DE1764254U

DE1764254U - ANODE AND CATHODE UNIT FOR AN AIR-DEPOLARIZED GALVANIC CELL.

Info

Publication number: DE1764254U
Application number: DE1954U0001178
Authority: DE
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1954-09-21
Filing date: 1954-09-21
Publication date: 1958-04-03

Description

UNION CARBIDE CORPORATION, New York/USA. Anoden-und Kathodeneinheit für eine luft-depolarisierte galvanische Zelle wid Vorfahren zu ihcer Herotollung Die Neuerung bezieht sich auf eine auswechselbare Kathoden- Anodeneinheit zur Verwendung in einer galvanischen Primär- zelle einer nassen Bauart, in welcher die Kathode ein Paar vertikal im Abstand voneinander, flüssigkeitaundurchlässiger und luft-depolarisierbarec'Kohlensx) ffplatten aufweist, die von einem Aussenrahmen gehalten werden, der einen Luftzwischenraum zwischen den Platten schaft, und die Anode ein Paar untereinander verbundene Zinkplatten aufweist, von denen jede im Abstand von der äußeren Oberfläche einer Kohlenstoffplatte angeordnet ist. Galvanische Primärzellen der nassen Bauart mit einer luft-depolarisierten Kohlenstoffkathode sind seit langem bekannt und werden z. B. im Eisenbahnsignalwesen verwendet. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Elektrode aus porösem kohlenstoffhaltigen Material, das gegebenenfalls auf einem porösen Träger angeordnet ist, und aus Zinkelektroden für die andere'Polarität. In der Kohlenstoffelektrode können Hohlräume oder Kanäle zur Sicherstellung der Luftzirkulation ausgespart sein. Als Bindemittel für die Kohleelektroden sowie als Verbindung der Kohle mit den Trägerplatten und schliesslioh zum Abdichten gegen den Flüssigkeitazu. tritt zur Kathode werden bei einigen bekannten Zellen Kunstharze, wie z. B. Polystyrol, benutzt. Die bekannten Zellen enthalten die wesentlichen Bauelemente in einer Anordnung, welche den Austausch eines der Zellenelement zur Verlängerung der Lebensdauer der Zelle schwierig, wenn nicht gar unmöglich macht, da hiermit ein erheblicher Aufwand für den Ab-und Aufbau der gesamten Zelle verbunden ist. Solche bekannte Kohlenstoffelektroden bestehen durdhweg aus massivem Material. Massive Kohlenstoffblookelektroden, die im allgemeinen zur Erzielung einer ausreichenden Standfestigkeit und mechanischen Widerstandsfähigkeit in verhältnismäßig großen Stärken ausgeführt werden müssen, haben die Nachteile, daß Sie relativ zerbrechlich, empfindlich gegen eine Wärmebehandlung sind und beim Erhitzen zu starken Massänderungen neigen. Abgesehen davon, bereitet gerade für den vorliegenden Zweck, der Verwendung in galvanischen Zellen, die gleichmäßige Aktivierung solcher massiven und damit sperrigen Formstücke sehr erhebliebe Schwierigkeiten. Gemäß der vorliegenden Neuerung wird nun eine austauschbare Kathoden-Anodeneinheit zur Verwendung in einer galvanischen Primärzelle der nassen Bauart vorgesehen, bei welcher die Grundelemente der Zelle gegeneinander so angeordnet sind, daß C> aus Kathode und Anode eine Einheit entsteht, die insgesamt der Zelle zu entnehmen oder in sie einzufahren ist, ohne dass dabei ein vollständiges Auseinanderbauen der Zelle mit erheblichem Aufwand notwendig ist. UNION CARBIDE CORPORATION, New York / USA. Anode and cathode assembly for an air-depolarized Galvanic cell wid ancestors to their herotization The innovation relates to a replaceable cathode Anode unit for use in a galvanic primary Cell of a wet type in which the cathode has a pair of vertically spaced apart, liquid-impermeable and air-depolarisable carbon plates, which are held by an outer frame which creates an air gap between the plates, and the anode a pair of interconnected zinc plates each of which is spaced from the outer surface of a carbon plate. Galvanic primary cells of the wet type with an air-depolarized carbon cathode have long been known and are e.g. B. used in railway signaling. They essentially consist of an electrode made of porous carbonaceous material, which is optionally arranged on a porous support, and zinc electrodes for the other 'polarity. Cavities or channels can be recessed in the carbon electrode to ensure air circulation. As a binding agent for the carbon electrodes and as a connection between the carbon and the carrier plates and finally for sealing against the liquid. When the cathode occurs, some known cells use synthetic resins, such as B. polystyrene is used. The known cells contain the essential components in an arrangement which makes it difficult, if not impossible, to replace one of the cell elements in order to extend the service life of the cell, since this involves considerable effort for dismantling and assembling the entire cell. Such known carbon electrodes consist entirely of solid material. Solid carbon block electrodes, which in general have to be made in relatively large thicknesses in order to achieve sufficient stability and mechanical resistance, have the disadvantages that they are relatively fragile, sensitive to heat treatment and tend to change significantly when heated. Apart from that, the uniform activation of such massive and therefore bulky shaped pieces is very difficult, especially for the present purpose, the use in galvanic cells. According to the present innovation, a replaceable cathode-anode unit is now provided for use in a galvanic primary cell of the wet type, in which the Basic elements of the cell are arranged against each other so that C> a unit is created from the cathode and anode, which can be removed from or inserted into the cell as a whole, without the need to completely disassemble the cell with considerable effort.

