DE965252C - Zelle fuer eine elektrische Batterie und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Als Stromquelle für Zwecke, die nur geringe Leistungen erfordern, z. B. zum Betrieb von Transistoren, Strahlungsmessern, Verstärkern, Bildröhren und Belichtungsmessern oder zum Laden von Kondensatoren, eignen siich besonders Batterien, deren Elektrolyt aus einem festen Stoff besteht und die daher nicht auslaufen können und infolge gedrängter Bauart nur einen geringen Platzbedarf haben und sich durch hohe Lebensdauer auszeichnen. Batterien mit flüssigem Elektrolyt sind für diese Zwecke weniger geeignet.

Erfindungsgemäß ist die Zelle für eine derartige Trockenbatterie dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode aus Silber oder Blei, die positive Elektrode aus einem Gemisch von Kohlenstoff mit einem Halogenid, Hypochlorit, absorbiertem oder adsorbiertem Gas oder einer Kombination dieser Komponenten und der Elektrolyt aus einer festen, von einer oder mehreren Metallhalogeniden gebildeten Schicht besteht.

Beliebig viele Zellen dieser Bauart lassen, sich zu einer Trockenbatterie der gewünschten Spannung und Kapazität zusammenstellen. Zweckmäßig wird dabei das Gehäuse der Batterie mit einer Trockenkammer ausgerüstet, die ein den Feuchtigkeitsgehalt bestimmendes Trockenmittel enthält. Eine solche Trockenbatterie zeichnet sich durch gute Lagerfähigkeit und eine hohe Betriebsdauer aus. Ferner läßt sich eine solche Trockenbatterie mit sehr kleinen Abmessungen herstellen.

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Die Zellen können erfindungsgemäß in der Weise hergestellt werden, daß sie in elektrischer Reihenr schaltung mit ihren Stirnflächen aneinanderliegend innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden Zylin-S ders angeordnet sind, dessen Innenraum nach außen abgedichtet ist, jedoch durch einen Kanal mit einer Kammer in Verbindung steht, die ein Trockenmittel, ζ. B. wasserfreies Kupfersulfat oder wasserfreies Magnesiumpersulfat, enthält, ίο Weitere Vorteile und. Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigt

Fig. ι die Teilansicht einer stabförmigen Trockenbatterie nach der Erfindung, teilweise im Längsschnitt, und

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt der in Fig. ι gezeigten Stabbatterie.

Die Trockenbatterie 10 hat ein zylindrisches Gehäuse 11, in dessen Innenraum 12 die einzelnen Trockenzellen 13 aufeinandergestapelt zwischen den beiderseitigen Anschlußpolen 14 angeordnet sind. Das Gehäuse besteht aus Isolierstoff, z. B.

einem Polyplast oder Glas oder einem keramischen Stoff.

Zwischen den Enden des Zellenstapels und den Anschlußpolen 14 können Kissen 15 eingeschaltet sein> die aus einem leitend gemachten Gummi od. dgl. bestehen und dazu dienen, den aus den, Zellen 13 bestehenden Stapel unter eine elastische Spannung zu setzen. In jedem der beiden Pole 14 ist eine Kammer 16 vorgesehen, die mit dem Innenraum 12 des Gehäuses über eine Nut 17 in Verbinr dung steht und ein Trockenmittel 18 in Gestalt einer Pille enthält. Dadurch wird der Feuchtigkeitsgehalt der Zellen 13 beherrscht. Es wird also in der im Innenraum 12 befindlichen Atmosphäre ein bestimmter, ziemlich niedriger Feuchtigkeitsgehalt aufrechterhalten. Das ist erwünscht, um eine konstante Leistung der Trockenbatterie zu erzielen. Als Trockenmittel haben sich unter anderem wasserfreies Kupfersulfat (Cu S O₄) und wasserfreies Magnesiumperchlorat (Mg(Cl O₄)₂) bewährt Dia Pole 14 sind mit Klemmschrauben 19 zum An-Schluß der Batterie versehen.

Jede der Zellen 13, die im Gehäusen der Batterie 10 aufeinandergestapelt sind, besteht aus einer negativen Elektrode 23, einer positiven Elektrode 25 und einer dazwischenliegenden, den Elektrolyt bildenden, festen Schicht 24. Die negative Elektrode 23 wird von einer Isolierscheibe 20 getragen, die in einer mittleren Öffnung 21 einen leitenden Kontaktkörper 22 aus Kohlenstoff enthält. Als Stoffe für die Tragscheiba 20 eignen sich Kunstharze. Die feste negative Elektrode 23 besteht aus einer Silberoder Bleifoliei, mit der die isolierende Tragscheibe 20 belegt ist. Die den Elektrolyt bildende feste Schicht 24 besteht aus einem, Metallhalogenid, das so gewählt werden muß, das es sich chemisch mit den die negative Elektrode 23 bildenden Stoffen verträgt. Bei Verwendung mehrerer fester Elektrolyte, die aus Metallhalogeniden bestehen, müssen die aneinanderliegeinden Elektrolytschichten nicht nur miteinander chemisch verträglich sein, sondern es muß auch darauf geachtet werden, daß die negative Elektrode 23 mit der an ihr anliegenden Elektrolytschicht nicht in unerwünschter Weise chemisch reagiert. Metallhalogenide, die sich für den Elektrolyt 24 bewährt haben, sind die Chloride und Bromide von Silber und Blei.

