DE2252803B2 - Luftsauerstoffelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Luftsauerstoffelement, das übereinandergeschichtet in einem Gehäuse eine positive Elektrode, einen gelierten alkalischen Elektrolyten und eine während der Entladung quellende negative Elektrode auf Zinkbasis aufweist, wobei in dem Gehäuse noch ein Expansionsraum vorhanden ist, der sich mit zunehmender Entladung füllt.

Ein solches Element ist z.B. aus der US-PS 34 15 685 bekannt. Dort sind die Abmessungen der positiven Elektrode geringer als die der negativen Elektrode, so daß sich in dem ansonsten zylindrischen Gehäuse ein ringförmiger Expansionsraum ergibt, in den die negative Elektrode hineinquellen kann. Eine solche Anordnung des Expansionsraums besitzt verschiedene Nachteile. Einmal expandiert die positive Elektrode nicht gleichförmig, sondern bevorzugt im Randbereich, so daß unerwünschte Druckunterschiede in der Zelle auftreten, und zum anderen bleibt hierbei für die positive Elektrode nur der Zentralbereich zur Verfugung, woraus sich eine Verringerung der elektrochemisch wirksamen Austauschflächen ergibt.

Auch besteht die Gefahr, daß Elektrolytflüssigkeit aus dem Gehäuse über den Expansionsraum entweicht oder Luft zur negativen Elektrode gelangt, wodurch deren chemische Oxydation eintreten würde. Um einen einwandfreien Betrieb der Elemente zu gewährleisten,

ist. , ...

Be. dem Luftsauerstoffelement der eingangs erwähnten Art ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß da" Gehäuse auf der Seite der pos.t.ven Elektrode flüssigkeitsdicht und auf der entgegengesetzten Seite du ch einen die negative Klemme tragenden Deckel verschlossen und daß der Expansionsraum zw.schen der negativen Elektrode und dem Deckel angeordnet ,st

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Vorzugsweise ist die positive E ektrode auf eine poröse, wasserabweisende Platte aufgesetzt, die mn™ ™f den Umfang des Gehäuses geklebt wird, wobei die Poren deV?iattf durch den das Gehäuse bildenden Stoff wasserabweisend gemacht sind, und der die Platte mit JeTSwSTe verbindende Klebstoff diesen Stoff ^enDie^lt'Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeisp.ele mit Hilfe von fünf Figuren näher "πΓι'bis 3 zeigen im Schnitt je ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elements;

Fig.4 und 5 zeigen im Schnitt die Elemente nach F i e 1 und 2 nach ihrer Entladung.

Das in Fig 1 gezeigte Element besteht aus einem zylindrischen Polystyrolgehäuse 1, dessen zentrales Bodenteil Löcher 2 aufweist. Eine positive Elektrode, die aus einer porösen Platte 3 aus Aktivkohle besteht, welche aufgrund der Beigabe von Polystyrol wasserabweisend gemacht ist. und ein die Unterseite der Platte 3 abdeckendes Kollektorgitter 4 sind über eine ringförmige Klebdichtung 5 am Boden des Behälters befestigt. Als Klebstoff wird eine Lösung von Polystyrol in Trichloräthylen verwendet. Eine Dichtung 6 aus Epoxydharz ist zwischen dem Rand der pos.t.ven Elektrode und der Seitenwand des Behalters angebracht. Die positive Elektrode ist mit einer gelierten Elektrolytschicht 7 bedeckt, die aus einer mit Starke versetzten Kalilaugelösung besteht. Darüber hegt die negative Elektrode 8, die aus Zinkpulver besteht welches in einem dem Elektrolyten ähnlichen Gel dispergiert ist. .

Ein Deckel 9 aus Polystyrol ist auf das Gehäuse 1 eeklebt Dieser Deckel weist eine zentrale Vertiefung 10 auf in der ein Leiterdraht U untergebracht ist, der durch die auf dem Boden der Vertiefung 10 ausgesparte öffnung 12 hindurchgeführt und an das auf der Elektrode 8 angebrachte Gitter 13 angeschweißt .:5t. Die Vertiefung 10 ist mit einer Dichtung 14 aus vergossenem Epoxyd-Harz versehen. Eine Schicht 15 aus Polyäthylenschaum mit offenen Poren füllt den Raum zw.scher dem Gitter 13 und dem Deckel 9 aus. Der Leitungsdraht 11 bzw ein Leitungsdraht 16, der an das Gitter ' angeschweißt ist, bilden die Klemmen des Elements.

