DE2159880B2 - Galvanisches element und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit einer angreifbaren negativen Metallelektrode, einem wäßrigen von einem porösen Separator aufgesaugten Magnesiumsalzelektrolyten und einem beständigen positiven Polableiter, der von einem festen Depolarisator aus beispielsweise Mangandioxid oder Quecksilberdioxid umgeben ist. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines derartigen galvanischen Elements.

Bekanntlich weist das klassische Leclanche-Element einen beständigen, positiven Polableiter auf, der in der Regel aus einem Preßling aus Kohlenstoff oder Graphit besteht und der von eine^r Depolarisatormasse aus Mangandioxid umgeben ist. Dieser Anordnung, die häufig auch als Puppe bezeichnet wird, ist eine Kombination aus einer becherförmigen negativen Zinkelektrode (Anode) und einem Elektrolyten auf der Basis von Ammoniumchlorid zugeordnet. In der Praxis ist die Puppe von einem Trennpapier umgeben, das mit einem zweckentsprechenden organischen Gel bestrichen ist. Das Gel und das Papier sind mit Ammoniumchlorid imprägniert, dem eine kleine Menge Zinkchlorid und eine kleine Menge Quecksilberchlorid zugesetzt sind. Das Quecksilberchlorid hat den Zweck, das Zink zu amalgamieren, um bei offenem Stromkreis dessen Zersetzung zu vermindern.

Das Leclanche-Element hat den Nachteil, daß in geringem Umfang Gase freigesetzt werden, die auf die Oxydation der Hydrolyseprodukte des Gels durch den Depolarisator zurückzuführen sind. Dadurch wird die Menge des verfügbaren Depolarisator vermindert und die Lagerfähigkeit des Elements verkürzt Außerdem zwingt es dazu, das Element nicht absolut hermetisch abzuschließen. In der Praxis wird dafür der aus Kohlenstoff bestehende Polableiter porös gehalten und an ihrem Ende der freien Luft ausgesetzt. Wegen des fehlenden dichten Abschlusses kann das Element »atmen«, wodurch es bei der Lagerung zu Karbonation und schädlicher Austrocknung kommt.

Es wurden bereits zahlreiche Varianten des Leclanche-Elements vorgeschlagen. Bei der wichtigsten Abwandlung wird das Mangandioxid (MnO₂) durch Quecksiiberoxid (HgO) ersetzt, wodurch Speziaielemente für Meßinstrumente, elektronische Uhren u. dgl. erhalten werden können. Man hai auch bereits daran gedacht. Magnesiumchlorid MgCI₂) entweder als Zusatz zu dem klassischen Elektrolyten aus Ammoniumchlorid oder anstelle dieses Elektrolyten zu verwenden. Außerdem wurde vorgeschlagen. Magnesiumoxid entweder dem Elektrolyten oder der Puppe zuzusetzen.

Gemäß weiteren bekannten Anordnungen wurde das Zink durch Magnesium ersetzt. Derart aufgebaute Elemente setzen jedoch Wasserstoff frei; außerdem laufen sie nach einer gewissen Ruhezeit nur langsam und schwierig an. Ihre Lagerfähigkeit ist schlecht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerfähigkeit und das Betriebsverhalten von Leclanche-Elementen zu verbessern und die Mangel zu vermeiden, denen man sich bisher ausgesetzt sah.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die negative Elektrode aus Zink besteht, der Elektrolyt eine wäßrige Lösung von Magnesiumperchlorat (Mg(ClO₄)?) ist, und das Element vollständig gasdicht verschlossen ist.

Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Konzentration von Magnesiumperchlorat (Mg(CIOi)₂) zwischen 1 und 3 Mol/Liter und vorzugsweise zwischen 1,5 und 2 Mol/Liter zu wählen. Besonders gute Ergebnisse bezüglich des Absorptionsvermögens werden erhalten, wenn das Separatorpupier ein Absorptionsvermögen von ungefähr 0,04 cm³/cm² Oberfläche aufweist.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des galvanischen Elements wird der Depolarisator zweckmäßigerweise in Gegenwart des Elektrolyten mit Wärme vorbehandelt. Diese Vorbehandlung kann auch den Depolarisator einschließen, der mit dem Elektrolyten gemischt wird. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Wärmebehandlung an den montierten aber noch nicht verschlossenen Elementen durchzuführen, wobei die Elemente während ungefähr 4 Stunden auf ungefähr 60° C gehalten werden, wenn der Depolarisator aus Mangandioxid besteht. Wird der Depolarisator mit dem Elektrolyten gemischt, so erfolgt die Vorbehandlung mit Wärme während ungefähr 36 Stunden bei ungefähr 8O⁰C.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Axialschnitt eines erfindungsgemäß aufgebauten galvanischen Elements.

