DE1937531C - Trockenelement mit einem Kathodenge misch, einem Zinkgehause, das die negatne Elektrode darstellt, einer Pastenschicht und einer Sperrmembran - Google Patents
Trockenelement mit einem Kathodenge misch, einem Zinkgehause, das die negatne Elektrode darstellt, einer Pastenschicht und einer SperrmembranInfo
- Publication number
- DE1937531C DE1937531C DE1937531C DE 1937531 C DE1937531 C DE 1937531C DE 1937531 C DE1937531 C DE 1937531C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zinc
- barrier membrane
- ions
- permeable
- cathode mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 28
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 22
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims description 22
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims description 22
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 10
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 7
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 7
- 238000007127 saponification reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 6
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 5
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L Zinc chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 5
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 5
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M Lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 3
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 3
- WHJKCPTVEYZNOG-UHFFFAOYSA-N 6-(hydroxymethyl)-5-methoxy-2-[4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane-3,4-diol Chemical group COCC1OC(OC)C(OC)C(OC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 WHJKCPTVEYZNOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000569 Gum karaya Polymers 0.000 claims description 2
- 229940039371 Karaya Gum Drugs 0.000 claims description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 claims description 2
- 241000934878 Sterculia Species 0.000 claims description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L cacl2 Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000010944 ethyl methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000231 karaya gum Substances 0.000 claims description 2
- 235000010494 karaya gum Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920003087 methylethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 claims 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims 1
- XAPRFLSJBSXESP-UHFFFAOYSA-N Oxycinchophen Chemical compound N=1C2=CC=CC=C2C(C(=O)O)=C(O)C=1C1=CC=CC=C1 XAPRFLSJBSXESP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 claims 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims 1
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N Manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 10
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 6
- 230000002522 swelling Effects 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011068 load Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N Silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 229920002877 acrylic styrene acrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- UMNYVEBMAZPMAK-UHFFFAOYSA-N azanium;zinc;chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-].[Zn+2] UMNYVEBMAZPMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 5-[5-[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxy-6-[[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxymethyl]-3,4-dihydroxyoxan-2-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)-2-methyloxane-3,4-diol Chemical compound O1C(CO)C(OC)C(O)C(O)C1OCC1C(OC2C(C(O)C(OC)C(CO)O2)O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(C)C(O)C2O)CO)O1 YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229940100445 WHEAT STARCH Drugs 0.000 description 1
- DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L Zinc acetate Chemical compound [Zn+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O DJWUNCQRNNEAKC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N acrylamide Chemical compound NC(=O)C=C HRPVXLWXLXDGHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 1
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036545 exercise Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 239000002655 kraft paper Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003752 zinc compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940100888 zinc compounds Drugs 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-RKEGKUSMSA-N zinc-72 Chemical group [72Zn] HCHKCACWOHOZIP-RKEGKUSMSA-N 0.000 description 1
Description
dem in Trockenelementen verwendeten Separator, einer intermittierenden Entladung. Unter diesen Qe-
insbesondere auf ein Trockenelement mit ausge· sichtepunkten wurde die Verwendung eines Papier·
zelohneter Leistungsfähigkeit. Bei diesem Trocken· separators an Stelle des Separators vom Pastentyp so-
element 1st eine Membran vorgesehen, die aufgelöst S wie ein Verfahren, bei dem der Kohlestab nachträglich
wird, wenn die Zinkionenkonzentration im Elektro· eingesetzt wird und das nachstehend beschrieben ist,
lyten Über einen bestimmten Wert angestiegen 1st. Die untersucht. Bei diesem Verfahren wird ein Separator,
stellt, insbesondere zwischen einer Pasteuschioht und io beidseitig eine in einem Elektrolyten dispergiertc
dem Kathodengemisch angeordnet. Die Membran Stärkepaste aufgetragen ist, zwischen dem Kathoden·
wirkt während der Lagerung des Elements als Sperre gemisch und dem die negative Elektrode darstellenden
und blockiert die Wanderung des Wassers und der Zinkgehäuse angeordnet, worauf ein Kohlestab, diet
bran ebenfalls als Sperre und blockiert die Wanderung mit dem im Kathodengemisch vorhandenen Zink·
des Wassers und der Paste. Die Membran wird in den chlorld und Wasser oder mit dem zuzusetzenden
späteren Stadien der Entladung des Elements zu einer Elektrolyten geliert. Das Pastenmaterial in der so h«r-
Paste aufgelöst, wenn die Zinkionenkonzentration im gestellten Pastenschicht ist jedoch einer oxydativen
Elektrolyten infolge der Auflösung der negativen Elek- ao Zersetzung ausgesetzt und verschlechtert das Depolari-
trode als Folge der Entladung ansteigt, wodurch die sationsvermögen des Mangandioxids, so daß unver-
Entladekapazität ansteigt und die Leistungsfähigkeit meidlich eine Verschlechterung des Entladeverhaltens
des Elements verbessert wird. und der Lebensdauer des Elements eintrat. Aus diesem
Ein Trockenelement ist aus einer positiven Elektrode Grund wurde ein wasserlösliches Zellulosederivat, d. h.
als Depolarisator, einem Separator, der einen Elektro- as eine synthetische Paste, an Stelle der natürlichen Paste
lyten enthält, und einem Metall, das die negative verwendet. Eine solche synthetische Paste hat jedoch
Elektrode darstellt, zusammengesetzt. Bei derartigen den Nachteil, daß ihr Wasserhaltevermögen geringer
Trockenelementen, die als Leclanche-Elemente be- ist und daß sie zusammen mit dem Wasser im Separator
zeichnet werden, wurde natürliches Mangandioxid als durch das Papier hindurchdringt und in das Kathoden-Depolarisator
für die positive Elektrode verwendet. 30 gemisch wandert, wenn das Wasser während der EiU-Da
jedoch natürliches Mangandioxid nur einen ge- ladung und der Lagerung der Zelle in das Kathodenringen