Der Zusammenbau des Elements geschieht au folgende Weise: Eine Klebstoffschicht wird auf dei Rand der Innenfläche des Bodens des Behälters aufgebracht. Dann wird die mit dem LciiungSura.it .! versehene positive Elektrode derart auf den Boden de Behälters aufgesetzt, daß das Gitter 4 auf de Innenfläche des Behälterbodens ruht und der Draht 1

durch eine der öffnungen 2 hindurchgeht. Dann wird Epoxyd-Harz um die Platte 3 vergossen, um die Dichtung 6 zu bilden. Nach dem Erhärten der Dichtung 6 erfolgt das Vergießen des Elektrolyter. 7 bei niedriger Tomperatur, vorzugsweise von weniger als 0⁰C, bei der die Viskosität gering genug ist, so daß der Elektrolyt sich als gleichmäßige blasenfreie Schicht ausbreiten kann. Nach Erwärmen des Gels 7, bei dem sich die Viskosität des Elektrolyten erhöht, wird dieser mit der Zinkschicht 8 bedeckt Dann wird das das Gitter 12, der Draht 11, der Deckel 9 und die Dichtung 14 angebracht, und zwar nacheinander oder als bereits vorgefertigtes Ganzes, und der Deckel wird an das Gehäuse geklebt.

Da das Gehäuse dicht verschlossen ist, kann die Luft nur durch die öffnungen 2 in das Innere des Elements gelangen. Da die Dichtungen 5 und 6 verhindern, daß die Luft um die positive Elektrode herumgelar.gt, um eine Oxydation der negativen Elektrode 8 zu bewirken, kann sie nur durch die Poren der Platte 3 hindurchgelangen und am elektrochemischen Entladungsvorgang des Elements teilnehmen. Die Dichtung 5 ist besonders wirksam, da es sich bei dem trockenen Bestandteil des Klebstoffs, nämlich dem Polystyrol, sowohl um das Material handelt, aus dem der Behälter 1 besteht, als um den Stoff, der die Platte 3 wasserabweisend macht, so daß diese Teile einen kontinuierlichen Aufbau aufweisen. Der Elektrolyt 7 kann seinerseits nicht durch die Platte 3 gelangen, da diese wasserabweisend ist; er k^nn somit auch aus dem Element nicht austreten.

Aufgrund seiner Anordnung ist der Elektrolyt 7 genau an die Oberfläche der Platte 3 angepaßt, wodurch ein einwandfreier Betrieb des Elements gewährleistet wird.

Während der Entladung des Elements nimmt das Volumen der negativen Elektrode 8 zu, so daß die Polyäthylenschaumschicht 15 zusammengedrückt wird, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Dadurch kann sich die negative Elektrode 8 nach oben ausdehnen, wobei sie von der Schicht 15 weiter mit Druck beansprucht wird, so daß sie den Elektrolyten nicht verschiebt und jedes Risiko eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden ausgeschlossen ist.

Vor der Inbetriebnahme kann das Element in einer luftdichten Verpackung aufbewahrt oder die öffnungen 2 können mit einer luftundurchlässigen Klebefolie verschlossen werden.

Die in F i g. 2 mit 3, 4, 7, 8 und 9 bezeichneten Teile haben die gleichen Merkmale, und ihre Funktionsweise ist die gleiche wie die der entsprechenden Teile in Fig.l.

