NO123788B - - Google Patents

Description

Galvanisk tørr-element.

Denne oppfinnelse vedrører primære galvaniske celler i alminnelighet og spesielt de av den såkalte tørre type.

Den vanlige type tørrbatterier som har vært anvendt i mange år, består vanligvis av en ikke-forbrukbar kullkatode og en forbrukbar metallisk anode, vanligvis sink, som også tjener som beholder for cellen. En depolariseringsblanding som inneholder f. eks. mangandioksyd med acetylen kjønn-røk, og en elektrolytt som f. eks. sinkklorid og ammoniumkloridoppløsning, er innsatt i cellen mellom anoden og katoden, med et svampaktig materiale, som f. eks. stivelses-klister eller papir plasert mellom anoden og depolariseringsblandingen for å forhin-dre elektrisk kontakt mellom anoden og blandingen mens der tillates pasasje av ioner.

Selv om den vanlige konstruksjonen ved de kjente tørrbatterier fremviser mange ønskverdige trekk, besitter disse celler den lenge erkjente ulempe at den konsum-bare metalliske anoden som anvendes som beholder for cellen, hyppig blir gjennomhullet og tillater væske fra cellen å lekke ut og forårsake ødeleggelse av det apparat hvori cellen anvendes.

Mange innretninger er blitt foreslått for å overkomme de ødeleggende resultater som en gjennomhullet anodisk beholder kan medføre, som f. eks. å stenge cellen inne i en ytterligere mantel av metall eller med en fuktighetsugjennomtrengelig papp.

Andre forsøk på å løse problemet i forbindelse med lekkasje har resultert i ut-viklingen av de såkalte «innsiden-ut»-batterikonstruksjoner dvs. at en ikke-konsu-merbar katode anvendes som beholder idet en metallisk anode plaseres inne i cellen. Slike «innsiden-ut»-konstruksjoner er vist i US patentene 2 605 299 og 2 628 261.

Vanskeligheten og omkostningene ved oppnåelsen av ikke-konsumerbare tette og f uktighets-ugj ennomtrengelige katodebe-holdere for slike celler har vært en av de begrensende faktorer for deres anvendelse. Kjønnrøk-kopper, passende behandlet for å redusere deres permeabilitet overfor vann og vanndamp kan anvendes men er for dyre for å kunne anvendes i alminnelighet. En spesiell fremgangsmåte for å fremstille beholdere for slike celler er vist i US patent nr. 2 605 300. Katodeelementene fremstillet ifl. dette patent har den ulempen imidlertid at de mangler tilstrekkelig styrke for å kunne anvendes som selvbærende beholdere. Videre er fremgangsmåten be-grenset til visse spesielle materialer.

En annen mangel ved de såkalte «innsiden-ut»-batterikonstruksjoner som hittil har vært på markedet, er at en oppnår ikke en lik avstand mellom anoden og katoden for å kunne oppnå en jevn strømtetthet over katodenes totale aktive overflate.

Et hovedformål ved den foreliggende oppfinnelsen er å fremskaffe et nytt og forbedret lekkasjesikkert tørrbatteri som kan fremstilles billig og som kombinerer fordelen ved de vanlige «innsiden-ut»-tørr-battericeller.

Et spesielt formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et tørrbatteri hvor avstanden mellom anoden og katodeoppsamler-elementet er redusert til et minimum.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et tørrbatteri hvor det effek-tive anodeareal er brakt til et maksimum.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en tørrbattericelle hvor der ikke forekommer noen reduksjon av anodearealet under cellens utladning.

Et ytterligere formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et tørrbatteri hvor anode-korrosjonen er i det vesentlige likeartet eller ens over hele anodearealet.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et tørrbatteri hvor en i det vesentlige ensutnyttelse av depolariserings-materialet finner sted og hvor utnyttelsen av depolariseringsblandingen er brakt til et maksimum.

Et viktig formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe et tørrbatteri hvor hele eller i det minste den vesentlige delen av be-holderen er motstandsdyktig mot påvirk-ning fra elektrolytten slik at batteriet er tett.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en i høy grad ledende selvbærende kullholdig beholder som, uten særskilte vanntettende behandling, er tilstrekkelig ugjennomtrengelig slik at den kan motstå enhver gjennombrytning av elektrolytten og videre at den kan hindre tap av fuktighet som følge av fordunst-ning.

Et trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelsen av en tørrcellebatterikonstruk-sjon hvor elektrolyttkonsentrasjonen vil forbli i det vesentlige jevn eller ens over hele anodens overflate og således videre at der dannes såkalte «konsentrasjonsceller» som forårsaker en aksellerert korrosjon av anodemetallet.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelsen av et tørrcellebatteri hvor anoden ikke behøver å ha noen konstruksjonsstyrke og som derfor kan i det vesentlige eller fullstendig bli forbrukt.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelsen av et tørrcellebatteri hvor der tilveibringes optimum grad av amalgering av anoden for således å minimali-sere korrosjonen og følgelig øke batteriets ytelsesevne.

Et annet trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelsen av en tørrcellebatterianode-konstruksjon uten skarpe krumninger. Dette reduserer muligheten av en spenningskorrosjon.

