DE899214C - Aufladbare elektrische insbesondere alkalische Zelle, Akkumulatorenzelle, mit blatt-oder folienduennen Elektroden - Google Patents

Description

• Aufladbare elektrische insbesondere alkalische Zelle, Akkumulatorenzelle, mit Blatt- oder foliendünnen Elektroden Nach dem neuesten Entwickluggsstand beim Bau von aufladbaren elektrischen Zellen, insbesondere a,1kalischen Akkwmulatorzellen, finden Blatt- oder folien,dünnie, Elektroden Verwendulng, bei denen :die elektrochemisch ;aktive Masse in, das Feinporengerüst (einer Sinterschicht neingelagert ist. Nach dem bekannten Prinzip. der alkalischen Akkumulatoren sind die Anoden von :einem aus Nickelpulver gebildeten, Sintergerüst Zeit in die Poren eingelagertem Nickelhydroxyd gebildet, und für die Kathoden wird bevorzugt -sein Eisen- oder Nickelsintergerüst mit Kadmiumhydroxydals elektrochemisch aktive Masse verwendet. Ein günstiger Aufbau aus srolchen Elektroden ist für eine Akkurnulatorenzell:e gegeben, wenn dieselben mit Isoherzwschenlagen (Separatoren) lagendicht geschichtet oder gewickelt in das Zelleggehäuse reingesetzt sind. Der Vorzug solcher Zellen, mit Blatt- ioder foliendünnen 'Elektrodeut besteht im wesentlichen darin, :daß bei einem günstigen Verhältnis vom. Zellenvolumen zu elektrischer Zellenkapazität ein sehr ;geringer elektrischer innerer Zellenwiderstand vorhanden ist, der solche Akkumulatoren für Verwendungszwecke mit kurzzeitiger hoher Stromentnahme bevorzugt geeignet macht.
• Die Erfiniduin@g geht von dien vorerwähnten Entwicklungsstand beim Bau aufladbarer elektrischer Zellern, insbesondere alkalischer Akkumulatorzellen, aus, und sie besteht darin,- durch .die Wahl des, Elektnodenmaterials wirtschaftlich günstige Poren,-gerüs.telektroden zu schaffen. Diesie Zielsetzung ist erreicht, wenn bei ekler aufladbaren !elektrischen Zelle, insbesondere ;alkalischen Akkumulatorenzelle,-die Anode von deiner Sintergerüstfolienelektrode mit Nickel- ioder Köbalthydroxyd als elektrochemis;ch aktive Masse und idie Kathode von, einer Zinkfolienelektrode mit feinporig vergrößerter Oherfl,äche gebildet ist.
• Bei den vorhekannten Zinkelementen kommen, glattflächige Zinkblecheinsätze,oder Zinkblechfolien zur Verwem,dung. Es hat sich herausgestellt, daß solche Elemente sich nicht für hohe Strombelastung eignen, weil die Voraussetzungen eines weitgehend verringerten inneren Widerstandes nicht gegeben sind. Eine Sintergerüstfolienelektrode weist zufolge ihrer hohen Poro.sität eine gegenüber einem glattflächigen Blech von ,gleichen Ausmaßen weseufch vergrößerte Obierfl,äclve auif, aus der sich das mit solchen Elektroden erreichbare .,günstige Kapazitätsverhält'nis vergibt und ,aus dem die fohendünne Aufteilung dies Elektro,denvolumlens möglich ist, was wiederum zu dem außerordentlich igeringen inneren Widerstand und damit zu :einer sehr hohem ielektrischen Belasitharkeit der mit solchen Elektroden versehenen Akkumulatoren führt.
• Mit der Erfindung wird diese Erkenntnis in Anwendung lauf .eine Zinkfolienkathode verwirklicht, und zwar dadurch, daß :die Oberfläche feiner solchen Folie in angepaßter Weise durch Bildung einer hochporösen, Forhenschicht vergrößert ist. Es ist durch ,die Schaffung .solcher Zinkblätter öder -folien mit feinporig vergrößerter Oberfläche möglich .geworden., rauf das wirtschaftlich ungünstig bes-chaffb;are Kadmium bzw. Kadmiumhydroxyd beim Aufbau der Kathode zu verzichten, und es wird gleichzeitig der für Zinikatelemenbe bekannte Vorteil ider erhöhten; Spannupg :einer solchen Zelle von i;7 Volt gegenübler r,z Volt bei dien Kadmium-Nickel-Akkumulator :erreicht.
