DE6805825U - Zinkelektrode mit eingelagertem trockenem kaliumhydroxyd fuer galvanische zellen und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Description

Patentanwalt Dr.-Ing. Günther Ackmann, 41 Duisburg, Claubergstraße 24

32.62ο (22.827)/S(üili. 15.Ιο.197ο

Yardney International Corp., New York N.Y. Iool3 (V.St.A.)_f 4o-52 Leonard Street

Zinkelektrode mit eingelagertem trockenem Kaliumhydroxyd für galvanische Zellaiund Verfahren zu deren Herstellung

Die Neuerung betrifft eine Zinkelektrode mit eingelagertem trockenem Kaliumhydroxyd für galvanische Zellen, denen zur Aktivierung Wasser zugegeben wird, und hat eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung und ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren zum Gegenstand, durch welches die Lagerfahigkeit der Zinkelektroden wesentlich verbessert wird.

Die jjJJeuerung geht davon aus, daß die Herstellung schnell zu aktivierender Primärzellen bekannt ist, bei den-en die Zinkelektrode mit einem alkalischen Elektrolyten imprägniert ist. Nach einer bekannten Verfahrenweise wird die Zinkelektrode in eine alkalische Lösung eingetaucht und mit Kaliumhydroxyd imprägniert. Anschließend wird diese getrocknet und entweder im eingefrorenen Ladezustand oder in einer Umhüllung gelagert, damit eine Einwirkung von Wasserdampf vermieden wird und eine langlebige Elektrode erhalten wird. Auf diese Art und Weise hergestellte Elektroden neigen jedoch in nachteiliger Weise zu einer starken Selbstentladung und entladen sich dann ganz j spontan.

Demgegenüber liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile und Schwierigkeiten auszuschalten und eine Elektrode mit imprägniertem trockenem Kaliumhydroxyd herzustellen, welche nicht zur Selbstentladung neigt und eine besonders große Lebensdauer besitzt.

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Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zinkelektrode aus einer in die Elektrodenform gepreßten Pulvermischung aus Zink und Kaiiumhydroxyd besteht. Die Herstellung erfolgt dadurch, daß Zinkpulver und ein wasserarmes Kaliumhydroxydpulver trocken vermischt und die Pulvermischung in die Elektrodenform gepreßt wird, wobei die Menge an KOH-Pulver der vorgesehenen, durch Wasserzugabe erhältlichen Elektrolytkonzentration in der Zelle entspricht.

Bei der neuartigen Zinkelektrode ist das Kaiiumhydroxyd so wasserarm, daß keine selbsttätige Entladung stattfinden kann, welche den Ladezustand beeinträchtigt und gegebenenfalls die Brauchbarkeit in Präge stellt.

Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung:

Für die Pulvermischung eignet sich besonders ein Zinkpulver mit einer Schüttdichte zwischen o,4 und o,7 Gramm/cm . Dieses auf dem Markt erhältliche Zinkpulver hat eine Korngröße zwischen o,15 bis o,oo7 mm.

Das Kaliumhydroxydpulver soll ausreichend trocken sein, um den erforderlichen niedrigen Wassergehalt zu erhalten. Vorzugsweise beträgt der Wassergehalt ο bis 7 Prozent. Eine Entwässerung auf weniger als 3,5 i° sollte vermieden werden, um ein Zusammenbacken des Pulvers zu vermeiden, welches dann wieder schwierig zu pulverisieren ist. Andererseits verursacht ein Wassergehalt von Io^ oder mehr eine zu starke Selbstentladung. Bei der Handhabe dieses Kaiiumhydroxydpulvers sind besondere Sicherheitsmaßnahmen wie Schutzbrillen und -masken erforderlich. Da das Material hygroskop ist, sollte es in luftdicht verschlossenen Behältern aufbewahrt werden.

Zur Herstellung der Elektrode wird eine Mischung aus pulverförmigem KOH und pulverförmigem Zink verwendet. Das Gewichts= verhältnis zwischen Zink und Kaiiumhydroxyd ist derart einge-

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stellt, daß die Pulvermischung für Jede Zinkgewichtseinheit etwa zwischen o,15 und o,25 Gewichtseinheit Kaliumhydroxyd enthält. Vorzugsweise liegt dieser Wert bei o,23 Gravtn KOH pro Gramm Zinkpulver. Das Vermischen des Zink- und KOH-Pulvers kann entweder von Hand mit Hilfe eines Spachtels auf die Dauer von 15 Minuten oder durch Umwälzen des Pulvers in einem Behälter auf die Dauer von Io Minuten erfolgen. Die Menge an zugegebenem KOH-Pulver hängt von der vorgesehenen Elektrolytkonzentration ab, die später durch Wasserzugabe in der Zelle erhalten werden soll. Bei einer Akkumulatorentype wirkt sich weiterhin auch der für den Elektrolyten zur Verfügung stehende Raum aus. Eine zu starke Imprägnierung mit KOH würde dazu führen, daß die fertige Elektrode sehr zerbrechlich ist und sich schwer handhaben laßt. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Probleme muß dann ein Kompromiß gefunden werden. Die Menge des der Platte zugefügten trockenen KOH ist derart bemessen, daß die Endkonzentrantion des Elektrolyten in der Zelle beliebiger Ausführun-g zwischen 2o und 45 °/o KOH-Lösung liegt. Beispielsweise sind die o,15 bis o,25 Gramm Kaliumhydroxyd für eine Zink-Luftzelle geeignet, welche im begrenzten Umfang freien Elektrolyt enthält, mit 32 cnr Elektrolyt-Volumen und 29,5 cm^J Zinkelektroden-Volumen!

