte Zelle mit negativer Beliebig polbare,
ständig dicht verschlossene
elektrolytische Gegenzelle

Anmelder:

Accumulatoren-Fabrik

Aktiengesellschaft,

Hagen (Westf.)

Dr. rer. nat. Freimut Peters, Hagen (Westf.),
ist als Erfinder genannt worden

Masse auf der negativen Elektrode erhebliche Nachteile.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausnutzung des vorbeschriebenen, an sich bekannten zuverlässigen Gasumsetzungsmechanismus eine beliebig polbare, ständig dicht verschlossene Gegenzelle zu schaffen, die Elektroden ohne aktive Massen besitzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Elektrolyt kapillar festgelegt ist und daß Gasräume in der Zelle vorgesehen sind sowie elektrisch mit den Metallelektroden verbundene, zum Aufzehren der entstehenden Gase dienende Kontaktflächen, die mit dem Elektrolyten und den Gasen in den Gasräumen in Kontakt stehen und die durch von den Separatoren nicht bedeckte Flächenteile der Elektroden gebildet werden und oberflächenvergrößert ausgebildet sind und daß die Gasatmosphäre in der Zelle im Augenblick des gasdichten Verschließens zum überwiegenden Teil oder ganz aus Sauerstoff besteht.

Zweckmäßig ist eine solche Zelle mit alkalischem Elektrolyten versehen. Eine derartig ausgebildete Gegenzelle ist beliebig polbar, und da die Elektroden praktisch von aktiver Masse frei sind, erreicht sie fast momentan nach dem Einschalten des Stromes ihren jeweiligen Gegenspannungs-Endwert, der dem betreffenden Strom zugeordnet ist. Beim Fließen des Stromes durch die Zelle wird dann an der positiv gepolten Elektrode Sauerstoff erzeugt, der an den Kontaktflächen der negativ gepolten Elektrode wieder aufgezehrt wird und zugleich durch seine Einwirkung die Entstehung von freiem Wasserstoff an der negativ gepolten Elektrode verhindert. Hierzu muß der an der

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positiv gepolten Elektrode erzeugte Sauerstoff die Möglichkeit haben, zu den Kontaktflächen der negativ gepolten Elektrode hin zu gelangen. Zu diesem Zweck sind Gasräume in der Zelle vorgesehen, und es ist weiterhin vorgesehen, daß die Kontaktflächen mit dem Elektrolyten und den Gasen in den Gasräumen in Kontakt stehen.

Als besonders ■ vorteilhaft hat sich erwiesen, die Kontaktflächen oberflächenvergrößert auszubilden, da-Dies hat den besonderen Vorteil, daß die erzeugten Gase (Sauerstoff) zu den Kontaktflächen hingeleitet und von den Elektrodenflächen weitgehend ferngehalten werden. Das Fernhalten von den Elektrodenflächen hat wiederum den Vorteil, daß die Stromwege auf den elektrolytischen Bahnen besser ausgenutzt werden, als wenn diese Bahnen auch Gas zu befördern haben.

Eine etwas andersartige Ausführung der erfindungs-

mit der Gasverzehr in genügendem Umfang bewirkt 10 gemäßen Zelle besteht darin, daß nur der einen Elek-

werden kann. Eine weitere vorteilhafte Maßnahme gemäß der Erfindung ist darin zu erblicken, daß die Kontaktflächen durch von den Separatoren nicht bedeckte Flächenteile der Elektroden gebildet werden.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der erfmdungsgemäßen Zelle liegt darin, daß die Gasatmosphäre in der Zelle im Augenblick des dichten Verschließen zum überwiegenden Teil oder ganz aus Sauerstoff besteht. Das Gasumsatz in der Zelle ist an und für sich ein Sauerstoffumsatz und es ist vorteilhaft, Fremdgase in der Zelle zu vermeiden, und zwar insbesondere solche Fremdgase, wie z. B. Stickstoff od. dgl., deren Moleküle an der Oberfläche der Kontaktflächen den Sauerstoffumsatz blockieren. Die Herstellung der Sauerstoff atmosphäre in der Zelle kann auf die mannigfaltigste Weise bewirkt werden, beispielsweise durch Einleiten von Sauerstoff oder durch das Zufügen von an sich bekannten sauerstoffabgebenden Substanzen.