Anteil an wirksamem Sauerstoff im Hinblick gemisch gelangt. Das nachträgliche Einsetzen des
auf die Entladung des Elements sowie eine kleine Ent- Kohlestabes hat die folgenden Nachteile: Wird ein
ladekapazität hat, war es üblich, elektrolytisches Kohlestab in die Mitte des Kathodengemisches einge-Mangandioxid,
das einen hohen Anteil an wirksamem 35 setzt, so wird ein verhältnismäßig großer Druck auf
Sauerstoff enthält, zu verwenden, um das Entladever- die Oberfläche des unteren Teils des Papierseparators
halten des Elements zu verbessern. Andererseits wurde ausgeübt, so daß die Gefahr besteht, daß das Kathoals
Separator der sogenannte Pastenseparator ver- dengemisch durch den Separator gedrückt und in uiiwendet,
der aus einer gelierten Stärke, in der ein mittelbare Berührung mit dem Zinkgehäuss, das die
Elektrolyt enthalten ist, besteht. Ein Leclanche-Ele- 40 negative Elektrode darstellt, gebracht wird. Diess unerment,
das bisher als Element mit einer hohen Lei- wünschte Erscheinung kann auch dann nicht verhinstungsfähigkeit
angesehen wurde, ist aus folgenden dert werden, wenn die Dicke der Papierschicht verBestandteilen
zusammengesetzt: einem Kathoden- größert wird, da die Papierscnicht eine geeignete
gemisch, das im wesentlichen aus elektrolytischem Faserdichte aufweist, um ein ausreichendes Wasser-Mangandioxid,
Acetylenruß, Ammoniumchlorid, Zink- 45 aufnahmevermögen, ein ausreichendes Wasserhaltechlorid
und Wasser besteht, einem Separator vom vermögen und die zur Herstellung notwendige Festig-Pastentyp,
der mit einem Elektrolyten imprägniert ist, kcit zu haben. Auf Grund der obigen Überlegungen
der im wesentlichen aus Ammoniumchlorid, Zink- wurde vorgeschlagen, einen für Ionen durchlässigen
chlorid und Wasser besteht; und einem amalgamiertem· Film, z.B. aus Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat
Zinkgehäuse, das die negative Elektrode darstellt. 50 od. dgl., mit einem niedrigen Verseifungsgrad, als
Durch die Weiterentwicklung der Technik und die Sperre zu verwenden, um die Wanderung des Pasten-Entwicklung
der Elektronik in den letzten Jahren materials auf die Seite des Kathodengeniisches zu vernahm
der Bedarf an billigen Mangan-Trockenelemen- hindern. Bisher wurden bereits einige Typen von
ten immer mehr zu, und es sind weitere Verbesserungen Elementen mii einem solchen Sperrfilm hergestellt,
hinsichtlich des Entladeverhaltens von Elementen der 55 Obgleich der Sperrfilm ein ausreichendes Absorptionsunterschiedlichsten
Typen erwünscht. vermögen, Festhaltevermögen und Quellvermögen für
Die industrielle Nachfrage nach Elementen ist viel- den Elektrolyten haben muß und sich nicht auflösen
fältig, und es gibt bereits eine ganze Anzahl von und dispergieren darf, haben derartige Elemente diese
Trockenelementen der unterschiedlichsten Typen. Der Bedingungen noch nicht zufriedenstellend erfüllt. Die
Einsatz und die Nachfrage nach Mangan-Trocken- 60 Verwendung eines solchen Sperrfilms im Inneren des
elementen hängt von Verbesserungen hinsichtlich des Separators führt nicht nur zu einer Erhöhung des
intermittierenden Entladeverhaltens ab, und diese Ver- Innenwiderstandes des Elements, sondern auch zur
besserungen werden offensichtlich durch die Menge Ausbildung einer elektromotorischen Gegenkraft in
des im Kathodengemisch enthaltenen Mangandioxids der Zelle und zur Bildung von Zinkverbindungen in
beeinflußt. Das Problem, die Menge des Mangan- 65 der Nähe des Zinkgehäuses, das die negative Elektrode
dioxids in dem begrenzten Volumen des Elements zu darstellt, da die Diffusionsgeschwindigkeit der Zinkerhöhen,
und zwar unter Berücksichtigung der Lager- ionen durch den Sperrfilm so gering ist, daß der scharfe