Et viktig formål for oppfinnelsen er tilveiebringelsen av et tørrcellebatteri som vil fremvise en lengre levetid på lager, og bedre karakteristikker ved små og store ytelser enn lignende standard trekk eller «innsiden-ut»-batterier som i dag er på markedet.

Et trekk ved oppfinnelsen er tilveiebringelsen av en konstruksjon som resulterer i usedvanlig lav indre motstand, noe som gjør cellen usedvanlig velegnet for sterkstrømsanvendelser som f. eks. fotoblitzlamper.

Ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er det et viktig formål å tilveiebringe en ny og økonomisk metode for å fremstille selvbærende, koppformete kull-katoder.

Et ytterligere område for oppfinnelsen er det formål å tilveiebringe en ny og forbedret koppformet kullkatode som fremviser en vesentlig konstruksjonsstyrke, lav permeabilitet og usedvanlig lave mot-standskarakteristikker.

Et batteri ifølge oppfinnelsen består av en første kullholdig katode anbrakt stort sett konsentrisk omkring en annen kullholdig katode og elektrisk forbundet til denne, samt en anode anbrakt mellom katodene og stort sett konsentrisk med disse, og batteriet ifølge oppfinnelsen er i første rekke karakterisert ved at den første katoden er selvbærende og koppformet, og at den andre katoden er utformet som en stang som stikker opp fra koppens bunn og som strekker seg langs koppens lengdeakse.

Ved en foretrukken utførelsesform for batteriet ifølge oppfinnelsen er den første katoden utformet som en kullstang anbrakt stort sett langs lengdeaksen i den andre katoden som er utformet som en kullkopp. Kullstangen kan være i ett stykke eller passende festet til bunnen av kullkoppen. Ved denne utførelsesform for oppfinnelsen er anoden sirkelformet og er i det vesentlige konsentrisk med koppen og stangen. Et passende svampaktig materiale er påført anoden for å hindre direkte kontakt mellom anoden og batteriblandingen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives detal-jert med henvisning til de hosstående teg-ninger, hvor

fig. 1 er et sentralt snitt gjennom en utførelsesform for kullkatoden ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et grunnriss sett fra bunnen

av koppen vist på fig. 1,

fig. 3 er et snitt gjennom toppkontakt-elementet utformet for å passe over top-

pen av koppen vist på fig. 1, idet snittet er tatt langs linjen 3—3 på fig. 4,

fig. 4 er et grunnriss av kontaktele-mentet vist på fig. 3,

fig. 5 er et sentralt tverrsnitt gjennom en annen type kullkatode konstruert ifølge oppfinnelsen,

fig. 6 er et grunriss sett fra bunnen av katoden vist på fig. 5,

fig. 7 er et sideriss delvis i snitt av en form av anodekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen,

fig. 8 er et grunnriss av anoden vist på fig. 7,

fig. 9 er et sentrisk langsgående tverrsnitt gjennom en annen type anode ifølge oppfinnelsen,

fig. 10 er et grunnriss av anoden vist på vist 9,

fig. 11 er et perspektivriss av anoden vist på fig. 7 pålagt et belegg av svampaktig materiale,

fig. 12 er et grunnriss av en tetnings-stoppskive,

fig. 13 er et snitt langs linjen 13—13 på fig. 12.

Fig. 14 er et snitt av et sammensatt batteri ifølge oppfinnelsen,

fig. 15 er et grunnriss sett fra bunnen av det sammensatte batteri vist på fig. 14,

fig. 16 er et detalj riss i større måle-stokk av en del av anoden som vist på fig. 14 og som viser det svampaktige belegg,

fig. 17 er et snitt langs linjen 17—17 på fig. 18 og som viser en ovn ifølge oppfinnelsen og som er passende for å utvirke fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 18 er et grunnriss av ovnen vist på fig- 17,

fig. 19 er et snitt langs linjen 19—19 på fig. 20 og som viser den beskyttende ring som kan støpes til bunnen av batterikoppen ifølge oppfinnelsen,

fig. 20 er et grunnriss av ringen vist på fig. 19,

fig. 21 er et grunriss sett nedenfra av en modifisert form for en kullkatodekon-struksjon ifølge oppfinnelsen, og

fig. 22 er et snitt av en katodekonstruksjon som vist på fig. 21 langs linjen 22—22 på fig. 21.

Med henvisning til tegningene og spesielt til fig. 1 og 2 fremgår det at kullkatoden ifølge oppfinnelsen kan utformes som en samlet del med en sylindrisk yttervegg 20, en stengt ende 21, og en sentrisk stangdel 22 som strekker seg langs den langsgående aksen til koppen 20 fra den stengte enden 21. Enden 21 kan utføres med en oppovergående sentrisk blokk 23 som tjener som kontakt. En tynnvegget metallkappe 24 (fig. 3) er gitt en form i sterk overensstemmelse til formen av den stengte enden 21 og er utført slik at den kan presspasses over den stengte enden 21. Sylinderen 24 er utstyrt med en blokk 25 som svarer til blokken 23 og som tjener som batteriets positive kontakt.

