-
Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyteinsatzes für Trockenelemente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyteinsatzes für
Trockenelemente.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Elektrolyten in die Zelle
oder Batterie dadurch einzubringen, daß zwischen der Zinkelektrode und dem Depolarisator
ein mit Elektrolytlösung getränktes Papierblatt oder mehrere mit Elektrolytlösung
getränkte Löschpapierblätter eingelegt wurden. Bei diesem bekannten Verfahren ergab
sich jedoch unter anderem die Schwierigkeit, daß infolge mangelnder Gleichmäßigkeit
in der Verteilung .des Elektrolyten die Wirksamkeit der Zelle beeinträchtigt wurde,
und daß insbesondere beim Zusammensetzen der Batterie leicht Elektrolytlösung aus
der Elektrolytpackung herausgepreßt wurde. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren,
das die gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten in der Elektrolytpackung gewährleisten
soll.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der aus mehreren dünnen Schichten
eines festen durchlässigen Materials bestehende Elektrolyteinsatz dadurch hergestellt,
daß alle diese Schichten oder ein Teil davon mit einem dünnen Überzug eines halbfesten
(pastenförmigen) Elektrolyten versehen werden, worauf J sie übereinandergelegt und
zu einer geschichteten Packung zusammengepreßt werden, welche die ganze Elektrolytmenge
enthält.
-
Dieses erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin die Konzentration
des Elektrolyten durch die Packung hindurch abzustufen, etwa dadurch, daß verschiedene
zu einer Packung vereinigte Schichten mit Elektrolytpaste verschiedener Konzentration
überzogen werden. Es können auch in einer Packung verschiedene Elektrolyte verwendet
werden, dadurch daß eine oder mehrere Schichten mit dem einen halbfesten Elektrolyten
und eine oder mehrere weitere Schichten mit einem oder mehreren anderen halbfesten
Elektrolyten überzogen werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Batterie ist in den Figuren dargestellt.
-
Fig. i zeigt einen Schnitt durch eine fertige Batterie.
-
Fig. a zeigt eine perspektivische Ansicht einer Elektrolytwaffel oder
-packung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und von der ein
Blatt teilweise abgebogen ist.
-
In Fig. z ist die Erfindung auf eine Batterie mit Plattenelektroden
angewendet, bei
der jede der Zinkplatten 5 auf der einen Seite mit
einem Kohleelement oder einem Kohleüberzug 6 versehen ist und diese Plattenpaare
in gewissen Abständen parallel zueinander angeordnet sind, wobei Depolarisatortabletten
;7 eingefügt sind und eine Elelztrolytwafiel bzw.-packung.8 zwischen jederDepolarisatortablette
und der Zinkfläche der angrenzenden Platte 5 liegt.
-
Die Endelektrode 9 hat keine Kohleschicht, jedoch ist eine Elektrolytpackung
zwischen der Innenseite dieser Elektrode und der angrenzenden Depolarisatortablette
angeordnet.
-
Der ganze Elementsatz ist dann mit einer geschichteten elastischen
Haut io überzogen, welche die Batterie vollständig einschließt und die einzelnen
Zellen voneinander isoliert.
-
Die Haut io überzieht in der Darstellung auch die Endstreifen 13,
jedoch wird selbstverständlich vor dein Gebrauch der Batterie der Überzug hier entfernt,
um die Metallstreifen freizulegen.
-
Die überzogene Batterie kann in einen geeigneten Behälter eingesetzt
werden.
-
Die Elektrolytpackung wird aus mehreren Stücken i.1. aus dünnem Blattmaterial
gebildet, von denen jedes mit Elektrolyt überzogen ist, wobei die überzogenen Blätter
aufeinandergelegt und zusammengepreßt oder verdichtet werden, um die in Fig. 2 dargestellte
geschichtete Waffel bzw. Packung zu bilden.
-
Das oberste Blatt dieser Packung ist in der Fig. a zur Veranschaulichung
teilweise von (lein übrigen Paket abgehoben; es ist jedoch so gedacht, daß in der
endgültigen Form sämtliche Blätter in der Packung dicht aufeinanderliegen, wobei
immer zwei aneinandergrenzende Blätter eine Elektrolytschicht zwischen sich einschließen.
-
Das Blattmaterial muß genügend dünn sein, damit die Packung nach der
Aufschichtung elektrisch leitend ist und der innere Widerstand der Zelle nicht unerwünscht
groß wird. Ein Vorteil der Verwendung von dünnem Blattmaterial besteht darin, daß
die Dicke der Packung und die Abmessungen der fertigen Batterie nicht unerwünscht
groß werden.
-
Außerdem muß das -Material auch nach der Anfeuchtung mit dem Elektrolyten
genügend zähe sein, damit es der Handhabung nach dem Aufbringen der Elektrolytschicht
widerstehen kann. Weiterhin ist ein zähes :Mater ial auch noch deshalb erforderlich,
damit die Packung beim Gebrauch in der Trockenbatterie zusaninienhält.