Die auf der Elektrolytschicht befindliche positive Elektrode 25 besteht aus einem gasdurchlässigen festen Stoff, der ein mit der negativen Elektrode 23 reagierendes Gas von niedrigem Druck abgeben muß, um beim Betrieb der Trockenbatterie 10 eine zusätzliche feste Elektrolytschicht zu bilden. Der für die positive Elektrode 25 gewählte Stoff muß ferner der Bedingung genügen, daß er sich chemisch mit dem Elektrolyt 24, bei Verwendung mehrerer Elektrolytschichten aber mindestens mit der anliegenden Elektrolytschicht verträgt. Diesen Bedingungen genügen feste Gemische von Kohlenstoff mit einem Halogenid, Hypochlorit, absorbiertem Gas, adsorbiertem Gas oder einer Kombination dieser Komponenten, die einen Mindestgasdruck von io~⁶ mm Quecksilbersäule erzeugen. Bewährt haben sich für die feste positive Elektrode 25 Kupferchlorid (CuCl₂-2H₂O) und Kohlenstoff, ferner Kupferbromid (CuBr₂) und Kohlenstoff sowie Ferrichlorid (FeCl₃) und Kohlenstoff, Jod (J₂) und Kohlenstoff, Caloiumhypochlorit (Ca(OCl)₂) und Kohlenstoff und von Aktivkohle adsorbiertes gasförmiges Chlor oder Brom.

Eine Trockenbatteriezelle mit einer negativen Elektrode aus Silber, einem Elektrolyt aus Silberchlorid und einer positiven Elektrode aus einem Gemisch von Kupferchlorid und Kohlenstoff liefert etwa o, S Volt, während eine Zelle mit einer negativen Elektrode aus Blei, einem Elektrolyt aus Bleichlorid und einer positiven Elektrode aus Aktivkohle und adsorbiertem Chlor etwa 1,5 Volt erzeugt. Andere Zusammenstellungen liefern zwischen diesen Werten liegende Spannungen.

Für die Herstellung der Trockenbatterie nach der Erfindung kann man folgendes Verfahren anwenden:

Zur Herstellung der negativen Elektrode 23 wird Silberfolie sorgfältig gereinigt, gefaltet und dann in einer Halogen, z. B. Chlor, enthaltenden Atmosphäre in einem elektrischen Ofen auf höchstens 400⁰ C erhitzt. Dadurch entsteht auf der Folie die Schicht 24 aus einem Metallhalogenid. Man kann aber die negative Elektrode 23 auch den Dämpfen einer Reihe verschiedener Halogenide aussetzen, um auf ihr mehrere Schichten, aus Metallhalogeniden niederzuschlagen. Die Folie wird dann wieder entfaltet, um ihre blank gebliebene Seite freizulegen, und auf diese wird dann eine gelochte Tafel aus Isolierstoff aufgebracht, in deren Löchern Kontakte 22 aus Kohlenstoff befestigt sind. Auf den aus dem Metallhalogenid bestehenden Überzug 24 der Silberelektrode 23 wird dann die positive Elektrode 25 in Gestalt einer Schicht aufgebracht, die aus einem festen Gemisch von Kohlenstoff mit einem Halogenid, Hypochlorit, adsorbiertem Gas oder einer Kombination dieser Komponenten be-

steht, ζ. B. aus einem Gemisch von Kohlenstoff und Kupferchlorid. Diese positive Elektrodenschicht 25 kann in Form einer Aufschwemmung mit absolutem Äthylalkohol aufgebracht werden, der als Lösungsmittel für das Kupferchlorid wirkt. Zum Aufbringen der positiven Elektrodenschicht 25 auf die Elektrolytschicht24 verwendet man zweckmäßig eine Maske, die die über die positive Elektrode 25 hinausragende freie Randzone der Schicht 24 abdeckt und eine Verunreinigung dieser Randzone durch die Aufschwemmung verhindert. Denn anr derenfalls könnte es geschehen, daß die Zellen durch Reste der positiven Schicht kurzgeschlossen werden, wenn die für die einzelnen Zellen bestimmten Scheiben aus der mit der Folie 23 bedeckten Isolierstofftafel 20 ausgestanzt werden.

