DE1096438B - Galvanisches Primaerelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Primärelement, insbesondere auf Trockenelemente eines solchen Typs, der allgemein in Taschenlampen, Radioapparaten usw. Verwendung findet.

Die bisher bekannten Trockenelemente dieser Art wurden hauptsächlich in zwei Typen hergestellt. Die eine Art ist mit positiven Elektroden aus Kohle oder Graphit, die von einem gewöhnlich aus einer mit Graphitpulver vermengten, gepreßten Braunsteinplatte bestehenden Depolarisator umgeben sind, und mit einer negativen Elektrode versehen, die aus Zink besteht. Als Elektrolyt wird gewöhnlich irgendeine Salzlösung verwendet.

Die andere Art von Trockenelementen besitzt eine positive Elektrode aus Metalloxyd und eine negative Elektrode aus Zink, wobei eine Lauge als Elektrolyt verwendet wird.

Die Trockenbatterien bekannter Ausführungen eignen sich nicht gut für billige Massenherstellung und sind deswegen im Einkauf verhältnismäßig teuer. Ihre Verwendbarkeit ist außerdem dadurch begrenzt, daß im Verhältnis zur Größe des Elements nur eine geringe Stromstärke herauskommt.

Der vorliegenden Erfindung, die bei beiden Batterietypen verwendet werden kann, liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits die Herstellungskosten von galvanischen Primärelementen erheblich herabzusetzen und andererseits deren Anwendungsbereich dadurch zu erweitern, daß es möglich wird, Batterien mit sehr hoher Spannung und geringer Kapazität mit äußerst kleinen Abmessungen herzustellen. Man kann auch ein kleines Element herstellen, das starken Strom abgibt und sich in sehr kurzer Zeit entladen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die positive Elektrode an ihrer einen Seite ganzflächig mit einer aufgespritzten, stromabnehmenden Metall- oder Graphitschicht versehen ist und mit ihrer anderen Seite gegen einen gleichfalls folienförmigen, papierähnlichen Träger für den Elektrolyt des Elements anliegt, wobei der Träger an seiner von der positiven Elektrode abgewandten Seite mit einer negativen Elektrode in Form einer ganzflächigen, aufgespritzten Metallschicht versehen ist.

Ein Element, das nach diesen Merkmalen hergestellt ist, weist im Verhältnis zur Größe des Elements große wirksame Flächen auf. Dies hat zur Folge, daß man einerseits im Laufe kurzer Zeit außergewöhnlich große Ströme entnehmen kann und daß andererseits in einem Element mit normaler Belastung die Stromentnahme je Einheit sehr klein ist. Infolgedessen kann man für die positiven Elektroden dieser Elemente ein Material verwenden, das bisher nicht als zweckmäßig angesehen wurde, weil es nur eine zu geringe Stromentnahme je Flächeneinheit zuließ. Ein solches Mate-

Anmelder:

Erik Gustav Hysing, Stockholm,

und Anders Erik Grus eil,
Jakobsberg (Schweden)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. Ph. Eyer, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Emil-Claar-Str. 30

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 25. September 1953

Erik Gustav Hysing, Stockholm,

und Anders Erik Grusell, Jakobsberg (Schweden),

sind als Erfinder genannt worden

rial, ζ. Β. Kupferoxyd, besitzt folgende vorteilhafte Eigenschaften: es ist preiswert im Ankauf, hat eine große Kapazität je Volumen- und Gewichtseinheit, geringe Selbstentladung, unbedeutende Verschlechterung bei niedrigen Temperaturen usw.

Bei Elementen gemäß der Erfindung kann die wirksame Fläche der positiven Elektrode mit Leichtigkeit mehrere hundert Mal im Vergleich zu den bekannten Elementkonstruktionen gesteigert werden.

Galvanische Elemente mit folienähnlichen Elektroden sind, zwar ebenfalls schon bekanntgeworden.

