DE1596317A1 - Batterie-Sammlerzellen - Google Patents

Description

pL-Inn. August Sochart Dipi.-.ng. Walter Jackisch 1596317

Patentanwälte Stuügarf-N, Menzelsfraße 40

Western Electric _ ο ι_ιιηι· _fQCß

Company Inc. -4 Juni!966

195, Broadway

New York / USA A 29 142 - sehn

Batterie-Saraalerzellen

Die Erfindung bezieht sich auf Elektrolyse-Zellen, insbesondere Sammlertypen mit geschlossenen Zellen».Eine besonders vorteilhafte Eigenschaft von Sammlerzellen ist ihre sehr lange Lebensdauer, indem sie immer wieder aufgeladen werden können. Die tatsächliche Lebensdauer einer Batterie kann durch viele Faktoren beeinflusst werden. Eine häufige Ursache für das Versagen einer geschlossenen Zelle dürfte im Zerfall oder in der Aufläsung der Separatorplatte zu suchen sein. Gegenstand der Erfindung ist es, eine neue Separatorplatte für eine Samralerzelle vorzusehen, die sich besonders unter harten Betriebsbedingungen durch besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Alterungseracheinungen auszeichnet. Es wurde gefunden, dass erfindungsgemäss besonders Zirkonium mit Polytetrafluorethylen als Bindemittel einen porösen, durchlässigen Werkstoff für eine Separatorplatte mit ungewöhnlich guter Widerstandsfähigkeit darstellt. Eine bevorzugte AusfUhrungsart der Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die einfache Darstellung in der Zeichnung be-

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schrieben. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine geschlossene alkalische Zelle in Kapsel- bzw. Dosenform. Die Batterie 10 enthält 4 Platten, zwei positive Platten und 12 und zwei negative Platten 13 und 14. Die positiven

elektrisch

Platten 11 und 12 sind durch das leitende Band 15 und die negativen Platten 13 und 14 durch ein gleiches 16 miteinander verbunden. Die Elektrode kann aus verschiedenen Metallen bestehen wie Nickel, Kadium, Eisen, Silber, Zink, Kupfer usw. Besonders vorteilhaft sind Nickel-Kadlum-Zellen, bei denen für die positiven Elektroden 11 und 12 Nickel und für die negativen Platten 13 und 14 Kadmium verwendet wird. Zwischen den Elektroden befinden sich die Separatorplatten 17, die erfindungsgemäss aus einem besonderen Zirkonium mit Polytetrafluoräthylen als Bindemittel bestehen. Der Batterieeinsatz 1st in ein geschlossenes Gehäuse eingebaut, das aus dem metallenen Bodenstück 18 und Metalldeckel 19 besteht. BodenstUck und Deckel sind mit einer elastischen, isolierenden Dichtung 20 wasserdicht geschlossen. Der mit der negativen Platte 14 elektrisch verbundene Deckel 19 dient als negativer Anschluss während das mit der positiven Platte 12 verbundene BodenstUck des Gehäuses l8 den poaitiven Anschluss bildet.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der Separatorplatte 17 wird anhand des folgenden Beispiels beschriebent Folgende Stoffen worden miteinander vermischt:

BAD

1 0 9 H U / 0 2 9 4

Ό -

Tetrafluoräthylen (Teflon) (spec.Gew. 2,17g/cm^ 6,2 g Zirkoniumoxyd, Korngrösse 1,22 - 1,65 mm 40,0 g

Wasser 20,0 cn?

Die Mischung wird in eine Abdampfschale gegossen und 4 Stunden lang bei 80° C bis zu einem breiigen Zustand eingdrochnet. Sie wird dann auf einem Stahlblech bis zu einer Stärke von ca. 0,45 - 0,5 mm ausgewalzt« Für gewöhnlich beträgt die Stärke der Separatorplatte 0,12 - 0,75 «m» bisweilen können für diesen Zweck auch Filme von 0,05 um Stärke hergestellt werden. Von diesem ausgewalzten Material werden 32 χ 64 mm grosse Stücke abgeschnitten. Diese Streifen kommen dann ca. 4 Stunden lang bei 200° C in einen Ofen. Durch dieses Verfahren entstehen elastische, aus einem Stück bestehende Streifen, die sich zur Verwendung als Separatorplatte eignen. Die Alterungseigenschaften der Separatorplatte aus Polytetrafluoräthylen-Zlrkonium wurden mit denen verglichen, die dazu vielfach handelsübliches Nylon verwenden. Die Dauerhaftigkeit wurde in 30 % Kaliumhydroxydlösung gemessen, einem typischen Elektrolyt in einer alkalischen Zelle. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Temperatur- Separator- Schwund in % Qewichtsyerhältnisse platte nach 23 Tagen And. in %

