DE1081528B - Teilweise wiederaufladbares galvanisches Element mit alkalischem Elektrolyt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein teilweise wiederaufladbares galvanisches Element mit alkalischem Elektrolyt.

Es sind bereits teilweise wiederaufladbare galvanische Elemente mit alkalischem Elektrolyt bekannt, die eine wiederaufladbare positive Elektrode aus Nickel oder Silber und eine nach Verbrauch leicht ersetzbare Zinkelektrode enthalten.

Galvanische Elemente dieser Gattung werden nach der Erfindung dadurch verbessert, daß der Behälter der Zelle aus einem Zylinder aus Kunststoff besteht, der dem Angriff durch den Elektrolyten widersteht und der einen an einem Ende daran angebrachten Metallboden, insbesondere durch Spritzguß, besitzt, wobei in dem Zylinder eine zylindrische, vorzugsweise gesinterte Elektrode aus Nickel oder Silber angebracht ist, die zusammen mit einer Metallklemme an dem Metallboden befestigt ist und wobei der Behälter an dem anderen Ende einen angeklebten und/oder geschweißten Deckel aus Kunststoff aufweist, in dessen Mittelöffnung eine leicht demontierbare Stange aus Zink befestigt ist, die an dem letztgenannten Ende mit einer sich nach auswärts erstreckenden Klemme versehen ist, wobei das Ende der Stange, das sich in die Nähe des Metallbodens erstreckt, in einer Mittelhöhlung eines scheibenförmigen Abstandshalters aus Kunststoff gehalten wird und jede der Klemmen durch eine Kappe aus Kunststoff bedeckt ist.

Bei verschiedenen sehr wichtigen Verwendungen von Sekundäralkalizellen und -batterien, z. B. Akkumulatoren für Bergmannslampen, für Fahrzeugzwecke, für transportable Radio-, Radar- und optische Geräte sowie für militärische Zwecke, mußten die entladenen Akkumulatoren im allgemeinen nach Gebrauch immer an eine oder mehrere Sammelstellen zurückgebracht werden, um sie aufzuladen und zu kontrollieren.

Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Element nicht nötig, da nicht nur'die elektrolytische Regenerierung von beiden Elektroden dieses galvanischen Elementes entfällt, sondern weil man auch in besonders einfacher Weise die negative, durch den Elektrolyten angegriffene Elektrode nach Entladung der Zelle durch eine Hilfselektrode des gleichen Metalles ersetzen kann, die während der elektrolytischen Reoxydation (Wiederladung) der anderen Elektrode als negative Elektrode wirkt, vor dem Wiederladen der gebrauchte Elektrolyt durch eine Menge von frischem Elektrolyt ersetzt werden kann oder während des Wiederladens von dem gelösten positiven Metall durch Niederschlagen derselben auf der Hilfselektrode gereinigt wird, wonach die Hilfselektrode dann durch eine neue verbrauchbare negative Elektrode ersetzt wird.

Eine positive Elektrode aus Nickel, insbesondere in Form einer gesinterten Elektrode, kann praktisch eine Teilweise wiederaufladbares galvanisches Element mit alkalischem Elektrolyt

Anmelder:

Accumulatorenfabriek »Varta« N.V.,
Amsterdam (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 4. Juli 1955

unbegrenzte Zahl von Malen wieder aufgeladen werden. Während Versuchen wurden mehr als 2000 Entladungen ohne Kapazitätsverlust ausgeführt. Auch positive Elektroden aus Silber haben eine Lebensdauer dieser Groß enordnung.

Daneben hat die gesinterte Elektrode den großen Vorteil einer sehr kleinen Gasentwicklung beim Laden und des Fehlens irgendeiner Gasentwicklung nach dem Laden, wodurch es möglich wird, eine hermetisch geschlossene Zelle herzustellen, die in jeder Lage benutzt werden kann.

Das Element enthält keine Trennteile, so daß alle Schäden, die in normalen Akkumulatoren durch die Trennteile verursacht werden, unmöglich sind. Die aus Zink bestehende Elektrode kann in äußerst wirtschaftlicher Weise, z. B. in Form von Spritzguß, hergestellt werden. Durch die Möglichkeit, die zylindrische, aus Nickel oder Silber bestehende Elektrode zu sintern, kann die ganze Konstruktion in einer besonders einfachen Weise ausgeführt und dementsprechend wirtschaftlich hergestellt werden.