Ved den modifiserte katodekonstruksjon, vist på fig. 5 og 6, er der tilveiebrakt en sylindrisk yttervegg 26 og en stengt ende 27 i ett med veggen 26. Endeveggen 27 er utstyrt med et sentrisk plasert sirku-lært hull i hvilket kan passes en sylindrisk stang 28. Stangen 28 som strekker seg langs lengdeaksen til sylinderen 26 og som er konsentrisk med denne, strekker seg forbi endeveggen 27. En metallhette 29 kan tilveiebringes på den ytre enden av stangen 28 og tjene som batteriets positive kontakt. For å tilpasse sidene på kappen 29 og også for å holde denne fast til stangen 28, kan endeveggen 27 utføres med en skulder 28, mot hvilken den åpne enden på kappen 29 festes. Den åpne enden på den sylindriske veggen 26 strekker seg forbi enden av stangen 28 for å lette batteriets sammensetning. Hvis ønsket, kan utformingen av katodekonstruksjonen vist på fig. 5 og 6, være lik med den vist på fig. 1 og 2, og hetten 21 kan i så fall gjøres identisk med sylinderen 24.

Anoden vist på fig. 7 og 8 er en sirkelformet langstrakt sylinder 30, åpen i en ende og stengt ved den andre ved en bunnvegg 31 som kan være utført i ett stykke med veggen 30 eller kan være festet til denne ved hjelp av lodding. Bunnveggen 31 tjener som batteriets negative kontakt og behøver ikke være av samme type metall siden det ikke utgjør noen del ved de kjemiske reaksjoner som er nødvendige for å fremskape den elektriske strøm. Hvis ønsket, kan bunnveggen 31 sløyfes forutsatt at der anordnes elektrisk kontakt mellom sylinderen 30 og batteriets negative kontakt og forutsatt at sentret på anoden er forseglet på en eller annen måte. Ved denne anodekonstruksjon er der tilveiebrakt en langsgående slisse 32 som strekker seg fra den åpne enden på anoden og til et punkt langs sideflaten som i det minste svarer til den maksimale neddykking av anoden i batteriblandingen og som fortrinnsvis strekker seg henimot bunnveggen 31.

Anoden vist på fig. 9 og 10 er lignende den vist på fig. 7 og 8 men er fortrinnsvis utformet i ett stykke med de sylindriske sideveggene 33 og bunnveggen 34. Denne anodetype er ikke utført med den langsgående slissen 32, men den kan utføres med en kort slisse eller hull, som ikke er vist i sideveggen 33 og nær bunnen 34 for ven-tilering av luften på innsiden av anoden under cellens montering og for sammen-knytning av rommene 47 og 47' på fig. 14. Denne slisse eller dette hull skal være slik plasert at det er på innsiden av den ferdig-monterte battericellen, eller enhver del av slissen som er åpen til cellens utside må segles av etter at battericellen er satt sammen. Det skal forstås at det også kan være mulig å anbringe et ventilhull i bunnveggen 34 som kan komme til nytte under battericellens sammensetning og deretter for-segles på en passende måte.

Som vanlig ved tørrcellebatterikon-struksjon er anoden eller i det minste den delen av denne som strekker seg inn i batteriblandingen, utstyrt med en skillevegg av svampaktig materiale, som f. eks. papir eller gelatin, for å hindre direkte kontakt mellom batteriblandingen og den metalliske anoden. Det svampaktige materiale kan påføres anoden ved påvikling, påsprøyt-ning, neddykking eller andre passende måter, heretter i beskrivelsen kalt «belegg» eller «påstrøket». Som vist på fig. 11 kan et klebende svampaktig papir påføres den slissete anoden vist på fig. 7 ved hjelp av påvikling. Et sammenhengende stykke papir kan anvendes for å belegge alle anodens overflater (både innsiden og utsiden) som kan komme i kontakt med batteriblandingen. En stoppskive 36 (fig. 12 og 13) som . kan lages av et fiberaktig eller annet passende elektrisk isolerende materiale, kan anvendes som skillevegg mellom den ytre katoden og anoden, og også tjene som en del av batteriets bunnvegg.

Fig. 14 og 15 viser et ferdigmontert tørrcellebatteri med en kullkatodekon-struksjon 40 konstruert som vist på fig. 1 og med en forbrukbar metallisk anode 42 konstruert som vist på fig. 9. Katodekonstruksjonen 40 består av et sylindrisk første katodeelement 41, en stengt ende 43, og en sentrisk stang 43 som danner et annet katodeelement. En metallhette 44 som har en kontaktutformet blokk 45 er anbrakt over den stengte enden 43. Den sylindriske anoden 42 er konsentrisk med sylinderen 41 og stangen 43 og er plasert inne i det sirkelformige rom mellom disse katodeelementer. Resten av det sirkelformige rom, med unntagelse av luftrommene 47 og 47', tilstøtende den åpne enden av katodekonstruksjonen 40 og den stengte enden på anoden, er fylt med batteriblandingen 48. Ved uttrykket «batteriblanding» er ] ment depolariseringsmiddelet, elektrolytten og ethvert annet kjemisk stoff som kan