Das Gitter 4 der positiven Elektrode ruht auf einem Vorsprung 20 im Innern eines Bechers 21, dessen Boden 22 in der Mitte eine öffnung 23 aufweist. Eine Metallklappe 24, die am Gitter 4 angeschweißt ist, ragt durch diese öffnung nach außen und verschließt sie. Diese Kappe bildet die positive Klemme des Elements. An der Metallkappe 24 ist im Innern des Elements eine Aussparung 25 vorgesehen. Der Boden 22 des Bechers, das Gitter 4 und der äußere Teil der Metallkappe 24 begrenzen eine abgeschlossene Kammer 26. Im Boden 22 ist ein Sackloch 28 vorgesehen, welches von der Innenfläche des Bodens ausgeht; ferner ist am Boden nach außen vorstehend in Flucht zu dem Sackloch 28 eine Nase 27 angebracht, die mit der Wand des Bodens 22 eine schmale ringförmige Zone 29 rund um das Sackloch bildet.

Eine Klebedichtung auf Polystyrolbasis dichtet die positive Elektrode gegen den Vorsprung 20 und den Rereich der Becherwand 21 gegenüber dem Rand der Platte 3 ab.

Ein in einen axial verlaufenden Kanal 32 des Deckels 9 eingesetzter Kollektorstab 3t ist in die negative Elektrode 8 hineingedrückt und steht mit einer Metallschale 33, die das Mittelstück des Deckels 9 bedeckt, in Verbindung, so daß die Schale 33 die negative Klemme des Elements bildet. Im Raum zwischen dem Deckel 9 und der Schale 33 befindet sich eine Epoxyd-Harzdichtung 34.

Eine Platte 35 wird von einer sich auf der Innenfläche des Deckels 9 abstützenden Spiralfeder 36 gegen die Elektrode 8 gedrückt.

Der Zusammenbau des Elements geschieht wie folgt: Der Innenflächenbereich des Bechers, auf dem die positive Elektrode angebracht werden soll, wird mit Klebstoff bestrichen; dann wird die mit der Kappe 24 versehene Elektrode 3 eingelegt und befestigt, wobei die Kappe 24 in die öffnung 23 eingesetzt wird. Dann werden nacheinander der Elektrolyt 7 und die Elektrode 8 wie im vorhergehenden Beispiel sowie die Platte 35 und die Feder 36 angebracht.

Unabhängig davon werden der Deckel und der negative Stromabnehmer zusammengebaut, indem zunächst der Kollektor 31 und die Schale 33 miteinander verschweißt werden und dann der Stab 31 in den Kanal 32 hineingedrückt wird. Vor der Abdeckung des Deckels mit der Schale 33 wird zwischen ihnen das zur Bildung der Dichtung 34 bestimmte Epoxyd-Harz eingebracht.

Der auf diese Weise erzielte Deckel wird schließlich an den Becher 21 geklebt.

In ein derartiges Element gelangt keine Luft, so daß sich seine Lagerzeit erhöht. Zur Inbetriebsetzung des Elements wird die Nase 27 abgebrochen. Dadurch zerreißt die Zone 29, und das Sackloch 28 gelangt mit der Außenseite in Verbindung, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist. Das Element arbeitet dann unter den gleichen Bedingungen in bezug auf Luftzufuhr und Auslaufsicherheit wie das Element nach Fig. 1.

Die Dichtung 34 gewährleistet sowohl die Dichtheit am negativen Stromausgang als auch die Befestigung des aus der Stange 31 und der Schale 33 bestehenden Ganzen durch Verkleben mit dem Deckel 9.

Wenn sich die negative aktive Masse ausdehnt, drückt sie die Platte 35 zurück, welche ihrerseits die Feder 36 zusammendrückt, wie dies in F i g. 5 gezeigt ist, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Das in Fig. 3 gezeigte Element unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 2 durch folgende Einzelne! ten: Auf dem Boden 22 des Bechers 2\ sind weder ein Sackloch noch eine Nase, noch eine dünne Wandzone vorgesehen. In der Kappe 24 sind zwei Aussparungen 40 vorgesehen, die vom Rand des äußeren Teils ausgehen und die Kammer 26 mit der Außenseite in Verbindung bringen. Die Schale 33 hat einen im wesentlichen senkrecht zur Achse des Elements verlaufenden Rand 41, und die Stange 31 und die Schale sind im Deckel 9 vergossen. Die Platte 35 weist einen parallel zur Wand des Bechers 21 verlaufenden Rand 42 auf und bildet einen Kolben, der unter Reibung im Becher verschiebbar ist. Der Raum 43, der im Innern des Gehäuses zwischen dem Deckel und der Platte 35 liegt, ist leer.

