DE1958260B2 - Alkalische Primärbatterie - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine alkalische Primärbatterie.

Primärbatterien sind elektrochemische Vorrichtungen, die gespeicherte chemische Energie in einem elektrochemischen Prozeß direkt in elektrische Energie umwandeln. Allgemein versteht man unter Primärbatterien Batterien ohne wirksame reversible chemische Reaktion, also Batterien, die nicht wieder verwendbar oder wieder aufladbar sind. Wenn die in der Primärbatterie gespeicherte chemische Energie einmal in elektrische Energie umgewandelt worden ist, wird die Batterie normalerweise weggeworfen.

Es hat sich gezeigt, daß bei der Konstruktion von Primärbatterien für hohe Strombelastungen Schwierigkeiten auftreten. Die Ausgangsleistung einer solchen Primärbatterie hängt von einer Vergrößerung der Elektrodenoberfläche ab. Da die Stromdichte vom Verhältnis des Ausgangsstroms zur Oberfläche bestimmt wird, ist die zur Erzielung großer Ausgangsströme erforderliche Stromdichte um so kleiner, je größer die vorhandene Oberfläche ist. Dies gilt insbesondere bei erniedrigten Temperaturen. In manchen Anwendungsfällen ist auch ein derart robuster Aufbau erforderlich, daß die Batterie extremen mechanischen Stoßbelastungen in der Größenordnung von 10 000 g widerstehen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Primärbatterie mit vergrößerter Elektrodenoberfläche zu schaffen, die bei einer niedrigen Temperatur verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mehrere einzelne Zellen konzentrisch ineinandersitzend angeordnet sind, daß jede Zelle eine negative Elektrode, einen Depolarisatorelektrode und einen dazwischen befindlichen aktivierenden Elektrolyt besitzt und daß die negativen Elektroden der einzelnen Zellen und die Depolarisatorelektroden der einzelnen Zellen jeweils miteinander verbunden sind.

Bei der erfindungsgemäCen alkalischen Primärbatterie sind zwei Zellen mit zylindrischen Elektroden ineinander angeordnet. Die positiven Elektroden sind durch Verschweißen des Behälters am Boden miteinander verbunden. Die anderen Leiter stehen mit der Zellenoberseite in Kontakt, wodurch die beiden negativen Elektroden miteinander verbunden sind. Der auf diese Weise erzielte Aufbau kann als Doppelzelle ^h5 oder als zwei parallelgeschaltete Zelle mit einem gemeinsamen Elektrolyt für die Zellen im gleichen Behälter angesehen werden.

Wegen der bekannten Eigenschaft von Zinkelektroden, in alkalischen Elektrolyten Gas zu entwickeln, ist es jedoch notwendig, im Batterieaufbau Einrichtungen zur Verringerung der Wirkung dieser Gasentwicklung vorzusehen. Bei großen Primärbatterien, beispielsweise bei dem mit der Erfindung geschaffenen Batterien, bei denen der Zinkanteil bis zu 120 g betragen kann, wird das Gasproblem noch schwerwiegender. Andere Faktoren, die die Gasentwicklung beeinflussen, sind die Zinkoberfläche und die Porosität des Aufbaus im allgemeinen. Die Beachtung dieser Faktoren ist äußerst wichtig, damit bei niedrigen Temperaturen große Entladeströme erzielt werden können. Es ist eine Tatsache, daß der infolge der Gasentwicklung auftretende Innendruckanstieg vom Leerraum in der Zelle abhängt. So erzeugen beispielsweise 2 cm³ entwickeltes Gas in einem Leerraum von 1 cm³ einen Druck von etwa 2 kg/cm². Daher ist ein maximaler Leerraum ohne eine Verringerung des Volumenwirkungsgrades erwünscht. Zur Überwindung der im Zusammenhang mit der Gasentwicklung auftretenden Schwierigkeiten ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zentral in der Batterie eine Einrichtung zur Steuerung des inneren Gasdrucks in der Zelle vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt:

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Primärbatterie mit einem Aufbau, der eine vergrößerte Elektrodenoberfläche ergibt, und

F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch die Primärbatterie längs der Linie 2-2 in F i g. 1, in dem der Doppelelektrodenaufbau der Batterie dargestellt ist, in der ein maximaler Leerrauni zur Kompensation einer inneren Gasentwicklung vorgesehen ist.