Das Regenerieren des Elektrolyten (Kalilauge), in dem Zink gelöst worden ist, kann mittels einer einfachen Elektrolyse bewirkt werden, wobei das gelöste Zink in reinster Form wiedergewonnen wird und nur Wasser und elektrischer Strom verbraucht werden. Das auf elektrolytischem Wege zurückgewonnene Zink kann' ohne weitere Behandlung in der Spritzguß anlage wieder verwendet werden. Die von Zink befreite Kalilauge braucht nur wieder auf die richtige Konzentration ge-

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bracht zu werden, um wieder zum Gebrauch in den hergestellt ist, in einem getrennten zylindrischen Metall-Zellen oder Batterien fertig zu sein. Somit verbrauchen gehäuse 17 angeordnet, das, wie aus Fig. 5 hervorgeht, die erfmdungsgemäßen Zellen oder Elemente schließ- mit Unterteilungen 18 versehen ist. Das Gehäuse 17 Hch nur elektrischen Strom und Wasser, gerade wie ist an einem Ende durch einen Schraubboden 20 α mit bei normalen Alkaliakkumulatoren. S einem eingesetzten Gummiunterlegring 19 geschlossen

Die Erfindung sei nachfolgend im" einzelnen an Hand und an dem anderen Ende durch einen Deckel 20 b,

der Zeichnungen erläutert, in denen verschiedene bei- der aufschraubbar oder mit einer Bajonettverbindung

spielsweise Ausführungen erfmdungsgemäßer Zellen versehen ist und einen Sockel für eine Glühlampe 21

und Elemente dargestellt sind. aufweist, die durch eine transparente Kappe 22 bedeckt

Die Zeichnungen zeigen in ¹⁰ ist. Zwischen dem Deckel 20 b und der oberen Kaute

Fig. 1 im Längsschnitt eine einzelne Alkalizelle ge- des Gehäuses 17 ist ebenfalls ein Gummiunterlegring

maß der Erfindung, 19 vorgesehen. Die positiven und die negativen Klem-

Fig. 2 ebenfalls im Längsschnitt eine Batterie von men der Zellen haben die Form eines Kugelabschnitts

vier Alkalizellen gemäß der Erfindung, in der die Be- ²³· Die genannten Klemmen sind in gleicher Weise an

hälter der Zellen ein gemeinsames Gehäuse bilden, ¹O beiden Enden eines stangenförmigen Stromleiters 24

Fig. 3 einen Teil der Draufsicht der Batterie nach angeordnet, der an der Stelle angeordnet ist, wo die

Fig. 2, Unterteilungen 18 sich zu einem Mittelkanal parallel

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt auf Linie IV-IV zu den Zellen vereinigen. Mittels geeigneter Kontaktnach Fig. 5 durch eine Batterie, die aus drei Einzel- glieder, die für die Lampe mit Einfügung von Isolierzellen in dem Gehäuse einer elektrischen Lampe besteht, ²° material in dem Boden 20 α bzw. in dem Deckel 20 &

Fig. 5 einen Querschnitt auf Linie V-V in Fig. 4, des Metallgehäuses 17 angeordnet sind, sind die drei

Fig. 6 im Längsschnitt in zwei verschiedenen Aus- Elemente in Serie und an den Sockel der Glühlampe

führungen ein Hilfsstück, das benutzt werden kann, geschaltet,

wenn eine erfindungsgemäße Zelle geladen wird, Die Gestalt der Einzelzelle ist natürlich nicht auf

Fig. 7 eine Draufsicht auf das Hilfsstück nach Fig. 6. ^a5 eine kreisförmige Konstruktion, wie sie in der Zeich-