Nach dem Abnehmen der Maske werden dann aus der mit der Folie belegten Tafel runde Scheiben, ausgestanzt. Diese Scheiben, bilden die ein,-zelnen Zellen 13, die aufeinandergestapelt in das Gehäuse 11 passen und die Batterie 10 bilden.

Die Stromdichte dieser Batterie ist durch den niedrigen Leitwert der festen Elektrolytschicht begrenzt und hängt von der Art, Struktur und Stärke der Elektrolytschicht, von der Art und dem Druck des reagierenden Gases, von der Porosität der positiven Elektrode und der Zellenfläche ab, aber auch von der Temperatur. Die Stromdichte bei Kurzschluß der Trockenbatterie beläuft sich z. B. bei Zimmertemperatur auf etwa 0,03 Milliampere pro cm², wenn die negative Elektrode aus Silber, die Elektrolytschicht von etwa 10 μ Stärke aus Silberchlorid und die positive Elektrode aus Kupferchlorid und Kohlenstoff besteht.

Nach Einsetzen der Trockenpillen 18 in die Kammern 16 der Pole 14 werden diese mit ihren Gummikissen 15 in die Enden des Gehäuses 11 eingefügt. Dann ist die Trockenbatterie fertig.

Man kann aber zur Herstellung der Zellen auch so vorgehen, daß man die Folie aus Blei oder Silber in eine Unterdruckkammer bringt und in dieser auf die eine Fläche der Folie ein Metallhalogenid aufdampft, das die feste Elektrolytschicht 24 bildet. Das Halogenid muß sich dabei chemisch mit dem Metall der Folie vertragen. Auf die Rückseite der Metallfolie wird dann eine gelochte Isolierstofftafel aufgebracht, in deren Löchern, die Kohlekontakte sitzen. Alsdann wird die feste positive Elektrodenschicht 25 aufgebracht.

Ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Zellen besteht darin, daß auf die negative Elektrodenschicht eine feste Elektrolytschicht und eine feste positive Elektrodenschicht aufgebracht wird. Diese Schichten werden dann unter Druck miteinander vereinigt, um eine aus mehreren Schichten, bestehende Tafel zu bilden, aus der dann die die Zellen 13 bildenden Scheiben ausgestanzt werden, Man kann die Zellen 13 auch einzeln als Strombzw. Spannungsquellen verwenden; sie erhalten zu diesem Zweck eine beliebige Form und Größe. Man kann auch mehrere mit Belegungen versehene oder aus aufeinander haftenden Schichten bestehende Bogen in einem Gehäuse übereinanderstapeln, um auf diese Weise eine; Trockenbatterie zu bilden. Will man eine Batterie von besonders gedrängter Bauart schaffen, so kann man die aufeinandergestapelten, mit Belegungen versehenen Bogen, zu einer zylindrischen Batterie aufwickeln, und in einem Gehäuse unterbringen.

Die stabförmige Trockenbatterie nach der Erfinr dung kann Spannungen bis zu mehreren hundert Volt je Zoll Länge liefern.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zelle für eine elektrische Batterie, deren feste negative und feste positive Elektrode durch einen Elektrolyt getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode (23) aus Silber oder Blei, die positive Elektrode (25) aus einem Gemisch von Kohlenstoff mit einem Halogenid, Hypochlorit, absorbiertem oder adsorbiertem Gas oder einer Kombination dieser Komponenten und der Elektrolyt aus einer festen, von einer oder mehreren Metallhalogeniden gebildeten Schicht (24) besteht.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer aus Silber bestehenden negativen Elektrode der feste Elektrolyt aus Silberbromid und die positive Elektrode aus einer Mischung von Kohlenstoff und Kupferbromid besteht.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode aus einem Gemisch von Calciumhypochlorit und Kohlenstoff besteht.

4. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode aus Aktivkohle besteht, die gasförmiges Chlor oder Brom adsorbiert enthält.

5. Zelle nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Elektrolytschicht eine Stärke von der Größenordnung von 10 μ hat.

6. Verfahren zum Herstellen einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silber- oder Blei folie mit ihrer einen Fläche einer erhitzten, Halogen enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt und dadurch mit einer Halogenidschicht überzogen wird, auf der alsdann die feste positive Elektrode angebracht wird.

7. Batterie aus Zellen nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (13) in elektrischer Reihenschaltung mit ihren Stirnflächen aneinanderliegend innerhalb eines aus Isolierstoff bestehenden Zylinders angeordnet sind, dessen Innenraum (12) nach außen abgedichtet ist, jedoch durch einen, Kanal (17) mit einer Kammer (16) in. Verbindung steht, die ein Trockenmittel (18), z. B. wasserfreies Kupfersulfat oder wasserfreies Magnesiumpersulfat, enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 737/122 12.56 (709 532/10 5. 57)