Gegenüber den bekannten Gegenzellen arbeitet die Zelle nach der Erfindung auch auf die Dauer zuverlässig, ohne daß der dichte Verschluß durch große Drücke in der Zelle gefährdet ist. Außerdem ist die beschriebene Zelle nach der Erfindung billig herzustellen, da komplizierte und andererseits nur mit Vorsicht anzuwendende Preßverfahren völlig entbehrt werden können. Im Vergleich mit diesen bekannten Zellen, die das Preßverfahren benötigen, ist bei den Zellen nach der Erfindung auch jegliche Kurzschlußtrode Kontaktflächen zugeordnet sind. Dies hat einen besonderen Vorteil bei solchen Zellen, die durch die besondere Anordnung in der elektrischen Schaltung stets nur von Strömen in einer bestimmten Richtung durchflossen werden. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Zelle in ihrer Herstellung noch weiter vereinfacht werden. Dieser Sonderfall steht auch nicht im Widerspruch damit, daß die Erfindung sich an und für sich auf beliebig polbare Gegenzellen bezieht. Et stellt nur eine spezialisierte Anwendung des allgemeinen Erfindungsprinzips dar.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine knopfförmige Zelle gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine prismatische Zelle, die grundsätzlich auch zylindrisch ausgebildet sein kann,

Fig. 3 einen Grundriß von der Zelle gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine knopfförmige Zelle etwas andersartiger Ausführung, bei der nur die negativ gepolte Elektrode mit großflächigen Kontaktflächen versehen ist,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine prismatische Zelle etwas andersartiger Ausführung, bei der ebenfalls nur die negativ gepolte Elektrode mit großflächigen Kontaktflächen versehen ist, und Fig. 6 einen Grundriß von der Zelle gemäß Fig. 5.

Bezogen auf Fig. 1 ist 1 das Oberteil und 2 das

gefahr zuverlässig vermieden. Gegenüber den offenen 40 Unterteil des knopfförmigen Gehäuses der Zelle, wel-Gegenzellen ist noch der Vorteil gegeben, daß bei der dies zweckmäßig aus Metall ausgebildet ist. An der Zelle nach der Erfindung kein Elektrolytverlust vor

handen ist und keine Belästigung der Umgebung durch Gase stattfindet.

