DE2708372C3 - Galvanic element with negative zinc electrode and positive silver oxide electrode - Google Patents
Galvanic element with negative zinc electrode and positive silver oxide electrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit negativer Zinkelektrode und mit durch eine elektronisch nichtleitende Kunststoffschicht vom positiven Ableiter isolierte positive Elektrode aus 2-wertigem Silberoxid (AgO), wobei die Zelle im Betrieb die Entladespannung des Ag2O/Zn-Systems besitzt.The invention relates to a galvanic element with a negative zinc electrode and with an electronic one Non-conductive plastic layer from the positive conductor insulated positive electrode made of 2-valent Silver oxide (AgO), whereby the cell has the discharge voltage of the Ag2O / Zn system during operation.
Die durch hohe Energiedichte ausgezeichneten Silberoxid/Zink-Systeme werden in Gestalt der handlichen Knopfzelle zunehmend für die Energieversorgung elektronischer Armbanduhren eingesetzt. Dabei gebührt dem energiereirheren AgO/Zn-System der Vorrang, obwohl es mit dem Nachteil behaftet ist, daß die Entladung je nach Strombelastung nur etwa während des ersten Drittels der Entladezeit bei einer Spannung um 1,8VoIt erfolgt, während die restliche Entladung bei Spannungen unterhalb 1,6 Volt stattfindet, wie es dem Ag2O/Zn-System entspricht. Die Entladung ist also mit einem Spannungssprung von ca. mV verbunden, der den Gleichlauf einer elektronisch betriebenen Uhr empfindlich stören würde.The silver oxide / zinc systems, which are distinguished by their high energy density, come in the form of handy ones Button cells are increasingly being used to supply power to electronic wristwatches. It is due the more energetic AgO / Zn system takes precedence, although it has the disadvantage that the discharge depending on the current load only during the first third of the discharge time with a Voltage around 1.8 volts occurs, while the remaining discharge takes place at voltages below 1.6 volts, as it corresponds to the Ag2O / Zn system. The discharge is thus with a voltage jump of approx. mV, which would interfere with the synchronization of an electronically operated clock.
Seit langem ist man deshalb bemüht, die Entladung stufenfrei auf dem unteren Spannungsniveau von 1,6 V zu führen, gleichwohl aber die Kapazität des eingesetzten 2-wertigen Silberoxids voll auszunutzen.For a long time, efforts have therefore been made to keep the discharge step-free at the lower voltage level of 1.6 V. to lead, but nevertheless to fully utilize the capacity of the divalent silver oxide used.
Praktische Wege zu diesem Ziel hat vor allem T. P. Dirk se (J. Elektrochem. Soc. 109 (1962) 3, Seiten 173
bis 177) gewiesen, indem er fand, daß die unbelastete Spannung von AgO-Tabletten tatsächlich dem Ag2O/
Ag-System entsprach, wenn sie zuvor einer elektrochemischen Teilentladung unterworfen worden waren.
Seitdem sind viele Vorschläge bekannt geworden, wieTP Dirk se (J. Elektrochem. Soc. 109 (1962) 3, pages 173 to 177) has shown practical ways to this goal by finding that the unloaded tension of AgO tablets actually corresponds to Ag 2 O / Ag System if they had previously been subjected to a partial electrochemical discharge.
Since then, many suggestions have emerged as to how
ίο auf einer AgO-Tablette, etwa durch Anreduzieren mit chemischen Mitteln oder durch Aufpressen, eine dünne Schicht von Ag2O erzeugt werden kann, so daß sich auch im unbelasteten Zustand die niedrigere Zellenspannung des Ag2O/Zn-Systems einstellt, wenn außer dem Ag2O am Ableiter auch noch metallisches Ag vorhanden isL Für den Ableiter ist dann das 2-wertige Silberoxid, die eigentliche aktive Elektrodensubstanz, quasi maskiert, and allein die ihm nächstliegende Deckschicht aus Ag und Ag2O wird potentialbestimmend. ίο A thin layer of Ag2O can be produced on an AgO tablet, for example by reducing it with chemical means or by pressing it on, so that the lower cell voltage of the Ag 2 O / Zn system is set even in the unloaded state, if in addition to the Ag 2 O metallic Ag is also present on the arrester. For the arrester, the bivalent silver oxide, the actual active electrode substance, is more or less masked, and only the layer of Ag and Ag 2 O closest to it determines the potential.