Die austauschbare Kathoden-Anodeneinheit gemäß der Neuerung ist dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche jeder verhältnismãssig dünnen Kohlenstoffplatte mit einer perforierten, metallischen Tragscheibe verhaftet. ist, die sich im Abstand voneinander befinden, um einen Kanal dazwischen zu bilden, daß sich weiter ein oben offener elekt : isch nicht leitender Kunststoffrahmen um die Aussenseiten der Kohlenstoffplatten und metallischen Tragsoheiben herum erstreckt und mit diesem verhaftet ist, wobei der Rahmen einen flüssigkeitdiohLen Luftdurchlass zwischen den rückwärtigen Oberflächen der Metallischen Tragscheiben und außerdem eine Stütze für die Zinkelektroden schafft. Zu der Kthoden-Anoden-Binheit gemäß der Neuerung gehören weiterhin ein Paar miteinander verbundene Zinkplatten als Anoden, von denen jede Platte im Abstand von der äusseren Ob@rfläche eine@ Kohleplatte angeordnet ist, und die von dem Kunststoffrahmen getragen werden.The exchangeable cathode-anode unit according to the innovation is thereby characterized in that the inner surface of each relatively thin carbon plate arrested with a perforated, metallic support disk. is that is in the distance are located from each other to form a channel between them that further a top Open, electrically non-conductive plastic frame around the outside of the carbon plates and metallic support brackets extends around and is attached to this, wherein the frame creates a liquid-tight air passage between the rear surfaces the metallic support disks and also creates a support for the zinc electrodes. The electrode-anode unit according to the innovation still includes a pair connected zinc plates as anodes, each plate at a distance from the outer one Whether a carbon plate is arranged and supported by the plastic frame will.

