DE818519C

DE818519C - Galvanic dry element and process for its manufacture

Info

Publication number: DE818519C
Application number: DEB1730A
Authority: DE
Inventors: Glaister Stuart Bell; Kenneth Jones
Original assignee: Burndept Ltd
Current assignee: Burndept Ltd
Priority date: 1949-01-26
Filing date: 1950-01-26
Publication date: 1951-10-25
Also published as: NL151216C

Description

Galvanisches Trockenelement und Verfahren zu seiner Herstellung In gewissen Arten elektrischerTrockenzellen, insbesondere solchen mit den Reagenzien Zink, Ätzalkali und Quecksilberoxyd, ist der aus der Zelle zu gewinnende Strom durch die Oberflächengröße der negativen Elektrode begrenzt, die für die elektrolytische Wirkung heranziehbar ist. Zur Ausschaltung dieser Beschränkung sind verschieden komplizierte Formen von Blechelektroden entwickelt. Die Menge des verfügbaren Zinkes, ist kein beschränkender Faktor bei der Herstellung der Zelle. Blechelektroden enthalten im Verhältnis zur Größe der zugänglichen Oberfläche weit mehr Metall als nutzbar.Galvanic dry element and process for its manufacture In certain types of electrical dry cells, particularly those with the reagents Zinc, caustic alkali and mercury oxide, is the current to be gained from the cell through the surface area of the negative electrode is limited to the electrolytic Effect can be used. To eliminate this limitation are different complex shapes of sheet metal electrodes developed. The amount of zinc available is not a limiting factor in the manufacture of the cell. Sheet metal electrodes included Far more metal than usable in relation to the size of the accessible surface.

Zweck der Erfindung ist eine wesentliche Vergrößerung der Oberfläche einer gegebenen Metallmenge in der negativen Elektrode. Nach der Erfindung ist die negative Elektrode im wesentlichen zusammengesetzt aus einer leitenden Suspension von elektropositivem Metall in einem saugenden, gegenüber dem Elektrolyten der Zelle widerstandsfähigen Medium. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Aufbau einer solchen Elektrode.The purpose of the invention is a substantial increase in the surface area a given amount of metal in the negative electrode. According to the invention, the negative electrode essentially composed of a conductive suspension of electropositive metal in an absorbent, opposite to the electrolyte of the cell resistant medium. The invention also includes a method of construction such an electrode.

Die ganze Oberfläche einer gegebenen Gewichtsmenge fein zerteilbarer Substanz ist um so größer, je feiner .die Korngröße der Substanz ist. Die negative Elektrode muß, neben ihrer Eigenschaft, bei Zugabe des Elektrolyten zwecks besseren Kontaktes mit den übrigen Zellenteilen aufzuquellen, elektrisch leitend sein, und möglichst viel ihrer Oberfläche muß für den Elektrolyten zugängbich sein und, für den Stromfluß von der Oberfläche zum Elektrolyten und durch den Elektrolyten zum Depolarisator und zu der positiven Elektrode. Diese Überlegungen erfordern, daß die Metallteilchen in der negativen Elektrode metallischen Kontakt haben und doch nicht so dicht liegen, daß sie den Zutritt des Elektrolyten zu fast ihrer ganzen Oberfläche behindern. Versuche haben gezeigt, daß eine Korngröße zwischen 178 und a51 ,u (mm--3) befriedigende Ergebnisse liefert.The entire surface of a given amount by weight of finely divided substance is the greater, the finer the grain size of the substance. The negative electrode must, in addition to its property of swelling when the electrolyte is added for the purpose of better contact with the other cell parts, be electrically conductive, and as much of its surface as possible must be accessible for the electrolyte and for the flow of current from the surface to the electrolyte and through the Electrolytes to the depolarizer and to the positive electrode. These considerations require that the metal particles in the negative electrode be in metallic contact and yet not be so close that they impede the access of the electrolyte to almost their entire surface. Tests have shown that a grain size between 178 and a51, u (mm - 3) gives satisfactory results.