Zellen auf dieser Grundlage besitzen ungeachtet ihrer spezifischen Ausführungsform den Vorteil, daß man bei ihnen sofort die erwünschte Betriebsspannung auf dem unteren Spannungsniveau von 1,6VoIt zur Verfügung hat Die Spannung ist durch die Anreduktion auf der Stufe des Ag2O/Zn-Systems stabilisiert, weshalb auch ein direkter Austausch gegen dieses System möglich ist.Regardless of their specific embodiment, cells on this basis have the advantage that one can with immediately provide you with the desired operating voltage at the lower voltage level of 1.6VoIt The voltage is stabilized by the reduction at the level of the Ag2O / Zn system, which is why a direct exchange against this system is possible.
Von nachteiligem Einfluß auf die stabilisierte Zelle istIs detrimental to the stabilized cell
hingegen die notwendige Anreduktion des AgO sowie die beim Zusammenbau oft unvermeidliche Deformation der Tablette. Die Anreduktion kostet die Elektrode einen beträchtlichen Teil ihrer AgO-Kapazität und stellt einen zusätzlichen Arbeitsgang dar. Bei einer Deformation reißt die AgjO-Schicht auf, so daß nunmehr zwischen AgO und Ag keine Trennung, sondern eine elektrolylleitende Verbindung besteht und ein Korrosionsstrom innerhalb der Silberoxidelektrode fließen kann. Dieser hat zur Folge, daß das metallische Silber an der Kontaktoberfläche zu Ag2O aufoxidiert und AgO zu Ag2O reduziert wird.on the other hand, the necessary reduction of the AgO and the deformation of the tablet, which is often unavoidable during assembly. The reduction costs the electrode a considerable part of its AgO capacity and represents an additional work step. When deformed, the AgjO layer tears, so that there is now no separation between AgO and Ag, but an electrolyte-conductive connection and a corrosion current within the silver oxide electrode can flow. This has the consequence that the metallic silver on the contact surface is oxidized to Ag 2 O and AgO is reduced to Ag 2 O.
Ist nun die Oberfläche des metallischen Silbers klein gegenüber der Oberfläche des AgO, wird das Ag schließlich ganz zu Ag2O oxidiert werden, während ein Teil der AgO-Oberfläche erhalten bleibt, so daß am Kontakt jetzt statt der Ag2O/Ag-Elektrode eine AgO/Ag2O-Elektrode vorhanden ist Dementsprechend wird die Zelle mit fortschreitender Korrosionsreaktion intermediäre Spannungswerte zwischen 1,6VoIt und 1,85 Volt aufweisen und sich am Ende auf die unerwünschte hohe Spannung des AgO/Zn-Systems einstellen.If the surface of the metallic silver is small compared to the surface of the AgO, the Ag will finally be completely oxidized to Ag 2 O, while part of the AgO surface is retained, so that at the contact now instead of the Ag 2 O / Ag electrode an AgO / Ag 2 O electrode is present. Accordingly, as the corrosion reaction progresses, the cell will have intermediate voltage values between 1.6VoIt and 1.85 volts and will eventually adjust to the undesirable high voltage of the AgO / Zn system.
