DE974306C - Galvanische Trockenbatterie - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 17. NOVEMBER 1960

E 406 IVa/21 b

Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanische Trockenbatterie mit einer Mehrzahl von flachen Zellenbestandteilen mit zusammengesetztenElektroden (Duplex-Elektroden), bei denen eine Kohleschicht von einer Zinkplatte getragen ist und die als Anode für eine Zelle der Batterie und als Kathode einer benachbarten Zelle wirken, wobei die zusammengesetzten Elektroden durch einen Separator und einen Depolarisatorkuchen voneinander getrennt und die flachen Bestandteile derart zusammengepackt sind, daß ein inniger Oberflächenkontakt zwischen ihnen gewährleistet ist.

Viele der bekannten Trockenbatterien, gleichgültig ob sie aus Flachzellen oder aus Rundzellen bestehen, haben den Nachteil, daß der Elektrolyt nach einiger Zeit oder unter bestimmten Voraussetzungen, wie bei schneller Entladung, aus den saugfähigen Teilen, die ihn enthalten, heraustritt. Auf diese Weise ergeben sich innere Kurzschlüsse, die bald zu einer Zerstörung der Batterie führen. ao

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine betriebssichere galvanische, aus einzelnen Bauelementen je nach gewünschter Spannung zusammengesetzte Trockenbatterie hoher Lagerfähigkeit zu schaffen, die ein »5 besonders günstiges Verhältnis von sowohl Gewicht als auch Volumen zu elektrischer Kapazität aufweist.

Es sind Versuche bekannt, die erwähnten Nachteile hinsichtlich der inneren Kurzschlüsse bei aus Flachzellen mit etwas hervorstehenden Elektroden hergestellten Batterien dadurch zu beseitigen, daß man die Batterie mit einer vollständig geschlossenen,

009 642/9

dünnen, elastischen Umhüllung aus Gummi od. dgl. umgeben hat. Auf diesen Überzug kann man dann eine zweite allseitig umschließende Umhüllung aus einem festigenden Material, z. B. natürlichem oder synthetischem Harz, Gummi, Teer oder Bitumen, aufbringen. Dieser bekannte Vorschlag ist indessen nicht geeignet, die Nachteile der bekannten Trockenbatterie aus Flachzellen zu beseitigen, weil die elastische Umhüllung die gesamte Batterie umgibt ίο und damit die Gefahr einer inneren Entladung durch Kurzschluß, die sich nach dem Austreten des Elektrolyten aus den saugfähigen Teilen ergibt, nicht mit Sicherheit vermieden wird.

Es ist ferner eine mit flüssigem Elektrolyten füllbare Naßbatterie bekannt, deren einzelneZellen aus schüsseiförmig gestalteten Elektroden aufgebaut sind, die an ihren isolierten Rändern durch einen Gummiring zusammengehalten werden. Dabei soll der Hohlraum der oberen Elektrodenschüssel als Gasausdehnungsraum dienen. Diese obere Elektrodenschüssel besitzt Löcher, die dazu dienen, Erregungsflüssigkeit in den Behälter einzuspritzen und damit das Element zu erregen. Dieser Vorschlag bietet für den Elektrolyten im Falle seiner Ausdehnung die Möglichkeit des Entweichens durch die Löcher, und. daher werden innere Kurzschlüsse innerhalb der Batterie bei diesem Vorschlag nicht vermieden. Der verwendete Gummiring soll zwar ein Zusammendrücken der einzelnen Teile jeder Zelle bewirken. Ein solcher lediglich durch den Gummiring selbst auf die Randteile der Elektrode ausgeübter Druck ist jedoch nicht ausreichend, um den erforderlichen Kontakt zu gewährleisten; zudem werden die einzelnen Zellen zur Formung eines Batteriestapels lediglich aufeinandergestellt. Eine solche Batterie besitzt nicht nur alle Nachteile, wie sie eingangs geschildert sind, es fehlt dabei auch an einem genügenden Kontakt zwischen den einzelnen Zellen sowie deren Bauelementen, der für eine gute Wirksamkeit entscheidend ist. Fernerhin kann diese bekannte Batterie nur in senkrechter Lage benutzt werden, da die Einfüllöffnungen oben liegen.