Die Metallteilchen müssen in dieser gegenseitigen Lage leitenden Kontaktes und lockerer Schichtung festgehalten werden, wenn sie sich unter der Schwerewirkung setzen können, wie in einer wässerigen Suspension, würde die negative Elektrode stark beeinträchtigt, wenn nicht völlig unbrauchbar werden.The metal particles must be in conductive contact in this mutual position and loosely stratified when held under the action of gravity can put, as in an aqueous suspension, would be the negative electrode severely impaired, if not completely unusable.

Zur Erfüllung dieser Erfordernisse wird die negative Elektrode aus fein zerteiltem elektropositivem Metall, üblicherweise aus Zink, hergestellt, der mit Hilfe eines saugenden oder saugfähigen, bei Zugabe des Elektrolyten aufquellenden, von ihm aber nicht zersetzbarem Stoffs agglomeriert wird. Zu diesem Zweck hat sich. Papierfaser als zweckentsprechend erwiesen. Die Faser selbst ist in wässeriger Suspension wie bei dem üblichen Hergang der Papierherstellung zu einem Körper ballungsfähig, der nach Befreiung vom größten Teil des Wassers zusammenhängend ist, und es hat sich herausgestellt, daß sie auch dann noch ballungsfähig bleibt, wenn sie schwer mit Zinkpulver beladen ist. Die Erfindung verwendet daher als saugenden Stoff Pülpe, wie sie zur Papierfabrikation benutzt wird. Die Pülpe kann aus Lumpen oder ähnlichen Fasern hergestellt oder kann eine schwefeligsaure Holzpülpe oder ein Geebeider sein. Die Pülpe wird zunächst stark in Wasser gerührt, bis man eine gleichförmige Suspension erhält: Zu dieser ist Zink-oder anderer Metallstaub zuzugeben und mit ihr zu gleichmäßiger Suspension zu bringen: Da der Metallstaub schwer ist und sich beim nächsten Verfahrensgang absetzen könnte, ist es, am besten, zunächst eine ausreichende Menge eines Geliermittels, wie Stärke, zuzusetzen, um die Suspension .dickflüssig zu machen. Die Suspension kann, um die Stärke zu gelieren, erhitzt und ein Teil des Wassers dabei verdampft werden. Dann kann Zink- oder ein anderer Metallstaub von zweckmäßiger Korngröße zugegeben und eingerührt werden, bis eine gleichförmige Suspension aus Metall und Faserstoff entsteht.To meet these requirements, the negative electrode is turned off finely divided electropositive metal, usually made of zinc, the with the help of an absorbent or absorbent, which swells when the electrolyte is added, but not decomposable material is agglomerated by it. To this end it has. Paper fiber proven to be useful. The fiber itself is in aqueous suspension as in the usual process of papermaking, capable of bulging into a body, which after liberation from most of the water is contiguous, and has it it turned out that it still remains bulky even when it is heavy loaded with zinc powder. The invention therefore uses pulp as the absorbent substance, how it is used to make paper. The pulp can be made of rags or the like Fibers or can be a sulphurous wood pulp or a gelatinous mixture. The pulp is first vigorously stirred in water until a uniform suspension is obtained receives: To this zinc or other metal dust is to be added and with it more evenly Bring suspension: Because the metal dust is heavy and is used in the next course of the procedure may settle, it is best to first apply a sufficient amount of a gelling agent, like starch, to add to make the suspension thick. The suspension can be heated to gel the starch and some of the water evaporates in the process will. Then zinc or other metal dust of suitable grain size can be used added and stirred in until a uniform suspension of metal and Fiber is created.

Die folgenden Verhältnisse geben eine befriedigende Suspension: 8oo ccm Wasser, I I g Saugfaser, 309 trockenes Quellmittel und ioo g Metallstaub.The following ratios give a satisfactory suspension: 800 cc of water, II g of absorbent fiber, 309 g of dry swelling agent and 100 g of metal dust.

