DE2340837C3 - Galvanisches Primärelement mit alkalischem Elektrolyten - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein galvanisches Primärelement mit alkalischem Elektrolyten, plattenförmigen negativen Zinkelektroden und plattenförmigen positiven MnO₂ und Leitmittel enthaltenden Depolarisatorelektroden.

Galvanische Elemente mit alkalischem Elektrolyten besitzen im allgemeinen den gleichen Aufbau wie die üblichen Leclanche-Zellen. Sie besitzen negative Zinkelektroden, welche oft innen angeordnet sind, und positive MnO₂ Depolarisatorelektroden. Als Elektrolyt dient Kalilauge, welche einen Zusatz von Zinkoxid enthält Alkalische Braunsteinzellen haben insbesondere den Vorteil, daß sie höhere Belastungen bei kontinuierlicher und intermittierender Entladung gestatten als Leclancho-Zellen. Darüber hinaus sind sie auch bei tiefen Temperaturen noch anwendbar, wo Leclanche-Zellen aufgrund des Elektrolyten bereits vollkommen versagen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 11 43 549 ist eine Plattenzelle vom Leclanche-Typ zu entnehmen, bei der die plattenförmige positive Elektrode durch Aufpressen der MnO₂-haltigen Depoiarisatormischung auf ein mit einer Leitfolie kaschiertes glattes Metallblech hergestellt wird; dabei dient die Leitfolie dazu, das Metallblech vor Korrosion zu schützen.

Aus der US-PS 33 10 436 ist ein galvanisches Element mit alkalischem Elektrolyten bekannt bei dem die positive Elektrode aus Quecksilber- oder Palladiumoxid besteht und die negative Elektrode aus Zinkoxid und Zinkpulver. Beide Elektroden enthalten Einlagen in Form von Streckmetall, wobei die positive Elektrode ein Streckmetall aus nickelplattiertem Stahl und die negative Elektrode ein Streckmetall aus silberplattiertem Stahl enthält

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 17 90 849 ist eine Folienelektrode für galvanische Primärelemente zu entnehmen, die aus einer Mischung von beispielsweise Polyisobutylen, Mangandioxid und Graphit und/oder Ruß sowie einem elektronisch leitenden Stromableiter, beispielsweise einem Streckmetall, besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zelle der eingangs genannten Art anzugeben, welche insbesondere bei Hochstrombelastung eine stabile Spannungslage besitzt und bei der die Masseausnutzung über 50% beträgt.

Weiterhin soll insbesondere stets ein einwandfreier Kontakt zwischen der aktiven Masse und dem elektronisch leitenden Stromableiter der positiven Elektroden gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die plattenförmigen negativen Elektroden aus ein Streckmetallgitter enthaltendem amalgamiertem Zinkpulver und die positiven Elektroden aus plattenförmig gepreßter Depolarisatormasse mit einer Einlage aus Nickelsireckmetall bestehen, welches mit einer leitfähigen Schicht versehen ist die aus einem Bindemittel und einem Leitmittel besteht

Versuche haben gezeigt daß bei Verwendung von unbeschichtetem Nickelstreckmetall als Träger der aktiven Masse sich nur unbefriedigende Ergebnisse erzielen lassen, da der Kontakt zwischen aktiver Masse und Träger während der Entladung vorzeitig unterbrochen wird.
Das Nickelstreckmetall ist daher mit sogenannter Leitfolie, beispielsweise durch beidseitiges Aufpressen der Folie mit Drucken von ca. 300 kg/cm² beschichtet Andererseits ist es auch möglich, das Nickelstreckmetall in eine Suspension von einem Binder und einem Leitmittel einzutauchen und die Beschichtung durch

Tauchen vorzunehmen.

Es hat sich gezeigt daß durch die Beschichtung des Nickelstreckmetalls mit Leitfolie während der Entladung stets ein ausreichender Kontakt zwischen Träger bzw. Stromableiter und aktiver Masse erreicht wird.

Dies ist weniger darauf zurückzuführen, daß durch die Leitfolie das Nickelstreckmetall vor Oxidation geschützt wird, als vielmehr darauf, daß die Leitfolie eine elastische Wirkung aufweist so daß die Volumenveränderungen der aktiven Masse während der Entladung aufgefangen werden, ohne daß der Kontakt zum Stromableiter verlorengeht Als Binder kommen neben Polyurethan, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen insbesondere Polyisobutylen in Frage. Als Leitmittel haben sich Metallflitter aus Nickel oder Kupfer und insbeson- ■ dere Graphit bewährt

In F i g. 1 sind die Entladekurven von Zellen mit Elektroden gemäß der Erfindung aufgezeichnet wobei die Entladung mit einer Stromstärke von lOmA/cm² erfolgte. Kurve a zeigt dabei den Entladeverlauf bei Verwendung einer Elektrode, welche aus auf Nickelstreckmetall aufgepreßtem MnO₂ besteht. Kurve b zeigt die Entladungskurve einer Zelle, bei der das Nickelstreckmetall in Leitfolienlösung getaucht wurde und Kurve c zeigt die Kurve einer Zelle, bei der das Nickelstreckmetall mit aufgepreßter Leitfolie versehen wurde.