Das dargestellte Element weist einen Polableiter 1 aus einem aus Kohle oder Graphit gepreßten Stift auf. Dieser Stift ist von einer Masse 2 aus Mangandioxid umgeben, dem Kohlenstoff in Form eines feinen Pulvers

und wasserhaltiges Magnesiumoxid zugesetzt sind. Die so erhaltene Puppe wird ihrerseits mit einem porösen Separatorpapier 3 abgedeckt; die Anordnung wird dann mit einem Elektrolyten aus Magnesiumperchlorat imprägniert, der mit Magnesiumox^:d gesättigt ist Diese Anordnung wird in einen Zinkbecher 4 eingebracht, wobei eine kleine Kappe 5 aus Papier oder einem entsprechenden Werkstoff zwischen die vorstehend genannte Anordnung und den Boden des Bechers eingebracht wird. Über der Depolarisatormasse 2 befindet sich eine Scheibe 6, durch die der Stift 1 hindurchreicht, dessen vorstehendes Ende mit einer Metallkappe 7 abgedeckt ist. Der Becher wird mittels eines Stopfens 8 aus Pech oder einem anderen entsprechenden Werkstoff dicht abgeschlossen, der an Ort und Stelle vergossen wird und der den unteren Teil d<*r Kappe 7 derart umfaßt, daß trotz der Porosität des Stiftes 1 ein absolut dichter Anschluß erhalten wird.
Das erfindungsgemäße Element hat zahlreiche Vorteile. Weil kein Gel vorhanden ist, wird die Bildung von Hydrolyseprodukten ebenso vermieden wie die Freisetzung von CO2, das auf die Oxydation dieser Produkte durch den Depolarisator zurückzuführen ist. Die Vorbehandlung des Depolarisators trägt dazu bei, jede Freisetzung von Gas zu vermeiden. Das Element kann daher dicht abgeschlossen werden, so daß es nicht »atmet« und sein Elektrolyt nicht verdunstet. Das Betriebsverhalten bei niedriger Temperatur ist verbessert. Das Fassungsvermögen ist nicht unwesentlich gesteigert Die Lagerfähigkeit ist erhöht. Die Unterdrückung der Amalgamierung des ZinKs vereinfacht die Arbeitsvorgänge und verringert die Gestehungskosten. Im Falle eines Depolarisators auf der Basis von HgO verhindert die vollkommene Abdichtung die Bildung von äußeren Karbonatablagerungen, was für bestimmte Anwendungsfälle, insbesondere bei elektronischen Uhren, eine erhebliche Verbesserung bedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Element mit einer angreifbaren negativen Metallelektrode, einem wäßrigen von einem porösen Separator aufgesaugten Magnesiumsalzelektrolyten und einem beständigen positiven Polabieiter, der von einem festen Depolarisator aus beispielsweise Mangandioxid oder Quecksilberdioxid umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode aus Zink besteht, der Elektrolyt eine wäßrige Lösung von Magnesiumperchlorat (Mg(ClO₄J₂) ist, und das Element vollständig gasdicht verschlossen ist

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Magnesiumperchlortt (Mg(ClO₄J₂) zwischen 1 und 3 Mol/'l vorzugsweise zwischen 1,5 und 2 Mol/l, liegt

3. Element nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorpapier ein Ab- zo Sorptionsvermögen von ungefähr 0,04 cmVcm² Oberfläche hat.

4. Verfahren zur Herbteilung eines Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator in Gegenwart des Elektrolyten mit Wärme vorbehandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 für die Herstellung von Elementen mit einem Depolarisator aus Mangandioxid, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung an den montierten oder nichtverschlossenen Elementen dadurch erfolgt, daß sie während ungefähr vier Stunden auf ungefähr 60° C gehalten werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5 für die Herstellung von Elementen mit einem Depolarisator aus Mangandioxid, dadurch gekennzeichnet, daß der Depolarisator vermischt mit dem Elektrolyten während ungefähr 36 Stunden auf ungefähr 80° C gehalten wird.

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