DE2035720A1 - Galvanisches Element mit Zinkanoden und alkalischem Elektrolyten - Google Patents

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Reg.-Nr. PP 156 a: ·.. 6 Frankfurt/Main, den 16.7.1970

VARTA Gesellschaft mit beschränkter Haftung 7090 Ellwangen / Jagst '

Galvanisches Element mit Zinkanoden und alkalischem Elektrolyten

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit Zinkanoden und alkalischem Elektrolyten, im besonderen das Gehäuseteil des Elementes, das mit der Zinkelektrode in elektronischem Kontakt steht. -

Es ist bekannt, daß sich in alkalischen wässrigen Lösungen an Zink und an allen elektronisch leitenden Materialien, die mit Zink in Berührung stehen, Wasserstoff entwickelt, wenn dieser Vorgang nicht durch eine ausreichende Erhöhung der Wasserstoffüberspannung am Zink und den Kontaktmaterialien gehemmt wird. Dies geschieht allgemein dadurch, daß dem Zink Quecksilber zugesetzt wird und daß als Kontaktmaterialien amalgamierbare Metalle oder Legierungen, z.B. Kupfer, Zink, Messing, Zinn, Silber oder Gold verwendet werden, die sich bei Kontaktierung ,.mit dem amalgamierten Zink an allen Seiten, die durch die benetzende alkalische wässrige Lösung in elektrolytischer Verbindung zum Zink stehen, oberflächlich amalgamieren.

Jedoch erweist es sich meist als unzweckmäßig, das Gehäuseteil, das als Ableiter für die negative Elektrode dient (Im folgenden als "Anodenabschlußteil" bezeichnet), ganz aus einem der genannten Metalle herzustellen. Diese sind nämlich teils mechanisch nicht stabil genug, teils werden sie leicht durch oberflächliche Korrosion an der Luft, besonders bei zusätzli-

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eher Verunreinigung durch den Elektrolyten, unansehnlich; an den korrodierten Stellen ist der elektrische Kontakt zum Stromabnehmer behindert oder sogar unterbrochen.

Aus diesen Gründen besteht das Anodenabschlußteil alkalischer Zellen meistens aus 3 Komponenten:

1. einem amalgamierbaren Metall wie Kupfer oder Zinn, das den Kontakt mit dem Zink vermittelt und die nach außen anschließenden Metallteile vor Elektrolytzutritt schützt;

2. einem stützenden Element mit ausreichender Festigkeit, meist Stahlblech;

3. einer äußeren, korrosionsbeständigen Komponente, meist einer

Nickelschicht.

So kann das Anodenabschlußteil aus sogenanntem "Trimetall" bestehen, beispielsweise einem Stahlblech, das einerseits mit Kupfer oder Zinn, andererseits mit Nickel abgedeckt ist, oder aus 2 punktverschweißten Stahlblechen, von denen das innere mit Zinn, das äußere mit Nickel überzogen ist.

Allgemein besteht nun die Gefahr, daß Fehler wie Poren und Risse in den amalgamierbaren Überzügen deren Wirksamkeit beeinträchtigen. Ferner muß, wenn der Überzug vor dem Ausstanzen des Gehäuseteils auf das Stahlblech aufgetragen wird, wie das z.B. bei "Trimetall" notwendig dar Fall ist, Vorsorge getroffen werden, daß die aufplattierten Schichten unversehrt bleiben und die Schnittkante auch bei längerer Lagerung der Zelle nicht vom Elektrolyten benetzt wird, da sonst hier die Wasserstoff-, entwicklung einsetzen würde. Deshalb muß die Schnittkante fest in isolierendes Material, etwa in den Dichtungsring, eingebet- _: tet sein.

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Eswurde nun gefunden, daß sich Legierungen aus Nickel und Kupfer dazu eignen, ohne Überzüge irgendwelcher Art oder sonstigen Verbund mit anderen Metallen zur Fertigung -von Anodenabschlußteilen in alkalischen Zellen mit Zinkanode eingesetzt zu werden. Verwendet man nur diese beiden Metalle, so kann sich der Kupferanteil auf 33 bis 80 Gew.% belaufen.

Eine weitere Verbesserung wird durch den Zusatz beispielsweise von Zink erzielt, und zwar finden Legierungen der folgenden Zusammensetzung Verwendung:

Cu 50-70 % vorzugsweise 57 -62 % Ni 10 - 30 % vorzugsweise 22 - 27 % Zn IO - 20 % vorzugsweise 12 - 17 %

Diese Legierungen haben für den genannten Zweck die erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Sie sind auch bei Verunreinigung mit Lauge weitgehend korrosionsfest an der Luft. Im Kontakt mit amalgamiertem Zink und alkalischem Elektrolyt tritt an ihnen zwar anfänglich eine geringe Wasserstoffentwicklung auf, jedoch setzt diese nach einiger Zeit aus; die gleiche Erscheinung, die im folgenden als "Passivierung" bezeichnet werden soll, findet man auch am Nickel selbst. Offenbar überzieht sich die Metalloberfläche an den benetzten Stellen mit einem dünnen Film, der Hg und vielleicht auch Zn enthält, denn die passivierte Oberfläche erscheint, verglichen mit der unbehandelten, schwach weißlich getönt. Auch wird sie, zum Unterschied von einer unbehandelten Oberfläche, von Hg benetzt.

Oftmals ist es vorteilhaft, die Passivierung des Vormaterials durchzuführen, so daß beim Zusammenbau der Elemente keine Wasserstoff entwi cklung mehr auftritt.

Unabhängig von dieser Deutung der als Passivierung bezeichneten Erscheinung bringt der Einsatz von Nickel und den genann-

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ten Nickellegierungen als Material für Anodenabschlußteile in alkalischen Zellen, die amalgamiertes Zink als Anodenmetall enthalten, große Vorteile gegenüber den bisher bekanntgewordenen Vorschlägen; es bedarf keines besonderen Aufbringens schützender Überzüge auf der Innenfläche des Abschlußteils; der Überzug bildet sich vielmehr von selbst durch die Kontaktierung mit dem amalgarnierten Zink und dem alkalischen Elektrolyten. Die Fertigung erbringt wesentliche Einsparungen an Kosten und Zeit; bei teilweisem Ersatz des Ni und Cu durch Zn wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Abschlußteils-noch vorteilhafter.

- Patentansprüche -

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Claims (3)

Reg.-Nr. PP 156 a 6 ^ranVfurt/Main, den 16.7.1970 3P -Fnn/Ma Patentansprüche

1./ Galvanisches Element mit Zinkanode und alkalischem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Anode in unmittelbarem elektrischem Kontakt stehende Gehäuseteil aus einer Nickellegierung besteht, die 33 bis 80 Gew.% Kupfer enthält.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _r „daß die Nickellegierung neben Kupfer noch Zink enthält:

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Legierung aus 50 bis 70 Gew.% Kupfer, 10 bis 30 Gew.% Nickel und 10 bis 20 Gew.% Zink besteht.

-4. Element nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 57 bis 62 Gew.% Kupfer, 22 bis 27 Gew.% Nickel und 12 bis .17 Gew.% Zink besteht.

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