Der Deckel 9 wird aus Spritzguß hergestellt und auf dem vorher mit der Schale 33 verschweißten Stab 31 aufgegossen.

Bei dem Element nach Fig. 3 kann die Luftzufuhr durch die Aussparung 40 in der Kappe 24 erfolgen, ohne daß für die Inbetriebsetzung des Elements ein Durchgang geschaffen werden muß. Ein solches

Element wird daher vor seiner Verwendung in einer dichten Verpackung, beispielsweise in einer zugeschweißten Polyäthylentüte aufbewahrt. Die Dichtheit am negativen Stromausgang sowie die Befestigung des Stabes 31 und der Schale 33 wird dadurch gewährleistet, daß die genannten Teile im Deckel 9 vergossen werden.

Beim Quellen der negativen aktiven Masse verschiebt sich die Platte 35 in Richtung auf den Deckel 9. Durch den Widerstand aufgrund der Reibung zwischen dem Rand 42 und dem Becher 21 wird die negative Elektrode in dem erforderlichen Masse zusammengedrückt.

Im Rahmen der Erfindung kann im übrigen beim Element nach F i g. 1 die Schicht 15 durch eine der Platte 35 ähnlich Platte und eine der Feder 36 ähnliche Feder oder durch einen Kolben ersetzt werden, der einen

IO Rand wie 42 aufweist. Ebenso kann eine der Schicht 15 ähnliche zusammenpreßbare Schicht anstatt der entsprechenden Vorrichtungen in den Elementen nach F i g. 2 und 3 verwendet werden. Die öffnung 28 in F i g. 2 kann mit dem in F i g. 3 gezeigten aufgegossenen Deckel oder die Aussparung 40 der F i g. 3 kann mit der Dichtung 34 nach F i g. 2 kombiniert werden.

Des weiteren kann bei dem Element nach Fi g. 2 das Sackloch 28 und die Nase 27 durch eine den Boden durchsetzende öffnung und einen abnehmbaren Stopfen ersetzt werden, wodurch abwechselnde Lager- und Betriebszeiten möglich sind. Andererseits kann anstelle des Polystyrols ein Kunststoff mit entsprechenden Eigenschaften, beispielsweise Polymethacrylat, verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Luftsauerstoff element, das übereinandergeschichtet in einem Gehäuse eine positive Elektrode, einen gelierten alkalischen Elektrolyten und eine während der Entladung quellende negative Elektrode auf Zinkbasis aufweist, wobei in dem Gehäuse noch ein Expansionsraum vorhanden ist, der sich mit zunehmender Entladung füllt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1,21) auf der Seite der positiven Elektrode (3) flüssigkeitsdicht und auf der entgegengesetzten Seite durch einen die negative Klemme (11, 33) tragenden Deckel (9) verschlossen und daß der Expansionsraum zwischen der negativen Elektrode (8) und d^m Deckel angeordnet ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit an sich bekannten Einrichtungen (15, 36) versehen ist, die die negative Elektrode ständig mit Druck beaufschlagen.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtungen aus einer porösen zusammenpreßbaren Schicht (15) aus einem elektrolytbeständigen Stoff bestehen.

4. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen als Platte (35) ausgebildet sind, die von einer Feder (36) gegen die negative Elektrode gedruckt wird.

5. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen als Kolben (42) ausgebildet sind, der unter Reibung im Gehäuse verschiebbar ist.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode (3) eine poröse wasserabweisende Platte (4) aufweist, die innen auf den Umfang des Gehäuses (1, 21) geklebt ist.

ist es zudem erforderlich, daß zw.schen der pos.t.ven E ek rode und dem den Elektrolyten bindenden Gel e.n Pmrer Kontakt besteht, der bei dem bekannten Element fm Randbereich nicht gewährleistet ist.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachte.le zu bese.t.gen und insbesondere ein Luftsauerstoffelement vorzuschlagen das sehr einfach aufgebaut und im Betneb sehr