Gegenüber der obengenannten bekannten dichten Zelle mit negativer aktiver Masse auf der negativen Elektrode ist auch noch der Vorteil gegeben, der in der Vermeidung der Verwendung von aktiver Masse ohnehin zu erblicken ist, und der sich fabrikatorisch vereinfachend auswirkt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zelle besteht darin, daß die Kontaktflächen aus oberflächlich aufgerauhtem oder gesintertem Nickel bestehen, oder daß die Kontaktflächen mit Nickel überzogen sind. Der hiermit verbundene Vorteil ist vor allem darin zu erblicken, daß insbesondere gesinterte Metalle auf kleinem Raum eine erhebliche Oberfläche unterzubringen gestatten.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung der erfindungsgemäßen Zelle besteht darin, daß als Kontaktflächen die den Separatoren entgegengesetzt liegenden Flächenteile der Elektroden vorgesehen sind.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung der erfindungsgemäßen Zelle besteht ganz allgemein darin, daß nach der Erfindung der Separator feinporig ausgebildet und mit Elektrolyt durchfeuchtet ist und mit mäßigem Druck an den Elektrodenfiächen anliegt, so daß Gasblasen, der Weg zwischen Elektrode und Separator zu den Gasräumen hin ermöglicht, dagegen Verbindungsstelle beider Teile ist die Isolierzwischenlage 3 vorgesehen. Diese kann aus Gummi, einem geeigneten Kunststoff od. dgl. hergestellt sein. In dem Gehäuse befinden sich die Elektroden 6 und 7, zwischen denen ein Scheider 8 angeordnet ist. Zweckmäßig sind sowohl der Scheider 8 als auch die Elektroden 6 und 7 feinporig ausgebildet, d. h., der Scheider 8 kann in beliebiger Weise aus einem dichten Gewebe oder aus einem aus Zellulose oder Kunststofffaser bestehenden Filtrierpapier oder einer semipermeablen Folie oder einer Kombination mehrerer verschiedenartiger Schichten bestehen. Wesentlich ist dabei, daß der Scheider für den Elektrolyten durchlässig ist. Eine zweckmäßige Ausbildung besteht weiterhin darin, daß er für Gasblasen betriebsmäßig nicht durchlässig ist. Die Elektroden 6 und 7, die zweckmäßig feinporig ausgebildet sind, können vorteilhafter Weise als Sinterelektroden ausgeführt sein, damit sie eine große wirksame Oberfläche haben. Diese wirksamen Oberflächen sind insbesondere die Rückseiten 9 und 10 der Elektroden, die der elektrochemischen Gasumsetzung dienen. Diese Rückseiten müssen also mit den Gasräumen in Verbindung stehen und gleichzeitig einen dünnen Elektrolytfilm besitzen. Um dies zu erreichen, sind die Abstandshalter 4 und 5 vorgesehen, die ein Stützgerüst mit groben Zwischenräumen darstellen. Diese Abstandshalter können metallisch oder auch aus Kunststoff od. dgl. sein.

der Weg durch den Separator hindurch versperrt ist. 70 Sind sie metallisch, so wirkt ihre Oberfläche bei der

Gasabsorption noch mit. Außerdem dienen sie in diesem Fall zur Kontaktgabe zwischen den Elektroden 6 und 7 und den Gehäuseteilen 1 und 2, so daß die Gehäuseteile 1 und 2 auf diese Weise ohne besondere Maßnahmen als Polanschlüsse der Zelle wirksam sein können. Natürlich können metallische Abstandshalter nur dann Verwendung finden, wenn durch sonstige Isolierungen ein Kurzschluß vermieden ist. Im vorliegenden Fall ist diese sonstige Isolierung die Isolierzwischenlage 3. Besonders vorteilhaft ist. es, wenn mindestens einer der beiden Abstandshalter 4 oder 5 federnd ausgebildet ist, so daß auf diese Weise einerseits ein zuverlässiger Kontakt der elektrisch miteinander zu verbindenden Teile gewährleistet ist, andererseits aber auch die beiden Elektroden 6 und 7 mit einem mäßigen Druck auf den Flächen des Scheiders 8 anliegen, so daß Gasblasen leichter seitwärts zwischen Elektrode und Scheider in den Gasraum entweichen können, als daß sie die durchfeuchteten Poren des Scheiders 8 durchdringen. Zu den Gasräumen sind auch zu rechnen die Räume 11 und 12, die aber geringere Größe und Wirksamkeit besitzen als die Räume, die durch die Hohlräume der Abstandshalter 4 und 5 dargestellt sind.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte prismatische Zelle ist grundsätzlich nach ähnlichen Erwägungen aufgebaut, wie die vorbeschriebene Knopfzelle. Das Gehäuse 13 besitzt die Bodenplatte 14 und den Verschlußdeckel 15. Zweckmäßig sind die Teile 13,14,15 metallisch ausgebildet. Im Deckel 15 sind die Polklemmen 16 und 17 isoliert angebracht. Diese Polklemmen stehen über die elektrischen Verbindungen 25 und 26 im Innern der Zelle mit den betreffenden Elektroden in Verbindung, und zwar die Polklemme

16 mit den Elektroden 33 und 31 und die Polklemme

17 mit den Elektroden 34 und 32. Zwischen der Wandung des Gehäuses 13 und der Elektrode 31 sind Abstandshalter 18 vorgesehen. Entsprechendes gilt für die Elektrode 34 in bezug auf die Abstandshalter 19. Zwischen den Elektroden 32 und 33 sind die Ab-Standshalter 20, der Scheider 23 und die Abstandshalter 21 vorgesehen. Für die Abstandshalter 18, 20,