utgjøre en del av et primært batteri. Rommene 47 og 47' er utformet som et sted for mottagelsen av væsken som lekker ut ved utladning av cellen. Et rom 46 kan tjene samme formål. Batteriblandingen er fortrinnsvis pakket sammen på en forholdsvis kompakt måte, og det vil i alminnelighet ikke være nødvendig å anbringe en stoppeskive for å hindre at blandingen går inn i rommene 47 og 47'. Som det best ses av fig. 16, kan den metalliske anoden 42 være utstyrt med et passende svampaktig belegg 50 som hindrer direkte kontakt mellom anoden og batteriblandingen. Det svampaktige materiell behøver bare dekke de deler av anoden som strekker seg inn i batteriblandingen men vil i alminnelighet også dekke et ytterligere grenseområde for å oppnå sikkerhet mot kontakt mellom anoden og blandingen. Resten av anodekonstruksjonen tjener bare som elektrisk kontakt og for å stenge batteriet. Således ved fig. 14 tjener den stengte enden 51 på anoden 42 som batteriets negative kontakt og tjener også som en del av batteriets

bunnstempel. En fiberaktig eller annen passende isolert stoppskive 52 av type vist på fig. 12 og 13 tjener å avdele bunnen av anoden 42 fra bunnen av sylinderen 41 på en passende måte og tjener også til å stenge resten av bunnenden på batteriet. Hvor stoppskiven 52 er forbundet med anoden og med katoden, skal der fortrinnsvis være en tett og lekkasjefri forbindelse. Stoppskiven kan være limet på plass eller kan være presspasset over anoden og holdes mot katoden ved hjelp av en passende ytre mantel. På fig. 14 er vist en sylinder 54 som omhyller eller omslutter sylinderen 41 og som har en innovervendende leppe eller flenskant 53 som ligger an mot stoppskiven 52 og som holder denne på plass. Alternativt kan der anvendes andre forseglende midler eller andre måter å fremskaffe en tettende forbindelse mellom stoppskiven og anoden og/eller katoden. Sylindren 54, som kan være av papir, plast eller annet passende materiale (f. eks. celluloseacetat-plast) tjener i første rekke som et ytre deksel og kan sløyfes hvis ønsket. For visse formål kan imidlertid et ytre deksel som i seg selv er en elektrisk isolator, og som er isolert fra katoden, være ønskelig. Fortrinnsvis er en innovervendende leppe eller flens 55 tilveiebrakt i den andre enden av sylinderen 54. Stoppskiven 52 bør være ugjennomtrengelig for væsken som vil lekke ut i luftrommet 47 når batteriet ut-lades. Stoppskiven 49 kan på den annen side være porøs eller gjennomtrengelig. Stoppskiven 49 kan sløyfes og anoden kan

hindres fra å komme i kontakt med katoden simpelthen ved å ha et passende mel-lomrom mellom disse. Det skal også forstås at hele anodens omkrets behøver ikke stikke gjennom bunnforseglingsélementet 52, men at en enkelt skive kan anvendes for å forsegle hele bunnen av cellen, med et passende kontaktområde på skiven i elektrisk forbindelse med anoden og passende isolert fra katoden.

Den utvendige diameter til katodeelementet 41 vil vanligvis velges slik at den svarer til den størrelse som er vanlig brukt for angjeldende batteristørrelse. Veggen til katodeelementet 41 er fortrinnsvis utført så tynn som er forenlig med fremstillingsteknikken og med kravene til konstruk-sjonsstyrken. Hvis veggen er utført tykkere enn nødvendig, vil rommet for batteriblandingen bli tilsvarende forminsket, noe som i alminnelighet er lite ønskelig. På lignende måte er stangdelen 43 som utgjør et annet katodeelement, fortrinnsvis utført så tynt som mulig i overensstemmelse med fremstillingsteknikken. I alminnelighet vil delen 43 være tykkere når den er utført i ett stykke med resten av katodekonstruksjonen enn når den er et særskilt innskjøvet element av typen vist på fig. 5. Ved en type batterikonstruksjon, som har vist seg meget anvendbar, er avstanden mellom den ytre veggen på katodeelementet 43 og innerveggen på anoden 42 utført lik med avstanden mellom den ytre veggen på anoden 42 og innerveggen på katodeelementet 41. På denne måten er anode/katodeavstanden konstant over hele batteriet, noe som kan være meget fordelaktig ved visse situasjo-ner. Imidlertid vil det volum av batteriblandingen som er anbrakt mellom katodeelementet 43 og anoden, være mindre enn det volum batteriblanding som er anbrakt mellom katodeelementet 41 og anoden.

Ved en annen batterikonstruksjon er diameteren til anodeelementet 42 valgt slik at like volumer batteriblanding vil være anbrakt mellom anoden og hvert av katodeelementene. Det er antatt at denne kon-struksjonsform vil fremhjelpe en jevn og mer fullstendig utnyttelse av depolariseringsblandingen.

Ved en ytterligere batteritypekonstruk-sjon, og spesielt ved en katodekonstruksjon av den typen som er vist på fig. 5, kan den elektriske motstanden til den sentriske katoden eller stang gjøres lik med den elektriske motstanden til det ytre katodeelement eller kopp (ved en passende konstruksjon av det sentrale katodeelement) og således tilveiebringe like spenningsfall langs katodeelementene. En slik konstruk-sjonsform vil i alminnelighet medføre bruken av en kullstang laget av et grafitisk materiale, fordi grafitens større lednings-evne vil utbalansere den lave motstanden som resulterer av en større diameter av det ytre katodeelement. En meget ledende sentrisk katode har fordelen at den krever en liten diameter, og således fremskaffer et større rom for batteriblandingen. Ved å velge en passende diameter for anodeelementet kan anode/katodeavstandene gjø-res like eller anode/katodebatteriblan-dingsvolumene kan gjøres like. Ethvert annet ønskelig rom eller avstandsforhold kan anvendes.