Diese besitzen als negative Elektrode eine Metallschicht, z.B. Zink, eine Elektrolytschicht und als positive Elektrode ein Band aus leitfähigem Material mit darauf aufgebrachter Depolarisationsmasse, in die ein Drahtnetz eingelegt ist. Bei diesen bekannten Elementen handelt es sich jedoch um solche mit Luftdepolarisation, bei denen die Luft von außen an die als positive ,Elektrode dienende Schicht herantreten muß, damit das Element wirksam wird. Eine ganzflächig aufgebrachte Metallschicht auf dem als positive Elektrode dienenden Band würde also das Arbeiten des Elements unmöglich machen. Gerade dieses ganzflächige Aufbringen der Metallschichten gemäß der Erfindung bedingt aber die besonders- einfache und billige Herstellung des Elements.

Nachstehend werden einige Beispiele für die Herstellung von Elementen mit Elektroden gemäß der Erfindung gegeben.

1. Die positive Elektrode wird aus einer Masse hergestellt, die 80% Kupferoxyd, 15% Graphit und

009 697/126

3 ":"■■' 4

5 % Leinenfäsern enthält. Die aus diesem Material auch Graphit, Kupferoxyd und Fasern vermengen und

bestehende Folie wird .mit Kupfer metallisiert. Die _; diese Mischung, zu einem Brei anfeuchten, den man

negative Elektrode besteht aus reinem Zink, das mit- auf einem passenden Tuch oder Band ausrollt oder

tels einer Metallisierungspistole auf den aus Leinen- auswalzt, wonach man ihn preßt und trocknet. Man

oder Zellulosefasern hergestellten Streifen aufgetragen 5 trachtet, einen dünnen (die Dicke variiert bei den

wird. Der Elektrolyt besteht aus einem Gewichtsteil verschiedenen Verwendungszwecken), zusammenhän-

destillierten Wassers und einem Gewichtsteil Kalium- genden und bequem zu handhabenden Materialbogen

hydroxyd. oder -streifen für die positive Elektrode herzustellen.

2. Die positive Elektrode besteht zu 75 % aus Gleichzeitig sollen darin möglichst wenig Fasern für

Quecksilberoxyd, zu 20% aus Graphit und zu 5 °/o ¹⁰ die Zusammenhaltung enthalten sein. Der Raum, den

aus Leinenfasern. Die Metallisierung der Folie erfolgt die Fasern in Anspruch nehmen, ist jedoch nicht nutz-

mittels Eisen. Die negative Elektrode und der Elek- los. Er dient nämlich als Behälter für den Elektro-

trolyt können die gleichen wie bei Beispiel 1 sein. lyten, weshalb die nächste Schicht, die z. B. aus Pa-

3: 80 Gewichtsteile fein pulverisiertes Kupferoxyd pier. besteht und den eigentlichen Behälter für den

(CuO) werden sorgfältig mit 15 Teilen gleichfalls 15 Elektrolyten darstellt, sehr dünn gestaltet werden

fein pulverisiertem Graphit vermengt. 5 Gewichtsteile kann.

Leinenfasern werden in einer reichlichen Menge rei- Das-Anbringen des Metalls auf der negativen Elek-

nen Wassers aufgeschlemmt. An Stelle von Leinen- trode bzw. der leitenden Schicht auf der positiven

fasern kann Zellulose oder irgendeine andere Faser Elektrode kann auch auf verschiedene andere Arten

verwendet werden. Oftmals empfiehlt es sich, einen 20 vollzogen werden. Außer durch die obengenannte

Teil, z. B. ²Z₅ der Fasern, gegen ein besonders lang- Methode mit der Metallisierungspistole kann die

faseriges Material, z. B. die sogenannte Japanfiber, Schicht durch Verdampfung in einem Vakuum ange-

auszutauschen. Die Kupferoxyd-Gräphit-Mischung bracht werden. Sie kann auch direkt im Laufe der

wird unter starkem Umrühren mit den aufgeschlemm- Bogenherstellung zugeführt werden. Das leitende Ma-

ten Fasern gemischt, wonach das Ganze auf einem 25 terial kann in diesem Fall als Pulver oder Schuppen