19 und 21 gilt grundsätzlich das gleiche, was weiter oben in bezug auf die Abstandshalter 4 und 5 gesagt ist. Sind die genannten Abstandshalter metallisch, so muß wenigstens einer von den beiden Abstandshaltern

18 oder 19 gegen das Gehäuse 13 elektrisch isoliert sein. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß auch der Scheider 23 zwischen den Abstandshaltern 21 und

20 wesentlich die Funktion einer Isolierung ausfüllt, wenn die Abstandshalter 21 und 20 metallisch sind. Sind diese Abstandshalter aus isolierendem Material, so kann gegebenenfalls der Scheider 23 entfallen. Zwischen denentgegengesetzt gepolten Elektroden 31 und 32 ist dann der eigentliche Scheider 22 und zwischen den entgegengesetzt gepolten Elektroden 33 und 34 der eigentliche Scheider 24 vorgesehen. Bezüglich der hier genannten Scheider und Elektroden gilt auch grundsätzlich das gleiche, was oben im Zusammenhang mit der Zelle gemäß Fig. 1 ausgeführt worden ist. Die für die Gasaufzehrung wirksamen Rückseiten der Elektroden sind dann die Flächen 29, 30, 27 und 28. Zweckmäßig sind diese Flächen oberfläehenvergrößert ausgebildet, und zwar durch Verwendung von porösen S inter körpern.

Die Zelle gemäß Fig. 4 besitzt praktisch den gleichen Aufbau wie die Zelle gemäß Fig. 1. Es ist lediglich zur Vereinfachung ein Abstandshalter, in diesem Fall der Abstandshalter 5, fortgelassen.

Entsprechendes gilt auch für die Zelle gemäß Fig. 5 und 6, die grundsätzlich übereinstimmend ist mit der Zelle gemäß der Fig. 2 und 3. Bei der Zelle gemäß den Fig. 5 und 6 fehlen die Abstandshalter 19 und 20.

Die vorbeschriebenen vereinfachten Ausführungen gemäß den Fig. 4, 5 und 6 haben den Vorteil, daß solche Zellen fabrikatorisch etwas einfacher herzustellen sind. Sie sind naturgemäß nur in einer Stromrichtung zu betreiben. Es ist dabei zu beachten, daß die Elektroden 6 bzw. 31 und 33 jeweils negativ gepolt sein müssen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Beliebig polbare, ständig dicht verschlossene, elektrolytische Gegenzelle mit Metallelektroden, die praktisch von aktiver Masse frei sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt kapillar festgelegt ist und daß Gasräume in der Zelle vorgesehen sind, sowie elektrisch mit den Metallelektroden verbundene, zum Aufzehren der entstehenden Gase dienende Kontaktflächen, die mit dem Elektrolyten und den Gasen in den Gasräumen in Kontakt stehen und die durch von den Separatoren nicht bedeckte Flächenteile der Elektroden gebildet werden und oberflächenvergrößert ausgebildet sind, und daß die Gasatmosphäre in der Zelle im Augenblick des gasdichten Verschließen zum überwiegenden Teile oder ganz aus Sauerstoff besteht.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen aus oberflächlich aufgerauhtem oder gesintertem Nickel bestehen, oder daß die Kontaktflächen mit Nickel überzogen sind.

3. Zelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktflächen die den Separatoren entgegengesetzt liegenden Flächenteile der Elektroden vorgesehen sind.

4. Zelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator feinporig ausgebildet und mit Elektrolyt durchfeuchtet ist und mit mäßigem Druck an den Elektrodenflächen anliegt, so daß Gasblasen der Weg zwischen Elektrode und Separator zu den Gasräumen hin ermöglicht, dagegen der Weg durch den Separator hindurch versperrt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 085 631,
092 903;

USA.-Patentschrift Nr. 2 646 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809509/153 4.58