DE1191449B - Galvanisches Primaer- oder Sekundaerelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIm

Deutsche Kl.: 21b-25/02

Nummer: 1191449

Aktenzeichen: P 24453 VI b/21 b

Anmeldetag: 17. Februar 1960

Auslegetag: 22. April 1965

Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanisches Primär- oder Sekundärelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten, dessen Lösungselektrode aus Zink besteht und vorzugsweise als Wickelelektrode ausgebildet ist.

Derartige Elemente sind an sich bekannt. Der Zweck der Ausbildung der Lösungselektrode als Wickel ist dabei eine Vereinfachung der Fertigung bei gleichzeitiger Erzielung einer großen Oberfläche.

Bei bekannten Konstruktionen besteht der Wickel z. B. aus einem perforierten, gewellten Zinkband oder Zinkstreckmetall. Diese Ausführungsform ist im Hinblick auf die Balancierung der Zinkmenge und die notwendige Oberflächenvergrößerung unbefriedigend. Eine andere Ausführungsform verwendet das Lösungsmetall als Pulver, das auf eine Papierlage aufgeschichtet ist. Trotz großer Oberfläche befriedigt diese Art von negativen Wickelelektroden nicht, da infolge der zwischen den einzelnen Zinkpartikeln auftretenden Übergangswiderstände der Innenwiderstand der Elektrode zu groß ist. Insbesondere zeigt sich dies bei der Regenerierung, wo infolge ungleicher Stromdichte derartige Elektroden zu frühzeitiger Gasung Anlaß geben. Es sind ferner Elektroden, die aus einer Schicht Zinkblech in verschiedener Ausführungsform und einer saugfähigen isolierenden Schicht bestehen, bekannt. Sie erbringen keine nennenswerte Vergrößerung der aktiven Elektrodenoberfläche und sind daher für die Verwendung in hochleistungsfähigen Zellen noch weniger geeignet als die Elektroden, bei denen Zinkpulver auf eine Papierlage aufgeschichtet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Lösungselektrode eines solchen Primär- oder Sekundärelementes so auszubilden, daß eine gute Regenerierbarkeit gewährleistet ist und gleichzeitig die Selbstentladung des Elementes hintangehalten wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Aufbau der Zinkelektrode gelöst, die in bekannter Weise aus zwei Schichten, nämlich aus Zink und Papier aufgebaut ist, wobei erfindungsgemäß diese Schichten aus Zinkstreckmetall und aus Papier, das auf der dem Streckmetall zugekehrten Seite mit Zinkpulver, dessen Korngröße in derselben Größenordnung liegt wie die Maschenweite des Zinkstreckmetalls, belegt ist, und seinerseits auf der dem Depolarisator bzw. der Gegenelektrode zugekehrten Seite des Streckmetalls angeordnet ist, bestehen.

Bei dieser Konstruktion ist die Stromdichte über die gesamte negative Wickelelektrode sowohl während der Entladung wie der anschließenden Auf-

Galvanisches Primär- oder Sekundärelement
mit insbesondere alkalischem Elektrolyten

Anmelder:

VARTA PERTRIX-UNION G. m. b. H.,

Ellwangen/Jagst

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Gerhard Schneider,

Ellwangen/Jagst

ladung gleichmäßig. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist es möglich geworden, auch Primärelemente häufig wieder aufzuladen. Es ist z. B. ohne weiteres möglich, die Regenerierbarkeit auf dreißig bis fünfzig Zyklen zu steigern, während bei den bisher bekannten Konstruktionen im Höchstfalle eine drei- bis fünfmalige Regenerierung erzielt werden konnte.

Des weiteren wird bei der beschriebenen Ausführungsform der Zweischichtenelektrode der Innenwiderstand so niedrig gehalten, daß sie auch für hohe Stromdichten zu verwenden ist.

