DE1421581A1 - Elektrisches Primaerelement - Google Patents
Elektrisches PrimaerelementInfo
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Description
3StALLORY BATTERIES LIMITED« of Satwick Road,
Crawler, Sussex / England
Elektrisches Primärelement
Die Erfindung "bezieht sich auf elektrische Primärelemente,
und zwar besonders auf Elemente kleiner Abmessungen bei relativ großer Kapazität.
Ihrer Art nach handelt es sich bei den Elementen, auf die die Erfindung gerichtet ist, um solche, bei denen
die wirksame Kathodenmasse Quecksilberoiyd-Quecksilbersulfat-Doppelsalz
(3 HgO.SO,) ist und in einem Metallgehäuse oder -becher, der in Kontakt mit ihr steht,
verschlossen untergebracht ist. Derartige Elemente sind aus den amerikanischen Patentschriften Nr. 2 814 663
und Nr. 2 814 664 bekannt und auch beispielshalber in "Journal of the Electrochemical Society"j Band 106,
ffebruar 1959, auf Seiten 77 und 78 beschrieben. Primärelemente können mit so kleinen Abmessungen konstruiert werden, daß ihre Anwendung in zahlreichen
wichtigen Fällen ermöglicht ist, beispielshalber innerhalb einer Uhr zu deren elektrischem Betrieb. Ein Element
für solche Zwecke muß während seiner Entladezeit
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und innerhalb des nicht polarisierenden Wertes der Stromstärke eine gleichmäßige Klemmenspannung aufweisen·
Außerdem soll ein solches Element eine lange Lagerfähigkeit besitzen.
Das durch die Erfindung zu schaffende, neue Element soll also während seiner Betriebsdauer eine völlig
gleichmäßige Spannung liefern.
Ferner soll dieses Element auch bei völliger Entladung keiner Aufbauchung unterliegen, nicht lecken noch korrodieren.
Weiterhin soll seine magnetische Permeabilität vernachlässigbar klein sein, so daß es in Uhren oder .
dergleichen Einrichtungen verwendbar ist, und es soll nicht mit den Materialien solcher Mechanismen reagieren.
Eine weitere Forderung liegt in großer Lagerfähigkeit
und auch relativ großer Betriebsdauer.
Schließlich ist als wichtiger Punkt zu nennen, daß der Verschluß des Elements hinsichtlich Wirksamkeit,
Dichte und Dauerhaftigkeit verbessert ist. Das Element nach der Erfindung weist eine Zinkanode auf und einen
absorbierenden Separator, der vorzugsweise aus geschichtetem Papier und Öellophan besteht. Die Kathode setzt
sich aus neun Teilen Quecksilberoxyd-Quecksilbersulfat-Doppelsalz und ungefähr einem Teil Acetylenruß zusammen·
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Der Elektrolyt besteht aus einer etwa 20#Lgen Zinksulfatlösung»
in der etwa 2# Kaliumdichromat enthalten sind· Der Elektrolyt ist mit etwa drei !eilen der
trockenen Mischung aus Quecksilberoxyd-Quecksilbersulfat-Doppelsalz
und Acetylenruß gemischt· Werden verschiedene EntladungsStromstärken benötigt, so kann der Elektrolyt
aus einer annähernd 20#Lgen Magnesiumacetatlösung mit
2jt Kaliumdichromat - Zusatz bestehen. Derartige Zusammensetzungen sind in den eingangs genannten Patentschriften
angegeben. Die Kapazität des Elements beträgt üblicherweise etwa 0,21 Amperestunden pro Gramm des
enthaltenen Queoksilberoxyd-Quecksilbersulfat-Doppelsale·
Dies ist praktisch der theoretische Wert (0,223 Amperestunden pro Gramm)· Die Depolarisation oder die
Kathodenreaktion besteht in einer unmittelbaren Reduktion ZVL metallischem Quecksilber und hat die Aufrechterhaltung
einer konstanten Spannung und ein relativ niedrige» Anwachsen des Widerstandes bei fortschreitender
Entladung zur Folge·
Im Zuge der Erfindung ist festgestellt worden, daß rostfreier
Stahl als Material für den Kathodenbecher zu keinen Korrosionserscheinungen führt und auch die Bedingung
erfüllt, daß er die Funktion z. B. einer Uhr nicht magnetisch beeinflußt« Rostfreier Stahl weist
keinerlei Korrosionseffekte an der Kontaktfläche mit der Kathode auf. Ferner hat sich gezeigt, daß metallisches
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Titan oder Titanlegierungen als BeObermaterial die
gleichen Eigenschaften wie rostfreier Stahl aufweisen·
Bin wichtiges Merkmal des Elements nach der Erfindung ist auch die Anwendung der Zinkanode, deren äußere
Fläche mit Isoliermaterial belegt ist und die das Yersohlußglied des Elements ist· Das Isoliermaterial
hat vorzugsweise die Gestalt eines auf der Unterseite klebrigen Streifens, der leicht vor dem Ausstanzen auf
der Anode angebracht werden kann.