Die endgültige Fertigstellung der Elektroden erfolgt durch Verformung der Mischung bei verschiedenen Preßdrücken. Das verwendete Gitter kann aus einem Streckmetall, z.B. aus Kupfer, Silber oder kaltgewalztem Stahl bestehen, welches einen offenen Querschnitt von 4o bis 6o $ und eine Dicke von 1,12 bis o,25 mm hat. Die Pulvermischung wird gleichmäßig auf den Gitterträger verteilt, bevor er bei einem Druck zusammengepreßt wird, der üblicherweise zwischen 6 bis 7,8 to/cra² liegt. Die endgültige Dichte der Mischung beträgt nächstens 2,2 Gramm/cm². Da in der Pulvermischung KOH enthalten ist, wird bei Wasserzugabe dieses herausgelöst und die Dichte der Zinkplatte wesentlich verringert. So ergibt sich eine Berechnung der bestmöglichen Dichte von 1,8 Gramm/cm^. Neuerungsgemäß hergestellte Platten hatten eine Dichte von etwa o,5 bis 5,ο mm.

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Nach dem Zusammenpressen werden die trockenen Elektrodenplatten luftdicht verschlossen, und zwar entweder in flüssigkeitsdichten Verpackungsbeuteln, wie sie aus Kunstpapier, Aluminium oder Polyäthylen bekannt sind, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Lagerzeit für diese Elektroden und dem Einbau in galvanische Zellen bzw. Akkumulatoren. Es ist festgestellt worden, daß neuerungsgemäß hergestellte Elektroden in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchtigkeit ein bis zwei Stunden an der Luft aufbewahrt werden können. Es hat sich gezeigt, daß Selbstentladungsbedingungen dann entstehen, wenn das Kaliumhydroxyd mehr als Io "/<> Wasser enthält. Bei einer Luftlagerung der Platten über die vorgenannte Zeit hinaus werden die Elektroden infolge Oxydation selbst entladen und die Versiegelung muß deshalb vor dieser Zeit abgeschlossen sein. Das genaue Verhältnis zwischen der Elektrodenoxydation und der relativen Luftfeuchtigkeit ist nicht festzulegen. Es ist jedoch zu beachten, daß an Tagen, wo die Luftfeuchtigkeit weniger aLa. 4o $ beträgt, die Platten etwa 2 Stunden frei gelagert werden könner, an Tagen, an denen die relative Luftfeuchtigkeit hoch ist,, beispielsweise größer als 60 %, sollten die Platten nicht langer als eine Stunde der Luft ausgesetzt sein. Um eine Oxydation der Elektroden an Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit zu verhindern, besteht die Möglichkeit, den ganzen Preßvorgang innerhalb eines Polyäthylenbeutels, welcher mit einem Kleber versiegelt ist, durchzuführen. Der Preßvorgang erfolgt dann in der Form innerhalb des luftdichten Beutels, so daß eine minimale Lufteinwirkung gegeben ist.

Nach vorstehendem Verfahren hergestellte Zinkelektroden ergaben besonders gute Ergebnisse. Bei einem Versuchsbeispiel wurden 32 Gramm Zinkpulver mit 7,4 Gramm KOH-PuIver vermischt und anschließend auf eine Dichte von etwa 2,2 Gramm/cnr⁵ zusammengepreßt, wobei eine Dicke von o,5 mm erhalten wurde. Die Elektrode wurde dann in eine o,3 mm dicke Separatortasche eingelegt und in einer Luftzelle angeordnet, welche eine 78 cm² große Kathodenfläche besaß. Aktiviert wurde

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die Zelle mit 14 cm-* destilliertem Wasser und unmittelbar danach bei Werten von 2,5 und 5,ο Ampere entladen. Bei diesen Entladungen lagen die relativen Plattenspannungen bei I,o6 und I,o2 Volt, während die Kapazität bei 13,7 bzw. 13,9 Amperestunden lag. Der Zinkverbrauch lag in entsprechender Weise etwa bei 2,33 und 2,45 Gramm/Am— perestunden. Diese Ausbildungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit Zellen, die mit 31 fo KOH aktiviert wurden.

In der Zeichnung ist beispielsweise eine Zinkelektrode beschrieben, bei welcher auf einen stromleitenden Gitterträger 2 die erfindungsgemäß zusammengesetzte Pulvermischung 3 aufgepreßt ist.

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Claims (5)

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1. Zinkelektrode mit: eingelagertem trockenem Kaliumhydroxyd für galvanische Zellen, denen zur Aktivierung Wasser zugegeben wird, dadunh gekennzeichnet, daß diese aus einer in die Elektrodenform gepreßten Pulvermischung aus Zink und Kaliumhydroxyd besteht.

2. Zinkelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung für jede Zinkgewichtseinheit zwischen o,15 und o,25 Gewichtseinheiten Kaliumhydroxyd ent hält.

3. Zinkelektrode nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatte eine Dicke zwischen ο,8 und 6,4 mm hat.

4. Verfahren zur Herstellung einer Zinkelektrode nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Zinkpulver und ein wasserarmes Kaiiumhydroxydpulver trocken vermischt und die Pulvermischung in die Elektrodenform gepreßt wird, wobei die Menge ai_ KOH-PuIver der vorgesehenen, durch Wasserzugabe erhältlichen Elektrolytkonzentration in der Zelle entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeö&net, daß die Pulvermischung auf einem stromleitenden Gitterträger bei Drücken >zwischen 6 und 7,8 to/cm aufgepreßt wird.

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