Die vorliegende Neuerung bringt nun mehrere Vorteile mit sich, und zwar erlaubt si ? e einmal die Anwendung von perforierten, metallischen Tragscheibe für die Kohlenstoffkathode, erheblich dünnere Kathodenformkörper zu benutzen und doch der gesamten Kathode dabei eine wesentlich höhere Festigkeit zu verleihen. Zum anderen ist hervorzuheben, daß die nunmehr mögliche Verwendung von dünnen Kohlenstoffplatten unter Berücksichtigung CP der Tatsache, daß die metallischen Tragscheibe für dies code perforiert sind, die Diffusion des Sauerstoffs in der Zelle erleichtert und damit den Betrieb der Zelle verbessert. Weitere Merkmale der Neuerung sind aus den beiliegenden Darstellungen von AusfUhrungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigen) Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bisenbahnsignalzelle, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer auswechselbaren C> Anoden-und Kathoden-Einheit, teilweise weggebrochen dargestellt, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der in Fib. 2 gezeig- tenEinheit, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der in Fig. 2 gezeigten Einheit, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der in Fig. 3 gezeigten Einheit.The present innovation now has several advantages, namely does it allow? e once the use of perforated, metallic support discs for the carbon cathode, to use considerably thinner shaped cathode bodies and yet to give the entire cathode a much higher strength. On the other hand, it should be emphasized that the now possible Taking into account using thin carbon plates CP the fact that the metallic support plate for this code are perforated, facilitates the diffusion of oxygen in the cell and thus improves the operation of the cell. Further features of the innovation can be found in the attached illustrations of exemplary embodiments and in the following description. 1 shows a perspective view of a railway signal cell, Fig. 2 is a perspective view of a replaceable C> Anode and cathode unit, shown partially broken away, FIG. 3 shows a section along the line 3-3 of the in Fib. 2 shown ten unit, 4 shows a section along line 4-4 of the unit shown in FIG. 2, FIG. 5 shows a section along line 5-5 of the unit shown in FIG.