Die Erfindung betrifft mithin ein Primärelement mit einem metallischen, aus einem Boden und einer aufgestellten
Seitenwandung bestehenden Kathodenbecher, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Depolarisationsmasse
mit dem Boden Kontakt hat, aber von der Seitenwandung getrennt ist und von einem dem Kathodenbecher
hinsichtlich seiner ebenfalls becherförmigen Gestalt entgegengerichteten Separator umfaßt ist, der mit ihrer
Ober- und mit ihrer Seitenfläche Kontakt hat, daß die oberhalb des Separators befindliche Anode eine Zinkanode
ist, die mit einer Isolierschicht belegt ist, daß zwischen der Seitenwandung des metallischen Bechers
und den anderen Bauteilen eine Tülle eingelegt ist,-die an ihrem oberen Ende einen Plansch aufweist, der
auf dem Rande der oberen Isolierschicht aufliegt, und da» Mittel vorgesehen sind, um die Bauteile zu verschließen.
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Die Erfindung ist auch in einem Primärelement verkörpert, das einen flachen Becher aus rostfreiem Stahl aufweist,
eine am Boden des Bechers gelagerte Mischung aus Depolarisator und Elektrolyten, einen elektrolyt-durchlässigen
Separator oberhalb der Mischung sowie ein Verschlußglied h das mit dem Separator in Kontakt steht
und eine Zinkanode umfaßt, deren äußere Oberfläche . mit Isoliermaterial belegt ist.
Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnung, in der gleiche Teile mit jeweils gleichen Bezugszeichen
versehen sind, näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in stark vergrößerndem Maßstab einen senkrechten Schnitt längs eines' Durchmessers durch
ein Element nach der Erfindung,
Fig« 2 ist eine perspektivische Ansicht eines solchen
Elements in einem gegenüber Fig. 1 ziemlich kleinen Maßstab. Einige Teile sind zur Klarstellung
des Darzustellenden herausgebrochen.
Der vorzugsweise aus unmagnetischem, rostfreiem Stahl
bestehende und üblicherweise flachzylindrische Kathodenbecher weist einen Boden 1 auf, von dem Teile 2 wegen
des besseren Kontaktes mit dem Depolarisator nach innen gedrückt sind. Die aufgerichteten Seiten 3 geben dem
ganzen die Gestalt einer Tasse oder eines Bechers. Die Kathode 4 ist eine Pulvermasse und weist die oben ange-
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gebenen Bestandteile auf. Ein· Separator in Gestalt
eines umgestülpten Bechers besteht aus den beiden Schichten 5 und 6, von denen die erstere vorzugsweise
aus Cellophan und die letztere aus Papier besteht. Die Seiten 7 umfassen seitlich die Kathodenmasse. In
Kontakt mit der Oberseite des Separators befindet sich
eine amalgamierte Zinkanode 8, an der eine Isolierlage vermöge ihrer druckempfindlichen, klebrigen Unterseite
haftet. Zur Herstellung der Anode wird eine Lage 9 auf eine Zinkplatte gepreßt, die zur gewünschten Gestalt
geformt und dabei gestanzt wird, was alles in einem Arbeitsgang erfolgt. Zur Erzielung maximaler Speicherzeit
ist die Zinkanode auf der dem Separator zugewendeten Seite mit einer 55&Lgen lösung von Quecksilbernitrat
