DE1771604A1 - Wiederaufladbares Braunstein-Zink-Element mit alkalischem Elektrolyten - Google Patents
Wiederaufladbares Braunstein-Zink-Element mit alkalischem ElektrolytenInfo
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Description
/••--■-ν-"'?·.-1!?...1'-^: Prr*n::^.i:rc''I":.in, ti cn 11.6.Ό:
V A R ri Λ Gesellschaft mit be schränket er Ha
709 Ellv-Ui-cn / Jagst
V/iederauf ladbare« Braunstein/Zink-Element
iiiit allcali schein Elektrolyten.
Bekanntlich lassen sich alkalische Braunstein/Zink-Elemente
?u pi3kt.ir.ch vertretbaren Zeiträumen nur dann wie derauf lad on,
\:c.nn bei <3*i! vorangegangenen. Betrieb das Element nicht über
ein gewässer; Maß hir-.aue entladen wurde j eine Wiederaufladung
ict nv? :i..],;;li«h, weim O.ie in der unverbrauchten Elektrode
vorl.lo£ejii1e Lraimsteirotruktur durch die Reduktion bei der
Entlcdurg nicht vollständig zerstört v/orden ist.
Da es in d3r Praxis ohne aufv/endige Hilfsmittel nicht zu verwirklichen
ict, den jeweiligen Entladungszustand eines Elementes
fentauotillon, scheitert das Wiederaufladen zumeist daran, daß
das Ele.^nt zu, wo it entladen v/urde. Noch schwieriger läßt
das mehrmaligetWiederaufladen eines Elercentos durchführen.
Um die aufgezeigton Schwierigkeiten zu umgehen, ist gemäß
ο der Erfindung vorgesehen, die Kapazität des Elementes durch
^ dio Zinkelektrode zu begrenzen, indem die Kapazität dieser
^. Elektrode nur bis zn 40$, bevorzugt 15 - 25$, der Kapazität
ο
-J der Braunsteinoloktrode beträgt. Boim Einhalten dieses
u>
*° Verhältnisses kann die Brauneteinelektrode bei Entladung dea
Elementes nicht soweit reduziert worden, daß die Anfangs-
BAD ORIGINAL
struktur des gesamten Braunsteins zerstört wird.
Der Aufbau· des erfinflungogsaäßen Elenanteo entspricht d3i;i
der bekannten Prinärelerocnte mit alkalischen Elektrolyten,
die Braunstein und Zink als Elektrodenmaterial aufv/eissn.
Die Einstellung der Kapazität des Elementes erfolgt über die in der Zinkelektrode vorhandene. Zinlauenge. Diese ist von
Anfang an so bemeeson, daß bei völliger Entladung der Sinkelektrode
höchstens 40·;$ des in der Braunsteinelektrode vor- '
handenon Mangnndioxids reduziert sind.
So ist gev/Uh:.:! eistet, daß das Element nach teilv/eicer und
auch nach völliger Entladung in kurzen Zeiträumen wiedcx*
aufgeladen v/erden kann. Diese Funktion3sicherheit ist übsrdirr»
ohne Inanspruchnahme von Kontrollgeräten gogeben.
Um die Vorgänge beim Entladen und Wiederaufladen der Zinkelektrode
günstig zu beeinflussen, hat es sich als vorteilhaft, erwiesen, dem elektrochemisch aktiven Zink zumindest die gleichr
Gewichtsmenge eines anderen Metalles, Metallgeraisches oder einer
Metallegierung zuzusetzen, wobei das Zusatzmetall gegenüber dem alkalischen Elektrolyten und den elektrochemischen Vorgängen
beständig sein und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen muß; an das Zuoatzmetäll ist somit die Forderung zu stellen,
daß es weder unter Viasserstoffentwicklung korrodiert noch vom
Braunstein oxidiert wird. Durch Beimischen des Zusatzmetalls wird erreicht, daß das erfindungsgemUß in geringer Men^e vorliegende
Zink einen guten Kontakt zum negativen Pol des Elementes
10 98 H/0797 bad ORIGINAL
hrxt und sich beim Vfiederaufladen in günstiger lora abcchoidet.
3;-\3 ZuEatametall wird üblicherv/eiüe als Pulvergramila/l; odor
in Spanfora mit dem Zinkpulver bzw. -granulat ii^nig ve;:·Jiecht;
er kann vorteilhafterveise aber auch in Form flächiger Gebilde
- wie poröse oder nichtporöse Pollen, Geflechte, ITetzo einodor
nelirlagig in die Zinkmasse der Elektrode eingebracht
Auch bein Element nach der vorliegenden Erfindung ist es
zvocienäßig, amalgaiaiertes Zink zu verwenden. Darüber hinaus
hat es sich als gi.u33t.ig erwiesen, das Zusatzmetall ebenfalls
zu amalgamieren.
Es ist vorteilhaft, dem Zink als metallischen Zusata Silber,
sei es als Pulver, Späne oder Geflechte, beizugeben. Es besteht jedoch die Ilöglichkeit, das teure Silber durch seine Legierungen,
insbesondere Kupferlegierungen, durch versilberte Metalle oder auch ganz oder zumindest teilweise durch Kupfer und/oder Nickel
zu ersetzen.
