DE2715621A1

DE2715621A1 - Alkalische zelle

Info

Publication number: DE2715621A1
Application number: DE19772715621
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1976-04-07
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1977-11-03
Also published as: CH615047A5; FR2347784A1; FR2347784B1; JPS52122837A; GB1566061A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH ο sos« unterpfaffenho«* 6. April 1977 PATENTANWALT _ft postfacm E/Ei

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Meine Akte: D-4219

Anmelder: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, Tokyo, Japan

Alkalische Zelle

Die Erfindung betrifft eine alkalische Zelle, die insbesondere knopfförmig ausgebildet ist.

Bekannte alkalische Zellen wie Quecksilberzellen, Silberoxidzellen oder bivalente Silberoxidzellen finden in kleinen tragbaren Geräten wie elektronischen Armbanduhren," Hörgeräten oder dergleichen als Spannungsquelle wegen ihrer kleinen Größe Verwendung und besitzen eine stabile Spannung, eine große spezifische Entladekapazität und sind ferner verhältnismäßig billig herstellbar.

Bei einer bekannten alkalischen Zelle dieser Art (Fig. 1) ist ein als Kathodenanschluß dienender Kathodenbehälter 1 vorgesehen, der aus einem korrosionsbeständigen Metall wie Nickel oder aus nickelplatiertem Eisen besteht. In dieses Behälter ist ein Preßkörper aus einer positiven depolarisierenden Mischung 2 angeordnet, ein Separator 3 und eine aus absorbierendem Material bestehende Schicht 4, über der ein Anodenbehälter 7 eingebettet ist, der von einer isolierenden Dichtung 5 umgeben wird und eine negativ depolarisierende Mischung 6 enthält, die in der Hauptsache aus amalgiertem Zink besteht.

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Die Schicht 4 ist mit einem Elektrolyt in Form einer alkalischen Lösung imprägniert. Um zu verhindern, daß der Elektrolyt direkt mit der Innenwand la des Kathodenbehälters 1 in Berührung gelangt, kann der Umfangsteil 4a von weichem Vinylchlorid umgeben oder damit imprägniert werden. Um zu verhindern, daß die Schicht 4 aus absorbierendem Material in Berührung mit der Innenwand la des Kathodenbehälters 1 gelangt, ist es ferner bekannt, einen Abstandshalter 8 (Fig. 2A) zwischen dem Separator 3 und der isolierenden Dichtung 5 anzuordnen, oder eine Ausführungsform entsprechend Fig. 2B oder 2C vorzusehen.

Da der Durchmesser des den Elektrolyten enthaltenden Teils beträchtlich kleiner als der Innendurchmesser des Kathodenbehälters ist, kann davon nur eine verhältnismäßig kleine Elektrolytmenge aufgenommen werden, wodurch der innenwiderstand der Zelle erhöht und die Ladekapazität verringert wird. Insbesondere ist die Entladekapazität bei derartigen Ausführungsformen verhältnismäßig klein, wenn ein verhältnismäßig großer Ladestrom von mehr als 1 mA benötigt wird.

Wenn dagegen der Umfangsteil 4a der Schicht 4 in Fig. 1 mit Elekrolyt imprägniert wird, befindet sich der mit der negativen depolarisierenden Mischung 6 in Berührung stehende Elektrolyt auch in Berührung mit der Innenwand la des Kathodenbehälters Dadurch besteht die Gefahr, daß bei einem großen Entladestrom Gas in der Zelle erzeugt wird, so daß insbesondere die Zelle explodieren kann, wenn fehlerhafterweise die negative depolarisierende Mischung 6 in Berührung mit der Innenwand la des Kathodenbehälters 1 gelangt. Deshalb muß der Elektrolyt an der negativen Seite daran gehindert werden, direkt mit der Innenwand des Kathodenbehälters in Berührung zu gelangen, was bei den erwähnten bekannten Konstruktionen den genannten Nachteil hinsichtlich der Verringerung der Entladekapazität ergibt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Zelle der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß unter Vermeidung einer Beschädigungsgefahr durch Be-

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rührung des Elektrolyts mit der Innenwand des Kathodenbehälters auf der negativen Seite die Entladekapazität der Zelle im Vergleich zu bekannten Konstruktionen erhöht werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Querschnitte durch eine bekannte alkalische

