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Verbesserungen im Aufbau galvanischer Trockenzellen Die Erfindung
betrifft die im allgemeinen als Trockenelemente und besonders die unter dem Namen
Schichtzellen bekannten galvanischen Elemente, bei denen im wesentlichen flache
Elektroden mit Schichten von Depolarisierstoff und elektrolythaltige Schichten zu
einem Stapel vereinigt sind.
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Eine wesentliche Schwierigkeit beim Bau von Batterien aus solchen
Zellen liegt darin, Undichtheiten zwischen zwei Zellen zu verhindern. Es ist auch
wichtig, die einzelnen Zellen so auszuführen, daß sie ohne Schaden die bei der Verarbeitung
zu einer Batterie nötige Behandlung vertragen.
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Für solche Batterien ist eine große Anzahl verschiedener Bauformen
vorgeschlagen. Ein Vorschlag ging dahin, die Kohleelektrode als flache Schale auszuführen
und die anderen Teile der Zelle in ihr zu 'vereinigen. Nach einem anderen Vorschlag
sollte die Zinkelektrode als flache Schale ausgeführt und die Zelle hineingebaut
werden. Üblicher ist es, flache Zink- und Kohleelektroden oder eine zusammengesetzte
Elektrode von zinküberzogener Kohle bzw. kohleüberzogenem Zink mit einer Schicht
saugfähigen, mit Elektrolyt getränkten Stoffes und einer Schicht von Depolarisiermasse
zusammen in eine flache Wanne aus Isolierstoff zu bringen, die im Boden ein Loch
hat, durch das die Verbindung zur nächsten Zelle hergestellt wird. Dazu wurde vorgeschlagen,
solche Wannen aus Isolierstoff in verschiedenen Formen herzustellen, die es ermöglichen,
daß sie mit Teilpaßsitz auf- und ineinander ruhen.
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Erfindungsgemäß wird die negative Elektrode jeder Zelle als flache
Schale einer für den Teilpaßsitz geeigneten Form ausgeführt, und die saugfähige
Schicht
sowie der Depolarisierkuchen werden in diese Pfanne gelegt, und einige oder viele
Schalen werden mit Teilpaßsitz ineinander gesetzt, so daß sie zusammen eine Batterie
bilden. Wesentlich ist es. die halb ineinandersitzenden Elektroden elektrisch voneinander
zu trennen, und um diese Trennung trotz der Möglichkeit zu gewährleisten, daß eine
Pfanne eine rauhe Kante hat, verläßt man sich nicht auf einen Lack- oder ähnlichen
Isolierüberzug der Elektrode, sondern benutzt eine Trennschicht aus Karton oder
ähnlichem Werkstoff. Diese wird vorzugsweise als Ausfütterung der Elektrode hergestellt.
Ihr mittlerer Teil ist durchlässig und dient bzw. hilft dazu mit, den Elektrolyt.
zu binden, während der Randteil, der die Wände der Schale bedeckt, undurchlässig
und nichtleitend gemacht wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem durch die
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt Abb. i in vergrößertem Maßstabe
einen Zellenstapel im Teilpaßsitz in Ansicht und zum Teil im Mittelabschnitt, Abb.
2 einen Grundriß des Zellenstapels, Abb. 3 in noch größerem Maßstabe einen Schnitt
der Wand einer negativen Elektrode, der in weiteren Einzelheiten eine bevorzugte,
für den Teilpaßsitz geeignete Form erkennen läßt, Abb. 4 in kleinerem Maßstabe und
in senkrecht zueinander liegenden Ansichten einen Rohling, aus dem ein Teil zur
Sicherung einer guten Isolation zwischen den Zellen hergestellt wird; Abb. 5 und
6 sind senkrecht zueinander liegende Ansichten des Depolarisierteiles einer Zelle.
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Wie bekannt gehören zu der üblichen Trockenzelle eine negative Metallelektrode
üblicherweise aus Magnesium oder Zink, hier immer Zink genannt, eine positive Elektrode
aus Kohle, eine Depolarisiermischung zwischen den Elektroden und ein Elektrolyt,
der einen leitenden Weg zwischen den Elektroden bildet, aber nicht flüssig ist.