In der in Fig. 1 veranschaulichten Eisenbahnsignal-Zelle ist ein Behälter 11, vorzugsweise aus Glas oder plastischer Masse, mit einer auswechselbaren Anoden-und Kathoden-Einheit 12 versehen, die z. B. mittels eines Bolzens 13 an dem Deckel 14 des Behälters 11 befestigt ist. Die auswechselbare Einheit 12 weist Zinkanoden 1$ und eine Kohlenstoffkathode 16 auf. Der Behälter 11 ist mit einem Elektrolyt gefüllt und die Einheit 12 von dem Deckel 14 des Behälters 11 so entfernt angebracht, daß die Anoden 15 und die Kathode 16 vollständig in dem Elektrolyt untertauchen. Kanäle oder andere Hohlräume, die sich von oben nach unten in der Kathode 16 erstrecken, sorgen für die Luft- Depolarisierung der Zelle. Die Kathode ist flüssigkeits-undurchlässij, um das Füllen der Kanäle oder Hohlräume mit Elektrolyt zu verhindern. Die auswechselbare Einheit 12 kann nnch Verbrauch der Zinkanoden 15 weggeworfen werden oder eine neue Einheit wird in den Rahmen der alten eingebaute In der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten auswechselbaren Kathoden-und Anoden-Einheit 21 sind Zinkplatten 22 an beiden Seiten einer Kat@odeneinheit 23 angebracht. Die Kathodeneinheit 23 weist zwei perforierte Stahlträger 24 auf, auf denen eine Kohle@ stoffkomposition 25 fest aufgebracht ist. Ein Rahmen 26 greift um drei Seiten der Stahlträger 24 und die in diesen fest haftende Kohlenstoffkomposition 25 herum und hält die beiden Träger 24 voneinander getrennt. Dieser Rahmen stellt eine dichte Verbindung der drei Seiten der Stahlträger 24 und der Kohlen- stoffkomposition 25 dar. An der vierten oder oberen Seite ist der Rahmen offen, um den Luftzutritt zu dem Raum zwischen zu den Stahlträgern 24,/ermöglichen. Der Rahmen 26 ist nahe dem oberen Ende oder der offenen Seite mit Vorsprüngen 27 versehen, Eine ringförmige Durchtrittaöff- nung quer durch die Vorsprünge 27 erlaubt die Aufhängung von Zinkplatten 22 in dem Rahmen 26 mittels eines Bolzens 28, der durch die Vorsprünge und die Zinkplatten 22 greift. Zweckmässigerweise wird der Bolzen durch die Mutter 29 in der ringförmigen Öffnung gehalten. Vorzugsweise erstreckt sich die ringförmige Öffnung durch die Stahlträger 24 und die Kohlenstoffkomposition 25. Die Zinkplatten 22 sind jede an einer Seite des Rahmens 26 angebracht, der die Stahlträger 24 sowie die Kohlenstoffkomposition 25 enthält. Ein Draht 31, der mit dem Bolzen 28 elektrisch verbunden ist, dient als eine der Klemmen der Zelle.In the railway signal cell illustrated in FIG. 1, a container 11, preferably made of glass or plastic compound, is provided with an exchangeable anode and cathode unit 12, which is e.g. B. is fastened to the lid 14 of the container 11 by means of a bolt 13. The replaceable unit 12 has zinc anodes 1 $ and a carbon cathode 16. The container 11 is filled with an electrolyte and the unit 12 is removed from the lid 14 of the container 11 so that the anodes 15 and the cathode 16 are completely immersed in the electrolyte. Channels or other cavities extending from top to bottom in cathode 16 provide for air depolarization of the cell. The cathode is impermeable to liquids to prevent the channels or cavities from being filled with electrolyte. The replaceable unit 12 can be thrown away after the zinc anodes 15 have been used up, or a new unit is built into the frame of the old one. In the preferred replaceable cathode and anode unit 21 shown in FIG appropriate. The cathode unit 23 has two perforated steel supports 24 on which a carbon composition 25 is firmly applied. A frame 26 engages around three sides of the steel girders 24 and the carbon composition 25 firmly adhering therein and keeps the two girders 24 separated from one another. This frame provides a tight connection between the three sides of the steel girders 24 and the carbon fabric composition 25. On the fourth or upper side the frame is open to allow air access to the space between to the steel girders 24, / allow. The frame 26 is near the top or the open side provided with projections 27, an annular passage opening Opening across the projections 27 permits the suspension of zinc plates 22 in the frame 26 by means of a bolt 28 which engages through the projections and the zinc plates 22. The bolt is expediently held in the annular opening by the nut 29. Preferably, the annular opening extends through the steel beams 24 and the carbon composition 25. The zinc plates 22 are each attached to one side of the frame 26 which contains the steel beams 24 and the carbon composition 25. A wire 31 electrically connected to the bolt 28 serves as one of the terminals of the cell.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstrecken sich die Stahlträger 24 über die Zinkplatten und die Kohlenstoffverbindung hinaus in das offene Ende des Rahmens 26. Diese verlängerten Teile der Träger 24 stehen mit dem Klemmenglied 32 in elektrischer Verbindung. Das Klemmenglied 32 besteht z. B. aus einem Bolzen 33, der durch die verlängerten Teile der Platten hindurchragt und durch eine Mutter 34 und Unterlegscheiben 35 an seinem Platz gehalten wird. Vorzugsweise greift eine Randeinfassung 36 über das offene Ende des Rahmens 26, um dieses Glied zu verstärken. Die in der Zelle nach der Neuerung verwendete Kohlenstoffkomposition ist ein plastisch gebundenes Material, das leicht geformt und auf den Trägern 24 angebracht werden kann. Um einen koh- lenstoffbedeokten Träger, wie er in der Zelle nach der Neu. e- I rung verwendet wird, herzustellen, wird luft-depolarisierbarer, granulierter Kohlenstoff mit einem polymerisierbaren Material ver. mischt. Als polymerisierbares Material wird zweokmässigerweise eine mit Hilfe eines Plastifizierungsmittels erweichte plastische Masse verwendet, wobei, nachdem die Kohlenstoffkomposition auf die Stahlplatte aufgebracht ist, das Plastifizierunsmitel oder ein anderes weichmaohendes Mittel entfernt wird, so daß die Komposition in Verbindung mit den Trägern aushärten kann.As best seen in FIG. 3, the steel beams 24 extend beyond the zinc plates and carbon compound into the open end of the frame 26. These elongated portions of the beams 24 are in electrical communication with the clamp member 32. The clamp member 32 consists, for. B. from a bolt 33 which protrudes through the elongated parts of the plates and is held in place by a nut 34 and washers 35. Preferably, a skirting 36 engages over the open end of the frame 26 to reinforce this member. The carbon composition used in the cell after the innovation is a plastically bound material that can be easily molded and applied to the supports 24. To get a fuel-covered carriers, like those in the cell after the Neu. e- I. tion is used to produce, air-depolarizable, granulated carbon is mixed with a polymerizable material. A plastic mass softened with the aid of a plasticizer is used as the polymerizable material, the plasticizer or another plasticizer being removed after the carbon composition has been applied to the steel plate, so that the composition can harden in conjunction with the carriers.