Weiter ist ein Vorschlag bekanntgeworden, bei welchem eine mit flüssigem oder pastösem Elektrolyten füllbare Flachzelle durch einen den Elektrolytraum gewährleistenden Rahmen dieMöglichkeitder Trennung der Flachelektroden bietet, wobei die einzelnen Flachzellen von einer isolierenden Schutzhülle aus Öl- oder Lackpapier umgeben sind, die über den Rahmen gefaltet ist. Hierbei handelt es sich um einen von dem Normaltyp einer Trockenbatterie abweichenden Elementenaufbau. Abgesehen hiervon fehlt es bei diesem Vorschlag an einer Möglichkeit, die Gefahr des Austritts des Elektrolyten aus der Zelle zu verhindern, um so mehr als keine Vorkehrungen für eine elastische Ausdehnungskammer getroffen sind.

Es sind schließlich Trockenbatterien mit flachen Zellenbestandteilen bekannt, bei denen sogenannte Duplex-Elektroden, d. h. Elektroden verwendet werden, bei denen eine Zinkplatte mit einer elektrolytundurchlässigen, haftenden, leitenden Kohleschicht überzogen ist. Die bekannten Batterien bestehen aus einem Stapel, in dem solche Duplex-Elektroden durch einen Separator und einen Depolarltorkuchen voneinander getrennt sind und durch Papierstreifen zusammengezogen sind. Der ganze Stapel ist in einen Karton eingesetzt und von einer bituminösen Masse, die in den Karton eingegossen ist, fest eingeschlossen, wobei poröse eingesetzte Kohlestäbe der Gasableitung dienen. Eine derartige Batterie ist nur in vergleichsweise großen Abmessungen mit beschränkter Leistung herzustellen, muß eine dicke Bitumenwandung haben und besitzt daher ein hohes Gewicht und Volumen.

Es ist ferner eine Flachzellenbatterie in Stapelform· bekannt, bei der einzelne Zellenbestandteile von einer isolierenden und undurchlässigen Schicht flanschartig umhüllt sind. Hierbei sind jedoch die umhüllten Zellenbestandteile durch eine an ihren Rändern freiliegende Platte aus gepreßter Baumwolle voneinander getrennt, so daß beim Zusammenpassen der Elektrolyt durch diese Baumwollschicht herausgedrückt werden kann.

Gemäß der Erfindung sind die flachen Zellen, die je aus einer zusammengesetzten Elektrode (Duplex-Elektrode) mit außenliegender elektrolytundurchlässiger Kohleschicht, Separator und Depolarisatorkuchen bestehen, an ihrem Umfang von einer ringartigen, dehnbaren, elektrolytundurchlässigen, hautartigen Hülle umfaßt, deren Ränder die zusammengesetzte Elektrode und den zugehörigen Depolarisatorkuchen jeder Zelle über einen Randbereich überlappen, zur Erzielung der gewünschten Spannung zu einemBatteriestapelzusammengezogenundzusammengebunden, wobei die Zellen gegeneinander dadurch dicht abgeschlossen sind, daß die überlappenden Ränder der dehnbaren Hüllen jeweils zwischen der Elektrode einer Zelle und dem Kuchen der benachbarten Zelle eingeklemmt sind.

Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, jeder der einzelnen, die Batterie zusammensetzenden Zellen einen dehnbaren Aufnahmeraum für den aus ihren saugfähigen Zellenbestandteilen sich ausdehnenden Elektrolyten oder für sich im Betrieb entwickelnde Gase zuzuordnen, also dafür zu sorgen, daß trotz einer solchen Ausdehnung des Elektrolyten und etwa entstehender Gase kein Übertritt zu den Elektrolyträumen benachbarter Zellen erfolgt. Damit wird mit Sicherheit jeder innere Kurzschluß vermieden, weil dem Elektrolyten und den Gasen Gelegenheit gegeben wird, sich auszudehnen, ohne daß ihre Ausdehnungskraft zu einem Bersten der Zelleneinheit oder dazu führt, einen Kontakt mit einer benachbarten Zelleneinheit zu schaffen. Der für den Zusammenbau der Trockenbatterie notwendigerweise anzuwendende Druck sorgt dafür, daß die einzelnen Flansche der Hüllen aus nachgiebigem Material derart an die benachbarten Zellenbestandteile angepaßt werden, daß ein Flanschdichtungseffekt entsteht. Der axiale Druck sorgt gleichzeitig dafür, daß sowohl die Zellengruppen als auch ihre Bestandteile in einem innigen Kontakt miteinander gehalten werden, was für die Funktion der Batterie von wesentlicher Bedeutung ist. In dieser Beziehung ist es besonders förderlich, daß die Flanschdichtung mit einem nachgiebigen, eindrückbaren Material, nämlich der Depolarisatormasse, zusammenwirkt.

Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, eine Batterie relativ kleiner Abmessungen mit hohem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer zu erhalten.

Die Batterien gemäß der Erfindung sind gut für

5- tragbare Nachrichtengeräte und Schwerhörigengeräte geeignet. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß diese Batterien leicht in Massenproduktion in Stapeln von verschiedenen Spannungen hergestellt werden können.

ίο Die Erfindung ist fernerhin nicht darauf beschränkt, daß die Hülle im Normalzustand eng an den Außenkanten der von ihr umschlossenen Zellenbestandteile anliegt, weil die Abdichtung im Gebiet der einwärts übergreifenden Hüllenabschnitte gewährleistet ist; der außerhalb der umschlossenen Zellenbestandteile befindliche Teil der Hülle kann vielmehr im Abstand vom Umfang der saugfähigen, elektrolythaltigen Zellenbestandteile angeordnet sein, um von vornherein einen Ausdehnungsraum für den Elektrolyten zwischen der Hülle und den Kanten dieser Zellenbestandteile zu schaffen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen erkennbar. Es zeigt

Fig. ι einen Teilquerschnitt durch eine Gruppe von Zellenbestandteilen mit den Merkmalen der Erfindung. Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform einer Hülle vor dem Aufbringen auf eine Gruppe von Zellenbestandteilen,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht einer umhüllten Gruppe von Zellenbestandteilen,

Fig. 4 eine Teilseitenansicht einer Ecke einer umhüllten Gruppe von Zellenbestandteilen als Beispiel einer geeigneten Eckfaltung der Hülle, Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 mit einer anderen Eckfaltung der Hülle und

Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch eine Mehrzahl von aneinanderliegenden Gruppen von Zellenbestandteilen gemäß Fig. 1 und 4.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es bedeutet : Z die negative Zinkelektrode, S den Elektrolytträger bzw. Scheider, M die Depolarisatorschicht, C die positive Kohleelektrode und W die Hülle, die erfindungsgemäß aus elastisch - dehnbarem Material, z. B. natürlichem oder künstlichem Gummi, besteht. Die Hülle W muß zwecks Erfüllung ihrer Erfindungsaufgabe dünn, biegsam und elektrolytundurchlässig sein und ausreichende mechanische Festigkeit besitzen. Als brauchbare Materialien erwiesen sich unter anderem eine mit handelsüblichem Isolierkautschuklack zusammengeklebte Verbundfolie aus 0,1 mm starker, feuchtigkeitsdichter, regenerierter Zellulose, fernerhin 0,05 bis 0,07 mm dicke Folien aus Kunstharzen der Vinyl- und Styrylgruppe und deren Mischpolymere, z. B. aus Vinylchlorid, Vinylacetat oder Vinylacetonat, oder Streifen aus dünnen, kautschukartigen Materialien, wie Kautschuk und kautschukähnlichen Stoffen, wie Kunstkautschuk oder plastifiziertes Polyvinylchlorid.

