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Alkalizelle Die Erfindung betrifft eine Alkalizelle, insbesondere
eine verbesserte Abdichtung von einer Alkalizelle.
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Man weiß, daß ein Alkalielektrolyt in einer Alkalizelle aufgrund einer
elektrischen Kapillarwirkung das Bestreben zeigt, längs einer metallenen Fläche
durch selbst einen kleinen Spalt oder Abstand entlang zu kriechen und daß dieser
Kriechvorgang des Alkalielektrolyten zunimmt, sobald die Temperatur und die Feuchtigkeit
ansteigen.
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Wenn der Alkalielektrolyt aus der Zelle ausläuft, absorbiert er das
in der Luft befindliche Kohlendioxid und bildet Alkalicarbonatkristalle. Diese Kristalle
dehnen sich oftmals über die Außenseite einer metallenen Anodenanschlußplatte aus.
Dies
führt dazu, daß sich ein schlechter elektrischer Kontakt zwischen
der Zelle und einem elektrischen Verbraucher ergibt. Darüberhinaus kann der ausgelaufene
Alkalielektrolyt nicht nur die Anschlüsse des Verbrauchers verunreinigen, sondern
auch weiter in die inneren elektrischen Schaltungen des Verbrauchers hineinkriechen,
was zu einem entscheidenden Problem einer Verschlechterung der elektrischen Schaltungen
führt.
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Zur Vermeidung oder zumindest zur Verminderung eines Auslaufens des
Alkalielektrolyten aus der Zelle wurden viele Versuche auf physikalischer Basis
unternommen. Hierzu gehört die Minimalhaltung der Metallfläche, auf welcher der
Elektrolyt entlangkriechen kann, die Verwendung eines speziellen Dichtungsmateriales,
eine Änderung der Art und Weise, mit der die Anschlußplatte an das Dichtungsteil
angeklemmt wird, oder die Verwendung von Bindemitteln oder abstoßendem Materialien.
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Mit diesen physikalischen Maßnahmen gelingt es, die Geschwindigkeit
und die Menge des durch Kriechen entweichenden Alkalielektrolyten herabzusetzen.
Man kann hierdurch ein Auslaufen des Elektrolyten an der Kathodenseite wirksam verhindern.
Ein Ausfließen des Elektrolyten durch einen Kriechvorgang findet jedoch an der Anodenseite
heftiger statt als an der Kathodenseite und zwar aufgrund der elektrischen Kapillarwirkung,
so daß dieses aufgrund der bekannten Verfahren und Anordnungen nicht völlig unter
Kontrolle gebracht werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Alkalizelle zu schaffen, bei der auf einfache Weise ein Auslaufen des Alkalielektrolyten
aus der Zelle vollständig verhindert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird eine Alkalizelle geschaffen, welche eine reaktionsfähige
Anodenmasse und eine reaktionsfähige Kathodenmasse enthält und bei der-ein Anodenanschlußteil
elektrisch mit der reaktionsfähigen Anodenmasse und ein Kathodenanschlußteil elektrisch
mit der reaktionsfähigen Kathodenmasse verbunden ist und bei der ein Isolator zwischen
diesen Anschlußteilen
angeordnet ist, wobei eine Säureschicht an
einer Innenfläche des Anodenanschlußteiles dort vorgesehen ist, wo der Alkalielektrolyt
aufgrund der elektrischen Kapillarwirkung entlang kriecht, wobei--diese Säureschicht
eine Säure enthält, die mit dem Alkalielektrolyten reagiert, so daß ein Salz gebildet
wird.
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Mit der Erfindung wird somit eine Alkalizelle geschaffen, in der eine
Säureschicht an der inneren Fläche eines Anodenanschlußteiles vorgesehen ist, wo
ein Alkalielektrolyt aufgrund der elektrischen Kapillarwirkung entlang kriecht.
Eine Säure in dieser Säureschicht reagiert mit dem Alkalielektrolyten, so daß ein
Salz gebildet wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung
ersichtlich. Die einzige Figur zeigt im Teilschnitt eine Ansicht von einer Alkalizelle
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Man erkennt aus der Zeichnung ein Kathodenmetallgehäuse 1 der Zelle.
Dieses ist mit Nickel beschichtet. Es enthält darin eine ringförmig gestaltete reaktionsfähige
Kathodenmasse 2.