amalgamiert. Vor dem Einbau werden restliche Salze ausgewaschen. Zwischen einander entsprechenden
Seiten 7 bzw. 3 des Separators bzw. des Kathodenbechers ist eine Tülle oder Muffe 10 eingelegt, die vorzugsweise
aus plastischem Polyäthylen besteht. Das obere Ende der !Tülle ist einwärtsgeschlagen und bildet damit
einen Flansch 11, der den Rand 12 der scheibenförmigen Isolierlage 9 umfaßt. Der obere Rand der Becherwandung
ist bei 13 nach innen gebogen und umfaßt den Plansch Der verbleibende Raum zwischen der Isolierscheibe 9,
dem Plansch 11 und dem einwärts gebogenen Teil 13 ist mit plastischem Material 14 ausgefüllt, um eine Abdichtung
herbeizuführen. Es handelt sich vorzugsweise um Epoxyd-Harzβ
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Die mit der Plastik-Dichtung 14 zusammenwirkende Isolierschicht
9 verhütet das Kriechen des und den Verlust an Elektrolyten längs der Verschlußoberfläche des
Elemente beim Herstellungsprozeß wie auch während der Lagerung des fertiggestellten Elements. Der Separator
besteht vorzugsweise aus einer Oellophanschicht von 0,023 mm (0·0009Ι!) und einer Papierschicht von 0,051 mm
(0,002'») Dicke, die mit einer 1Obigen Lösung vom Gummi
Arabicum mit Glycerin als Weichmacher miteinander verbunden sind· Die Papierseite der Schicht liegt so am
Zink, daß sich bestmöglicher Kontakt ergibt.
Beim Zusammenbau der Zelle wird die Anode 8 mit der Schicht 9 in die Tülle 10 eingelegt. Dann wird der
Separator in die TUlIe eingeführt und auf die Anode
gelegt und sodann die Kathodenmasse 10 auf den Separator· Die Kathodenmasse 4- wird durch Pressung der feuchten
Mischung aus Depolarisator und Elektrolyt hergestellt. Ober das Grenze wird der Kathodenbecher gestülpt, das
Element wird ungedreht, und der Rand 13 wird über die Einheit herumgepreßt. Dabei wird das Element einem Druck
ausgesetzt, so daß die Kathodenmasse den gesamten, im Becher verfügbaren Raum einnimmt.
Bei dieser Konstruktion braucht kein leerer Raum vorgesehen zu sein, da praktisch die gesamte Reaktion in der
Kathode stattfindet und die Dicke der Anode zwar schrumpft,
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aber die Anode keine Zinkprodukte an ihrer Oberfläche absetzt. Die Gestalt des Bodens des Bechers trägt dazu
bei, den inneren Kontaktdruck aufrechtzuerhalten, während das Element im Zuge des Umpreßvorganges verschlossen
wird. Daraufhin wird das Epoxyd-Harz eingebracht, wodurch eine weitere Abdichtung gegen das Verdunsten
des Elektrolyten aus der Mischung erzielt wird.
Dieses Element kann zwar in den verschiedensten Größen hergestellt werden. Es hat sich indessen gezeigt, daß
sich für den Betrieb elektrischer Uhren über lange Zeiträume hinweg sehr kleine Elemente eignen. Ein solches
Element hat beispielshalber einen Durchmesser von etwa 11,5 mm (O.45O11) und eine Höhe von etwa 3,2 mm
(0.12511)· Ein solches Element ist in der Lage, eine
elektrische Armbanduhr mit einer Spannung von 1,36 Volt und bei einer Kapazität von 70 Milliamperestunden ein
Jahr lang zu betreiben.