Die Eigenschaften des Elementes lassen sich verbessern, wenn
r^an die 1-lenge des Zusatzmetalles in bezug auf den Zinkanteil
so groß wählt, daß auf jedes Zinkatom etwa 2 bis 3 Atome des Zuoatzmetalles kommen. Als sehr brauchbar hat sich beispielsweise
eine Mischung von 90 g Zinkgranulat mit 340 g Silbergranulat oder mit 220 g verßilbertem Kupferpulver erwiesen.
Die IlauptaSDjo der positiven Elektrode besteht aus ^
wobei das elektrolytisch gewonnene ^!Mangandioxid bevorzugt
Anwendung findet. 109814/0797
BAD
s der Y/i ede rauf ladbarkeit des erfindun^Ggenäßen Eic::..niet:
ist die Ausvahl des Separatorrnaterials von größerer './ioatijkeit
als bei üblichen Priroärelenenten, denn.Zink und gct;;cbenor.~
falls Quecksilber müssen während der Lade- und Entladevorgänge
mit Sicherheit von der Braunsteinelektrode getrennt gehalten v/erden. Es sind daher alle Separationen geeignet, die eich
bereits in Silber/Zink-Akkuraulatoren bewährt haben. Ausgezeichnete Eigenschaften besitzen Separatoren aus einem mit Katiorjen-Austauschernaterial
beschichteten Stützgerüst aus Polyiujidc-n.
Dieses ITaterial ist im Handel unter der Bezeichnung "Acjcpor"
(V/.Z.) erhältlich.
Als alkalische Elektrolyse kommen alle Lösungen in Betracht,
die schon für primäre Braunstein/Zink-Elemente bekanntet? -rorden
Bind. Bewährte Elektrolytlösungen werden beispielsweise aus 50 Gev/ichtsteilen Kaliumhydroxitl , 50 Gewichtsteilen V/assör
und 8 Gewichtsteilen Zinkoxid bzw. 40 Gewichtsteilen Kaliumhydroxid , 60 Gewichtoteilen Wasser und 5 Gewichtsteilen Zinkoxid
angesetzt.
Der konstruktive Aufbau des erfindungsgemäßen Elementes ist praktisch keinerlei Beschränkungen unterworfen. Bevorzugt
wird jedoch wegen der einfachen Fertigung die sogenannte " Knopfzellen "-Form, wie sie schematisch in der beigefügten
Zeichnung wiedergegeben ist. Die im runden Flachbehälter 1 befindlichen, nicht maßstabsgerecht wiedergegebenen Elektroden
und 4 sind durch eine zweiteilige Separation 4 und 5, die gleichzeitig Elektrolyt enthält, voneinander getrennt. Mit 2
1098U/0797
- 5 -ist dor Behälterdsckel, ruit 7 der Dichtungsring bezeichnet.
Eine Iliiopfseile mit einem Gewicht von 1900 ing lieferte über·
einsn !engen Zeitraum pro Entladung -etwa 80 mAh; die Zinkclo!:troG.ö
enthielt 110 mg amalgaraiertea Zinkgranulat, gut
vöraicoht nit 590 ag analgamierten Silberspänen. Die Kapazität
der Braunotoifialektrode v/ar auf 410 iaAh ausgelegt. Sie bestand
G 82 G'j\i.f,'- elelctrolytisch gev/onnenein ^-Braunstein, 17 Gew.jS
ap'iit t-ov.-je 1 Gcvr.jS Polyißobutylen als Bindemittel. Da3
cr.vorliältnis der Zink- zur Braunsteinmasse verhielt sieh
vie 1:4.
109« 1 A /0797 - Patentansprüche -BAD ORIGINAL
Claims (11)
1. Wiederauf ladbare s Brau:i3tein/Zink-Eleinent ait alkalischem
Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Zinkelektrode bis zu 40$, bevorzugt 15 bis 25^5 der
Kapazität der Braunsteinelektrode beträgt.
2. Element räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zinkelektrode Zinkpulver bzw. -granulat enthält, dem zumindes
die gleiche Gewichtomenge eines gegenüber dem alkalischen Elektrolyten und dem Braunstein beständigen, elektrisch
gut leitenden Zu3atzmetalles beigemischt 1st.
3. Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzmetall in Form flächiger Gebilde, wie poröse oder unporöse Folien, Geflechte oder Netze, in der Zinkelektrode enthalten 1st.
4. Element nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß neben dem Zink das Zusatzmetall amalgamiert ist.
5. Element nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zusatzmetall zumindest teilweise aus Silber, Silberlegierungen oder versilbertem Kupfer,. Nickel oder Legierungen
dieser Metalle besteht.
6. Element nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedes Zinkatom etwa 2 bis 3 Atome des Zuoata-
109814/0797 ' ■""' ^
metalle kommen. "'
7. Element nach den Ansprüchen 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet;
daß die Braunsteinelektrode J^-Braunetein enthält.
8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als
^-Braunstein elektrolytisch gewonnener J^-Braunstein
Verwendung findet.
9. Elenent nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet.
daß a.ls Separationsschicht zwischen der positiven" und
negativen Elektrode mit Kationen-Auotauschermaterial beschichtete
Träger aus Polyamid angeordnet ε-ind.
10. Element nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrolyt durch Mischen von 50 Gev/ichtsteilen ICaliurahydroxid,50
Gewichtsteilen Wasser und 8 Gewichtsteilen Zinkoxid
erhalten worden ist und gegebenenfalls einen Zusatz an Inhibitoren enthält.
11. Element nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als Knopfzelle ausgebildet ist.
1098U/0797
L e e r s e i t e
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