Bei einer Anordnung gemäß Kurve a konnten Ausbeuten von 20% der theoretischen Ausbeute, bei Kurve b Ausbeuten von 48% der theoretischen

Ausbeute und bei Kurve c 58% der theoretischen Ausbeute erzielt werden. Der Kurzschlußstrom lag bei Zellen gemäß Kurve a bei 5 A, bei Zellen gemäß Kurve

b bei 14 A und bei Zellen gemäß Kurve c bei 15 A.

Als positive Masse ist eine Mischung von MnO₂ mit 10

bis 30% Graphit als Leitmaterial besonders vorteilhaft Zweckmäßigerweise werden bis zu 5Gew.% eines Bindemittels, z. B. eines Mischpolymerisats des Vinylidenchlorid« zugesetzt. Eine solche Mischung wird trocken bei Preßdrücken von ca. 1 to/cm² auf das beschichtete Nickelstreckmetall gepreßt. Die negative Elektrode, die ebenfalls plattenförmig ausgebildet ist, kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden, beispielsweise kann amalgamiertes Zinkpulver auf einen

Streckmetallträger aufgepreßt werden, oder ein Streckmetallträger kann in eine Suspension aus amalgamiertem Zinkpulver eingetaucht werden bzw. amalgamiertes Zinkpulver, welches beispielsweise mit Wasser zu einer Paste angerührt ist, kann in StreckmetaJlgerüste einpastiert werden. Als Separator können übliche Vliesseparatoren dienen, welche gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständig sind.

Die plattenförmigen Elektroden werden unter Zwischenlage von Separatoren in Zellen eingebaut Die Abmessungen der quadratischen Zellen wurden dabei so gewählt, dall die Kantenlänge der Grundfläche gleich dem Durchmesser einer entsprechenden Rundzelle ist, so daß diese Zellen in den gleichen Geräten Verwendung finden kennen. 1 s

F i g. 2 zeigt die Entladekurve bei Entladung mit 1 A einer alkalischen MonozeUe (Kurve 1) und einer prismatischen Zelle (Kurve 2) gemäß der Erfindung. Die Kapazität der MonozeUe betrug 7,5 Ah, die der Plattenzelle 7,7 Ah. Die Ausbeute der MonozeUe lag bei 58%, die der Plattenzelle bei 58%, der innere Widerstand betrug 150 γπΩ bei der alkalischen MonozeUe und 20 ηιΩ bei der Plattenzelle.

In F i g. 3 sind die gleichen Entladekurven bei einer Entladung mit 2 A dargestellt Auch hier liegen die gleichen Kapazitäten vor; die effektive, der Zelle entnehmbare Kapazität lag bei der alkalischen MonozeUe (Kurve 1) bei 1,6 Ah, das entspricht einer Ausbeute von 21%, bei der prismatischen Zelle (Kurve 2) bei 4,4 Ah, das entspricht einer Ausbeute von 57%. Der Innnenwiderstand der MonozeUe betrug 15OmQ, der der prismatischen ZeUe 20 mil

In F i g. 4 ist ein Querschnitt einer erfiiidungsgemäßen prismatischen ZeUe, in F i g. 5 eine Draufsicht auf diese ZeUe mit entferntem Deckel dargesteUt Durch den Deckel 2 des Zellengefäßes 3 ist der negative Ableiter 1, der über Fahnen 8 aus Streckmetall mit den negativen plattenförmigen Elektroden 4 verbunden ist, durchgeführt Der positive Ableiter 7 ist durch den Boden des ZeUengefäßes 3 geführt und steht über Fahnen 9 aus Streckmetall mit den positiven Elektroden 5, die jeweils mittels zweier Scheider 6 von den negativen Elektroden 4 getrennt sind, in Verbindung.

Durch die Verwendung von Plattenelektroden und die Verwendung eines prismatischen Gehäuses, ist es möglich, hochbelastbare Braunstein-Zinkzellen aufzubauen, welche bei Flächenbelastungen von 20 bis 25 mA/cm² noch ca. 50% der theoretischen Stromausbeute liefern. Durch die Verwendung einer Vielzahl parallelgeschalteter Elektroden kann die geometrische Oberfläche gegenüber RundzeUen vervielfacht werden, so daß ein entsprechend höherer Gesamtstrom entnommen werden kann. Die dünne Elektrodenkonstruktion erlaubt eine bessere Ausnutzung der MnO₂-Masse. Bei hohen Belastungen (Kurve 2, aus Fig.3) besitzen prismatische Zellen gemäß der Erfindung fast die doppelte Kapazität einer alkalischen MonozeUe.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Primärelement mit alkalischem Elektrolyten, plattenförmigen negativen Zinkelektroden und plattenförmigen positiven MnO₂ und Leitmittel enthaltenden Depolarisatorelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen negativen Elektroden aus ein Streckmetallgitter enthaltendem amalgamiertem Zinkpulver und die positiven Elektroden aus plattenförmig gepreßter Depolarisatormasse mit einer Einlage aus Nickelstreckmetall bestehen, welches mit einer leitfähigen Schicht versehen ist, die aus einem Bindemittel und einem Leitmittel besteht

2. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polyisobutylen ist

3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nickelstreckmetall mit Leitfolie kaschiert ist