fähigkeit und der Leckfreiheit, ist ausschlaggebend bei Anstieg der Zinkionenkonzentration in der Pasten-
3 4
sohioht infolge der Auflösung des Zinkgehäuses wobei der intermittierende Entladezyklus 8 Stunden
wahrend der Entladung des Elements nieht gebremst pro Tag durchgeführt wurde. '
werden ka,nn. Damit verschlechtert sich das Entlade· läine Sperrmembran mit ausgezeichnetem Absorpverhalten des Elements beträohtlioh. Eine solohe tlonsvermögen, Festhaltevermögen, Quellvormögen
Erscheinung ist offensichtlich sehr sohftdlloh bezüglich β und Haftvermögen kann beispielsweise aus Polyvinyldes. kontinuierlichen Entladeverhaltens des Elements, alkohol, Polyäthylenglykol oder Polyftthylenoxyd heraber auoh nioht weniger sohädlioh bezUgtloh des inter· gestellt werden. Duroh Voränderung des Verseifungsmittierenden Entladeverhallens des Elements. Bei den grades und des Poiymerisatlonsgrades eines derartigen
bekannten Sperrfilmen waren die vorstehend erwähnten Polymerisats 1st es möglich, eine Membran zu erhalten,
Nachteile noch ausgeprägter, da alle diese Filme hin- no die sich bei einer bestimmten Elektrolytkonzentration
sichtlich Absorptionsvermögen, Quellvermögen und an einem Punkt der Entladung zu einer Paste auflöst,
Haftvermögen unzureichend sind. Weiterhin hatten sie wenn die Auflösung der Membran gerade erwünscht
deshulb einen nachteiligen Einfluß auf das Entlade- ist. Beispielsweise ist Polyvinylalkohol mit einem Ververhalten und die Lagereigensohaften des Elements, da seifungsgrad im Bereioh von 0 bis 75 im Elektrolyten
sie nicht immer eine ausreichende Haftung unterein- i$ unlöslich, wird jedoch bei einem Verseifungsgrad im
ander und zwischen dem Kathodengemhoh oder dem Bereich von 75 bis 95.löslich, wenn die Zinkionendie negative Elektrode darstellenden Zinkgehäuse konzentration einen bestimmten Wert überschritten
lieferten. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die hat. Polyäthylenglykol und Polyäthylenoxyd werden
bekannten Filme nicht aufgelöst werden, sondern ihre ebenfalls bei einer bestimmten Zinkionenkonzentration
Form zwischen dem Kathodengemisch und dem Zink- ao löslich, beispielsweise bei etwa 10°/0, wenn der PoIygehäuse vollständig beibehalten, auch in den letzten merisationsgrad ansteigt, obgleich diese Erscheinung
Stadien der Entladung des Elements, wodurch die vor- etwas von der Menge des Ammoniumchlorids abhängt,
stehend angegebenen Nachteile noch ausgeprägter Als Stoffe, die mindestens eine der Eigenschaften
werden. Aus diesen Gründen werden zur Zeit nur — Absorptionsfähigkeit, Festhaltevermögen, Quellwenige Typen von Trockenelementen mit einem solchen «5 barkeit und Haftvermögen — haben, kommen folgende
Sperrfilm verwendet, und auch diese Trockenelemente Substanzen in Betracht: kolloidale Kieselsäure, Pulpe
sind nicht vollständig befriedigend. (Papierbrei), Agar, Polyacrylamid, Hydroxypropyl-Die
Erfindung bezweckt die Beseitigung der vor- cellulose; natürliche Pasten, wie Stärke, Weizenmehl,
stehend genannten Mängel de«· üblichen Trocken- Maisstärke und Karaya-Gummi; synthetische Pasten,
elemente. Zweck der Erfindung ist die Verbesserung 30 wie Methylcellulose, Methyläthylcellulose und Carbder
Leistungsfähigkeit eines Trockenelements, insbe- oxymethylcellulose; und anorganische Salze, wie
sondere die Verbesserung des Entladeverhaltens und Ammoniumchlorid, Zinkchlorid, Kaliumchlorid, Nader
Lagerfähigkeit des Elements durch Einfügung triumchlorid, Calciumchlorid oder Lithiumchlorid,
einer Membran als Sperre zwischen der Pastenschicht die zur Beeinflussung der Löslichkeit der Sperr-
