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Trockenelement Die Erfindung bezieht sich auf Trockenelemente, insbesondere
auf solche von flacher Bauart, welche zu Batterien vereinigt werden können, wie
sie für die verschiedensten Zwecke, insbesondere für Radiozwecke, verwendet werden.
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Die chemischen Reaktionen, welche in einem Trockenelement vor sich
gehen, sind bekanntlich von einer Gasentwicklung begleitet. Das entstehende Gas
verursacht eine Abdrängung der Elektrolytpaste (welche durch Hydrolyse flüssiger
wird) von der Nähe der Anode nach anderen Teilen des Elementes, z. B. nach äußeren
Teilen der Zelle, wodurch leicht eine. Zerstörung des Isoliermateriales und ein
Kurzschluß der Batterie verursacht wird. Man hat daher vorgeschlagen, einen außerhalb
der aktiven Teile der Zelle liegenden Raum vorzusehen, welcher zur Aufnahme jener
verdrängten Teile der Elektrolytpaste dienen soll. Bei der gewöhnlichen zylindrischen
Trockenzelle wurde zu diesem Zwecke ein Luftraum im oberen Teil zwischen Depolarisationsmasse
und abdichtender Vergußmasse vorgesehen. Bei Zellen von flacher Bauart ist eine
ähnliche Maßnahme möglich, sie :erfordert jedoch die Verwendung eines besonderen
Trägers für die Abdichtungsmasse und mithin besondere Verfahren zur Herstellung
und Einsetzung dieses Trägers in die Batterie, wodurch die Herstellung der letzteren
komplizierter und teuerer wird.
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Man hat ferner vorgeschlagen, außerhalb der Zelle zwischen Zinkelektrode
und einem besonderen Zinkdeckel eine Expansionskammer für die verdrängte Paste vorzusehen.
Diese Anordnung hat -jedoch den Nachteil einer großen Raumbeanspruchung und erhöhter
Herstellungskosten.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
man für die verdrängte Paste in der Depolarisatibnsmasse einen Hohlraum vorsieht,
welcher sich gegen die Zinkelektrode hin öffnet. Zwischen der so ausgehöhlten Depolarisationsmasse
und der Zinkelektrode wird vorteilhaft ein durchfeuchtetes Diaphragma eingeschaltet,
wUches gegenüber dem Hohlraum eine öffnung aufweist. Beim Zusammenbau einer Batterie
aus einer Mehrzahl von getrennt gelagerten flachen Elektrodenelementen wird jedes
derselben von den metallischen Flächen des benachbarten Elementes mittels durchfeuchteter
Diaphragmeigetrennt und in den Elektrodenzwischenräumen an Stellen innerhalb der
äußeren Umgrenzungen der Depolarisationsmasse Lufthohlräume gegenüber den unbedeckten
Flächen der Metallplatten vorgesehen. Die öffnung im Diaphragma ist zweckmäßig,
beispielsweise durch Kreuzschlitze, als Ventil ausgebildet, welches die Gase leichter
hindurchläßt als die Paste und einen Rückfluß der verdrängten Paste aus dem Hohlraum
verhindert. Ein solcher Rück-Ruß ist aus dem Grunde unerwünscht, als hierbei leicht
abgebröckelte, den Strom leitende Teile mitgeführt werden können, welche zu Kurzschlüssen
innerhalb der Zelle Anlaß geben. Die aus mehreren Zellen zusammengebaute
Batterie
kann eine gemeinsariie plastische,VeigußMa,sse aufweisen, welche die Batterie vollständig
einschließt, und durch welche de _ porösen. Kapillarentlüfter einer jeden einzelnen
Zelle hindurchragen. Diese Entlüfter verhindern, daß die Abdichtungsmasse aufgetrieben
oder gesprengt wird. Hierbei ist es jedoch wichtig, daß infolge der Filterwirkung
der Depolarisationsmasse eine Verstopfung der Entlüfterkapillaren weder mit Paste
noch mit Feuchtigkeit möglich ist.
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An Hand der beiliegenden Zeichnungen soll die Erfindung nunmehr näher
beschrieben werden.
