DE3100412A1

DE3100412A1 - Galvanisches luftdepolarisationselement mit geliertem elektrolyten

Info

Publication number: DE3100412A1
Application number: DE19813100412
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie 86000 Poitiers Réau
Original assignee: Gipelec SA
Current assignee: Gipelec SA
Priority date: 1980-01-16
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2473794B1; JPS56106378A; GB2067825A; US4303743A; CA1150765A; GB2067825B; FR2473794A1

Description

GALVANISCHES LUFTDEPOLARISATIONSELEMENT MIT GELIERTEM ELEKTROLYTEN

Die Erfindung betrifft ein galvanische Luftdepolarisationselement mit geliertem Elektrolyten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie findet insbesondere Anwendung auf alkalische Elemente, kann jedoch auch bei Luftdepolarisationselementen mit salzigem Elektrolyten eingesetzt werden.

Bei der Konstruktion derartiger Batterien ergeben sich Probleme hinsichtlich der Ladungskonservierung vor Gebrauch oder während den Pausen zwischen Entladungen sowie Probleme bezüglich der Ladungsverluste bei schwachen Entladungen. Ein Luftdepolarisationselement muß natürlich während seiner Entladung für Luft zugänglich sein, jedoch darf die Luft niemals direkt mit der negativen Elektrode in Berührung treten, da dabei Nutzkapazität verloren ginge.

Daher wurden verschiedene Maßnahmen getroffen, um zu verhindern, daß die Luft die negative aktive Masse oxydiert. In der FR-PS 71 24 029, veröffentlicht unter der Nr. 2 143 595, wurde vorgeschlagen, die negative Elektrode mit einer Elektrolytgelschicht zu bedecken, um sie gegen die Luft zu schützen, die in der im oberen Teil der Zelle zum Ausgleich der beim Entladen auftretenden Volumenvergrößerung der negativen Elektrode vorgesehenen Ausdehnungskammer enthalten ist. Jedoch wird der in diesem Ausdehnungsraum enthaltene Sauerstoff im

Elektrolyten gelöst und gelangt so an die anodische aktive Masse. Daher ist es günstig, diesen Ausdehnungsraum nicht mit der Außenluft in Verbindung zu bringen» in der FR-PS 77 11 234, veröffentlicht unter der Nr. 2 387 523, werden Maßnahmen in diesem Sinne vorgeschlagen, die darin bestehen, den Ausdehnungsraum auf der Seite der positiven Elektrode (d.h. lufteintrittsseitig) durch eine luftundurchlässige Wandung zu begrenzen.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Anordnung, die zwar in einem gewissen Maße wirksam ist, in bestimmten Fälion nicht ausreicht. Die durch das in den Elektrolyten eingetauchte Teil der positiven Elektrode ankommende Luft konnte zwischen dem Elektrolyten und der Wandung der positiven Elektrode Taschen bilden und so im Elektrolytgel Risse hervorrufen. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß im /■.U'sdehnungsraum über dem Elektrolyten wegen des sich im Elektrolyten lösenden und mit der negativen aktiven Masse reagierenden Sauerstoffs oder durch Temperatur- oder atmosphärische Drucknnderungen ein Unterdruck entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zelle der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Luft nicht mehr Taschen im Elektrolyten bildet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Zur wirksamen Unterbindung der Bildung von Lufttaschen reicht ein Druck, bei dem der gelierte Elektrolyt an den nicht bedeckten Stellen leicht über die Plattenfläche

hinaussteigt.

Ein Teil der Elektrolytoberfläche muß unbedeckt gelassen werden, damit der gelierte Elektrolyt beim Betrieb der Zelle unter dem Druck der sich entladenden anodischen aktiven Masse in den Ausdehnungsraum gelangen kann. Vorzugsweise beträgt dieser nicht bedeckte Teil 5 bis 40% der Elektrolytoberfläche im 7ΛUsdehnungsraum.

Dies läßt sich dadurch erreichen, daß mehrere Löcher in der Platte vorgesehen sind. In diesem Fall kann die Platte die gesamte Elektrolytoberfläche außer an den Stellen, wo die Löcher vorgesehen sind, bedecken. Sie kann aber auch zusätzlich einen unbedeckten Spalt zwischen ihren Rändern und den an der Seite der negativen Elektrode liegenden Zellwandungen freilassen.