Die Hülle kann auf irgendeine geeignete und bequeme Weise geformt und aufgebracht werden. Beispielsweise kann ein Streifen an seinen Enden überlappt, verklebt und zu dem in Fig. 2 dargestellten, endlosen Band gefaltet werden, dessen Abmessungen den Umfangsausmaßen der zu umhüllenden Gruppe von Zellenbestandteilen entsprechen. Nach dem Aufbringen werden die über die Umfangskanten zunächst hinausstehenden Hüllenflächen auf die freien Flächen der Gruppe von Zellenbestandteilen heruntergefaltet und gegebenenfalls dort angeklebt. Hierbei haben sich als Klebstoff für Viscosehüllen eine Mischung von 80 Gewichtsteilen Harz und 20 Gewichtsteilen Rizinusöl und für Kautschukhüllen die handelsüblichen Kautschukklebstoffe als geeignet erwiesen. Der Hülleneinschlag darf nicht zu breit sein, um die freien, aktiven Zellenbestandteilflächen nicht unzulässig zu verkleinern und eine ausreichend große Kontaktfläche mit der Nachbargruppe frei zu lassen.

Bei eckig gestalteten Flachzellen muß für gute Abdichtung an den Eckfalten gesorgt werden. An Stelle der normalen Überlappung gemäß Fig. 4 wird vorzugsweise die in Fig. 5 dargestellte verwendet, bei der alle möglichen Wege vom Zelleninneren her in Öffnungen enden, die weitmöglichst von der Ecke entfernt liegen.

Bei Verwendung von Hüllen aus kautschukartigem dehnbarem Material kann der Hüllenumfang beträchtlich kürzer als der Umfang der zu umhüllenden Gruppe von Zellenbestandteilen gehalten werden. Eine solche Hülle wird in gerecktem Zustande über die Kanten der Gruppe der Zellenbestandteile hinübergezogen und umschließt diese dann beim Entspannen infolge ihrer Elastizität faltenlos. In diesem Falle ist auch ein Ankleben der die Zellenbestandteilsflächen übergreifenden Hüllenabschnitte unnötig, da diese beim Zusammenbau der Batterie wie eine Flanschendichtung wirken. Der elektrolytundurchlässige und elektrisch leitende Kohleüberzug C wird vor dem Aufbringen der Hülle auf die freie Seite der Zinkelektrode Z in an sich bekannter Weise aufgebracht, indem eine klebrige Mischung aus 170 Gewichtsteilen Harz, 30 Gewichtsteilen gekochtem Leinöl und 400 Gewichtsteilen Kohlenstoffteilchen einer Körnung, die durch Siebe mit 0,5 und 0,15 mm Maschenweite hindurchgehen, als solche oder als vorgeformte Tafel auf das erwärmte Zinkblech aufgewalzt wird.

Der mit der andern Seite der Zinkelektrode in Berührung stehende Scheider S kann aus einer Tafel aus Zellstoffpappe oder ähnlichem saugfähigem Material bestehen, die zwecks sicherer Trennung von Zinkelektrode Z und Depolarisatormasse M zweckmäßig, wie in Fig. 1 dargestellt, ein etwas größeres Format besitzt und zinkseitig den üblichen Aufstrich aus Mehloder Stärkekleister trägt. Auf der anderen Seite des Scheiders S ist ein Kuchen aus üblicher Depolarisatormasse M angeordnet, der etwa das gleiche Format wie die Zinkelektrode Z hat.

Infolge des etwas größeren Formats des Scheiders S legt sich die Hülle, wie insbesondere aus Fig. 1 erkennbar ist, nicht überall fest an die Außenkante der von ihr umschlossenen Gruppe von Zellenbestandteilen an, sondern bildet in erwünschter Weise von Anfang an einen Ausdehnungsraum N, in den etwa aus dem Scheider austretender Kleister und Elektrolyt ausweichen kann.