Die Suspension wird dann von einem großen Teil des Wassers und der Gels befreit. Das wird am besten in einer für diesen Zweck entworfenen Filterpresse durchgeführt. Denn, wenn die Flüssigkeit abfließt, wirkt sie dahin, die Pülpefaser mehr oder weniger parallel zueinander zu legen. Die Lage der Fasern in der fertigem Elektrode ist von Bedeutung, da von ihr die Richtung abhängt, in der die Elektrode hauptsächlich aufquillt, wenn sie den Elektrolyten aufnimmt. Gerade durch dieses Aufquellen kommt :die Elektrode in festen Kontakt mit :dem an- deren Zellenteilen. Die Fasern sollen rechtwinklig zu der Richtung liegen, in der die Elektrode, um den ihr zur Verfügung stehenden Raum auszufüllen, aufquellen soll.Much of the water and gels are then removed from the suspension. This is best done in a filter press designed for this purpose. Because when the liquid flows out, it works to lay the pulp fibers more or less parallel to each other. The position of the fibers in the finished electrode is important because it determines the direction in which the electrode swells when it takes up the electrolyte. Just comes through this swelling: the electrode in firm contact with: the arrival whose cells parts. The fibers should be perpendicular to the direction in which the electrode should swell in order to fill the space available to it.

Im Beispielsfalle ist die negative Elektrode zylindrisch. Nichtsdestoweniger kann sie als starke flache Platte hergestellt werden, die noch in nassem Zustande auf Größe zugeschnitten und um einen Dorn vom Durchmesser des Depolarisierkörper.s, den die negative Elektrode umgeben soll, herum-' gelegt werden, so daß ihre Kanten aneinanderstoßen, oder sie kann als dünnes flaches Blatt hergestellt werden, das in mehreren Lagen um den Depolarisator gewickelt wird. In einer entsprechenden Filterpresse kann die Elektrode auch in zylindrischer Form gepreßt werden. Eine derartige Filterpresse kann eine zylindrische, oben offene und unten sowie an ihrer zylindrischen Außenfläche mit Metallgaze bekleidete Formkammer enthalten. Im Boden der Kammer befindet sich ein Ring von Löchern, durch die Wasser und Geliermittel, die in .die Drahtgaze gepreßt werden, abfließen können. Oberhalb der Kammer liegt ein Beschickungszylinder, in dem ein Kolben arbeitet. Ein Dorn vom Durchmesser des Depolarisierkörpers ist in der Mitte der Kammer angeordnet.In the example, the negative electrode is cylindrical. Nonetheless it can be made as a strong flat plate that is still wet cut to size and around a mandrel the diameter of the depolarizer body. that the negative electrode is to surround, put around, so that its edges abut, or it can be made as a thin flat sheet that is wrapped around the depolarizer in several layers. In an appropriate filter press the electrode can also be pressed in a cylindrical shape. Such a filter press can have a cylindrical, open top and bottom as well as on its cylindrical outer surface Molded chamber lined with metal gauze included. In the bottom of the chamber is a ring of holes through which the water and gelling agent pressed into the wire gauze can flow away. Above the chamber is a loading cylinder, in that a piston works. A mandrel the diameter of the depolarizer is in placed in the center of the chamber.