Die bevorzugten Maschenweiten des Zinkstreckmetalls bzw. Korngrößen des Zinkpulvers liegen bei einer besonders günstigen Ausführungsform der erfindunggemäßen Zinkelektrode zwischen 0,08 und 0,25 mm, insbesondere zwischen 0,15 und 0,20 mm. Weiterhin hat es sich zur Verbesserung der Regenerierbarkeit der Zinkelektrode als günstig erwiesen, das Zinkpulver aus einer anderen Legierung herzustellen als das Streckmetall. Dabei läßt sich nämlich ein geringer Potentialunterschied zwischen dem Pulver und dem Streckmetall erzielen, der so gewählt werden muß, daß das Zinkpulver unedler ist als das Streckmetall und damit bevorzugt in Lösung geht. Die gesamte Zinkmenge als Pulver und Streckmetall ist dabei gegenüber dem Depolarisator so bemessen, daß beide etwa gleichzeitig erschöpft sind, so daß der den äußeren Behälter des Elementes und die Stromableitung der Lösungselektrode bildende Zinkbecher nicht oder zumindest nur wenig angegriffen wird.

Wie allgemein üblich, empfiehlt sich auch bei der Zweischichtenelektrode eine Amalgamierung des Lösungsmetalls in der Größenordnung von 1 bis 10%, vorzugsweise 3 bis 4°/o, des Zinkgewichtes.

509 540/151

Von Vorteil hat es sich weiterhin erwiesen, dem Papier neben dem Zinkpulver noch ein Quellmittel zuzusetzen, und ebenso hat sich für die Herstellung des Papierwickels insbesondere die Verwendung von quellfähigem Papier als günstig erwiesen.

Eine mögliche Ausführungsform des Elementes gemäß der Erfindung ist in den anliegenden Figuren dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Rundzelle mit der erfindungsgemäßen Doppelschichtelektrode, wobei diese als Wickelelektrode ausgebildet ist;

Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Aufbau des Wickels, wobei in F i g. 3 die einzelnen Schichten der Doppelschichtelektrode im Ausschnitt vergrößert dargestellt sind; in

F i g. 4 werden die Ergebnisse der Vergleichsversuche zwischen der erfindungsgemäßen Elektrode und den ihr am nächsten kommenden Elektroden nach dem Stande der Technik grafisch dargestellt.

Bevor auf die F i g. 1 bis 3 näher eingegangen wird, sollen die Versuchsergebnisse an Hand der Fig.4 näher erläutert werden. Die Entladekurven wurden durch Messungen an bis auf die Lösungselektrode gleichaufgebauten Primärelementen erhalten. Bei allen drei Versuchsreihen war die Elektrolytmenge in den Zellen gleich, und ebenso war die positive Elektrode stets gleich aufgebaut. Die negative Elektrode, deren Zinkgewicht in allen Fällen etwa 10 g betrug, bestand bei den Zellen entsprechend der Kurve I aus der erfindungsgemäßen Kombination Zinkstreckmetall—Zinkpulver auf Papierschicht, bei den Zellen gemäß Kurve II aus dem auf einer Papierschicht aufkaschierten Zinkpulver und bei den Zellen gemäß der Kurve ΠΙ aus Zinkstreckmetall und Papier. Die Entladung erfolgte bei allen drei Versuchsreihen in gleicher Weise über einen konstanten Widerstand von 1,25 Ohm. Die Ergebnisse zeigen deutlich den technischen Fortschritt, den die erfindungsgemäße Elektrode gegenüber den Elektroden nach dem Stande der Technik aufweist.

Wodurch der technische Fortschritt des Erfindungsgegenstandes bedingt ist, ergibt sich aus folgenden Überlegungen:

Die bekannte Elektrode Zinkpulver auf Papier weist eine relativ schlechte elektronische Leitfähigkeit auf. Dieser Nachteil wird durch die Hinzufügung des Streckmetalls behoben. Wenn man ferner Zinkpulver mit erfindungsgemäßem geringem Potentialunterschied gegenüber dem Streckmetall wählt, so finden etwa 90 «/0 der Elektrodenreaktion auf den Zinkpartikeln statt. Auf diese Weise bleibt das Streckmetall unversehrt, um die Funktion des Stromableiters zu erfüllen.