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Abb. i stellt eine perspektivische Ansicht einer .einzelnen Trockenzelle
dar, die aus einer flachen Elektrodenplatte und der Depolarisationsmasse besteht,
in welche eine Mehrzahl von flachen, trogähnlichen Vertiefungenvoneiner Seite her
eingepreßt wurden.
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Abb. a zeigt einen Querschnitt durch eine Batterie aus zwei derartigen
Zellen gemäß Abb. i.
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Abb.3 ist eine perspektivische Ansicht einer abgeänderten Ausbildungsform
der Erfindung, bei welcher ein Teil der Zinkplä.ttenelektrode eingepreßt ist zur
Bildung einer Pastenkammer.
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Abb. 4. stellt einen Querschnitt durch einen Teil einer Batterie dar,
die aus Zellen gemäß Abb. 3 zusammengesetzt ist.
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Abb.5 gibt eine perspektivische Ansicht einer anderen abgeänderten
Ausbildungsform der Erfindung, bei welcher die Depolarisationsmasse nur eine einzige
kreisförmige Vertiefung aufweist, an Stelle von einer Mehrzahl von flachen trogähnlichen.
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Abbt6 zeigt einen Querschnitt durch eine Batterie aus Zellen gemäß
Abb. 5.
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Abb.7 stellt zum Teil im Schnitt und zum Teil von der Seite gesehen
eine vollständige Batterie: von Zellen gemäß Abb. i und 2 dar, wobei der Schnitt
längs Linie 7-7 von Abb. i geführt ist.
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Die Abb. i und z zeigen eine bevorzugte Ausbildungsform gemäß der
Erfindung. io bedeutet eine Doppelelektrode, bestehend aus einer Zinkplatte i i
und einem Belag 12 aus leitendem kohlehaltigem Material. Auf diesen Belag der Elektrode
io ist eine Depolarisationsmasse 13 aufgebracht, in welche zwei trogähnliche Vertiefungen
14 eingepreßt sind. Beim Zusammenbau der einzelnen Zellen wird, wie aus Abb. z ersichtlich,
ein Diaphragma 15 von geeignetem aufsaugefahigem Material, z. B. Pappe, zunächst
auf die Depolarisationsmasse gelegt und darauf eine zweite Doppelelektrode, und
zwar mit der metallischen Seite auf das Diaphragma. Die verschiedenen Elemente werden
in dieser Reihenfolge aufeinandergelegt, bis die Batterie von gewünschter Zellenzahl
zusammengebaut ist. Das Diaphragma 15 wird vorzugsweise mit einem Überzug von Elektrolytpaste
auf der mit der Zinkelektrode in Berührung stellenden Seite versehen, während zusätzliche
Elek;trolytsalze vorzugsweise, wie bekannt, der Masse zugefügt werden. Damit die
Paste in die Vertiefungen oder Hohlräume 1¢ hineingelangen kann, sind eine oder
mehrere Üffnungen 15' im Diaphragma 15 vorgesehen. Diese öffnungen sollen
vorzugsweise schlitzförmig sein. Es wurde nämlich gefunden, daß deYartige Schlitze
beim Zusammenbau unter dem Druck genügend verzerrt werden, so daß ein Durchtritt
der Paste von benachbarten Punkten der Zinkfläche in die Expansionskammer ermöglicht
wird, während beim Ausgleich des Druckes infolge des Durchtrittes der Paste die
Schlitze sich wieder schließen, so daß eine Wanderung irgendwelcher Teilchen der
Depolarisationsmasse zur Zinkfläche verhindert wird und mithin Wege verschlossen
werden, längs welchen sich ein unerwünscht geringer Widerstand ausbilden könnte.
Vorzugsweise sollten zwei oder mehrere Schlitze gegenüber jeder -Expansionskammer,
und zwar im rechtee Winkel zu dieser, vorhanden sein. Eine besonders befriedigende:
Ventilwirkung erzielt man, wenn zwei; Schlitze sich im rechten Winkel, schneiden.