-
Es wurde gefunden, daß Papier von der als Manilapapier bekannten Art
besonders für den ins Auge gefaßten Zweck geeignet ist, da es zähe und genügend
absorptionsfähig ist und seine Zähigkeit auch nach dein Anfeuchten finit der Elektrolytschicht
beibehält. Der Elektrolytüberzug durchdringt die einzelnen Blätter und wird gleichmäßig
über und durch die ganze Packung verteilt.
-
Die Anzahl der zur Bildung der Packung übereinandergelegten Stücke
bzw. Blätter ''hängt von den besonderen Umständen ab, unter denen gearbeitet werden
soll, und der iiGi-nialen Entladungsdauer der Batterie, in welch,. die Packung eingesetzt
werden soll; jedoch werden vorzugsweise nicht weniger als vier Blätter verwendet.
Es können aber auch bis zu zehn oder mehr Blätter verwendet werden, wobei ihre Anzahl
auch von der Sorte (Grad) oder Stärke des verwendeten Papiers abhängt.
-
Bei Verwendung von dünnem Manilapapier, dessen Stärke in der Größenordnung
von etwa o,o-2_# min liegt, wurde gefunden, daß für Batterien mit geringer Stromentnahme
ein Mittelwert von sechs oder sieben übereinandergeschichteten Blättern geeignet
ist. Für stark beanspruchte Batterien kann dickeres Papier verwendet «-erden.
-
Die Stärke der Blätter, ihre Anzahl und das 1laterial, aus dein sie
hergestellt sind, sind voneinander abhängige Faktoren, da die Blätter eine Wandung
für ein Gehäuse für den Elektrolyten bilden sollen, das einen geringen Widerstand
besitzen, dem Elektrolyten die notwendige Beweglichkeit lassen, ihn zurückhalten
und dabei verhindern soll, (laß er an den Kanten in größerem Ausmaß herausquillt.
-
In ein und derselben Packung brauchen die einzelnen Blätter nicht
dieselbe Stärke zii besitzen oder aus demselben Material zu bestehen.
-
Der Elektrolyt, der aus irgendeiner geeigneten Lösung bestehen uiid
in l)ehannter @,#'eise zubereitet sein kann, wird in Halbfester Form aufgebracht,
und zwar entweder auf die fertig zugeschnittenen Blätter oder umgekehrt auf eine
zusammenhängende Bahn. die darin anschließend in Stücke vnn der gewünschten Gröle
-zerteilt wird.
-
Der Elektrolyt kann in bekannter Weise mit einer Bürste oder anderen
mechanischen Mitteln aufgebracht lverden, oder aber das Papier kann in ein Elektrolvtbad
eingetaucht oder durch ein solches hindurchgeführt werden, worauf der Überschuß
des Elektrolyten entweder mechanisch oder durch Schwerewirküng entfernt wird.
-
Zum Beispiel kann eine zusammenhängende Papierbahn vor dem Zerschneiden
des Papiers in Stücke in der für die Schichtung der Packung erforderlichen Stärke
mit pastenförinigem Elektrolyten überzogen «-erden, wobei das Papier von einer Walze
getragen wird, die an der Seite des den Elektrolyten enthaltenden Behälters angeordnet
ist, und das Pa-
Pier durch das Band bzw. den Elektrolyten und darauf
zwischen zwei OOuetschrollen oder Kratzern hindurchläuft, die von dem Papier den
Überschuß des Elektrolyten entfernen und eine Schicht von der gewünschten Dicke
auf einer oder jeder Seite des Papiers zurücklassen.
-
Bei manchen Elektrolytarten ist es wegen ihrer Konsistenz schwierig,
das Papier durch den Elektrolyten hindurchzuführen; in diesem Fall kann eine Rollenzuführung
vorgesehen sein, die aus einer oder mehreren Rollen oder endlosen Bändern besteht,
welche in dem Elektrolyten oder durch ihn laufen und so aus-"gebildet sind, daß
sie eine gewisse Menge des Elektrolyten aus dem Bad auf das Papier bringen, das
über die Rollen oder das Band läuft oder in Berührung mit denselben steht.
-
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungen wird der pastenförmige Elektrolyt
gleichförmig verteilt, da nur ein verhältnismäßig dünner Überzug auf jedes Blatt
aufgebracht zu werden braucht und es auf diese Weise leichter ist, einen gleichmäßigen
Überzug zu erhalten als in den Fällen, in denen eine dicke Lage eines pastenförmigen
Elektrolyten auf ein einziges Stück Papier aufgebracht wird. Bei der letzten Anordnung
besteht die große Gefahr, daß der Elektrolyt sich verlagert oder beim Zusammenbau
der Batterie auf der einen Seite herausgedrückt wird, so daß zum Schluß die Elektrolytschicht
*auf der einen Seite der Zelle dünner als auf der anderen ist, wodurch schädliche
lokale Einwirkungen auf die Elektroden möglich werden.