• Durch ihre hohe Belastbarkeit sind die mit Sintergerüstfolüenelektroden aufgebauten S,nd;ärelemente, insbesondere Zellen ,alkalischer Akkumulatoren, für Verwendungszwecke geeignet;" wie sie beispielsweise bei ,einer Speisebatterie für Sprengzündungen, als Speisesti-omqürelIe -für: ferngelenkte Raketen, für die Speisung von Regisitriergeräten, für,einm;a.lig benutzbare Nachrichfiexugeräte,-wie sie bei der Raumforschung Vierwendung finden oder bei Fernlenkgeschossen, Torpedos, Minen od.rdgl, benötigt werden. - Für solche Anwe0.-dungen ist -res -,erforderlich, daß die erfmdungsgeun;äßen Zellen mit Matt- ,oder foliendünnen Sintergerüstelektroden große Lagerfähigkeit besitzen wind jederzeit in ---einfacher Weise betriebsfertig gemacht werden können. Diablei müssein die Zellen gleichzeitig wegen der in Frage kommenden kurzen, meist nur einmaligen Gebrauchsdauer preisgünstig hersteRbar sein. Bei den so verwendbaren Zellen werden erfindungsgemäß die vom, Folien gebildeten Elektroden in aufgeladenem Zustand in die Zellengehäuse ieingebaut, und,die Zelle wird trocken, also ohne Elektrolyt, ;gelagert, bis sie für ihre kurzzeitig bevorstehende Entladung ihre Elektrolytfüllung erhält. Vorteilhaft ist es dabei, das Zellengehäwsei mit reiner -luftdicht :abschließbaren Einfüllöffhung für den Elektrolyt zu versieben, wodurch die leere Zelle mit ihren @aufgeladenen Elektroden 'keinem ungünstigen Luft-, insbesondere LuftfeuchtigkeitseinRuß ausgesetzt ist, also die Lagerfähigkeit eine außerordentlich lange ist. Zur weitgehend: günstigen Preisgestaltung solcher aufladbaren el-ektrischeu Zellen wird man Anoden verwenden, ,die von einem Sinbergerüst ;aus Eisen mit in die Gerüstpioren eingelagerter elektrochemisch aktiver Masse gebildet :sind und wobei die Kathoden als Lösungselektroden aus einer sehr dünnen, nur wenige hundertstel Millimeter starken Zinkfolie mit feinporig vergrößerter Ob:erfiäche bestehen. Für das Erreichen, des günstigsten Obierfl;ächerzverhältnisses zwischen Foliensintergerüstanode und Zinikfolenkathode kann die Zelle leinen Aufbau besitzen, bei dein - ,die Kathode z. B. ziehharmonikaartig gefaltet in, das Zellengehäusie so eingesetzt ist, daß sie durch diese Faltung mit - ihrer vergrößerten Oberfläche der vielporigen Oberfläche der Sintergerüstanode elektrochemisch wirksam gegenübersteht.
• Die feinporig vergrößerte der Zinkfolie kann im, verschiedener Weise erzeugt sein. So ist ;es z. B. rmöglich, ;auf eine glatte Zinkfolie oder eine dieser entsprechende .gitterartige Unterlage eine poröse Zinkschicht nach dien bekannten Metall.-spritzverfahren aufzutragen. Auch kann die hochporöse 'Schicht unter _ Verwendung von Zinkpulver auf eine Folie oder lein Gewebegitter od. dgl. aufg esineert sein. Weiter ist es möglich, die Oberflächenvergrößerung durch mechanisches Aufrauhen einer glattflächigen Zinkfolie, z. B. mittels Sandstrahlgebläse, zu erzielen. Im elektrolytischen Verfahren kann die Oberfläche deiner glatten Zinkfolie ebenfalls so aufgeräuht werden, :daß sie der erfmdunigsgemäß geforderten Oberflächenvergrößerung entspricht. Ein -einfaches Verfahren zur Erzielung der großflächigen- Zinkfolienkatho.de ist die Ausnutzung des sich beim Aufladen von Zinkatzellen ergebenden galvanischen Zinkniederschlages aurf der Kathodenoberfläche. Es ist rdadurch möglich, für die Herstellung einler aufladbaren elektrischen; Zelle als. Kathode =leine- glattflächige Zinkfolie zu verwenden, @die Zelle mit Zinkatlösung als Elektrolyt zu Rillen und ielektrischaufzuladen, wobei sich auf galvanischem Wege ein schwammartiger Zinkniederschlag als Ausscheidung ;aus ,der Zinkatlösuing auf der Kathodenoberfläche-bildet.-Auch bei solchen Zellen kann die Elektrolytflüssigkelt nach, der Aufladung- und leim damit erzielten Zinkniederschlag wieder ausgeschüttet werden, und es. wird rdie Zelle im trockenen Zustand mit ider vergrößerten Ober-Räche der Zinkfolienkathode bis zu ihrer dieselbe aufbrauchenden Inbetriebnahmle aufbewahrt. Für die Inbetriebnahme ruß dann lediglich die Zelle mit Kalilauge als Elektrolyt angefüllt werden; und sie isst durch ihre großflächigen Elektroden für kurzzeitig hohe Stromentnahme geeignet.