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In der Batterie nach der Erfindung ist die negative Elektrode eine
Zinkschale i mit flachem Boden von einer Form, die den Teilpaßsitz ermöglicht, d.
h. die lichten Ausmaße in der Nähe des Randes einer Schale sind etwas größer als
die äußeren Abmessungen ihres unteren Teiles. Während diese Bedingung auch von einer
einfachen Trichterform erfüllt wird, wird für diese Schale ein ausgesprochener Absatz
2 bevorzugt, der zwischen Boden und Rand verläuft. Der flache Boden 3 hat rechteckige
Form mit abgerundeten Ecken und geht durch abgerundete Kanten 4 in senkrechte untere
Wände 5 über. Am Absatz 2 erweitern sich die inneren Abmessungen der Schale nach
allen Richtungen parallel zum Boden um mindestens die doppelte Wandstärke der Schale.
Wie aus Abb. 3 ersichtlich ist bei der abgebildeten Ausführungsform die Erweiterung
der Abmessungen am Absatz 2 tatsächlich größer als die doppelte Wandstärke der Schale,
so daß der obere in der Grundrichtung senkrechte Wandteil 6, oberhalb des Absatzes
2, nicht nur den unteren Teil 5 der nächsthöheren Zelle, sondern auch eine starke
Isolierzwischenschicht, die «-eiter unten beschrieben wird, aufnehmen kann. Man
kann die Schalen i nach dem Pressen entgraten, um ihre scharfen Kanten abzurunden
und irgendwelche vorspringen -den Metallteile, die etwa entstanden sein könnten,
zu entfernen.
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Die positiven Elektroden von Schichtzellen können die Form dünner
Kohleplatten haben, üblicher ist es jedoch, sie als Kohleüberzug der negativen Elektrode
auszuführen. Dieser Weg ist bei der dargestellten Ausführungsform beschritten. Die
ganze Außenfläche dieser Zinkschale i ist mit einer Kohleschicht 7 überzogen. Dazu
wird entweder die Schale umgekehrt und eine Suspension fein verteilter Kohle in
einem flüssigen Mittel aufgespritzt oder aufgegossen, das austrocknet und einen
haftenden Überzug zurückläßt, oder die Schale wird mit dem Boden nach unten in eine
derartige Suspension eingetaucht. Das Spritzen, Tauchen oder Aufgießen kann so lange
wiederholt werden, bis die Kohleschicht die gewünschte Dicke hat.
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Falls wünschenswert, kann über dein äußeren Kohleüberzug der Zinkschale
i, auf die Außenseite der oberen Wand 6 des Absatzes 2 und der unteren Wand 5, nicht
aber des Bodens 3, eine Schicht Isolierlack aufgetragen werden. Ein solcher Überzug
trägt dazu bei, den metallischen Kontakt zwischen den halb ineinandersitzenden Teilen
der Zinkschalen zu verhüten, und verhindert auch ein Auslaufen von Flüssigkeit,
die während der Lebensdauer der Batterie frei werden könnte. Ir kann auch einen
späteren Isolierüberzug binden, der auf der Batterie als Ganzes nach dem Zusammenbau
angeordnet wird. Da aber ein solcher Überzug dünn ist und von scharfen Kanten oder
Metallgraten, die an der Kante der Schale i hervorragen, durchdrungen werden kann,
wird vorzugsweise statt dessen oder zusätzlich ein besonderer Isolierteil verwandt,
der weiter unten beschrieben wird.
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Es sind viele Wege bekannt, Elektrolyte in einer Zelle zu binden.
Bei der gezeigten Ausführungsform wird in die Schale i ein einfaches rechteckiges
Stück Saugpapier 8 mit einem Überzug 9 aus einer Stärkemischung oder einer ähnlichen
schleimigen oder gallertartigen Masse gelegt, die einen flüssigen Elektrolyten aufnehmen
und binden kann. Der Überzug 9 liegt unmittelbar auf dem Zink. Das Blatt 8 kann
so groß ausgeführt werden, daß es die Zelle ganz ausfüttert, und seine Ränder können
so behandelt werden, daß sie als Isolator an Stelle des Teiles wirken, der sogleich
beschrieben wird. Es hat sich jedoch als zweckmäßiger erwiesen, es nur für den einen
Zweck auszubilden, den Elektrolyt aufzunehmen und zu binden. Es kann vor dem Einlegen
in die Zelle mit Elektrolyt getränkt werden.