In der praktischen Ausführung der Zellen hat man auch dem Trend zu einer Verkleinerung der elektronischen Armbanduhren Rechnung getragen, was nur dadurch möglich ist, daß auch die Zellen kleiner gemacht werden. Bei einer Knopfzelle mit den gewünschten Abmessungen von z. B. 73 mm 0 χ 2,1 mm ist das Nutzvolumen im Verhältnis zu den inaktiven Bauelementen wie Gehäuse, Separator usw. bereits so klein, daß das energiereichere und auf 1,6 Volt stabilisierte AgO/Zn-System gegenüber dem Ag2O/Zn-System keinen wesentlichen Vorteil mehr bietet, da wegen der erforderlichen Anreduktion des AgO ein erheblicher Teil von dessen Kapazität verlorengehtThe practical design of the cells has also taken into account the trend towards downsizing electronic wristwatches, which is only possible because the cells are also made smaller. With a button cell with the desired dimensions of z. B. 73 mm 0 χ 2.1 mm, the usable volume in relation to the inactive components such as housing, separator, etc. is already so small that the more energetic AgO / Zn system stabilized at 1.6 volts compared to the Ag 2 O / Zn system no longer offers any significant advantage, since a considerable part of its capacity is lost because of the required reduction in AgO
Gemäß DE-OS 25 06 399 ist es möglich, diese Kapazitätseinbuße dadurch in Grenzen zu halten, daß die positive AgO-Elektrodentablette in einen Kunststoffbecher eingepaßt ist, der sie vom Metallbecher,According to DE-OS 25 06 399, it is possible to keep this loss of capacity within limits that the AgO positive electrode tablet in a plastic cup is fitted, which she from the metal cup,
dem positiven Ableiter, isoliert und so nur die offene Seite der Tablette für eine chemische Reduktionsbehandlung vor dem Zusammenbau freigibt Der elektrische Kontakt der positiven Masse mit dem Metallbecher wird durch einen dem offenen Tablettenrand aufliegenden Kontaktring hergestelltthe positive arrester, isolates and so only the open side of the tablet for a chemical reduction treatment before assembly releases the electrical contact of the positive ground with the metal cup is produced by a contact ring resting on the open edge of the tablet
Über diesen Kontaktring kann die Anreduktion der AgO-Tablette nach Fertigstellung der Zelle durch :?inen angemessenen kathodischen Strom vorgenommen werden.The reduction of the AgO tablet after completion of the cell by:? Inen adequate cathodic current can be made.
Am Funktionsprinzip der stabilisierten AgO/Zn-Zelle wurde allerdings auch mit dieser Konstruktion nichts geändert, da die AgO-Elektrode nach wie vor kontaktseitig mit Ag2O beschichtet ist, von dem wiederum ein Teil unmittelbar an der Kontaktoberfläehe zu Ag reduziert ist, so daß sich elektrochemisch eine Ag2O/Ag-EIektrode ergibt und die Zellspannung bei 1,6 V liegtThe functional principle of the stabilized AgO / Zn cell was not changed with this construction either, since the AgO electrode is still coated on the contact side with Ag 2 O, of which in turn a part is reduced to Ag directly on the contact surface, so that an Ag2O / Ag electrode is produced electrochemically and the cell voltage is 1.6 V.
Mit den bisher getroffenen Maßnahmen wurde also im Hinblick auf die Erhaltung einer möglichst großen Nutzkapazität bei der erwähnten Miniaturisierung der Zelle noch kein entscheidender Durchbruch erzielt.With the measures taken so far was so in terms of maintaining the largest possible Useful capacity has not yet achieved a decisive breakthrough in the aforementioned miniaturization of the cell.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kapazitätsauslegung der Uhrenzelle unter Verwendung von 2-wertigem Silberoxid als positive Elektrodensubstanz maximal zu gestalten und trotzdem die gesamte Kapazität beim Stromentnahmen bis zu etwa 15 Mikroampere und weniger bei einer Spannung von 1,6 Volt entsprechend dem Ag2O/Zn-System verfügbar zu machen.The invention is therefore based on the object of maximizing the capacity design of the watch cell using 2-valent silver oxide as the positive electrode substance and still using the entire capacity when drawing current up to about 15 microamps and less at a voltage of 1.6 volts corresponding to the Ag 2 O / Zn system available.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die positive Elektrode mit dem positiven Ableiter lediglich über einen elektronisch leitenden Kontakt in Verbindung steht dessen Berührungsfläche mit dem Silberoxid so klein ist daß bereits bei Stromentnahmen von weniger als 15μΑ die Bildung von 1-wertigem Silberoxid (Ag2O) und metallischem Silber auf dem Kontakt rascher erfolgt als die Oxidation des auf dem Kontakt entstandenen Silbers durch das mit diesem elektrolytleitend verbundene 2-wertige Silberoxid.According to the invention, this object is achieved in that the positive electrode is only connected to the positive arrester via an electronically conductive contact whose contact surface with the silver oxide is so small that even with current draws of less than 15μΑ the formation of monovalent silver oxide (Ag 2 O) and metallic silver on the contact occurs faster than the oxidation of the silver formed on the contact by the divalent silver oxide connected to it in an electrolyte-conducting manner.