Der Beschickungszylinder wird durch einen seitlichen Zugang mit einer abgemessenen Menge der Suspension gefüllt und der Kolben dann herabgedrückt. Die Pülpe wird in den Hohlzylinderraum zwischen dem Dorn und der Gaze gedrückt und dort zusammengepreßt. Die Flüssigkeit kann entlang der die Zylinderwand kleidenden Gaze zu den öffnungen entweichen. Infolgedessen legen sich die Pülpefasern zu einem großen Teil rechtwinklig zu den Radien der geformten Elektrode. Diese wird zusammen mit dem Dorn und der Drahtgaze entnommen und die Gaze von ihr abgewickelt. Sie kann auf dem Dorn getrocknet werden oder von ihm abgestreift und :dann getrocknet werden.The loading cylinder is through a side access with a measured amount of the suspension filled and the plunger then pushed down. the Pulp is pressed into the hollow cylinder space between the mandrel and the gauze and there compressed. The liquid can run along the gauze lining the cylinder wall escape to the openings. As a result, the pulp fibers lay out to a large extent Part perpendicular to the radii of the shaped electrode. This comes along with removed from the mandrel and wire gauze and unwound the gauze from her. she can dried on or stripped from the mandrel and: then dried.

Bei Anfertigung einer Zelle wird eine zylindrische Elektrode von genau vorbestimmtem Gewicht und Abmessung in einen Zinkbehälter gesetzt und der aus der positiven Elektrode und dem Depolarisator bestehenden Kern hineingeschoben. Dann wird eine sorgfältige abgemessene Menge Elektrolyt zugegeben, und diese läßt die negative Elektrode in Strahlenrichtung aufquellen, so daß ihre ganze Innenfläche mit dem Depolarisator und ihre ganze Außenfläche mit dem Behälter in Berührung kommt. Die geringe Menge Geliermittel, die in der negativen Elektrode verbleibt, dient als Kolloidschutz für die Zinkteilchen.When making a cell, a cylindrical electrode is made of exactly of a predetermined weight and dimensions placed in a zinc container and taken from the positive electrode and the existing core of the depolarizer. then a carefully measured amount of electrolyte is added and this leaves the swell the negative electrode in the direction of the radiation, so that its entire inner surface comes into contact with the depolarizer and its entire outer surface with the container. The small amount of gelling agent that remains in the negative electrode serves as colloid protection for the zinc particles.

Für eine Zelle von Schichtform wird die negative Elektrode natürlich eine flache Platte sein mit parallel zu ihren Oberflächen liegenden Fasern und einer flachen Metallplatte an der Seite, die als Stromsammler dient.For a cell of sheet form, the negative electrode becomes natural be a flat plate with fibers lying parallel to their surfaces and one flat metal plate on the side that serves as a current collector.

Der Anteil der Zinkbeschickung kann geändert werden; er soll im allgemeinen das ungefähre Maß von zehn Gewichtsteilen Zink auf einen Gewichtsteil Pülpe nicht überschreiten. Die Pülpe hat natürlich die weit größere Raummenge. In einer Quecksilberoxydzelle muß die Pülpemenge ausreichen, um mit dem Ätzkalielektrolyt zu reagieren. Zulässig sind auch andere Geliermittel als Stärke, z. B. Celluloseazetat, Schießbaumwolle, Kasein, Natriumalginat, Gummiarabikum, oder ein anderer wasserlöslicher Gummi.The proportion of zinc loading can be changed; he should in general not the approximate measure of ten parts by weight of zinc per part by weight of pulp exceed. The pulp, of course, has the far greater amount of space. In a mercury oxide cell, the amount of pulp must be sufficient to absorb the caustic potash electrolyte to react. Gelling agents other than starch are also permitted, e.g. B. cellulose acetate, Gun cotton, casein, sodium alginate, gum arabic, or another water soluble one Rubber.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Dry cell electrode, consisting of a coherent, conductive agglomeration of paper fibers with a gelling agent and finely powdered electropositive metal. z. Electrode according to Claim i, characterized in that the pulp fibers are essentially parallel to their surface. 3. Process for the production of. negative dry cell electrodes made of powdered electropositive metal according to claim i, characterized by the production of a suspension of paper pulp fibers in water, addition of a gelling agent to increase the viscosity of the suspension, mixing of a high proportion by weight of finely powdered electropositive metal with the fibers and pressing out most of the water and gelling agent for producing a coherent, conductive and homogeneous body from fiber material and metal powder.