Die in Fig. 1 dargestellte Zelle besteht aus einem nung dargestellt ist, beschränkt. Die Zelle kann auch zylindrischen Behälter 1 aus Kunststoff, der Alkali- einen viereckigen Querschnitt haben, wobei z. B. vier lauge widersteht, z.B. aus Polystyrol, Polyäthylen flache gesinterte Elektroden aus Nickel oder Silber oder einem Polyamid. An einem Ende des Behälters längs der vier Wände angeordnet sind, während die befindet sich ein Boden 2 aus vernickeltem Eisenblech, 3<> stangenförmige Elektrode aus Zink, die in die Mitte der mittels Spritzguß angebracht ist, an dem, z. B. mit- des Behälters gesetzt ist, in den viereckigen Deckel getels Punktschweißung, die Stromentladeglieder einer schraubt ist. Auch flache Zellen mit flachen gesinterten zylindrischen gesinterten Elektrode 3 aus Nickel und Elektroden, die aus Nickel oder Silber bestehen, können eine sich nach auswärts erstreckende Klemme 4 be- hergestellt werden, vorausgesetzt, daß eine Anzahl von festigt sind. In der Zelle befindet sich an dem genann- 35 Stangen aus Zink, eine neben der anderen, in den Deckel ten Boden 2 ein scheibenförmiger Abstandshalter 5, der zentral zwischen die Elektroden, die aus Nickel oder gleich dem Behälter 1 aus Kunststoff besteht und eine Silber bestehen, geschraubt sind, so daß eine gleich-Mittelhöhlung besitzt, in der das betreffende Ende einer förmige Stromverteilung zwischen positiven und negaaustauschbaren, stangenförmigen Mittelelektrode 6 aus tiven Elektroden gewährleistet ist.
Zink gehalten wird. Das andere Ende der stangen- 40 Es ist auch möglich, eine Batterie gemäß den Fig. 2 förmigen Elektrode 6 ist in den erweiterten Teil der und 3 derart zu konstruieren, daß die zylindrischen Mittelöffnung eines Deckels 7 eingeschratibt, der aus Behälter 1' der Zellen getrennt hergestellt werden, Kunststoff besteht und an dem betreffenden Ende des während der Deckel 7 und die Deckplatten 16 auf der zylindrischen Behälters 1 angeklebt oder angeschweißt Außenseite der Böden der Behälter als gemeinsame ist. Der Gewindeteil 8 am Ende der Zinkstange 6 dient 45 Montierungsplatten hergestellt werden, wobei diese gleichzeitig als Verschlußglied für die Füllöffnung des Montierungsplatten dann durch Ankleben oder/und Behälters 1 und ist mit einem Gummiunterlegring 9 Schweißen mit den zylindrischen Behältern 1'verbunden versehen. Eine Klemme 10, die sich an diesem Ende werden, wodurch wieder eine kompakte Batterie erder Stange 6 nach auswärts erstreckt, bildet den nega- halten wird,
tiven Pol der Zelle. 5° Wenn in einer Alkalizelle (nach Entfernen der prak-

An jedem Ende der Zelle ist über die an den Enden tisch verbrauchten Elektrode aus Zink) die Elektrode

angeordneten Klemmen eine Deckelkappe 11 gesetzt. aus Nickel oder Silber auf elektrolytischem Wege zu

Zwei oder mehr solcher Zellen können in verschie- regenerieren (beladen) ist, wird eine drahtförmige

dener Weise zu einer Batterie vereinigt sein. Hilfselektrode in die Zelle als eine Gegenelektrode,

Bei einer Batterie, wie sie in den Fig. 2 und 3 dar- 55 vorzugsweise ein Draht aus Zink, eingeführt. Um die

gestellt ist, sind die Behälter 1' von vier Zellen durch letzterwähnte Elektrode anzuordnen und den Gasen zu

Zwischenverbindungsteile 12 zu einem gemeinsamen ermöglichen, während des Ladens zu entweichen und

Gehäuse vereinigt. Hier ist nur eine der vier Zellen dennoch das Verspritzen von Alkalilauge zu verhindern,

mit einer positiven Klemme 4 versehen. Bei den drei kann ein kappenförmiges Hilfsstück 25 auf oder in

verbleibenden Zellen ist eine Metallkappe 13 mit dem ^5o dem in der Mitte vorstehenden Teil des Deckels 7 der

entsprechenden Ende der positiven Elektrode an der Zelle angeordnet werden, das aus Kunststoff besteht

genannten Elektrode verbunden, während ein Leiter und eine Gestalt hat, wie sie in Fig. 6 auf der linken

14, der mit der genannten Kappe 13 verbunden ist, oder auf der rechten Seite des aus Zink bestehenden

durch einen axialen Kanal 15 durch den betreffenden Drahtes 26 gezeigt ist. Der genannte Draht ist zentral

Verbindungsteil 12 zu der negativen Klemme der nach- 65 in dem Hilfsstück durch Ringe 27 geführt, die durch

sten Zelle hindurchgeführt ist. Jede Kappe 13 ist durch Arme 28 gehalten werden. In diesem Falle kann der

eine Platte 16 aus Kunststoff bedeckt. Elektrolyt in der Zelle bleiben, und das Zink kann auf

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausfüh- dem Zinkdraht 26 während des Ladens niedergeschla-

rungsform sind drei getrennte Zellen, deren jede prak- gen werden. Nach Beendigung des Ladens werden das

tisch in der gleichen Weise wie die Zelle gemäß Fig. 1 7° kappenförmige Hilfsstück und der Zinkdraht mit dem

Niederschlag entfernt, wonach der Draht dann abgewaschen, getrocknet und wieder in der Spritzgußfabrik verwendet werden kann. Dieses Verfahren kann für Spezialzwecke angewendet werden, z. B. für militärische Zwecke, wo der getrennte Transport von frischem Elektrolyt, der zum Ersatz dient, unerwünscht sein kann.