Det skal forståes at diameteren for anoden kan velges for å møte spesielle be-hov m.h.t. de driftskrav som batteriet konstrueres for. I alminnelighet vil anodetyk-kelsen velges med tanke på en i det vesentlige fullstendig utnyttelse av sinken eller et annet metall som tjener som anode, fordi anoden ikke behøver å fremvise noen konstruksjonsstyrke. Også fordi anoden ikke behøver å ha noen styrke, kan en anvende et anodisk metall med høy renhet og en optimum mengde amalgering kan anvendes for således å redusere korrosjonen til et minimum.

Ved en utførelsesform for oppfinnelsen kan batteriet konstrueres med et symme-trisk arangement av anoden og katoden. Ved et slikt batteri vil pH og de kjemiske konsentrasjoner forbli i det vesentlige konstant fra en del av anodeoverflaten til en annen. Det skal forståes at en slik jevnhet vil forebygge såkalte konsentrasjonsceller som tenderer å korrodere anoden og sløse med cellens potensiale produksjonsenergi. En sylindrisk anode av den illustrerte typen er også spesielt ønskelig bortsett fra det symmetriske arrangement fordi den mangler skarpe bøyer og således minimaliserer muligheten for spenningskorrosjon. Imidlertid kan en anvende anoder med andre former som f. eks. anoder utført med korro-geringer for å øke overflateområdet.

Korrosjon og konstruksjonsproblemer som er iboende ved de vanlige batterikonstruksjoner, har fremvist vanskelige pro-blemer m.h.t. konstruksjonen av tilfredsstillende primære celler som anvender magnesium, aluminium eller andre lett korroderende anodemetaller, spesielt når disse anvendes som cellebeholdere. Batteriet ved den foreliggende oppfinnelse er bemerkelsesverdig vel egnet for en konstruksjon hvorved slike metaller anvendes som anodeelementer.

Ved formning av katodekoppen eller begeret ifølge oppfinnelsen (enten med eller uten et sammenhengende sentralt katodeelement) kan en bruke en rekke forskjellige materialer og en kan anvende en passende fabrikasjonsmetode. Imidlertid, ifølge et videre formål for oppfinnelsen, innbefatter en særskilt egnet metode dannelsen av en blanding bestående i det vesentlige av pulveriserte partikler av en elektrisk ledende kullholdig substans og en mindre del av partikler av et bindestoff som blir plastisk ved en forholdsvis lav temperatur. Blandingen plaseres i formen og bringes deretter i berøring med et stempel som har en form som tilsvarer den formen som katodeelementet skal ha. Et sterkt mekanisk trykk påføres deretter stemplet, som derved sammentrykker blandingen, og en sterk elektrisk strøm passerer gjennom blandingen mens denne er under trykk. Trykket og strømmen opprettholdes inntil blandingen antar stemplets og formens form, resulterende i dannelsen av et sterkt kullelement («green carbon»). Oppvarm - ningstiden kan således være meget kort, endog så liten som et sekund eller mindre. Imidlertid må intensiteten til den elektriske strømmen og oppvarmningstiden kontrolleres, slik at temperaturen er tilstrekkelig til at det termoplastiske bindestoff skal binde seg med partiklene til det elektrisk ledende stoff og slik at temperaturen ikke heves til et punkt hvor dekom-posisjon av bindestoff et kan finne sted og at der dannes gasser. Etter at stemplet fø-res frem til det punkt som representerer dannelsen av den støpte artikkelen, slåes den elektriske strømmen av og deretter slåes trykket av og formen åpnes. Der bør være et tilstrekkelig tidsintervall mellom strøm-avbrytelsen og trykkutløsningen, slik at der tillates varme å passere fra produktet inn i formveggene, og således tillate produktet å avkjøle til under flytegrensetem-peratur.

Ovnen vist på fig. 17 og 18 er usedvanlig vel egnet for å utføre prosessen, og denne består i en sirkelformig metallisk vegg 60, en indre overflate 61 som svarer til yttersideveggen på kullkoppen. En metallisk støpt bunn 62 er innskjøvet i det sentrale hull og er utformet i samsvar med den stengte endeveggen på kullkoppen, f. eks. en form som svarer til den stengte enden 21 på koppen vist på fig. 1. Elementet 62 kan hvis ønskes være i ett med veggen 60. Et stempelelement 63 er utformet for å passe inn i det sentrale hull i ovnsveggen 60 og er utstyrt med en sirkelformig for-lenget ende 64 som svarer i form til rommet mellom katodeelementene 20 og 22 ved koppen vist på fig. 1. Inne i stempelelementet 63 er der anbrakt et annet stempel 65 av en lengde slik at dets lavere ende vil svare til den ønskete endeposisjonen til det sentrale katodeelementet når dets øvre en-de er i flukt med toppen på stempelelementet 65. Den støpte batterikoppen er vist ved 66. En elektrisk isolerende sirkelformet ring 67 (som fortrinnsvis er laget av et keramisk materiale) adskiller stemplet 63 fra veggen 60 slik at, når elektrisk kraft tilføres stemplet 63 og veggen 60 fra en transformator 68, kan strøm ikke flyte direkte fra stemplet 63 til veggen 60 men må helt og holdent passere gjennom blandingen.