Zelle;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Kathodenbehälter einer alkalischen Zelle gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer alkalischen Zelle gemäß Fig. 4; und

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Herstellung einer Isolierschicht für eine alkalische Zelle gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt einen Kathodenbehälter 1 aus Nickel, an dessen seitlicher Innenwand eine Isolierschicht Ib mit 20-50 Mikrometer Dicke durch Auftragen und Sintern von Polytetrafluoräthylen ausgebildet ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer derartigen Isolierschicht Ib ist eine positive depolarisierende Mischung 2 vorgesehen, die in der Hauptsache aus Silberoxid und Graphit besteht und in dem Kathodenbehälter als Preßkörper eingesetzt ist. Ein Separator 3 aus einer mikroporösen Polyäthylenfolie und Zellophan und eine Schicht 4 aus absorbierendem Material wie Baumwolle sind in dem Kathodenbehälter angeordnet. Als Elektrolyt kann Natronlauge injiziert werden. Da die scheibenförmige Schicht 4 eine homogene Porosität aufweist, kann auch der Umfangsteil der Schicht 4 vollständig mit dem Elektrolyten imprägniert werden, weil die erwähnte Isolierschicht Ib die Schwierigkeiten verhindert, die bei einer direkten Berührung mit der Innenwand des Kathodenbehälters 1 auftreten würden.

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In an sich bekannter Weise kann eine isolierende Dichtung 5 zum Einbetten eines Anodenbehälters 7 mit einer negativen depolarisierenden Mischung 6 in den Kathodenbehälter hineingedrückt werden, die hauptsächlich aus amalgamiertem Zink besteht. Danach wird die Oberkante des Kathodenbehälters in die dargestellte Lage umgebogen, um die Zelle abzudichten. Die Abmessungen der Zelle können der Norm JIS-GS-12 entsprechen und die enthaltene Elektrolytmenge kann 70 Mikroliter betragen.

Tabelle 1 zeigt einen Vergleich einer Zelle gemäß der Erfindung mit einer bekannten Zelle. Bei der bekannten Zelle ist der Umfangsteil der Schicht aus absorbierendem Material behandelt, um eine Imprägnierung mit dem Elektrolyten zu verhindern, weshalb in diesem Fall die Elektrolytmenge lediglich 50 Mikroliter beträgt.

	Innenwider	Entlade	Entlade
	stand	kapazität A	kapazität B
Zelle gemäß der
Erfindung	3,2 Ohm	110 mAh	108 mAh
Bekannte Zelle	5,6	108	94

Der in der Tabelle angegebene innenwiderstand ist der Wechselstromwiderstand bei 1000 Hz. Die Entladekapazität A entspricht einer Entladung bei 7,5 KiIWiderstand und die Entladekapazität B entspricht einer Entladung bei 1 ΚΛ Widerstand. Die angegebenen Werte sind Mittelwerte, die sich bei Prüfung von jeweils 10 Zellen ergaben.

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist der Innenwiderstand einer alkalischen Zelle gemäß der Erfindung geringer und die Entladekapazität ist insbesondere bei größeren Entladestromstärken erheblich größer.

Die durchgeführten Versuche haben ferner gezeigt, daß sich die alkalischen Zellen gemäß der Erfindung nicht expandierten, während sich im übrigen gleich ausgebildete Zellen, die jedoch

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nicht mit einer derartigen Isolierschicht versehen waren, bei einem konstanten Entladewiderstand von 1 ΚΛ in vier von zehn Fällen expandierten.

Obwohl bei dem beschriebenen AusfUhrungsbeispiel Polytetrafluoräthylen als Isolierschicht verwandt wird, kann die Isolierschicht aus anderen Materialien mit vergleichbaren Eigenschaften hergestellt werden, beispielsweise aus Silikongummi oder aus Polyacrylamid.