Gemäß einer Variante besitzt die Platte keine Löcher, sondern nur solche Abmessungen, daß zwischen den Rändern der Platte und bestimmten Wandungen des Ausdehnungsraums ein nicht bedeckter Spalt frei bleibt.

Die Platte wird mit einem geeigneten Mittel an den an der Seite der positiven Elektrode liegenden Wandungen des Ausdehnungsraums befestigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In diesen Zeichnungen stellt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftdepolarisationselement dar, während

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine in diesem Element verwendete Platte zeigt.

Das in Fig. I gezeigte galvanische Element ist in einem Kunststoffgehäuse bestehend aus einem Becher 1 und einem Deckel 2 untergebracht. In diesem Gehäuse sind eine zentrale positive Luftdepolarisatxonselektrode 3, die im wesentlichen aus einer katalytischen Masse aus feinverteiltem Kohlenstoff besteht, und eine periphere, an den Seitenwandungen des Gefäßes angeordnete negative Elektrode 4 untergebracht, die im wesentlichen aus Zinkpulver besteht. Der zwischen den Elektroden befindliche ringförmige Raum wird mit einem gelierten alkalischen Elektrolyten 5 gefüllt, der außerdem den oberen Teil dar negativen Elektrode bedeckt. Zur Belüftung der positiven Elektrode ist ein senkrechter Schacht 6 in der Masse 3 vorgesehen, der in einer unmittelbar unterhalb des Deckels 2 liegenden Belüftungskammer 7 mündet. Der Deckel besitzt zwei Öffnungen 8 und 9, die in der Zeichnung mit Kunststoffstopfen 20 und 21 verschlossen sind. Zum Betrieb der Depolarisationszelle müssen diese Stopfen entfernt werden. Die Öffnungen 8 und 9 sorgen dann für eine Verbindung zwischen der Außenatmosphäre und der Kammer 7 und bilden auf diese Weise für die positive Elektrode eine Sauerstoffquelle. Im Schacht 6 ist ein Profilteil 10 mit H-förmigem Querschnitt angeordnet, das die natürliche Luftzirkulation wie in der FR-PS 72 30 383, veröffentlicht unter der Nr. 2 197 242, beschrieben begünstigt. Ein wendelförmig gewickelt im Schacht 6 in die positive Elektrode

eingedrückter Metalldraht 11 bildet für diese einen Stromkollektor und ist mit der positiven Klemme 12 verbunden. Der negative Stromkollektor besteht aus einem in die Elektrode 4 eingebetteten Metalldraht 13, dessen durch den Deckel 2 verlaufender Teil in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Über der freien Oberfläche 14 des Elektrolyten 5 befindet sich ein Gasraum 15, der zum Ausgleich der durch Temperaturänderungen und Entladevorgänge der Depolarisationszelle hervorgerufenen Volumenänderungen dient. Um zu verhindern, daß Luftsauerstoff in den Raum 15 eindringt, von wo aus er das Zinkpulver der negativen Elektrode oxidieren könnte, wird der Raum 15 gegenüber der Belüftungskammer 7 durch eine sauerstoffundurchlässige Wand abgedichtet, die aus einem mit einer Pechschicht 17 bedeckten Plastikteil 16 besteht.

Das Teil 16 ist an der Oberseite des Gefäßes 1 mit den Gefäßwandungen verschweißt. Der Deckel 2 ist auf dieses Teil aufgedrückt und kann eventuell mit ihm verklebt werden. Mit seinem unteren Rand ist das Teil 16 in den Elektrolyten getaucht und ruht auf einer Schulter 25 der Elektrode 3. Eine Platte 18 mit mehreren verteilt angeordneten Löchern 19 und einer zentralen Öffnung mit Krempe 22 wird gewaltsam auf das Plastikteil 16 aufgeschoben, so daß die Krempe 22 den Bereich 23 des in den Elektrolyten getauchten Plastikteils 16 eng umschließt. Die Platte 18 wird in Fig. 2 von oben gezeigt, so daß man die Form, Lage und die Anzahl der Löcher 19 erkennen kann.