Formtuch ausgestürzt wird. Das Wasser wird abge- , vor dem Pressen und Trocknen auf die feuchten

sogen und der entstandene Bogen abgezogen, gepreßt Bogen gestreut werden. Das Material kann ebenfalls

und getrocknet. Der Herstellungsprozeß verläuft un- als dünne Fäden oder Netzwerk in die eine Seite des

gefähr wie bei gewöhnlicher Papierherstellung. Bogens hineingebacken werden. In solchen Fällen,

Der an Hand der obigen Anweisungen hergestellte 30 wo die leitende Schicht aus Metall bestehen soll, kann Bogen enthält die zur positiven Elektrode des EIe- auch der Bogen in fertigem Zustand oder während er ments gehörenden Bestandteile. Wegen der Form der noch feucht ist an einer Folie des gewünschten Me-Elektrode ist es zweckmäßig, die eine Seite derselben tails befestigt werden. Die Metallfolie kann z. B. eine mit einer stromableitenden Schicht zu versehen. Diese aufgerauhte Oberfläche haben oder mit kleinen Häkkann beispielsweise aus Graphit oder Metall bestehen. 35 chen versehen sein, an denen der Bogen haftet. Es In solchen Fällen hat es sich gezeigt, daß Kupfer wäre auch möglich, Leim zu verwenden,
zweckdienlich ist, da dieses mittels einer Metallisie- Das obengenannte Material für die positive Elekrungspistole leicht aufgetragen werden kann. trode, den Depolarisator, den Elektrolyten und die

Die negative Elektrode muß aus reinem Zink be- negative Elektrode kann gegen alle nur denkbaren

stehen. Das Zink kann mit einer Metallisierungspistole 40 Kombinationen ausgetauscht werden, die ein galvani-

auf einer Seite eines reinen geleimten Papierbogens sches Element ergeben. So kann man das Kupferoxyd

aufgetragen werden. gegen Oxyde aus z. B. Quecksilber, Wolfram, Molyb-

Wenn die beiden nicht metallisierten Seiten der dän und andere mehr austauschen. Die Mischungs-

Bögen zusammengefügt und mit einem Elektrolyten, Proportionen mit der Faser und dem Graphit variieren

der zweckmäßig aus 1 Gewichtsteil destillierten Was- 45 für verschiedene Materialien je nach ihrem Sauerstoff

sers und 1 Gewichtsteil Kaliumhydroxyd (KOH) be- im Verhältnis zum Gewicht. Der Elektrolyt wird

steht, angefeuchtet werden, entsteht ein galvanisches dem verwendeten Material für die positive Elektrode

Element mit einer Polspannung von etwa 1,2 Volt. angepaßt." Für die Oxyde passen oftmals basische

Der positive Pol kann am Kupferbelag und der nega- Elektrolyte, doch können auch Säuren und Salzlösun-

tive am Zinkbelag angeschlossen werden. 50 gen brauchbar sein.

Während der Entladung des Elements bilden sich Die leitende Schicht kann aus Graphit, Kohle oder

an der positiven Elektrode Wasserstoffgase, die sich geeignetem Metall bestehen. Bei einem Quecksilber-

mit dem Sauerstoff im Kupferoxyd verbinden, wäh- oxydelement z. B. kann die leitende Schicht aus Eisen

rend sich gleichzeitig das Zink an der negativen Elek- bestehen.

trode in Zinkverbindungen umwandelt. Beide Schieb- 55 4. Man stellt aus 75 Gewichtsteilen pulverisiertem

ten, sowohl die aus Kupferoxyd-Graphit als auch die Braunstein, 20 Teilen pulverisiertem Graphit und

aus Zink müssen so abgestimmt werden, daß sie 5 Teilen Zellulosefasern einen Bogen her. Auf der

gleichzeitig verbraucht sind. In der Praxis pflegt man einen Seite wird der Bogen mit einer leitenden Schicht

die Zinkschicht etwas überzudimensionieren, da sie aus Graphit oder Kupfer versehen. Als negative Elek-

gleichzeitig als Stromableiter dient. 60 trode wird Zink verwendet, das auf einer Seite eines