Haum-Temp» Nylon 0 - 7

Teflon-Zirkonium 0 0,6

80° C Nylon nach 13 Tagen zersetzf

Teflon-Zirkonium 0 +2,0

1098 U/0294 BAD OBlG₁NAL

Bei Raumtemperatur beginnen bei Nylon-Separatorplatten nach dem Alterungszeitraum Zerfallerscheinungen aufzutreten, wohingegen die Separatorplatte dieser Ausführungaart nur unbedeutende Veränderungen zeigt. Bei 80° Cserfiel die Nylon-Separatorplatte vollständig, während die Teflon-Zirkonium-Separatorplatte keine gravierenden Einwirkungen erkennen ließ. Die ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit, die die Teflon-Zirkonium-Separatorplatte bei 80° C aufwies, 1st besonders wichtig, seitdem sich die Zelleninnentemperatur oft diesen harten Temperaturverhältnissen nähern kann, wenn sie unter Betriebsbedingungen arbeiten muss, wie sie entstehen, wenn man sie In warmem Klima dem Sonnenlicht aussetzt.

Messungen des el. Widerstandes dieser Separatorplatten in j$0 $> Kaliumhydroxydlösungen ergaben weniger als 0,00015 Ohm pro cm .

Entsprechende Tetrafluoräthylen-Polymere haben spec. Gewichte zwischen 2,13 und 2,25 g/cm . Das besondere Zirkonium-Oyxd hat vorzugsweise eine Koragrösse im Gitter zwischen O,6j55 und 2,5^ mn. Partikel in der Grössenordnung von 1,22 bis 1,65 mm sind besonders zweckmässig. Mit sehr Idein werdender Korngrösse wächst der el. Widerstand der Separatorplatte. Anstelle von Zirkonium-Oxyd kann auch Hafnium-Oxyd verwendet werden. Die Eigenschaften von Hafnium-Oxyd sind denen von Zirkonium-Oxyd in den wesentlichen Beziehungen für den obigen Verwendungszweck ähnlich. Ungereinigtes Zirkonium-Oxyd, wie z.B. Baddöeyit

- . - 5 1098U/0294 ^^

1st durchaus zu verwenden und kann als mit Zirkonium-Oxyd gleichwertig bezeichnet werden.

Als bewährtes Gewichtsverhältnis zwisohen Zirkonium und Poly te traf luoräthylen wurde der Bereich zwischen J5 und 10 ermittelt, wenn man ausreichendes Durchfeuchten der Separator-Platte, ohne dass es tropft, voraussetzt. Bei Gewichtsverhältnissen über 10 ist zu wenig Binder vorhanden, als dass eine gelelohtnässlge Separatorplatte mit der angestrebeten Widerstandsfähigkeit entstehen könnte« Besonders wichtig ist die Separator-Platte, wenn sie in geschlossenen alkalischen Zellen des Nickel-Kadmium-Types verwendet wird. FUr gewöhnlich wird eine 20 - 40 £lge Kalium-Hydroxyd-Lösung als Elektrolyt verwendet. Die Polytetrafluoräthylenplatte kann jedooh vorteilhafterweise in anderen geschlossenen alkalischen Zellen verwendet werden. Es hat sich auch herausgestellt, dass die Separatorplatte ausserordentlich beständig gegettber säurehaltigen Elektrolyten 1st, so dass ihre Verwendung auch in säurehaltigen Akkumulatorenzellen möglich ist.

BAD ORIGINAL 1 0 9 8 -U / f ι 2 9 4

Claims (3)

A 29 1*2 - sehn Ansprüche

1. Sammlerzelie, bestehend aus einem Gehäuse zur Aufnahme des Elektrolyten» mindestens einer negativenElektrode und mindestens einer positiven Elektrode (12) sowie einer zwischen den Elektroden angebrachten Separatorplatte, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatte aus Zirkonium- oder Hafniumoxyd sowie Polytetrafluorethylen als Binder besteht.

2. Sammlerzelle, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorplatte aus Zirkoniumoxyd und einem Binder aus PolytetrafluorHthylen besteht, wobei das Gewichtsverhffltnis von Zirkoniumoxyd zu Polymer zwischen 3 und 10 betragt.

3. Sammlerzelle, nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkonium-Partikel eine Gittergrösse von 1,22 bis 1,65 mm haben und das spec. Gewicht des Polymers zwischen 2,13 und 2,25 g/cm⁵ liegt.

^BAD

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