Diese Bemessungsregel soll insbesondere für Stromentnahmen im Bereich von 0,2 bis 15 uA, vorzugsweise im Bereich von 03 bis 10 μΑ, Geltung haben.This rating rule should be particularly preferred for current draws in the range from 0.2 to 15 uA in the range from 03 to 10 μΑ, apply.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß die Berührungsfläche zwischen dem Kontakt und dem Elektrodenkörper so klein ist, daß sich bei Strömen insbesondere zwischen 03 und 10 Mikroampere Strom Jichten von einigen mA · 10-'/cm2 am Kontakt ergeben.It is essential for the invention that the contact area between the contact and the electrode body is so small that with currents, in particular between 03 and 10 microamps, currents of a few mA · 10 −1 / cm 2 result at the contact.
Unter dieser Voraussetzung ist die an dem Mikrokontakt herrschende kathodische Stromdichte hoch genug, um relativ rasch das nächstliegende AgO-Pulver zu Ag2O und dann zu Ag zu reduzieren. Dabei muß die Bildungsgeschwindigkeit des metallischen Silbers am Kontakt größer sein als die Geschwindigkeit seiner Oxidation durch das AgO, zu dem das Silber ja durch die sehr dünne, poröse Reduktionsschicht aus Ag2O in elektolytleitender Verbindung stehtUnder this condition, the cathodic current density prevailing at the microcontact is high enough to relatively quickly reduce the closest AgO powder to Ag 2 O and then to Ag. The speed of formation of the metallic silver at the contact must be greater than the speed of its oxidation by the AgO, to which the silver is in an electrolyte-conductive connection through the very thin, porous reduction layer of Ag 2 O
Umgekehrt proportional zur Oberflächenvergrößerung des Silbers muß jedoch die Stromdichte zurückgehen, sich die Bildung neuen Silbers verlangsamen und demgegenüber seine Oxidation durch das AgO stärker zum Zuge kommen. Nach einem gewissen Stromfluß stehen Bildung und oxidativer Abbau des Ag miteinander in einem Gleichgewicht Das Gleichgewicht wird aufgehoben, wenn durch zu kleine Strombelastung das kathodisch gebildete Silber nicht ausreicht, die in der gleichen Zeit aufoxidierte Menge zu ersetzen und daher eanz verschwindet Am Kontakt wäre dann wiederum nur eine AgO/Ag2O-Elektrode potentialbestimmend, und die Zelle würde die Spannung des AgO/Zn-Sysiems aufweisen.In inverse proportion to the increase in the surface area of the silver, however, the current density must decrease, the formation of new silver must be slowed down and, on the other hand, its oxidation by the AgO must come more into play. After a certain current flow, the formation and oxidative degradation of Ag are in equilibrium with each other.The equilibrium is canceled if the cathodically formed silver is not sufficient to replace the amount oxidized at the same time due to insufficient current load and therefore it disappears only one AgO / Ag 2 O electrode determines the potential, and the cell would have the voltage of the AgO / Zn system.
Eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle wird z. B. dadurch erhalten, daß man den Kontaktring in der Zellkonstruktion nach DE-OS 25 06 399 durch einen 0,1 mm starken Metalldraht ersetzt, welcher die Oberfläche der AgO-Tablette diametral durchziehtA practical embodiment of the cell according to the invention is e.g. B. obtained by the Contact ring in the cell construction according to DE-OS 25 06 399 through a 0.1 mm thick metal wire replaced, which diametrically runs through the surface of the AgO tablet
Eine mit solchem erfindungsgeinäßen Kontakt versehene Knopfzelle der Abmessungen 11,6 mm 0 χ 3,6 mm zeigte schon nach 2,5 h bei Belastung mit 4 Mikroampere die Spannung 1,6 Volt Überraschenderweise verringerte sich der Innenwiderstand während des gleichen Zeitraumes von 100 Ohm auf etwa 10 Ohm.A button cell of the dimensions provided with such a contact according to the invention 11.6 mm 3.6 mm showed a voltage of 1.6 volts after 2.5 hours when loaded with 4 microamps Surprisingly, the internal resistance decreased from 100 ohms during the same period to about 10 ohms.