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Die reaktionsfähige Kathodenmasse 2 besteht aus einer Mischung von
Braunstein MnO2 mit phosphorhaltigen Graphit und Bindemitteln wie Carboxymethylcellulose,
Polyvinylalkohol, Polyisobutylen oder ähnlichem. Die reaktionsfähige Kathodenmasse
2 ist von einer reaktionsfähigen Anodenmasse 5 durch einen Separator 3 getrennt,
der aus einem nicht-gewebten oder geflochteten Stoff aus Polypropylen usw. hergestellt
ist. An einem Ende des Separators 3 -in der dargestellten Figur am oberen Ende-
ist eine Isolierscheibe 4 aus Nylon, Polypropylen oder Polyäthylen befestigt. Die
reaktionsfähige Anodenmasse 5 innerhalb des Separators 3 und die isolierende Scheibe
4 bestehen aus einer Mischung aus Zinkoxid, Wasser, Carboxymethylcellulose, Kal-iumhydroxid
und amalgamiertem Zinkpulver, welches 3 bis 4 % Quecksilber enthält. Ein aus Messing
oder einem ähnlichen Material
gefertigter Stromkollektor 6 erstreckt
sich in die reaktionsfähige Anodenmasse 5 längs der Achse.Er ist an einer Anodenanschlußplatte
8 an deren - Mittelbereich über eine Punktschweißung befestigt. Das Kathodengehäuse
1 und die Anodenanschlußplatte 8 sind durch zwei Isolatordichtungen 9 und 10 elektrisch
voneinander getrennt. Die erste Isolatordichtung 9 besteht aus Nylon, Polypropylen
oder einem ähnlichen Material.
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Sie ist im Inneren der Anodenanschlußplatte 8 angeordnet und erstreckt
sich radial von den Randbereichen wischen der Anodenanschlußplatte 8 und dem Kathodengehäuse
1 zu dem Umfangsbereich des Stromkollektors 6. Die zweite Isolatordichtung 10 besteht
aus Gummi oder einem ähnlichen Material, das eine größere Elastizität als die erste
Isolatordichtung aufweist.
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Sie ist zwischen den freien Enden des Kathodengehäuses 1 und der Anodenanschlußplatte
8 eingepresst. Die erste Isolatordichtung 9 weist einen ringförmigen Wandungsbereich
an ihrem Mittelteil auf, durch welchen der Stromkollektor 6 hindurchreicht. Dieser
ringförmige Wandungsbereich ist gegen den Stromkollektor mittels eines ringförmigen
Kappenteiles 7 angepresst.
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Das metallene Kathodengehäuse 1 enthält wenigstens eine Gasablaßöffnung
11 an einem Endbereich, an dem die erste Isolatordichtung 9 anliegt. Die Gasablaßöffnung
11 erlaubt es dem Gas, das sich in der Zelle bis zu einem vorbestimmten hohen Druck
gebildet hat, hierdurch zu der Außenseite der Zelle zu entweichen.
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Zwischen der ersten Isolatordichtung 9 und der Anodenanschlußplatte
8 ist benachbart zu dem Stromkollektor 6 eine dünne Säureschicht 12 angebracht,
deren Säure mit dem Alkalielektrolyten reagiert, um ein Salz zu bilden. Hierdurch
wird der Alkalielektrolyt, der aufgrund der elektrischen Kapillarwirkung durch den
Spalt zwischen dem Stromkollektor 6 und dem ringförmigen Wandungsbereich der ersten
Isolatordichtung 9 hindurchkriecht, in ein Salz umgewandelt, wenn er an der inneren
Fläche der Anodenanschlußplatte 8 ankommt, an der die Säureschicht 12 vorgesehen
ist. Das Auslaufen des Alkalielektrolyten aus der Zelle wird hierdurch vollständig
unterbrochen.
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Die erfindungsgemäße Säureschicht wird vorzugsweise in Kombination
mit einer bekannten Abdichtungsstruktur von Zellen verwendet, bei der die von dem
Alkalielektrolyt bei seinem Herauskriechen zurückgelegte Weglänge verlängert ist.
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Die Anbringung der erfindungsgemäßen Säureschicht 12 liefert bemerkenswerte
Vorteile bei kleinen Zellen, bei denen ein langer Weg für den Kriechvorgang nicht
gebildet werden kann, beispielsweise bei einer Quecksilberzelle, bei einer Silberoxidzelle
und bei einer Alkalimanganzelle.
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Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Säure umfasst organische
und anorganische Säuren, welche den Alkalielektrolyten aktiv neutralisieren und
Salze bilden. Die organischen Säuren sind acidische, organische Verbindungen. Auch
wenn die acidischen, organischen Verbindungen in Wasser löslich oder unlöslich sein
können, so reagieren sie doch leicht mit dem Alkalielektrolyten wie beispielsweise
mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid und bilden lösliche Salze. Als organische
Säuren seien die organischen Verbindungen der folgenden aktiven Gruppen genannt:
Carbonsäure: RCOOH Sulfosäure: RSO3H -Sulfinsäure: RSO2EI Phenol: ArOH Enol: RCH
= C(OH)R' Thiophenol: ArSil Imido-Gruppen: RCONHCOR Isonitroso-Verbindungen bzw.