Når pressen skal brukes, plaseres den riktige mengde kullblanding i formrommet som utgjøres av veggen 60 og bunnen 62. Hvis ønsket kan metallkontaktstykket 70 plaseres i formrommet før kullblandingen, hvorved det vil bindes til blandingen under støpningen. Metallkontakten kan fortrinnsvis være et for-formet stykke eller det kan være et glatt bunnstykke som vil bringes i samsvar med den ønskete form ved hjelp av trykket som utøves gjennom blandingen. Hvis ønsket, kan en ring av plastic eller metall, slik som vist ved hen-visningstallet 71, men dette kan være av enhver annen ønsket form, kan også forbindes til kullet under støpningen. Ringen 71 kan lages f. eks. av celluloseacetat. En slik for-formet ring plaseres på skulderen og rundt stemplet 65 slik at det vil gå sammen med og bindes til blandingen når blandingen presses opp mot stemplets skulder. En slik ring kan anvendes for å beskytte toppkanten på kullelementet eller bidra til dannelsen av et segl for cellen. En fore-trukket form for en slik ring er den riflete plastringen 71 som omslutter hele toppkanten på kullelementet og beskytter dette fra å flikes opp eller brekke under hånd-teringen eller under battericellens sammensetning.

Etter at formen er blitt satt sammen med blandingen og stemplene på plass, plaseres den i en presse hvor formen hviler på og er i elektrisk kontakt med den nedre platen på pressen, som videre forbindes til en av kontaktene på transformatoren 68. Derved dannes en elektrisk forbindelse med bunnen av formen 62 og veggen 60. Den øvre platen på pressen, som er elektrisk isolert fra resten av pressen og som er forbundet til den andre kontakten på transformatoren, bringes i elektrisk kontakt med stempelelementet 63. Trykk tilføres deretter ved hjelp av pressen og stemplet 65 kommer i kontakt med blandingen. Blandingen vil begynne å ta form av stemplets form og formens vegger, men vil ikke 2 fullstendig anta denne form før blandin- r gen opphetes. Trykket holdes deretter ved- I like og elektrisk strøm tilføres fra trans- i formatoren 68. Når strømmen tilføres eller c påsettes, passerer den gjennom blandingen c som er anbrakt mellom stemplet og form- 1 veggene som vist ved pilene på fig. 17. i Blandingen blir herved bløt av den utvik-lete varmen som oppstår p.g.a. strømmens 1 gjennomgang og antar nøyaktig støpefor- i mens form. Når blandingen begynner å bli ] bløt, vil stemplet 63 bevege seg videre inn

i formen til den avsluttende stilling som vist, og blandingen vil presses opp i den sentrale romdel og mot det andre stemplet 65, som videre vil presses oppover inntil det berører den øvre platen på pressen. Tilføringstiden for trykk og strøm vil variere med deres størrelser og med de anvendte råmaterialer. Med en stempeldia-meter på 27 mm og et totalt hydraulisk til-ført trykk til stemplet på 9000 kg og en strøm på 1200 Amp., ble en tid av 1 min. funnet tilfredsstillende til å fremstille en batterikopp med 31 mm utvendig diameter av typen vist på fig. 1, idet en anvendte en blanding bestående av 5 % kjønnrøk, 23 %

bek (smeltepunkt 105° C) og 72% elektrisk smelteovngrafit (elektrodeavfallsma-teriale). Etter at stemplet inntar sin slutt-stilling, avbrytes den elektriske strømmen, og varmen fra den støpte gjenstanden vil raskt strømme inn i formens metalldeler, som kan avkjøles av en væskestrøm gjennom passende kanaler som kan anvendes når formen anvendes for massefabrika-sjon, og gjenstanden vil stivne. Trykket slåes deretter av og formen fjernes fra pressen. Formlegemet 60 holdes deretter fast og trykk utøves gjennom åpningen i bunnplaten 72 mot formbunnen 62 for å presse den støpte koppen 66, sammen med stempelelementet 63, oppover og ut av formen. Stempelelementet 63 holdes deretter fast og press utøves mot det annet stempel 65 for således å tilføre trykk mot den sentrale katoden på koppen 66 og presse hele koppen av stemplet 63. Det vil også forstås at andre fremstillingsdetaljer også kan anvendes og metoden er usedvanlig vel egnet for sterkt mekanisert og automatisk fremstilling. Det vil også være klart for fagfolk at støpemetoden er usedvanlig vel egnet for å kombineres med mekanisk sammensetning av battericeller.

Andre blandinger som er blitt funnet tilfredsstillende, inkluderer 15,6 % bek sammen med 39 % elektrisk smelteovnsgrafit, 5,4% kjønnrøk og 40% naturell graf it; 75% calcinert petroleumskoks og 25 % bek; og 20 % fenolformaldehyd støpe-pulver og 80 % elektrisk smelteovnsgrafit. En tilfredsstillende kopp ble også fremstilt av en blanding bestående av 40 % mangandioksyd (Mn02), 3% kjønnrøk, 13,8% bek og 43,2 % elektrisk smelteovnsgrafit. Denne blandngen kan justeres som ønsket for å variere koppens elektriske og fysiske egenskaper. Imidlertid bestemmes andelen av bindemateriale av kravene til koppens led-ningsevne. Ved primære batterier vil koppens motstand normalt være fra 8 til 295 x 10-^ohm-cm. De ovenfor nevnte blandinger er angitt ved vektsprosent.