Die Graphit-Oxyd-Faserschicht kann außer auf die Papierbogens frei von Einmischungen angebracht

obenerwähnte Weise auf verschiedene andere Arten wird. Die nicht metallisierten Flächen des Bogens

hergestellt werden. Mann kann z. B. in einer Papier- werden zusammengelegt und mit einer Lösung aus

maschine eine ganz dünne Faserschicht niederschla- Wasser und einem passenden Salz, ζ. B. Salmiak, an-

gen. Auf dieselbe wird eine Mischung aus Kupfer- 65 gefeuchtet.

oxyd und Graphit entweder in trockenem Zustand Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungs-

aufgestreut oder in einer zu einem Brei angefeuchte- formen:

ten Form aufgetragen. Darauf wird eine weitere . Gemäß Fig. 1 sind eine Kupferschicht 1, die aktive

Faserschicht gelegt, wonach das Ganze gepreßt und Masse (der Depolarisator) 2 für die positive Elek-

auf gewöhnliche Weise getrocknet wird. Man kann 70 trade, reines Papier (der Behälter für den Elektro-

Iyten) 3 und eine Zinkschicht 4 so untergebracht, daß man ein galvanisches Element erhält, wenn man die Schichten 1 bis 4 spiralförmig zusammenrollt. Das auf diese Weise gewonnene Element ist also aus zwei Streifen hergestellt, wobei jeder Streifen von einer Schicht 1 und einer Schicht 4 begrenzt wird.

Um mit geringerem Strom größere Spannungen zu erzielen, kann man, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, die gleichartigen Schichten 1 und 4 aufeinanderstapeln und dia + und — Pole durch Leiter 6 galvanisch verbinden. Die Anschlüsse der gestapelten Batterie sind mit 5 bis 7 bezeichnet.

Die Einzelheiten der Erfindung können natürlich Abweichungen unterworfen werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Primärelement mit einer folienähnlichen positiven Elektrode aus fibrösem Stoff, Graphit und Metalloxyd, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode an ihrer einen Seite ganzflächig mit einer aufgespritzten stromabnehmenden Metall- oder Graphitschicht versehen ist und mit ihrer anderen Seite gegen einen gleichfalls folienförmigen, papierähnlichen Träger für den Elektrolyt des Elementes anliegt, wobei der Träger an seiner von der positiven Elektrode abgewandten Seite mit einer negativen Elektrode in Form einer ganzflächigen, aufgespritzten Metallschicht versehen ist.

2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus 5% Leinenfiber, 15% Graphit und 80% Kupferoxyd bestehende positive Elektrode an ihrer einen Seite mit Kupfer metallisiert ist und mit ihrer anderen Seite gegen ein Papierblatt anliegt, das mit Kalilauge getränkt und an seiner von der positiven Elektrode abgewandten Seite mit Zink als negative Elektrode metallisiert ist.

3. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Elektrode aus 5% Leinenfiber, 20% Graphit und 75% Quecksilberoxyd an ihrer einen Seite mit Eisen metallisiert ist und mit ihrer anderen Seite gegen ein Papierblatt anliegt, das mit Kalilauge getränkt und auf der von der positiven Elektrode abgewandten Seite mit Zink als negative Elektrode metallisiert ist.

4. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine positive Elektrode aus 5% Zellulosefiber, 20% Graphit und 75% Mangandioxyd an ihrer einen Seite mit Kupfer metallisiert oder mit Graphit bedeckt ist und mit ihrer anderen Seite gegen ein Papierblatt anliegt, das mit Ammoniumchloridlösung getränkt und auf seiner von der positiven Elektrode abgewandten Seite mit Zink metallisiert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 446 092, 519 148,
742,290 870, 818 519;

deutsche Patentanmeldung P 1144 IVa/21b (bekanntgemacht am 4. 12. 1952);

österreichische Patentschriften Nr. 30 922, 142 021; schweizerische Patentschrift Nr. 137 014;

französische Patentschrift Nr. 548 892;

britische Patentschrift Nr. 129 423;

USA.-Patentschriften Nr. 2 653 119, 2 463 565.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 697/126 12.60