Oxime: RCH = NOH Aromatische Sulfonamide: ArSO2NH2, ArS02NHR Primäre und sekundäre
Nitrokörper#: RCH2NO2, RcCHNO2 In den vorgenannten organischen Säuren sind die Carbonsäure,
die Sulfosäure, und die Sulfinsäure relativ starke Säuren, wobei insbesondere die
Sulfonsäure sehr starktwie Schwefelsäure ist.
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Die vorgenannten organischen Säuren verhindern wirksam ein Auslaufen
des Alkalielektrolyten aufgrund eines Kriechvorgangs, da sie durch ihr Reagieren
mit dem Alkalielektrolyten Salze bilden. Aus Gründen einer sicheren Handhabung ist
jedoch die Verwendung von schwacher Säure vorzuziehen.
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Die organische Säure wird vorzugsweise mit einem Bindemittel oder
einem viskosen Material gemischt. Sie wird auf die Innenfläche der Anodenanschlußplatte
8 aufgebracht oder die Anodenanschlußplatte 8 wird damit überzogen, so daß eine
dünne Schicht 12 gebildet wird. Um eine Korrosion der metallenen Oberfläche von
der Anodenanschlußplatte 8 durch die organische Säure zu vermeiden, wird die Schicht
12 der organischen Säure soweit wie möglich wasserfrei gehalten.
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Als anorganische Säure, die verwendet werden kann, damit sie mit dem
Alkalielektrolyten unter Bildung von Salzen reagiert, erweist sich eine Borsäure
aus Gründen der Handhabung als bevorzugt.
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Von der Anmelderin wurden Versuche durchgeführt, um ein Auslaufen
des Alkalielektrolyten festzustellen. Hierzu wurden 180 Alkalimanganzellen von der
Größe "AA" gemäß der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung
hergestellt. Man fand, daß kein Auslaufen auf die Zellenoberflächen stattfand, während
bei der gleichen Zellenbauart, bei der ein Bindemittel oder Vaseline allein verwendet
worden war, ein Auslaufen in mehr-#ls 50 fi aller untersuchten Zellen festgestellt
wurde.
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Im folgenden sind die Ergebnisse dieser Versuche wiedergegeben: Zusammensetzung
der Säureschicht ausgelaufene Zellen/zu unter suchten Zellen Beispiel 1: Oxalat
+ Vaseline (1:1) 0/20 2: Phthalsäure + Vaseline (1:1) 0/20 3: Zitronensäure + Vaseline
(1:1) 0/20
Beispiel 4: Weinsäure + Vaseline (1:1) 0/20 5: Stearinsäure
+ Vaseline (1:1) 0/20 6:- Salizylsäure + Vaseline (1:1) 0/20 7: Maleinsäure+ Vaseline
(1:1) 0/20 8: Bernsteinsäure + Vaseline (1:1) 0/20 9: Borsäure + Vaseline (1:1)
0/20 10: Vaseline (herkömmliche Bauart) 10/20 11: Epoxydharz (herkömmliche Bauart)
12/20 Bei den obigen Versuchen wurden alle Zellen unter Atmosphärenbedingungen bei
einer Temperatur von 55 0C und einer Feuchtigkeit von 95% ein Jahr lang gelagert.
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Man erkennt aus obigen Beispielen, daß bei den Versuchen 1 mit 8,
bei denen organische Säuren und im Versuch 9, bei dem eine anorganische Säure in
der Säureschicht verwendet wurde, nach einem Jahr Lagerung unter derart erschwerten
Bedingungen in keinem Falle ein Lecken oder Auslaufen auftrat. Es zeigte sich somit,
daß die Alkalielektrolyte in die Zellen der Versuche 1 mit 9 vollständig daran gehindert
waren, an der inneren Fläche der Anodenanschlußplatte entlangzukriechen, an der
die Säureschicht angebracht war. Desweiteren fand man, daß selbst bei den Zellen,
die in den Beispielen 10 und 11 kein Auslaufen zeigten, der Alkalielektrolyt nach
oben zu dem inneren Umfangsbereich der Anodenanschlußplatte gekrochen war und daß
es auch in diesen Fällen lediglich eine Frage der Zeit ist, wann der Alkalielektrolyt
aus der Zelle austritt.
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Die Säureschicht 12 in den vorstehend genannten Beispielen der vorliegenden
Erfindung war zwar durch eine Mischung der Säure mit Vaseline gebildet worden. Es
können jedoch auch andere halbfließfähige oder viskose Materialien wie Fett, Paraffin,
Wachs oder ein Epoxydharz verwendet werden.