Die aus Kautschuk bestehende Hülle W überlappt die Kohleschicht C, deren freie Fläche ebenso wie die der Depolarisatormasse M im Gebiet innerhalb der Hüllenüberlappung etwas erhaben profiliert ist, um einen sicheren elektrischen Kontakt nach den benachbarten Gruppen von Zellenbestandteüen hin zu gewährleisten. Eine solche umhüllte Gruppe von Zellenbestandteilen ist nach Fertigstellung ein selbsttragendes und leicht zu handhabendes Halbfabrikat, das je ίο nach Bedarf mit beliebig vielen gleichartigen Gruppen von Zellenbestandteüen zu einem Batteriestapel gewünschter Spannungsleistung vereinigt werden kann. Hierbei stellt, wie aus Fig. 6 erkennbar ist, jeweüs die leitende Kohleschicht C den Reihenschlußkontakt zwischen der Zinkelektrode der einen Gruppe von Zellenbestandteüen und der Depolarisatormasse M der — bildlich linksseitig — benachbarten Gruppe her. Ein solcher Batteriestapel kann an seinen Enden durch geeignete steife Glieder gestützt und versteift und in an sich bekannter Weise durch Längsbänder geeigneter Art, z. B. Streifen aus Gewebe oder Papier, zusammengehalten werden, wobei er vor oder während des Zusammenschließens unter hinreichenden Axialdruck gesetzt wird. Dieser Druck soll möglichst so groß sein, daß der Hülleneinschlag in die Depolarisatormasse M eingebettet oder versenkt und flüssigkeitsdicht an den benachbarten, nicht saugfähigen Zellenbestandteil angepreßt wird.

Zweck sicherer Vermeidung von Verdunstungsverlusten wird der fertige Batteriestapel vorzugsweise durch Tauchen oder Spritzen mit einem geschlossenen, feuchtigkeitsfesten Überzug versehen und notfaUs zum mechanischen Schutz in einen Behälter eingesetzt. Bei Verwendung einer Kautschukhülle sind diese Sicherungsmaßnahmen unter Umständen unnötig, oder es

genügt ein Überzug aus ölfreiem Paraffin.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Galvanische Trockenbatterie mit einer Mehrzahl von flachen Zellenbestandteüen mit zusammengesetzten Elektroden (Duplex-Elektroden), bei denen eine elektrolytundurchlässige Kohleschicht von einer Zinkplatte getragen ist und die als Anode für eine Zelle der Batterie und als Kathode einer benachbarten Zelle wirkt, wobei die zusammengesetzten Elektroden durch einen Separator und einen Depolarisatorkuchen voneinander getrennt und die flachen Bestandteile derart zusammengepackt sind, daß ein inniger Oberflächenkontakt zwischen ihnen gewährleistet ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß diese flachen Zellen, die an ihrem Un^- fang von einer ringartigen, dehnbaren elektrolytundurchlässigen, hautartigen Hülle umfaßt sind, welche die zusammengesetzte Elektrode und den zugehörigen Depolarisatorkuchen jeder Zelle über einen Randbereich überlappt, zu einem Batteriestapel gewünschter Spannung zusammengezogen und zusammengebunden sind, wobei dadurch ein dichter Abschluß erreicht ist, daß die überlappenden Ränder der dehnbaren Hüllen jeweils zwischen der Elektrode einer Zelle und dem Kuchen der benachbarten Zelle eingeklemmt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschriften Nr. 19 523, 60 860,304545, 744, 485 004, 490 775, 494 718, 656 311, 661 619, 727327;

   schweizerische Patentschriften Nr. 87271, 134737; französische Patentschriften Nr. 21 841, 363 135, 912, 566 969, 647 985, 771 012, 808 867, 823 499; 374;

   britische Patentschriften Nr. 284 626, 423165, 487294, 536869;

   kanadische Patentschrift Nr. 393 903;

   USA.-Patentschrif ten Nr. 395 028,491878,1 508 987, ι 613 585, ι 797 161, ι 821 008, ι 899 615, ι 916 698, ι 920 151, 2 040 255, 2 146 377, 2 283 379, 2 416 576;

   Transactions of the Electrochemical Society, Vol. LXVIII, 1936, S. 219/220.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 642/9 11.60