und dem Kathodengemisch, die ein ausgezeichnetes 35 membran und zur Erhöhung der lonendiffusions-Absorptionsvermögen,
Festhaltevermögen, Quellver- geschwindigkeit durch die Sperrmembran verwendet mögen und Haftvermögen gegenüber dem Elektrolyten werden. Eine Sperrmembran, die sich bei einer behat
und die aus einem oder mehreren Arten von stimmten Elektrolytkonzentration an einem Punkt der
Material besteht, das mindestens hinsichtlich einer Entladekapazität zu einer Paste löst, und zwar an dem
F.igenschaft — Absorptionsvermögen, Festhaltever- 40 PunVf, wo sie sich auflösen soll, kann leicht dadurch
mögen, Quellvermögen und Haftvermögen — gegen- erhalten werden, daß man einen oder mehrere der geüber
dem Elektrolyten ausgezeichnet ist, und das sich nannten Stoffe einbaut, und zwar in Form eines Pulvers
bei ansteigender Zinkionenkonzentration im Elektro- oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel,
lyten auflöst. Die in der beschriebenen Weise hergestellte Sperr-Die
Erfindung ist nachstehend unter Berücksichti- 45 membran hat ein ausgezeichnetes Absorptionsveigung
der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung mögen, Festhaltevermögen und Quell vermögen. Wird
)\ bedeutet also die Membran im Element angeordnet, so enthält
! j F i g. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen sie eine große Menge Wasser, das in der Membran
j der Menge der in der Sperrmembran aus Polyvinyl- kaum beweglich ist. Ein Elektrolyt wird also in großen
alkohol enthaltenen kolloidalen Kieselsäure und der 50 Mengen in der Sperrmembran festgehalten, und der
|r Diffusionsgeschwindigkeit des Zinkions zeigt, durch die Membran bedingte Innenwiderstand ist sehr
J* F i g. 2 ein Diagramm, das die Löslichkeit einer klein und sogar noch kleiner, wenn die Membran einen
]' stärkehaltigen Polyvinylalkohol-Sperrmembran gegen- oder mehrere der vorstehend angegebenen Bestand-J
über einem Elektrolyten, der aus Ammoniumchlorid, teile enthält. Weiterhin dient das in der Nähe des oder
• Zinkchlorid und Wasser zusammengesetzt ist, zeigt, 55 der Bestandteile vorhandene Wasser als Medium für
F i g. 3 eine Seitenansicht eines Trockenelements die Diffusion der Zinkionen durch die Sperrmembran,
gemäß der Erfindung, von dem die Hälfte im Schnitt so daß die Diffusionsgeschwindigkeit sehr hoch ist.
gezeigt ist, Dies ergibt sich beispielsweise aus F i g. 1, wonach die
F i g. 4 die Entladekurven, die nach dem ASA- Diffusionsgeschwindigkeit durch eine Polyvinylalko-Heavy-Industrial-Test
erhalten wurden, wobei die So holmembran mit 10°/0 kolloidaler Kieselsäure fünfmal
Entladung über einen 4-Ohm-Lastwiderstand über so groß oder noch, größer ist als durch eine Membran,
einen Zeitraum von 30 Minuten pro Tag erfolgte, die nur aus einem Polyvinylalkohol mit einem nied-
und rigen Verseifungsgrad besteht. Auf diese Weise kann F i g. 5 die Entladekurven, die nach dem ASA- ein scharfer Anstieg der Zinkionenkonzentration in der
Heavy-Industrial-Test erhalten wurden, wobei eine 65 Pastenschicht, der durch die Auflösung des Zinkintermittierende
Entladung über einen 4-Ohm-Last- gehäuses (negative Elektrode) während der Entladung
widerstand mit einer Entladezoit von 4 Minuten und des Elements bedingt ist, weitgehend ausgeschaltet
einer Haltezeit von 11 Minuten vorgenommen wurde, werden. Das wichtigste Merkmal der Sperrmembran
gemäß der Erfindung besteht jedoch darin, daß die nung von 1,0 V und bei einer Entladezeit von 30 Minu- ]
Sperrmembran aufgelöst wird, wenn die Zinkionen- ten pro Tag über einen Lastwiderstand von 4 Ohm ί
konzentration infolge der Auflösung des Zinkgehäuses auflöst, ist nachstehend unter Berücksichtigung von j