Weiterhin ist es sehr zweckmässig, als Kohlenstoff granulierte aktive Holzkohle zu verwenden. Diese aktive Holzkohle wird mit einem Harz, vorzugsweise einem Vinylharz, und einem Plastifizierungsmittel vermischt. Das Plastifizierungsmittel macht das Harz zähflüssig und formbar. Wird dies Gemisch auf Stahlträger aufgebracht und das Plastifizierungsmittel z. B. durch Erhitzen entfernt, haftet die Kohlenstoffkomposition fest an die Träger an. Um die Haftwirkung der Kohlenstoffkomposition zu verrössem, kann der Träger mit einer Säure leicht geätzt und mit einem zu dem Harz der Kohlenstoffkompostion passenden Harz überzogen werden. Bei den hier beschriebenen Materialien besteht der übersud vorzugsweise aus einem Vinylharz.It is also very useful to use granulated active carbon as carbon Use charcoal. This active charcoal is made with a resin, preferably a vinyl resin, and a plasticizer mixed. The plasticizer makes the resin viscous and malleable. This mixture is applied to steel girders and the plasticizer e.g. B. removed by heating, the carbon composition adheres firmly attached to the carrier. To increase the adhesive effect of the carbon composition, the support can be easily etched with an acid and with one to the resin of carbon composition matching resin to be coated. The materials described here exist which was preferably made of a vinyl resin.

Da der Kohlenstoff in der Zelle wasserundurch@ässig sein muss, um das einwandfreie Arbeiten der Zelle sicherzustellen, muss die Kohlenstoffkomposition einer wasserabweisenden Behandlung unter- zogenwerdm. Nach einer bevorzugten Behandlung werden wasser- 0 abweisende Mittel, vorzugsweise Petrol@umöl und Gummizement, d. h. eine Lösung von Gummi in Toluol, zu Kohlenstoff und Haz vor der Aufbringung auf die Stahltr@ger beigemischt. Die Einverleibung einer kleinen Menge von Azetylenschwarz in die Kohlenstoffkomposition kann, wie weiter gefunden wurde, der Kohlenstoffkomposition ebenfalls eine erwünschte wasserabstossende Fähigkeit verleihen. Die Kohlenstoffkomposition und die Stahlträger, die in der zu vor beschriebenen Weise verbunden wurden, wurden in dem Rahmen mit einem harzhaltigen Zement befestigt. Wiederum sollte darauf geachtet werden, daß der verwendete Zement sowohl für das plastische Material als auch für das Rahmenmaterial geeignet ist. Gute Ergjtaisse wurden mit einem Polystyrol-Rahmen und einem Zement, der hauptsächlich aus Vinylharz bestand, er zielt.Since the carbon in the cell must be impermeable to water in order to ensure that the cell works properly, the carbon composition must be treated with a water-repellent treatment. being pulled After a preferred treatment, water- 0 Repellent agents, preferably petroleum oil and rubber cement, ie a solution of rubber in toluene, mixed with carbon and Haz before application to the steel girders. Incorporation of a small amount of acetylene black in the carbon composition can also be found to impart desirable water repellency to the carbon composition. The carbon composition and the steel girders, which were connected in the manner described above, were fixed in the frame with a resinous cement. Again, care should be taken that the cement used is suitable for both the plastic material and the frame material. Good ergjtaisse were made with a polystyrene frame and a cement made primarily of vinyl resin, he aims.