• Es können auch feinste Zinkfasern: (Zinkwolle) zu :einem folienartvgen Gewebte oder Netzwerk verfestigt werden, :das die Pioren für ,die Einlagerung, der-elektrachemisch aktiven Massre bildet. Dabei ist es ;gleichgültig, nach welchem der bekannten; Verfahren ein solches Gewebe odAgl. hergestellt ist. Die durch Abschaben. von einem umlaufenden Zinkstück gewonnenen Zinkfasern können z. B. zu einem foliendünnen Band oder Streifen verwebt werden, von dem man die Elektroden gemäß ihrer Gebrauchslänge abschneidet. Es könnten die Zinkfasern auch durch Pressen zu einem folienartigen Elektrodenstück verfestigt und geformt sein.
• Gleichgültig, mach welchem der ierwähnten ,oder sonst noch zweckmäßigen Verfahren die. Elektroden (Sintergerüstaniode und Zinkfolienkathode) erzeugt werden, ist @es immer möglich, dabei wirtschaftlich günstige Methoden der kontinuierlichen Fertigung anzuwenden, was ein besionderer Vorteil der Folienelektrodien mit ist.
• Als Sepiaratorzwisichenl,agie zwischen dien gewickelten ioder zu Paketen geschichteten ungleichpoligen Elektroden wird man satugfähiges, also verhältnismäßig grobporiges Papier, insbesondere Fließpapier, verwenden, was sich für die preisgünstige Herstellung von betriebsmäßig kurzlebigen aufladbaren telehtrischen Zellen zufolge seiner Billigkeit, Saugfähigkeit und toinendurchlässigkeit gut eignet. Die Zinkkathode kann auch in .der Weise gebdldet sein, daß eine hochporöse Zinkschicht auf leinte nicht metallische, insbesondere den Separator bildende Unterlage aufgebracht, z. B. aufgespritzt, oder in anderer Weise mit der Unterlage verfestigt ist. Die für die hohe Stromentuahme ;geeigneten Elektrodenansichlüsse wird man mit großflächigen Verb:induingen in die porösie Zinkschicht tnut (einbetten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Aufladbare elektrische Zelle, ins esiondere .alkalische Akkumulatorzelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Aniode von seiner Sintergerüstfolienelektrode, vorzugsweise aus Eisen, mit in die Obierflächenpioren neingelagertem Nickelioder Kobalthydroxyd als ielektrochemisch aktiver Masse gebildet,is't und die Kathode als Läsungs-@elektrode aus einer vorzugsweise ziehharmonikaartig gefalteten Zinkfolüe mit feinporig vergrößerter Oberfläche besteht. a. Aufladbare elektrische Zelle nach Anspruch r, dadurch ;gekennzeichnet, daß die- Zinkfolie oder eine dieser entsprechende gitterartige Unterlage mit einer durch Metallspritzen, mechanisches Aufrauhen, elektrolytisches Aufrauh enoder galvanischen Niederschlag erzeugten Feinporenschicht als vergrö@ß-ertie Oberfläche versehen, ist. 3. Aufladbare elektrische Zelle nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß !die Kathode von foli:enartig verfestigter Zinkwolle iod..dgl. gebildet ist. q.. Aufladbare ielektrische Zelle nach einem ioder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch giekennzeichnet, daß als Separatorzwischenlagie zwischen benachharteu Elektroden ,ungleicher Polarität saugfähiges Papier, inshesiondere Fließpapier, verwendet ist. 5. Aufladbare, elektrische Zelle nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode von einer hochporösen Zinkschicht auf einer nicht metallischen Unterlage, die als Stpara,tor zwischen Elektroden umgleicher Polarität @dienen kann, gebildet ist. 6. Verfahren zur Herstellung einer Stromquelle, vorzugsweisse für :einmalige Entladung mit hoher Stromentnahme, z. B. als Speisiebatterie für Sprengzündungen, bei Verwendung einer aufladbaren elektrischen Zelle nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle mit aufgeladenen Elektroden bestückt und der Elektrolyt erst unmittelbar vor der Stromentnahme eingefüllt wird.