(negative Elektrode) während der Entladung des F i g. 3 angegeben. ί
wobei neben der Zunahme der Zinkionenkonzentration Ammoniumchlorid, 5 Teile Zinkchlorid und 20 Teile j
eine Erhöhung des Mischungsverhältnisses zwischen Wasser werden ausreichend miteinander vermischt,
Ammoniumchlorid, Zinkchlorid und Wasser eintritt, und das Gemisch wird zu einem Kathodengemisch 1
aus denen der Elektrolyt, der während der Herstellung geformt. Das so geformte Kathodengemisch 1 wird
des Elements in dieses eingefüllt wird, zusammen- io mit einer 40 μ starken Sperrmembran 2 gemäß der
gesetzt ist. Dies ergibt sich aus F i g. 2 im Zusammen- Erfindung umwickelt. Die Sperrmembran wird aus
hang mit Polyvinylalkoholmembranen, die 5, 15 bzw. einem Polyvinylalkohol mit einer Verseifungszahl von
30°/0 Stärke enthalten. Erfindungsgemäß kann eine 85 und einem Polymerisationsgrad von 1500 hergestellt,
Sperrmembran, die sich zum Zeitpunkt einer bestimm- der 10% kolloidale Kieselsäure und 5°/0 Stärke ent·
ten Leistungsentnahme während der Entladung zu 15 hält. Weiterhin wird eine Paste aus 50 Teilen PoIyeiner Paste auflöst, durch folgende Maßnahmen er- äthylen, 35 Teilen Methylcellulose, 5 Teilen PoIyhalten werden: Änderung des Mischungsverhältnisses acrylamid, 5 Teilen Pulpe und 5 Teilen Stärke im ge·
zwischen Amnioniumchlorid, Zinkchlorid und Wasser, schmolzenen Zustand bei einer Temperatur von 100
aus denen der Elektrolyt zusammengesetzt ist (Mi- bis 1500C auf die Innenfläche eines Zinkgehäuses 3
schungsverhältnis zum Zeitpunkt der Herstellung des ao (negative Elektrode) aufgetragen, wobei sie eine
Elements); Änderung der Art, der Verseifungszahl und Pastenschicht 4 bildet. Nach dem Anbringen eines
des Polymerisationsgrades des Materials, aus dem die Papierblättchens 5 am Boden des Zinkgehäuses 3 wird
Sperrmembran gebildet wird; Änderung der Art und ein Elektrolyt aus 20 Teilen Ammoniumchlorid,
der Menge des Zusatzes oder der Zusätze, die der 8 Teilen Zinkchlorid und 72 Teilen Wasser in das
Membran einverleibt werden, wenn die Art der Ent- as Zinkgehäuse eingefüllt Dann wird das vorstehend geladung bekannt ist. Die Sperrmembranen gemäß der nannte Kathodengemisch in das Zinkgehäuse 3 einge-Erfindung, die eine oder mehrere Substanzen mit einem füllt, worauf ein Kohlestab 6 (positive Elektrode) in
ausgezeichneten Absorptionsvermögen, Festhaltever- der Mitte des Kathodengemisches eingesetzt wird, womögen, Quellvermögen und Haftvermögen gegenüber durch ein offenes Element gebildet wird. Die so hergedem Elektrolyten haben, zeigen, wenn sie zu einer 30 stellte Separatorschicht hält den beim nachträglichen
Paste gelöst sind, Eigenschaften, die zumindest gleich- Einsetzen des Kohlestabes auf den unteren Teil ausgewertig oder sogar besser sind als die einer Pasten- übten hohen Druck aus, und zwar infolge der Anschicht bei den üblichen Separatoren vom Pastentyp. Wesenheit der biegsamen Sperrmembran gemäß der
Die so aufgelöste Sperrmembran ermöglicht eine Erfindung, und die Paste ist ausreichend geliert, wohöhere lonendiffusionsgeschwindigkeit, wodurch sie 35 durch die erfindungsgemäß erstrebte Wirkung der
einen sehr günstigen Einfluß auf das Entladeverhalten Sperrmembran vollkommen erreicht ist. Auf Grund
des Elements ausübt. Weiterhin hat die Sperrmembran der vorstehenden Ausführungen kann gesagt werden,
gemäß der Erfindung eine gute Haftung in sich und mit daß die Sperrmembran gemäß der Erfindung ein
dem Kathodengemisch oder dem Zinkgehäuse (nega- idealer Separator ist. In F i g. 3 ist mit der Bezugszahl 7
tive Elektrode), nicht nur im pastenförmigen Zustand 40 eine Anschlußkappe für die positive Elektrode, mit der