Es ist auch möglich und ist ein besseres Verfahren, zuerst die mit Zink gesättigte Alkalilauge aus der Zelle auszuschütten, die Zelle mit frischer Lauge zu füllen und unter Anwendung der drahtförmigen Hilfselektrode 26 zu laden. In diesem Falle wird nur ein sehr geringer Niederschlag von Zink erhalten, und die drahtförmige Hilfselektrode kann mehrere Male gebraucht werden, da die Gefahr von Kurzschluß infolge einer nicht gleichförmigen Abscheidung von Zink ausgeschlossen ist. Die zinkhaltige Alkalilauge muß dann getrennt mittels Elektrolyse regeneriert werden, wobei massive Zinkplatten erhalten werden, die besser für den Schmelzprozeß geeignet sind.

Es ist klar, daß im Rahmen der Erfindung noch andere konstruktive Abwandlungen in den Einzelheiten der verschiedenen Ausführungen der Zellen und Battegemäß der Erfindung vorgenommen werden

können.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Teilweise wiederauf ladbares galvanisches Element mit alkalischem Elektrolyt, einer wiederaufladbaren positiven Elektrode aus Nickel oder Silber und einer nach Verbrauch leicht ersetzbaren Zinkelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) der Zelle aus einem Zylinder aus Kunststoff besteht, der dem Angriff durch den Elektrolyten widersteht und der einen an einem Ende daran angebrachten Metallboden (2), insbesondere durch Spritzguß, besitzt, wobei in dem Zylinder (1) eine zylindrische, vorzugsweise gesinterte Elektrode (3) aus Nickel oder Silber angebracht ist, die zusammen mit einer Metallklemme (4) an dem Metallboden befestigt ist und wobei der Behälter (1) an dem anderen Ende einen angeklebten und/oder geschweißten Deckel (7) aus Kunststoff aufweist, in dessen Mittelöffnung eine leicht demontierbare Stange (6) aus Zink befestigt ist, die an dem letztgenannten Ende mit einer sich nach auswärts erstreckenden Klemme (10) versehen ist, wobei das Ende der Stange, das sich in die Nähe des Metallbodens erstreckt, in einer Mittelhöhlung eines scheibenförmigen Abstandshalters (5) aus Kunststoff gehalten wird und jede

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4° der Klemmen durch eine Kappe (11) aus Kunststoff bedeckt ist.

2. Batterie, bestehend aus mehreren Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter der Elemente zu einem gemeinsamen Gehäuse (1') geformt sind, derart, daß alle austauschbaren Zinkstangen (6) sich auf der gleichen Seite der Batterie nach außen erstrecken, während weiterhin Kanäle (15) in dem Gehäuse zum Hindurchgang von stromleitenden Verbindungen (14) zwischen aufeinanderfolgenden Klemmen, die auf verschiedenen Seiten der Batterie vorgesehen sind, angeordnet sind.

3. Batterie, bestehend aus mehreren Elementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Behälter der einzelnen Elemente des Gesamtelementes durch gemeinsame Boden- und Deckelteile zu einem Ganzen vereinigt sind.

4. Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständig getrennten Einzelelemente mit Hilfe geeigneter Kontaktstücke (23) durch Deckel (20) derart in einen gemeinsamen Trog (17) geklemmt sind, daß der Trog hermetisch geschlossen ist und die Elemente gleichzeitig elektrisch miteinander und mit den Stromleitern verbunden sind.

5. Hilf steil zur Benutzung bei einem Element oder einer Batterie nach, einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Regenerieren des Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsteil aus einem einzigen oder vielfachen trichterförmigen Behälter (25) besteht, der auf den Behälter oder die Behälter des Elementes bzw. der Elemente geklemmt oder geschraubt werden kann und derart geformt ist, daß die beim Laden entwickelten Gase leicht entweichen können und übermäßiger Elektrolyt vollständig aufgefangen wird, während eine Hilfselektrode (26) zum Laden zentral mit Bezug zu dem bzw. jedem Element in dem Hilfsstück angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 112 351, 748107, 560;

deutsche Patentanmeldung Y 25 IVa/21 b (bekanntgemacht am 6, 12. 1951);

USA.-Patentschriften Nr. 2 654 795, 2 572918,
514 480, 2 030 177, 1 706 895;

C. Drotschmann, »Trockenbatterien«, 1945, S. 1;

C. Drucker und A. Finkelstein, »Galvanische Elemente und Akkumulatoren«, 1932, S. 12.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 009· 509/M 5.60