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In den Abb. i und 7 bezeichnet 18 eine geeignete poröse Entlüftungsvorrichtung,
welche mit ihrem einem Ende in die Depolarisationsmasse eingebettet ist, und zwar
möglichst in gleichem Abstand zwischen den Vertiefungen 14, Derartige Entlüftungsvorrichtungen
sind notwendig, um die in Jer Zelle gebildeten Gase, sei es in Ruhe, sei es während
des Betriebes, abzuführen, da sonst bei hermetischem Abschluß der Zelle Drucke entstehen
könnten, die zu eileer Verschlechterung oder Zerstörung der Abdichtung oder irgendwelcher
anderen Teile der Begrenzungswände führen könnte. Gemäß vorliegender Erfindung werden
Stoffe verwendet, welche Durchlässe von kapillarem Querschnitt aufweisen, d. h.
also von solchem Durchmesser, daß gegenüber dein Durchtritt der Gase und der Feuchtigkeit
infolge der Diffusion ein vergleichsweise hoher Widerstand entgegengesetzt wird,
während das Entweichen von Gasen infolge einer Druckdifferenz kaum, gehindert wird.
Derartige Entlüftungsvorrichtungen können aus runaen oder flachen Streifen von Faserstoffen,
z. B. Garn, Bindfaden, Gewebe oder Holz, bestehen, welche eine hinreichende Porösität
infolge ihrer Kapillaren aufweisen.
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Diese Entlüftungsvorrichtungen können aber auch aus nicht fas,erfö:rmigem,
aber porösem Material hergestellt sein, z. B. aus
Kohlestäbchen
jener Art, wie sie als Elektroden in Trockenbatterien verwendet werden, welche mit
einem äußeren, wasserdichten Lyrberzug versehen sein können.
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Das Entlüftungsvermögen derartiger Einsätze muß innerhalb gewisser
vorbestimmter Grenzen liegen. Diese hängen von der Größe der Zelle sowie anderen
Eigenschaften derselben ab. Bei der Normierung derartiger Einsätze hat sich eine
Prüfungsmethode als geeignet erwiesen, welche darin besteht, daß diese in eine Zwischenwand
eingesetzt werden, welche für Gase undurchlässig ist. Es wird dann auf der einen
Seite dieser Zwischenwand ein Vakuum erzeugt und die Luftmenge gemessen, welche
durch den porösen Einsatz hindurchströmt. So wurde gefunden, daß für Zellen von
der Größe und Art, wie sie bei Radiobatterien verwendet werden, Entlüftungseinsätze
geeignet sind, die 0,15 bis 1,55 ccni Luft pro Minute hindurchlassen bei
einem Vakuum von 61 mm Quecksilber.
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Bei den in den Abb. ; und q. gezeigten Ausbildungsformen wird die
Vertiefung 16 in die Doppelelektrode durch einen geeigneten Preßvorgang erzeugt,
während die Depolarisationsmasse über die konvexe bedeckte Fläche einer derartigen
Elektrode gelegt wird.
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Die Abb.5 und 6 veranschaulichen eine Ausführungsform, bei welcher
die Depolarisationsmasse mit einer mittleren Vertiefung 17 von kreisrunder Gestalt
versehen ist.
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Die Abb. 7 zeigt eine Batterie aus Trockenelementen gemäß Abb. i und
2. Vorzugsweise wird die Batterie vor ihrem Einbau in den Batteriekasten durch Aufeinanderschichten
der Einzelelemente - Doppelelektroden, Depolarisationsmasse, Pappediaphragma -hergestellt.
Die in Abb.7 gezeigte Batterie weist auch Stirnbrettchen ig aus Holz oder einem
anderen geeigneten isolierenden Material auf, während die Abschlußelektrode 20 nicht
mit hohle bedeckt ist, sondern ebenfalls gegen ein Stirnbrettchen i g anliegt. Nach
dem Zusammenbau der Elemente werden diese durch ein Band oder durch .ähnliche Hilfsmittel,
die nicht dargestellt sind, fest zusammengebunden, so daß sie unter einem gewissen
Druck aneinanderliegen. Nunmehr wird die Batterie, gegebenenfalls nachdem sie durch
Eintauchen mit einem dünnen, plastischen Abdichtungsbelag versehen wurde, in den
Batteriekasten 21 eingesetzt. Die Entlüftungsvorrichtungen 18 werden nunmehr angebracht
und schließlich der Zwischenraum zwischen den .äußeren Teilen der Batterie und des
Batteriekastens mit einem plastischen Abdichtungsmaterial 22 ausgegossen.