Die Elektroden aus Zinkstreckmetall haben eine kleine aktive Fläche pro Volumeinheit. Die zusatzliehe Verwendung von Zinkpulver vervielfacht die aktive Fläche.

In dem in den Beispielen 1 bis 3 dargestellten Beispiel einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dient der Kohlestift 9 als Stromableiter der positiven Elektrode 8, die beispielsweise aus einem Gemisch von Braunstein und Ruß bestehen kann. Die Depolarisatormasse 8 ist dabei von einem Separator 7 aus einem saugfähigen Papier umgeben, auf diesen folgt dann die Doppelschichtelektrode 6. Das fertige Element ist dann in den Zinkbecher 2 eingesetzt, der noch eine äußere Kunststoffhülle 1 aufweist, die an seinem oberen Ende zusammen mit ihm um eine Kunststoffdichtung 3 umgebördelt ist, die ihrerseits den Kohlestift 9 dicht umschließt und gleichzeitig noch einen gewissen Ausdehnungsraum 10 bietet. Eine Kunststoffscheibe S liegt auf der Depolarisatormasse und der Doppelschichtelektrode auf und verhindert ein Aufquellen der Depolarisatormasse. Zur Schaffung eines besseren Kontaktes der positiven Elektrode dient eine Kontaktkappe 4, vorzugsweise aus Messing. Die Doppelschichtelektrode 6 besteht dabei gemäß Fig. 3 aus einer Lage 6a aus Zinkstreckmetall und einer Lage 6 c aus quellfähigem Papier, das auf der dem Streckmetall zugekehrten Seite mit Zinkpulver oder Zinkflittern 6 b überzogen ist.

In dem beschriebenen Beispiel ist die erfindungsgemäße Doppelschichtelektrode zwar als Wickel ausgebildet, sie läßt sich aber ebenso vorteilhaft in ebener Form, beispielsweise für Plattenzellen oder Knopfzellen, verwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Primär- oder Sekundärelement mit insbesondere alkalischem Elektrolyten und einer Zinkelektrode, die vorzugsweise als Wickelelektrode ausgebildet ist, wobei die Zinkelektrode aus zwei Schichten, nämlich aus Zink

. und Papier, aufgebaut ist, dadurchgekennz eich η et, daß die beiden Schichten aus Zinkstreckmetall und aus Papier, das auf der dem Streckmetall zugekehrten Seite mit Zinkpulver, dessen Korngröße in derselben Größenordnung liegt wie die Maschenweite des Zinkstreckmetalls, belegt ist, und seinerseits auf der dem Depolarisator bzw. der Gegenelektrode zugekehrten Seite des Streckmetalls angeordnet ist, bestehen.

2. Galvanisches Primär- oder Sekundärelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Maschenweite des Streckmetalls bzw. eine Korngröße des Zinkpulvers von 0,08 bis 0,25 mm, vorzugsweise von 0,15 bis 0,20 mm.

3. Galvanisches Primär- oder Sekundärelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkpulver aus einer Zinklegierung besteht, die einen geringfügigen Potentialunterschied gegenüber dem Streckmetall aus Zink besitzt, wobei das Zinkpulver unedler ist als das Streckmetall.

4. Galvanisches Primär- oder Sekundärelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier neben dem Zinkpulver noch ein Quellmittel enthält und vorzugsweise seinerseits quellfähig ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 901437, 899 214;
französische Patentschriften Nr. 831282,
651, 71096 (Zusatz zu Nr. 1120 701).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 540/151 4.65 © Bundesdruckerei Berlin