Bei einer kleineren Zelle von 7,9 mm 0 χ 2,1 mm dauerte die Spannungseinstellung auf 1,6VoIt nur 40 Minuten.With a smaller cell of 7.9 mm 0 χ 2.1 mm, the voltage setting to 1.6 Volts only lasted 40 minutes.
Gibt man auf die größere Zelle anfangs einen Stromimpuls von z. B. 15 mA χ 2,5 Min. = 0,63 mAh, so beobachtet man anschließend eine unbelastete Spannung von 1,6 Volt Diese bleibt mehrere Tage konstant Wird daraufhin ein Lastwiderstand von z. B. 1,5 Megaohm an die Zelle gelegt, was etwa einem Drittel der Verbraucherlast einer Quarzuhr mit LCD-Anzeige entspricht so verbleibt die Spannung bis Entladeschluß im Bereich 1,5 bis 1,6 VoltIf you initially give a current pulse of z. B. 15 mA χ 2.5 min. = 0.63 mAh, an unloaded voltage of 1.6 volts is then observed, which remains for several days constant If thereupon a load resistance of z. B. 1.5 megohms placed on the cell, which is about one One third of the consumer load corresponds to a quartz watch with LCD display, so the voltage remains until End of discharge in the range 1.5 to 1.6 volts
Durch die erfinderische Maßnahme wird die Nutzkapazität der erwähnten Knopfzelle 11,6 mm 0 χ 3,6 mm von 12OmAh auf ca. 15OmAh, d. h. um rund 25% gesteigert. Dabei fällt das für den Stromimpuls aufgewendete Ladungsäquivalent von weniger als 1 mAh als Verlustfaktor so gut wie gar nicht ins GewichtThe inventive measure increases the useful capacity of the button cell mentioned 11.6 mm 0 χ 3.6 mm from 12OmAh to approx. 150mAh, d. H. increased by around 25%. The charge equivalent used for the current pulse falls from less than 1 mAh as a loss factor as good as negligible
Die Berührungsfläche zwischen dem AgO-Pulver der Elektrodentablette und dem Kontakt sollte bei den hier aktuellen Zellabmessungen für extrem kleine Betriebsströme von ca. 2 Mikroampere bei 1 mm2, für größere Ströme bis 10 Mikroampere bei 5 mm2 liegen. Das entspricht einer Stromdichte von ca. 0,2 mA/cm2. Unter dieser Voraussetzung fällt die hohe Ausgangsspannung von 1,85 Volt innerhalb 2,5 h auf 1,6 Volt ab, so daß anschließend die Ganggenauigkeit der Uhr seitens der Zelle gewährleistet ist.With the current cell dimensions, the contact area between the AgO powder of the electrode tablet and the contact should be 1 mm 2 for extremely small operating currents of approx. 2 microamps and 5 mm 2 for larger currents of up to 10 microamps. This corresponds to a current density of approx. 0.2 mA / cm 2 . Under this condition, the high output voltage drops from 1.85 volts within 2.5 hours to 1.6 volts, so that the accuracy of the clock is then guaranteed by the cell.