Det er blitt fremholdt tidligere i beskrivelsen at det sentrale katodeelement

ved batteriet ifølge oppfinnelsen ikke be-høver å være i ett med kullkoppen. Hvis ønskes, kan det sentrale katodeelement f or-formes og plaseres i formen hvor kopp-elementet skal formes slik at det vil bindes fast sammen med bunnen på koppen. Ved ovnen vist på fig. 17 kunne således det sentrale katodeelement innskyves slik at når trykk og strøm tilføres, vil det sentrale katodeelement bindes fast sammen til bunnen på koppen. Alternativt kan det sentrale katodeelement utformes av en blan-

ding som er forskjellig fra blandingen anvendt for koppelementet, slik at det sentrale katodeelement vil få forskjellige elektriske motstandsegenskaper. For dette formål — etter at stemplet er blitt innskjøvet, men før strømmen tilføres eller vesentlig trykk tilføres, kunne blandingen for det sentrale katodeelement innskyves gjennom et passende hull i stemplet. Denne åpning

kan deretter plugges igjen og fremstillin-gen fortsette som før. En viktig fordel som oppnås ved å ha det sentrale katodeelement press-støpt til koppens bunn, er reduksjo-nen av kontaktmotstand mellom de to katodeelementer. Presning av koppens bunn, til en metallhette (24 på fig. 3) reduserer likeledes kontaktmotstanden. Produktet fremstilles med metoden og ovnen ifølge oppfinnelsen, idet en anvender materialer som er vanlige ved dannelsen av gjenstan-der av såkalt «grønt kull», også kalt «rå-kull» ved ekstrusjon eller presning, er usedvanlig vel egnet for batterikopper. Ved riktig valg og blandingsforhold av binde-stoffet og de elektrisk ledende komponen-ter kan en meget ledende kopp fremstilles, som er ugjenomtrengelig for elektrolytten og tilstrekkelig upåvirkelig overfor vanndamp og således hindre at batteriet tørrer når det lagres eller i brukstiden, og er også sterkt nok til å danne en selvbærende beholder som kan anvendes uten forsterk-ninger eller en ytre mantel.

Batterikopper av såkalt «grønt kull» er hittil ikke blitt anvendt som katodiske beholdere for tørcellebatterier, og det er antatt at slike kopper fremstillet med metoden og ovnen ifølge oppfinnelsen er ene-stående ved deres kombinasjon av elektriske og fysiske egenskaper. Ikke desto mindre skal det forstås at batterikopper av «grønt kull» og som har de ønskete egenskaper og som er fremstilt av en hvilken som helst annen metode, ville falle innenfor området for den foreliggende oppfinnelse.

Pressemetoden og ovnen ifølge oppfinnelsen er spesielt brukbare ved fremstillin-gen av katodekopper av batteriet ifølge oppfinnelsen.

Prinsippene ved oppfinnelsen er også anvendelige for kvadratiske eller rektangulære batterikonstruksjoner hvor konsen-triske men kvadratiske eller rektangulære elementer er brukt for anoden og katodene.

For å utjevne eller utligne forbruket av elektrolytt på begge sider av anoden i batteriet ifølge oppfinnelsen kan anoden utstyres med en eller flere åpninger eller per-foreringer. Slissen (fig. 7) tjener dette formål. Siden metallanoden ikke danner noen del av batteribeholderen, er batteriet ifølge oppfinnelsen tett, selv med en perforert eller oppsplittet anode.

Den lave motstanden til det kullholdige materiale, det store ledende areale ved kullelektroden, og den lille anode/katode-avstanden ved batteriet ifølge oppfinnelsen, fremviser en lav indre motstand. Dette muliggjør bruken av en batteriblanding med forholdsvis høy motstand, som f. eks. en blanding med forholdvis mer mangandioksyd og mindre kjønnrøk (sort acetylen) enn som er vanlig. M.a.o. battericellen iføl-ge oppfinnelsen kan inneholde mer aktivt materiale enn som er vanlig.

Fig. 21 og 22 illustrerer en ytterligere katodekonstruksjon ifølge oppfinnelsen. Ved denne modifiserte utførelsesform av oppfinnelsen består kullkatodekonstruk-sjonen av en sylindrisk ytre vegg 80, en stengt ende 81 og et sentralt katodestang-lignende element 82. Omsluttende ytter-veggen 80 er der anbrakt et metallisk skall 83, som kan være laget av ethvert passende ledende metall, som f. eks. sink, og er fortrinnsvis formet i ett stykke med endehetten 84, som er utformet til å omslutte den stengte enden 81 ved kullkatodekonstruk-sjonen og som kan være formet som vist på fig. 3. Skallet 83 strekker seg fortrinnsvis under enden på det sylindriske katodeelement 80, som vist, og er ved et sammen-

satt batteri isolert fra batteriets negative kontakt, som vil være forbundet til den sylindriske anodekonstruksjon som er satt imellom det ytre og det indre katodeelement (80 og 82). Det sentrale katodeelement 82 kan utstyres med en sentral langsgående ledende metallstang 85, som kan være i ett med eller passende sveiset eller på annen måte ledende forbundet til endehetten 84.

