DE2715621A1 - Alkalische zelle - Google Patents
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Description
^J
TCLEFON
84 Se 3·
TELEX: »2 I73O
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
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 (3)
- PatentansprücheAlkalische 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.7098*4/0720ORIGINAL INSPECTED
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