Die an die Uhrenzelle gestellten Forderungen werden mithin durch eine sehr spezielle Konstruktion erfüllt. Das Wirkungsprinzip des Mikrokontaktes, das weiter oben über das Vorhandensein eines dynamischen Gleichgewichts zweier antagonierender Vorgänge, nämlich der Bildung metallischen Silbers an der Kontaktoberfläche und seiner korrosiven Umwandlung zu Ag2O zu erklären versucht wurde, ist überraschend, zumal nicht nur der Spannungsabfall kurzfristig erfolgt, sondern auch der innere Widerstand der Zelle auf Vi0 des Ausgangsbetrages zurückgeht.The demands placed on the clock cell are therefore met by a very special construction. The operating principle of the microcontact, which was tried to explain above by the existence of a dynamic equilibrium of two opposing processes, namely the formation of metallic silver on the contact surface and its corrosive conversion to Ag 2 O, is surprising, especially since not only the voltage drop occurs for a short time, but also the internal resistance of the cell goes back to Vi 0 of the starting amount.
Für die Richtigkeit der Annahmen zum Effekt des Mikrokontaktes sprechen gewisse Beobachtungen, die an bekannten Knopfzellen nach DE-OS 25 06 399 angestellt wurden: bei Entladung einer solchen Zelle mit kunststoffumhüllter AgO-Elektrode, die jedoch nicht anreduziert war, mit einem Strom von 4 Mikroampere sank die Ausgangsspannung 1,85 Volt nach 1,5 Monaten auf 1,6VoIt ab. Danach wurden noch ca. 90% der Nennkapazität auf diesem Spannungsniveau entnommen. War die gegen den Metallbecher isolierende Kunststoffumhüllung entfernt worden, stellte sich die niedere SDannune etwa erst nach 6 Monaten ein. DieseCertain observations speak for the correctness of the assumptions about the effect of the microcontact, the were employed on known button cells according to DE-OS 25 06 399: when discharging such a cell with Plastic-coated AgO electrode, which, however, was not reduced, with a current of 4 microamps the output voltage fell from 1.85 volts to 1.6 volts after 1.5 months. After that, about 90% of the Nominal capacity taken at this voltage level. Was the one insulating against the metal cup If the plastic cover was removed, the low SDannune did not appear for about 6 months. These
Befunde machen offenbar, daß zwischen der Zeitdauer, die während des Durchlaufens der Spannungsstufe verstreicht, und der Kontaktierungsweise ein kausaler Zusammenhang bestehen muß.Findings make it clear that between the length of time that occurs during the passage through the voltage level elapses, and the manner of contact must have a causal relationship.
In der Fig. 1 wird die Erfindung durch einen Querschnitt der Zelle (Fig. la) und eine Draufsicht auf die Ebene A-A (Fig. Ib) verdeutlicht.In Fig. 1, the invention is illustrated by a cross section of the cell (Fig. La) and a plan view of the plane AA (Fig. Ib).
Die Zelle besteht aus dem Zellenbecher 1, der AgO-Masse 2, dem Separator 3, dem Elektrolytquellblatt 4, der negativen Masse 5, dem Zellendeckel 6 und dem Dichtungsring 7. Vom Zeüenbecher 1 ist die AgO-Elektrode mit ihrem Rand und dem Boden durch einen dünnwandigen Kunststoffbecher 8, z. B. aus Teflon, isoliert. Der Kontakt zwischen der AgO-Masse 2 und dem Zellenbecher 1, zugleich positiver Ableiter, wird durch einen ca. 0,1 mm starken Metalldraht 9 aus Feinsilber oder versilbertem Nickel hergestellt, der die Elektrodenoberfläche diametral durchzieht und mit seinen Enden zwischen den Rändern von Zellenbecher 1 und Kunslstoffbecher 8 fixiert ist.The cell consists of the cell cup 1, the AgO mass 2, the separator 3 and the electrolyte source sheet 4, the negative mass 5, the cell cover 6 and the sealing ring 7. From Zeüenbecher 1 is the AgO electrode with its edge and the bottom through a thin-walled plastic cup 8, z. B. off Teflon, insulated. The contact between the AgO mass 2 and the cell cup 1, at the same time a positive arrester, is made by a 0.1 mm thick metal wire 9 made of fine silver or silver-plated nickel, which the Electrode surface diametrically traversed and with its ends between the edges of cell cup 1 and plastic cup 8 is fixed.