Det metalliske skall 83 og den metalliske stang 85 oppviser to prinsipale funk-sjoner. For det første viser de motstanden ved batteriets katodeelementer, siden en forholdsvis liten del av den ledende vei vil gå gjennom kullet, idet den største delen av den ledende vei vil gå gjennom de metalliske elementer. Denne konstruksjon er funnet av stor praktisk verdi ved å øke batteriets livstid, spesielt ved sterkstrøms-anvendelser, f. eks. fotoblitzlamper, og ved å fremvise andre driftsmessige fordeler. Metallskallet og stangen øker også kon-struksjonsstyrken og øker batteriets evne til å tåle støt.

Det er ønskelig at kontaktmotstanden mellom katoden 80 og det metalliske skall 83 og mellom katodeelementet 82 og den metalliske stang 85 er så lav som mulig for å øke den elektriske strømmen gjennom metalldelene i stedet gjennom de langsgående kullkatodeelementene. For dette øyemed er kullkatodeelementene fortrinnsvis forbundet med metallelementene, idet denne forbindelsen kan utføres samtidig med dannelsen av katodeelementene, i samsvar med prosessen ifølge oppfinnelsen.

Skallet 83 og endehetten 84 ligner i sin oppbygning sinkkatodeelementet ved de vanlige tørrcellebatterier og kan, hvis ønsket, fremstilles på samme måte som vanlig for slike sinkkatodeelementer. Den sentrale metalliske stangen 85 kan dannes samtidig med skallet 83, eller kan formes særskilt og festes på passende måte til endehetten 84. Det skal forståes at skallet 83 kan anvendes uten stangen 85 og at stangen 85, som er festet til endehetten som vist på fig. 3, eller til et lignende element, og kan anvendes uten skallet 83.

Prosessen og ovnen ifølge oppfinnelsen kan anvendes for å utføre de ovenfor nevnte sammenbindinger. For dette øyemed kan et for-formet skall, endehetten og den sentrale stang (hvis brukt) innskyves i formrommet innenfor veggen 60 på ovnen som vist på fig. 17. En passende charge kan deretter plaseres inne i skallet 83 og katodekonstruksjonen formes på samme måte som tidligere beskrevet ved å anvende trykk og elektrisk strøm. Strømgjennomgangen

gjennom blandingen og gjennom metall -

skallet og endehetten vil samtidig bevirke

dannelsen av katodekonstruksjonen og

binding av metallelementene til de resp.

kullkatodeelementer (som tidligere beskrevet i forbindelse med endehetten alene),

og derved fremstille en samlet konstruk-sjonsenhet med liten eller ingen innvendig

kontaktmotstand og med meget stor mekanisk styrke. Det vil være klart at denne

form oppfinnelsen er like anvendelig for

konstruksjoner hvor det sentrale katodeelement ikke er i ett med det ytre katodeelement, f. eks. som en konstruksjon vist

på fig. 5.

For å forenkle fremstillingsteknikken

kan det være ønskelig under visse omsten-digheter å danne metallskallet og ende-hettekonstruksjonen i en form og deretter

uten å fjerne denne konstruksjon fra formen å plasere deri en charge av passende

kullholdige materialer og deretter forme

kullkatoden inne i skallet som beskrevet.

Claims (9)

1. Primærbatteri med en første kullholdig katode anbrakt stort sett konsentrisk omkring en annen kullholdig katode

og elektrisk forbundet til denne, og en anode anbrakt mellom katodene og stort sett konsentrisk med disse, karakterisert ved at den første katoden er selvbærende og koppformet, og at den andre katoden er utformet som en stang som stikker opp fra koppens bunn, og som strekker seg langs koppens lengdeakse.

2. Batteri som angitt i påstand 1, karakterisert ved at den andre katoden er sammenhengende med den første katoden.

3. Batteri som angitt i påstand 1, ka- rakterisert ved at den andre katoden er utformet av et forskjellig kullholdig materiale enn den første katoden.

4. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—3, karakterisert ved at anodens diameter velges slik at anoden er plasert med stort sett like avstander fra de to katoder.

5. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—3, karakterisert ved at diameteren til anoden velges slik at de mellom anoden og hver av katodene opp-stående rom stort sett har samme volum.

6. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—5, karakterisert ved at anoden har en tettende bunn som utgjør batteriets negative kontakt, og som tjener til dels som et stengsel for koppekatodens åpne ende.

7. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—6, karakterisert ved at den andre katoden er forsynt med et langsgående hull, idet et ledende metallele-ment er plasert i og delvis utfyller hullet.

8. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—7, karakterisert ved at anoden er forsynt med en eller flere åpninger for å tillate sirkulasjon av væske mellom anodens motstående sider.

9. Batteri som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—8, utformet som en tørrcelle, karakterisert ved at en depolari-satorblanding med elektrolyt er anbrakt mellom anoden og katodene og at et svampaktig materiale som er påstrøket begge sider av anoden, hindrer direkte kontakt mellom anoden og blandingen.