Die bevorzugte Einheit nach der Neuerung ist mit einem Scheider 41 versehen, wie am besten aus der Fig. 4 hervorgeht, welcher den Baum zwischen den Stahlträgern in zwei ge- sonderteAbteile aufteilt, Zweokmässióerweise besteht u der Scheider aus einem plastischen Streifen, der sich vom Boden zu dem offenen Ende des Rahmens erstreckt und mit diesem ein Ganzes bildet. Sollte ein Abteil des Luftraumes mi Elektrolyt, Wasser oder einem ähnlichen Stoff gefüllt sein, gestattet der Scheider die Fortsetzung des Betriebes der Ziel le bei etwas geringerem Wirkungsgrad, verhindert aber ihr vollständiges Versagen.The preferred unit according to the innovation is provided with a separator 41, as can best be seen in FIG. 4, which divides the tree between the steel girders into two Separate compartments, divided into two categories u the separator consists of a plastic strip which extends from the bottom to the open end of the frame and forms a whole therewith. Should a compartment of the air space be filled with electrolyte, water or a similar substance, the separator allows the operation of the target oils to continue with a somewhat lower degree of efficiency, but prevents their complete failure.

Der in der Zelle nach der Neigung verwendete Elektrolyt kann aus einer wässerigen Lösung aus Natriumhydroxyd bestehen. Di besten Ergebnisse bei niedrigen Temperaturen werden mit eine ! . Elektrolyt aus Kalium-Hydroxyd erzielt. Wie weiter gefunden wurde können für den Zutritt von Luft zu der Kohlensto@fkathode andere Vorkehrungen beim Aulau der Zelle getroffen werden. Dies kann z. B. dadurch geschehen, da ein fester Kohlenstoffblock der oben beschriebenen Kompositi vorgesehen wird, in welchen die Stahlträger eingebettet werd sowie in den Kohlenstoffblook hineingreifende Löcher von der oberen Seite vorgesehen sind, um die Luftzirkulation in dem Block zu gewährleisten. Während die besten Ergebnisse mit der in den Fig. 2-5 gezeigten Anordnung erzielt wurden, die den größtmöglichsten Kontakt zwischen Luft und Kathode gewährleistet lassen sich ebenfalls gute Ergebnisse mit einem geringeren Kontakt als diesem erreichen.The electrolyte used in the cell after the slope can be from a aqueous solution of sodium hydroxide. Di best results at low Temperatures are with a! . Electrolyte made from potassium hydroxide. How on has been found for the admission of air to the carbon cathode other Precautions should be taken when building the cell. This can e.g. B. happen by since a solid carbon block of the composites described above is provided, in which the steel girders are embedded as well as those reaching into the carbon bloom Holes from the top are provided to allow air to circulate in the block to ensure. While the best results were obtained with that shown in Figures 2-5 Arrangement were achieved, which the greatest possible contact between air and cathode Good results can also be guaranteed with less contact than achieve this.

Claims

SchutMneoraehet . Exchangeable cathode-anode unit for use in an electroplating? riit & rzelle of a naeeen design, in wel- cher the Xathodo a PMr vertical Iw Abet & nA from each other arranged * # aeagkeiteaeahiaeeigey and air-Aepolari- aierbarenloblenetottplatten autwellt. the "on one. The framework is kept in mind the plates acha; tfti and the anode a pair with each other connected zinc plates, each of which is separate from the outer surface of a carbon plate does not exist in that the inner surface Relatively & ltaieM & Bi thin carbon plate with a The perforated, metal-free carrying disc arrests the are at a distance from each other, nm a channel in between see <u form. that you can also see an electric open at the top mixes conductive Kanetoffframe around the outside of the = d setalline supporting disks here = he stretches out and arrested with the body, taking the frame a nut passage between the ruok valuable surfaces of the Mtalliechen support disks and also has a support for the zinc electrodes.

2. Auawochselbaren cathode-anode unit according to claim lp da- through, Stkonnseichnetg that the carbon plates made of carbon atoftgranulat b $ Btehen, dM with each other and with dn Mtalli- ' After the panels are connected by vinyl resin.

3.AWMcheelable cathode-anode unit according to requirements 1-2, thereby 1 without. that the steel girders on the upper area geättt and with a means a warm process lake applied layer a <a arreca coated and d & e ait that as a binding agent tur that then coal atot graulat used Resin tolerant dead,