Anstelle des übergreifenden Drahtes könnte die Kontaktierung beispielsweise auch mit Hilfe eines oder mehrerer Drahtstifte erfolgen, die vom Zellenbecher her ins Innere der Elektrode hineinragen.Instead of the overlapping wire, the contact could also be made, for example, with the aid of an or several wire pins are made, which protrude from the cell cup into the interior of the electrode.
Zwei aus fertigungstechnischen Gründen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des Mikrokontaktes sind in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Nach F i g. 2 besteht der Kontakt aus einem am Boden des Zellenbechers durch Aufschweißen befestigten Metalldrahtstift 10, welcher beim Einpressen der AgO-Masse 2 den M dünnwandigen Kunststoffbecher 8 leicht durchsticht und in dem AgO-Pulver fest eingebettet ist.Two embodiments of the microcontact that are particularly advantageous for manufacturing reasons are shown in FIGS. 2 and 3 shown. According to FIG. 2, the contact consists of a metal wire pin 10 which is attached by welding to the bottom of the cell cup and which, when the AgO mass 2 is pressed in, slightly pierces the M thin-walled plastic cup 8 and is firmly embedded in the AgO powder.
Nach Fig. 3 ist eine ringförmige Scheibe 11 aus Feinsilberblech, deren Unterseite mit einer Isolierschicht 12 abgedeckt ist, in die AgO-Masse so tief eingesenkt, daß sie auf dem Rand des Kunststoffbechers 8 aufliegt. Auf diese Weise steht die Scheibe 11 mit dem durch die Ringöffnung ausgesparten Teil der AgO-Masse lediglich entlang ihrem Innenrand 13 in Kontakt, während ihr Außenrand 14 mit dem Metallbecher 1 -40 reibschlüssig und leitend verbunden ist.According to Fig. 3 is an annular disc 11 made of fine silver sheet, the underside of which with an insulating layer 12 is covered, sunk so deep into the AgO mass that it is on the edge of the plastic cup 8 rests. In this way, the disc 11 is with the Part of the AgO mass recessed by the ring opening is only in contact along its inner edge 13, while its outer edge 14 is frictionally and conductively connected to the metal cup 1-40.
F i ε,. 4 gibt den zeitlichen Verlauf der Spannungseinstellung an einer erfindungsgemäßen Zelle wieder. Dabei bezeichnet der Bereich ! der Zeitachse Zeiträume von Minuten, Bereich II bedeutet Zeiträume von mehreren Tagen und Bereich III bedeutet Zeiträume von Monaten. Der Zelle wird vor Inbetriebnahme zum Zeitpunkt t — 0 Min durch Verringern des Lastwiderstandes von Ri = oo auf R1. = 100 Ohm ein Strom /der Größe 12 bis 14 mA für 2,5 Min Dauer aufgeprägt.F i ε ,. 4 shows the time course of the voltage setting on a cell according to the invention. The area! of the time axis periods of minutes, area II means periods of several days and area III means periods of months. Before commissioning, the cell is switched on at time t - 0 min by reducing the load resistance from Ri = oo to R 1 . = 100 ohms a current of size 12 to 14 mA impressed for 2.5 minutes.
Dieser Impuls hat ein augenblickliches Abfallen der Spannung von 1,85 Volt auf 1,2 Volt zur Folge, wobei sie sich gegen Ende der Impulsbelastung (t = 2,5 Min) auf 1,4VoIt erholt. Im gleichen Zeitraum geht der Innenwiderstand der Zelle von /?,>100Ohm (Ruhe) über/?,« 10 Ohm (t = 0 Min) auf /?,·« 8 Ohm zurück.This pulse results in an instantaneous drop in voltage from 1.85 volts to 1.2 volts, whereby it recovers to 1.4 Volts towards the end of the pulse load (t = 2.5 min). During the same period, the internal resistance of the cell goes from / ?,> 100 ohms (rest) to / ?, «10 ohms (t = 0 min) to / ?, ·« 8 ohms.
Während einer anschließenden Standzeit von mehreren Tagen ohne Last (Rl= °°) stellt sich eine konstante Ruhespannung Ua von 1,6VoIt ein. Der kleine Innenwiderstand Ri bleibt dabei im wesentlichen erhalten.During a subsequent idle time of several days without load (Rl = °°) , a constant no-load voltage Ua of 1.6VoIt is established. The small internal resistance Ri is essentially retained.