Ganz allgemein wird gemäß der nachfolgenden Beschreibung eine Primärbatterie für hohe Strombelastungen geschaffen. Damit die elektrochemischen Parameter, die eine hohe Stromabgabe ergeben, erfüllt werden, muß die Elektrodenoberfläche beträchtlich vergrößert werden. Es ist auch die Möglichkeit vorgesehen worden, die Wirkungen einer Gasentwicklung zu steuern, die sich aus dem Betrieb der in einen alkalischen Elektrolyt eingetauchten Zinkelektrode mit vergrößerter Oberfläche, ergeben kann. Ohne daß Leitungsfähigkeit geopfert wird, enthält die Batterie dadurch einen großen Leerraum, daß in ihr im allgemeinen innerhalb eines ihrer inneren Leiter und in diesem Fall dem negativen Leiter ein Kunststoffrohr konzentrisch angebracht wird. Wie bereits erwähnt wurde, werden die vergrößerte Oberfläche und die Stromabgabekapazität durch Ineinanderfügen mehrerer zylindrischer Zellen erzielt. Jede Zelle enthält mehrere Elektroden, und sie kann in ihrem Aufbau als Doppelzelle oder als zwei parallelgeschaltete Zellen angesehen werden. Die Zellen besitzen auf diese Weise innere und äußere negative Leiter. Der Leerraum besteht aus einem Kunststoffrohr, das innerhalb des negativen Leiters der inneren Zelle angebracht ist. Das Rohr ist ein dünnwandiges flexibles Teil aus Polypropylen, das in der Art eines Reagenzglases geformt ist. Sein Ende ist mit einer dicht sitzenden Kunststoffkappe verschlossen, durch die eine kleine Bohrung führt, die einen Druckausgleich im Rohr erlaubt, wenn es bei der Erzeugung von Gas in der Zelle möglicherweise unter Druck gesetzt wird. In gleicher Weise verdrängt das Rohr auch den Elektrolyt in die Bereiche zwischen den Elektroden, die für die Entladereaktion zur Erzeugung elektrischer Energie erforderlich sind. Die Möglichkeit,

daß der Elektrolyt das Rohr füllt, wird durch die kleine öffnung in der Kappe überdies auf ein Minimum verringert

Aus der Zeichnung geht hervor, daß die inneren und äußeren Bauteile vollständig miteinander verbundene Zellen bilden, so daß eine einheitliche Anordnung 30 entsteht. So besteht die Innenzelle beispielsweise aus einem Innenzellenstahlrohr 7 und einer darauf angebrachten Teflonbeschichtung 8. In der Mitte der Batterie ist ein flexibles Rohr 21 aus Polypropylen eingefügt, daß sowohl als Vorratsbehälter für ein kompressibles Gas als auch als Elektrolytverdrängungsvorrichtung wirkt An das Rohr 21 angrenzend sind aufeinanderfolgend der negative Innenzellen-Leiter 6, die negative Elektrode 9, ein absorbierendes Glied 4, ein poröses Separatorteil 5 und der Innenzellendepolarisator 10 angebracht Der Innenzellendepolaristor liegt zwischen dem Innenzellenstahlrohr und dim Innenzel-Jen-Anodenleiterß.

Die äußere Zelle besteht aus einem Außenzellen-Anodenleiter 11, einer Anode (negative Elektrode) 12, einem absorbierenden Glied 13, einem porösen Separator 14, dem Außenzellendepolarisator 15 und einem äußeren Stahlbecher 16. Wie gezeigt ist, sind Vorrichtungen vorgesehen, die die Bauteile der Zelle elektrisch voneinander isolieren, wenn es notwendig ist So werden bei dem Aufbau Polyäihylenisolatoren 18,22, Gummiringe 24, 25, 20 und ein Gumminapf 23 verwendet. Zum Abdichten der Zelle sind auch eine gegossene Gummidurchführung 28, eine O-Ring-Dichtung, Gummiringe 26, 37 und eine Kunststoffhalterung 32 vorgesehen. Es sei bemerkt, daß durch eine flexible Kappe 39 eine öffnung 48 führt, die Druckänderungen

ίο im Rohr 21 zuläßt, wenn sich in der Zelle Gas entwickelt Man erkennt, daß der Innenzellen-Anodenleiter 6 und

der Außenzellen-Anodenleiter 11 über eine Doppelzellendeckelanordnung mit dem Innenzellendeckel 31 und dem Außenzellendeckel verbunden sind. In gleicher

is Weise sind der Innenzellendepolarisator 10 und der Außenzellendepolarisator 15 über das Stahlrohr 4 und den Stahlbecher 16 mit Hilfe des Gumminapfes 23 miteinander verbunden.

Auf diese Weise wird eine robuste ßatteriekonstruktion erzielt, wodurch die Batterie durch die Verwendung geeigneter Halterungen, wie die Kunststoffhalterung 32, die unterhalb des Doppeldeckels auf der Gummiringanordnung 3 und 7 sitzend angebracht sind, großen Stoßbelastungen widerstehen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Alkalische Primärbatterie, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Zellen konzentrisch ineinandersitzend angeordnet sind, daß jede Zelle eine negative Elektrode (9, 12), eine Depolarisatorelektrode (10, 15) und einen dazwischen befindlichen aktivierenden Elektrolyt besitzt und daß die negativen Elektroden (9, 12) der einzelnen Zellen und die Depolarisatorelektroden ι ο (10, 15) der einzelnen Zellen jeweils miteinander verbunden sind.

2. Primärbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zentral in der Batterie eine Einrichtung (21) zur Steuerung des inneren Gasdrucks in der Zelle vorgesehen ist.