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Nach dieser den Elektrolyt enthaltenden Schicht wird vorzugsweise
eine Zellenauskleidung io aus Papierstoff benutzt, die sowohl die Elektrolyt enthaltende
Schicht als auch die Wände der Schale, bis hinauf zu ihrem Rande, bedeckt. Ihr flacher
Mittelteil kann für den Elektrolyt durchlässig sein, und dieser Teil dient ebenso
wie die Schichten 8 und 9 der Aufgabe, den Elektrolyt zu binden. Die
Ränder
des Blattes io dagegen, die, wie Abb. i zeigt. zwischen der Zinkschale, die sie
ausfüttern, und dem in ihr sitzenden unteren Teil s der nächsthöheren Schale liegen,
haben die Aufgabe, die Zellen sowohl mechanisch als auch elektrisch voneinander
zu trennen. Zwecks mechanischer Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen scharfer
Metallkanten kann das Blatt io aus festem Karton o. dgl. Papierstoff bestehen. Es
ist zweckmäßig, erst einen Rohling in der mit Abb.4 bezeichneten Form zuzuschneiden,
so daß die Randteile i i sich hochfalten, wenn das Futter in die Pfanne gepreßt
wird, ohne an den Ecken Falten zu bilden. Da der Futterstoff durchlässig ist, muß
verhütet werden, daß der Elektrolyt die Randteile i i erreicht. Zu diesem Zweck
werden diese mit Isolierstoff, wie z. B. Paraffin, getränkt. Das kann dadurch geschehen,
daß man die ausgefütterten Zinkpfannen mit dem Rande nach unten in ein flaches Bad
geschmolzenen Wachses taucht, und zwar nur so lange, daß das Wachs in die Randteile
i i eindringt, aber keine Zeit hat, den flachen Mittelteil des Futters zu erreichen.
Wie Abb. i zeigt, kann das Futter io vorteilhaft so groß ausgeführt werden, daß
seine Ränder über den Rand der Zinkschale herausragen.
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Auf das Blatt io wird eine Tafel oder ein Kuchen 12 aus einer Depolarisiermischung
gelegt, der, wie Abb. 5 und 6 zeigen, leicht gewölbt sein kann.
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Darauf setzt man der Zelle flüssigen Elektrolyt zu und läßt ihn in
alle porösen Teile eindringen.
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je nach der Spannung, welche die Batterie abgeben soll, wird, wie
Abb. i zeigt, die erforderliche Zahl von Zellen zu einem oder mehreren Stapeln ineinandergesetzt,
so daß der Kohleüberzug 7 am Boden einer Schale i die Tafel 12 der Barunterliegenden
Zelle berührt und die abgerundete Kante der Schale sich dem Absatz 2 der Barunterliegenden
Schale nähert. Abb. i zeigt einen schmalen Abstand 13 zwischen der einen und der
nächsten Zelle. Dieser ist jedoch nur übertrieben gezeichnet, damit man die Zellen
auseinanderhalten kann. In Wirklichkeit paßt der überzogene untere Teil 5 der einen
Schale dicht in den Kartonüberzug io, i i der Barunterliegenden Schale, in dem er
sitzt, hinein. Ein kleiner Raum 14 kann von festem Stoff frei bleiben; in ihm kann
sich alles Gas sammeln, das sich bei der Tätigkeit der Zelle bildet.
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Die oberste Zelle 15 erfordert zu ihrer Vervollständigung eine positive
Elektrode. Diese wird durch einen Kohleüberzug 16 einer Halbzelle 17 gebildet, die
zweckmäßig aus Stahl gebildet sein kann. Die Halbzelle 17 ist von gleicher Form
wie der untere Teil 5 einer beliebigen anderen Zelle des Stapels. An ihrem oberen
Rand sitzt eine Anschluß-. lasche 18 zur Verbindung mit einem äußeren Stromkreis.
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Die unterste Zelle i9 erhält keinen Kohleüberzug 7, kann aber ein
hier nicht gezeigtes angelötetes Verbindungsstück tragen.
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Der Zellenstapel wird gepreßt, um einen Oberflächenkohtakt zwischen
den einzelnen Bestandteilen der ganzen Batterie zu gewährleisten, und während des
Preßvorganges wird er mit einem Band umwunden oder auf andere Weise in der Preßlage
gesichert. Die ganze Batterie kann mit einer Isolierschicht überzogen werden, z.
B. mit einem Kunststoff wie Polystyrol, der sie flüssigkeitsicher abdichtet und
jegliche Spalte, wie die bei 13 gezeigte, zwischen zwei Zellen schließt. Sofern
der Rand der Schale i mit Isolierlack überzogen ist, vereinigt sich dieser mit,
dem Kunststoffüberzug und vervollständigt die Abdichtung jeder einzelnen Zelle.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Batterie mit Paraffin zu überziehen.