Die Erläuterung der Erfindung erfolgte anhand einer speziellen Ausführungsform. Sie ist jedoch nicht auf
diese Ausführungsform beschränkt, vielmehr liegen, wie die nachfolgenden Ansprüche zeigen, mannigfache Modifikationen
in ihrem Rahmen. So ist die Scheibenform des Elements zwar nach einer Reihe von Gesichtspunkten
zweckmäßig, andererseits aber in keiner Weise zwingend· Die Erfindung betrifft vielmehr jedwede geeignete Form,
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wenn dem Element nur die vorstehend dargelegten Merkmale
eigen sind. Auch müssen die Materialien, aus denen die Konstruktionsteile wie die Tülle 10, der
Separator 5, 6, die Isolierschicht 9 und die Dichtung bestehen, nicht notwendigerweise jene sein,, die oben
angegeben sind, da es auch andere Stoffe auf dem Markt gibt, die voll und ganz geeignet sind, die geforderten
Funktionen zu erfüllen« Mithin liegen solche wie auch andere Varianten im lahmen der Erfindung.
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Claims (1)
- (751«) ήθ · 10-U21681Patentansprüche1. frimärelcsent mit eines setallisohen, au· eines Boden und einer aufgestellten Seitenwandung bestehenden Kathodenbecher« dadurch gekennzeichnet,daS die Sepolarisationssasse (4) alt dem Boden (1) Kontakt hat« aber τοη der Seitenwandung (3) getrennt ist und Ton eines dem Kathodenbecher hinsiohtlioh seiner ebenfalls becherförmigen Gestalt entgegenge— richteten Separator (5, 6) usfaJt ist, der Bit ihrer Ober« und ihrer Seitenfläche Kontakt hat» da« die oberhalb des Separators befindliche Anode eine Xinkanode (8) ist, die Bit einer Isolierschicht (9) belegt ist, dafi «wischen der Seitenwandung des Botanischen Bechers und den anderen Bauteilen eine SUUe (10) eingelegt ist« die an ihres oberen lnde einen flansoh (11) aufweist, dor auf dem Bande der Isolierschicht aufliegt» und dafl Mittel Torgesehen sind» üb die Bauteile su rerechlieflen.2· PrimireloBent nach Anspruch 1» dadurch gekeanseiohnet, daß die Kathode aus nlohtBagnetiaohoB Material besteht.3. PrimarsleMent nach Anspruch 1» dadurch gekenneeichnot« dal die Kathode aus rostfreies Stahl besteht.BAD O*!G!?JAL809806/0612A4(751*) - 11 -4« Primärelement nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode au« titan besteht*5· Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, AsJ der Boden der Kathode gewellt 1st«€ · Primärelement nach Anspruch 1« dadurch gekennieieh~ net« dal die Isolierschicht eine centrale Aussparung aufweist» durch die das SInIc sur Contaktgabe freigelegt ist.7· Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal der Separator eine Zellulosesohieht 1st·8· Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft die Isolierschicht aus Polyrinylhars aufgebaut 1st·$, Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennselehnet, dal die Tttlle aus plastischem Polyäthylen besteht.10· Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Terechlufiende des Elements swlsohen dem flansch der Tttlle und der Isolierschicht eine Harz» dichtung Torgesehen ist.11. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Isolierschicht fest mit der äußeren Oberfläche der Zinkanode Yerbunden 1st.809806/061 2(Τ51ί)12· Primärelement, gekennzeichnet durch einem flachem Becher au* rostfreie* Stahl, «la· am Boden d·· Bechers gelagert· Mischung au· Depolarisator und Elektrolyten» •inen elektrolyt-durchläsaigen Separater oberhalb der Mleehung und ein YereehluBglied für da· Slement* da· mit dem Separater in Kontakt steht und eine Simkanode aufweist, deren äußere Oberfläche mit Isoliermaterial belegt ist.13· Primärelement nach Anspruch 12, daduroh gekenn*» «•lohnet» daS zwischen dem Terschlußglied und dem ••eher «in· Isoliertülle angeordnet ist, aa deren oberem Sand ein flansch ausgebildet ist, der auf dem Rand des Tersohlußgliedes aufliegt, daS der ober· Band des Bechers gegen den Flansch und fiber Teil· des Tersohlu0glledee umgepreft 1st mad daJ durch da· Iuaamm«m-> wirken de· Y«rsohlufglied··, de· Hanaoh·· und d·· oberen Bande· des Becher· «ine Tasche gebildet ist» dl« durch eine Sargdichtung auegefüllt let·bad o; 809806/0612
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