Wird die Zelle nunmehr über den Lastwiderstand Ri. — 1 Megaohm entladen, so liegt die belastete Spannung Ug während der gesamten, Monate zählenden Entladezeit stets in dem Bereich 1,5 bis 1,6 Volt.If the cell is now discharged via the load resistance Ri. - 1 megohm, the loaded voltage Ug is always in the range 1.5 to 1.6 volts during the entire, months-counting discharge time.
In der Fig.5 ist die Spannungsänderung bei einer erfindungsgemäßen Kleinstzelle von 7,9 mm 0 durch bloßes Anlegen eines Laslwiderstandes Rl = 0,5 Megaohm entsprechend einer normalen Verbraucherlast aufgezeigt. Danach hat sich die gewünschte Betriebsspannung 1,6VoIt bereits nach 40 Minuten konstant eingestellt.In FIG. 5, the change in voltage in the case of a miniature cell according to the invention of 7.9 mm 0 by simply applying a laser resistance Rl = 0.5 megaohms corresponding to a normal consumer load is shown. After that, the required 1.6VoIt operating voltage has become constant after just 40 minutes.
Die Vorteile der Erfindung gegenüber bekannten Zellen liegen insbesondere darin, daß die bei den spannungsstabilisierten Zellen erforderliche Anreduzierung des AgO als besonderer Arbeitsgang entfällt und daß mit dem Fortfall der Anreduzierung ein größeres, von AgO erfülltes Nutzvolumen erhalten bleibt, dem ein Zuwachs von mehr als 25% Nutzkapazität entspricht. Durch die Mikrokontaktierung ist, bei einer Strombelastung 0,2 bis 15 Mikroampere, insbesondere von 0,3 bis 10 Mikroampere, die Nennspannung 1,6 Volt innerhalb 2,5 h hergestellt. Dies gilt für die Zelle mit den Abmessungen 11,6 mm 0 χ 3,6 mm. Mittels Impulsaufgabe läßt sich die Absenkung der Zellenspannung von 1,85 auf 1,6VoIt auf eine Zeitspanne von Minuten reduzieren. Es kann auch eine nicht vorbehandelte Zelle in die Uhr eingelegt werden, da die mit der Zeiteinstellung verbundene Leistungsaufnahme einer Impulsbelastung gleichkommt, so daß die gewünschte Betriebsspannung 1,6 Voll alsbald zur Verfugung steht.The advantages of the invention over known cells are in particular that the Reduction of the AgO required for voltage-stabilized cells as a special operation is omitted and that with the discontinuation of the reduction, a larger useful volume filled by AgO is retained, the one Corresponds to an increase of more than 25% usable capacity. Due to the microcontacting, there is a current load 0.2 to 15 microamps, especially 0.3 to 10 microamps, the nominal voltage within 1.6 volts 2.5 hours. This applies to the cell with the dimensions 11.6 mm 0 χ 3.6 mm. By means of an impulse task The reduction in cell voltage from 1.85 to 1.6VoIt can be seen in a period of minutes to reduce. A cell that has not been pretreated can also be inserted into the watch, as the one with the Time setting associated power consumption equals a pulse load, so that the desired Operating voltage 1.6 full is available as soon as possible.
Bei LCD-Uhren reicht allein die im Mikroamperebereich liegende Strombelastung der Elektronik aus, daß die Zelle innerhalb weniger Stunden diese Spannung annimmt.In the case of LCD clocks, the current load on the electronics, which is in the microampere range, is sufficient for that the cell assumes this voltage within a few hours.
Die unbelastete Spannung bzw. Ruhespannung der noch unbenutzten Zelle liegt bei 1,8 Volt bis 1,85VoIt und damit wird angezeigt, daß die Zelle noch ihre volle Kapazität besitzt bzw. daß noch keine Benutzung stattgefunden hatThe unloaded voltage or open circuit voltage of the still unused cell is 1.8 volts to 1.85 volts This indicates that the cell still has its full capacity or that it has not yet been used has taken place
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
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