-
Wenn dagegen mehrere überzogene Blätter nach der Erfindung übereinandergeschichtet
werden, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, den pastenförmigen Elektrolyten
auf der einen Seite der Packung herauszudrücken, da der Überzug auf jedem Blatt
dünn ist; während es möglich ist, durch Ubereinanderlegen einer geeigneten Anzahl
von überzogenen Blättern der Packung jede gewünschte Elektrolytmenge einzuverleiben,
ist doch keine freie Elektrolytmasse vorhanden, die verlagert oder herausgepreßt
werden könnte, da die Lagen aus Papier oder anderem Material den Elektrolyten in
seiner Lage festhalten.
-
Auf diese Weise wird es möglich, eine Elektrolytpackung von jeder
gewünschten Dicke herzustellen und jede gewünschte Elektrolytmenge unterzubringen,
ohne eine ungleichförmige Verteilung des Elektrolyten befürchten zu müssen.
-
Bei der Ausführung nach der Erfindung ist infolge der gleichmäßigen
Verteilung des Elektrolyten der innere Widerstand der Zelle gering, wobei gleichzeitig
eine beträchtliche Lebensdauer erzielt wird.
-
Außerdem werden die während des 4ntladungsvorganges der Zelle gebildeten
unlöslichen Salze durch die von vornherein gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten
gleichmäßig verteilt, wodurch die Lebensdauer -und die Wirksamkeit der Batterie
ebenfalls gesteigert werden.
-
Vorzugsweise wird als Elektrolytträger Papier verwendet, da die gewünschte
Festigkeit der Packung und das gewünschte Fassungsvermögen zum Festhalten des Elektrolyten
in seiner Lage mit dünnen und feingradigem Papier am -besten erzielt werden können,
jedoch kann auch Gewebe, wie feines Leinen o. dgl., verwendet werden.
-
Ein wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei oder mehr
verschiedene Elektrolyten in die Packung eingebracht werden können, beispielsweise
dadurch, daß ein oder mehrere Blätter mit einem halbfesten Elektrolyten und ein
oder mehrere weitere Blätter mit einem anderen halbfesten Elektrolyten überzogen
werden, so daß nach der LTbereinanderschichtung der Blätter. zu der vollständigen
Packung eine wirksame Vereinigung der beiden Chemikalien entsteht.
-
Beispielsweise kann für einen Elektrolyten, der die Chloride von Quecksilber,
Zink und Ammonium enthält, das Quecksilberchlorid auf ein Blatt der Packung aufgebracht
werden, das neben das Zink zu liegen kommt, und die übrigen Chloride werden auf
weitere Blätter aufgebracht, wobei der Gehalt an Zinkchlorid nach der Seite der
Packung zunimmt, die der Kohleelektrode am nächsten zu liegen kommt.
-
Der Grad oder die Dicke der Blätter kann verändert werden, um den
besonderen Anforderungen der Batterie Rechnung zu tragen. Es können auch zwei oder
mehr Sorten oder Dicken beim Aufbau einer Packung verwendet werden, insbesondere
wenn zwei oder mehr Elektrolyten verwendet werden.
-
Die Erfindung ermöglicht die Schaffung einer idealen Elektrolytmenbran,
die, wie festgestellt wurde, im Gebrauch vollständig zufriedenstellend arbeitet
und frei ist von den Übelständen, die bei den bisher gebräuchlichen Verfahren zur
Herstellung von -Elektrolytpackungen angetroffen wurden.
-
Gemäß der Erfindung kann der Elektrolyt auf Streifen, Rollen oder
große Blätter aufgebracht werden. Diese Streifen, Rollen oder Blätter können nachträglich
zerschnitten werden, um eine Packung von den gewünschten Abmessungen zu erhalten.
-
Die Erfindung kann vorzugsweise bei Trockenbatterien der vorstehend
mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen Gattung angewendet werden, sie kann
jedoch auch bei Lagerbatterien angewendet werden, die mit pastenförmigen Elektrolyten
gefüllt und vor
dein Gebrauch durch Zusatz von Wasser betriebsfertig
gemacht werden.
-
Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei
der in den Figuren dargestellten ebenen Elektrolytpackung anwendbar, sondern auch
bei solchen Batterien, bei denen die Elektrolytpackung liolilzylinderförmig gestaltet
ist und eine sogenannte Beutelelektrode umgibt. In diesem Falle wird die Elektrolytpackung
vorteilhaft in der Weise hergestellt, daß die einzelnen mit halbfestem Elektrolyten
überzogenen Schichten einzeln um die heutelelektrode so herumgelegt werden, daß
sich die Stoßstellen der einzelnen Blätter nicht sämtlich auf demselben Halbmesser
befinden, sondern gegeneinander gestaffelt angeordnet sind. Dadurch wird der Stoll
zweier Kanten des unteren Blattes jeweils durch das Barüberliegende Blatt überdeckt.
Es ist auf diese Weise möglich, die \acliteile der übereinanderliegenden Stoßkanten
zu vermeiden, ohne jedoch die Blätter selbst überlappen zu lassen, wodurch das Paket
an der Verbindungsstelle die doppelte Stärke erhalten würde.