Die Platte 18 wird durch das Plastikteil 16 auf die Oberfläche 14 des Elektrolyten aufgedrückt, so daß dieser durch die Löcher 19 wie in Fig. 1 dargestellt hochsteigt. Im hier beschriebenen Beispiel wird die Platte durch den schräg vor laufondon Bereich 21 der? in den Elektrolyten eingetauchten Γ 1 a:; t il; ι ι i I .;·> 16 η uidoryodrückt-.. Die Krempe 2'?. hat. eine der abgeschrägten Form des Bereichs 2 3 genau komplementäre Form.

Im hier dargestellten Beispiel sind 10 Löcher vorgesehen, und ihre Gesaratoberfläche beträgt 3,3 cm', während die Elektrolytoberfläche 22,3 cm" ausmacht. Das Verhältnis freie Oberfläche zu Gesamtoberfläche des Elektrolyten beträgt somit etwa 14,5%. Der gelierte Elektrolyt besteht aus einer 7—N-Ka Iilönunq, dir wxi'c Knr tof Polst'irke im Verhältnis von 240 bis 255 g/Liter geliert wird. Dieses Gel wird durch den von der Platte TB ausgeübten Druck -liest auf die Elektrodenflächen gedrückt: da es sich nicht mehr von der überfläche der positiven Elektrode lösen kann, wird auf diese Weise die Bildung von Gasbläschen vermieden, selbst wenn der Raum 15 im Verhältnis zum 7-iUßenraum einen Unterdruck aufweist.

Um die Platte 18 in der gewünschten Stellung zu halten, kann sie auch auf das Teil 16 geklebt oder beispielsweise mit Ultraschall aufgeschweißt werden. Die Platte 18 kann beispielsweise aus Polystyrol oder einem beliebigen anderen Kunststoffmaterial bestehen, das ausreichend steif ist.

Wird das Teil 1.6 mit der Elektrode 3 in einem prismatischen oder zylindrischen jVbschnitt verbunden, so kann die Platte IS in der gewünschten Höhe dadurch gehalten werden, daß

in diesem Abschnitt Rippen vorgesehen werden, durch die verhindert wird, da rt die Pint to wieder über die <jow^:inr;chto Höhe hochsteigt.

Anstelle der Platte 18 mit ihren Löchern 19 kann auch eine bis auf die zentrale Öffnung um das Teil 16 herum lochfreie Platte gewählt werden. In diesem Fall wird die Platte etwas kleiner gewählt als die Fläche des Elektrolyten, so daß zwischen dem Außenrand der Platte und der Viand das Bechers ι ein unbedeckter Elektrolytrand bestehen bleibt.

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Claims

GIPELEC S.A.
125, rue du President Wilson 92302 LEVALLOIS-PERRET, Frankreich

GALVANISCHES LUFTDEPOLARISATIONSELEMENT MIT GELIERTEM ELEKTROLYTEN

PATENTANSPRÜCHE

Galvanisches Luftdepolarisationselement mit geliertem Elektrolyten, einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Ausdehnungsraum, wobei der gelierte Elektrolyt zwischen den beiden Elektroden einerseits in Kontakt mit ihren elektrochemischen Austauschflächen und andererseits zwischen der negativen Elektrode und dem Ausdehnungsraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (14) des Elektrolyten (5) im Ausdehnungsraum (15) teilweise von einer Platte (18) bedeckt wird, die auf den Elektrolyten einen Druck ausübt, durch den dieser fest auf die Flächen der Elektroden (3, 4) aufgepreßt wird.

2 - Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Platte (18) nicht bedeckte Teil der Elektrolytoberfläche (14) im Ausdehnungsraum (15) zwischen 5 und 4O% der Gesamtfläche beträgt.

3 - Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Form der Elektrolytoberfläche im Ausdehnungsraum aufweist und über dieser Oberfläche Löcher (19) besitzt.

4 - Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Form der Elektrolytoberfläche im Ausdehnungsraum aufweist, jedoch solche Abmessung hat, daß sie zwischen sich und der auf der Seite der negativen Elektrode liegenden Wand einen unbedeckten Soalt freiläßt.