Anhand der Fig. 5 soll die Herstellung einer derartigen Isolierschicht näher erläutert werden. Der dargestellte Kathodenbehälter 1 besteht beispielsweise aus Nickel. An der äußeren Bodenfläche Ib des Kathodenbehälters 1 greift eine Platte 9 aus Silikongummi und an der inneren Bodenflache Ie eine innere Platte 10 aus Silikongummi an, die durch eine Feder 12 über eine darüber angeordnete Edelstahlplatte 11 angepreet wird. Dann wird der Kathodenbehälter durch eine 89&ige Oxalsäure lösung 13 während 20 Stunden imprägniert. Nach dem Abspülen und Trocknen ist dann auf der gesamten Oberfläche des Kathodenbehälters 1 mit Ausnahme der abgedeckten Flächen Id und Ie eine isolierschicht aus Nickeloxalat ausgebildet, deren Dicke 1O-2O Mikrometerbeträgt. Wenn dann entsprechend dem ersten Ausführungsbei spiel eine Silberoxidzelle mit diesem Kathodenbehälter hergestellt wird, sind der Innenwiderstand und die Entladekapazität bei der höheren Entlade Stromstärke praktisch dieselben wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Bodenflächen sowohl die innenfläche als auch die AuBenfläche des Kathodenbehälter mit der Isolierschicht überzogen sind, kann kein Kurzschluß auftreten, selbst wenn leitendes Material wie eine Metallstange mit der Seite If oder der Oberkante Ic des Kathodenbehälters in Fig.4 und dem Anodenbehälter in Berührung gelangt.

Anstelle von Nickeloxalat können die betreffenden Oberflächen eines Kathodenbehälters aus Nickel auch durch dessen Oxid-Hydroxid, Nitrat, Karbonat oder dergleichen Salze überzogen werden.

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Da nach den obigen Ausführungen ein Teil der innenfläche des Kathodenbehälters durch eine isolierschicht abgedeckt wird, kann eine vollständige Imprägnierung mit den Elektrolyten erfolgen, so daß dadurch die Betriebseigenschaften der Zelle verbessert werden können. Im Gegensatz dazu ist bei Zellen der eingangs genannten bekannten Art keine derartige Isolierschicht vorgesehen, so daβ dort insbesondere bei gröBeren Entladestromstärken der Elektrolyt direkt mit der negativen polarisierenden Mischung and der Innenfläche des Behälters in Berührung gelangen kann, so daβ Wasserstoff entsprechend der folgenden chemischen Reaktion erzeugt wird.

Reaktion aaf der negativen Seite: Zn + 2 (OH) "^-»ZnO+H_O+2e

Reaktion auf der Innenoberfläche

der positiven Oberfläche: 2e+2H₂O—>2 (OH) ~+Η_

Deshalb nB bei bekannten derartigen Zellen dafür gesorgt werden, das der Elektrolyt nicht in Berührung mit der Innenfläche des Kathodenbehälters gelangen kann. Dagegen können bei einer Zelle geaäB der Erfindung keine Elektronen von der Innenfläche des Kathodenbehälters abgegeben werden und es kann kein Wasserstoff erzeugt werden, weil die Innenfläche des Kathodenbehälters mi, der Isolierschicht abgedeckt ist. Wenn ein Metallsalz für die Herstellung der I -öl !erschient auf dem Kathodenbehälter verwandt wird, ist ferner eine derartige Isolierschicht in besonders einfacher Weise herstellbar. Wenn sowohl die Außenfläche als auch die Innenfläche des Kathodenbehälters mit der Isolierschicht überzogen wird, können ferner gewisse mit der Handhabung verbundene Gefahren vermieden werden.

Obwohl die Ausführungsbeispiele der Erfindung Silberoxidzellen betreffen, ist die Erfindung auch auf andere alkalische Zellen anwendbar, beispielsweise auf QuecksilberzeIlen, bivalente Silberazidzellen oder auf Manganzellen. Bei derartigen knopfföraig aasgebildeten alkalischen Zellen kann die Zellenkapazität in vorteilhafter Weise genutzt werden, da der Innenwiderstand and die Entladekapazität dieser leicht herstellbaren Zellen verbessert wird.

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Claims

Patentansprüche

Alkalische Zelle, die insbesondere knopfförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daßein Teil der Oberfläche des zum Kathodenanschluß dienenden Kathodenbehälters mit einer Isolierschicht überzogen ist.
2. Alkalische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Bereich der Innenwand des Kathodenbehälters mit der Isolierschicht überzogen ist.
3. Alkalische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus einem Salz des Metalls gebildet ist, aus dem der Kathodenbehälter besteht.

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ORIGINAL INSPECTED