nach der Auflösung, sondern auch in der nicht aufge- Bezugszahl 8 ein Verschlußelement aus einem Kunstlösten Form, weshalb sie für die Entladereaktion sehr harz, mit der Bezugszahl 9 ein metallischer Verschluß,
geeignet ist. mit der Bezugszahl 10 ein in der Hitze schrumpfendes
Wie schon erwähnt, ist die Sperrmembran gemäß Kunstharzrohr, mit der Bezugszahl 11 eine Anschlußder Erfindung in der Lage, eine große Menge Elektrolyt 45 platte für die negative Elektrode und mit der Bezugsiiber einen längeren Zeitraum festzuhalten; weiterhin zahl 12 ein Außengehäuse bezeichnet,
ist sie sehr wirksam bei der Verhinderung der Zer- Nachstehend sind Vergleichswertc über das Entladesetzung der Paste und bei der Verhinderung der verhalten, die Lagerungseigenschaften und die Leck-Wanderung der Paste auf die Seite des Kathoden- festigkeit von Elementen des Typs UM-I angegeben
gemisches; diese Erscheinung wird als eine der Ur- 50 wobei A ein übliches Trockenelement vom Pastentyp!
Sachen für den scharfen Spannungsabfall eines EIe- wie es vorstehend beschrieben ist. und B ein Trockenments während der Lagerung und der Entladung ange- element mit der Sperrmembran gemäß der Erfindung
sehen. Auf Grund dieser Eigenschaften ist die Sperr- darstellt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 II und
membran gemäß der Erfindung bei der Herstellung III engegeben; die Entladekurven der einzelnen
von Trockenelementen, bei denen sich ein Film 35 Elemente sind in den F i g. 4 und S dargestellt Aus
während der Entladung auflösen soll, sehr geeignet. diesen Werten ergibt sich, daß das Trockenelement mit
Weiterhin haben die Sperrmembranen gemäß der Er- der Sperrmembran gemäß der Erfindung den üblichen
findung auch die Eigenschaften dieser Membranen. Elementen hinsichtlich Entladeverhalten Laoerfihied. h. sie verhindern die Wanderung des Kathoden- keit und Leckfestigkeit überlegen ist '
gemisches durch das Separatorpapier sowie die Wände· 60
rung des Wassers und des Pastenmuteriats in das Tabelle I
Element geformt werden, aber auch gleichzeitig mit der "
Herstellung des Elements geliert werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenelements mit einer Sperrmembran gemäß der Erfindung, die so hergestellt ist, daß sie sich bei einer Span-
«3 |
A
B |
Unmittelbar nach
der Herstellung |
6 Monate bei
45"C gelagert |
1020 Minuten
1400 Minuten |
840 Minuten
1320 Minuten |
1 337 531
Vergleich der Lagerfähigkeit
(Anzahl der beschädigten Trockenelemente
auf 100 Trockenelemente)
A
B
B
6 Monate bei
450C gelagert
450C gelagert
1
0
0
12 Monate bei
45° C gelagert
45° C gelagert
3
0
Vergleich der Leckfestigkeit
(Anzahl der beschädigten Trockenelemente
von 50 Trockenelementen nach einer kontinuierlichen
Entladung von 24 Stunden
über einen 4-Ohm-Lastwiderstand)
über einen 4-Ohm-Lastwiderstand)
A
B
B
30 Tage gelagert
60 Tage gelagert
20
1
1
Claims (8)
1. Trockenelement mit einem Kathodengemisch, einem Zinkgehäuse, das die negative Elektrode
darstellt und das Kathodengemisch enthält, einer Pastenschicht, die auf der Innenseite des Zinkgehäuses
gegenüber dem Kathodengemisch angeordnet ist, und einer für Ionen durchlässigen Sperrmembran,
die zwischen der Pastenschicht und dem Kathodengemisch angeordnet ist, um die Wanderung
des Wassers und der Paste zur Sieite des Kathodengemisches und die Wanderung des
Kathodengemisch.es zum Zinkgehäuse zu blockieren, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sperrmerebran ihre Form bei der Lagerung und in den frühen Stadien der Entladung des Elements
beibehält, jedoch im späteren Stadium der Entladung aufgelöst wird, wenn die Zinkionenkonzentration
im Elektrolyten einen bestimmten Wert überschritten hat.
2. Trockenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die .für Ionen durchlässige
Sperrmembran aus Polyvinylalkohol mit einer Verseifungszahl von 75 bis 95 hergestellt ist.
3. Trockenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige
Sperrmembran kolloidale Kieselsäure enthält.
4. Trockenelement nach, Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige
Sperrmembran mindestens eine Substanz aus der Gruppe Puipe (Papierbrei), Methylcellulose, Methyläthylcellulose,
Carboxymethylcellulose und Hydroxypropylcellulose enthält.
5. Trockenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dis für Ionen durchlässige
Spertmembran Stärke enthält.
6. Trockenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige
Sperrmembran Polyacrylamid enthält.
7. Trockenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige
Sperrmembran Karayagummi enthält.
8. Trockenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige
Sperrmembran ein anorganisches Salz, wie Ammoniumchlorid, Zinkchlorid, Kaliumchlorid, Natriumchlorid,
Calciumchlorid und/oder Lithiumchlorid, enthält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3587663T2 (de) | Polymeres Hydrogel enthaltende Gasdiffusionselektroden und deren Verwendung in elektrochemischen Systemen. | |
DE3613237C2 (de) | Mit Luft depolarisiertes Metallelement | |
DE2413954C2 (de) | Separator für eine galvanische Zelle | |
DE2828817C2 (de) | ||
DE2828818C2 (de) | ||
DE2239922C3 (de) | Elektrische Akkumulatorenbatterie | |
DE2510934B2 (de) | Negative Elektrode für galvanische ZeUen | |
DE2921086A1 (de) | Elektrolytloesliche brennstoffe verwendende brennstoffzelle | |
DE2828815C2 (de) | ||
DE2137753A1 (de) | Alkalische elektrochemische Zelle | |
DE2837468A1 (de) | Quecksilberfreie zinkelektrode | |
DE2232153C3 (de) | Mehrschichtiger Separator für alkalische elektrochemische Zellen | |
DE1771308A1 (de) | Trockenelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE2212581A1 (de) | Elektrolytzelle mit Separator und Verfahren zur Herstellung desselben | |
DE1927257B2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Bleiakkumulatoren | |
DE2019485A1 (de) | Verbesserung eines Elektrolyten fuer Trockenelemente und Trockenbatterien und derartig verbesserte Trockenbatterie | |
DE1800360A1 (de) | Dicht verschlossene elektrische Batteriezelle | |
DE1937531C (de) | Trockenelement mit einem Kathodenge misch, einem Zinkgehause, das die negatne Elektrode darstellt, einer Pastenschicht und einer Sperrmembran | |
DE2025489C3 (de) | Galvanisches Trockenelement | |
DE1937531A1 (de) | Trockenelement | |
CH651966A5 (de) | Lithium-jod-festkoerper-primaerzelle. | |
DE2541926A1 (de) | Trockenelement | |
DE1953674C (de) | Tro kenelement mit einer mehr lagigen Separatorschicht zwischen der Depolansatorelektrode und der Zinkelek trode | |
DE2704710C2 (de) | Primärzelle und daraus aufgebaute Primärbatterie in Flachbauweise | |
DE2250187A1 (de) | Bleiakkumulator mit bipolaren elektroden |