NO147355B - Primaerelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode. - Google Patents
Primaerelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode. Download PDFInfo
- Publication number
- NO147355B NO147355B NO762329A NO762329A NO147355B NO 147355 B NO147355 B NO 147355B NO 762329 A NO762329 A NO 762329A NO 762329 A NO762329 A NO 762329A NO 147355 B NO147355 B NO 147355B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cell
- primary element
- electrode
- electrolyte
- zinc powder
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims description 16
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 title claims description 9
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 21
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 13
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FVUJPXXDENYILK-WITUOYQCSA-N (4S)-5-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-5-amino-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-1-[[(2S)-5-amino-1-[[2-[[(2S)-1-[[(2S)-1-amino-3-methyl-1-oxobutan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-2-oxoethyl]amino]-1,5-dioxopentan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-5-carbamimidamido-1-oxopentan-2-yl]amino]-1,5-dioxopentan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-5-carbamimidamido-1-oxopentan-2-yl]amino]-1-oxopropan-2-yl]amino]-3-hydroxy-1-oxopropan-2-yl]amino]-3-carboxy-1-oxopropan-2-yl]amino]-5-carbamimidamido-1-oxopentan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-5-carbamimidamido-1-oxopentan-2-yl]amino]-3-hydroxy-1-oxopropan-2-yl]amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-4-[[(2S)-2-[[(2S,3R)-2-[[(2S)-2-[[(2S,3R)-2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-[[(2S)-2-amino-3-(1H-imidazol-5-yl)propanoyl]amino]-3-hydroxypropanoyl]amino]-3-carboxypropanoyl]amino]propanoyl]amino]-3-hydroxybutanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-3-hydroxybutanoyl]amino]-3-hydroxypropanoyl]amino]-5-oxopentanoic acid Chemical compound CC(C)C[C@H](NC(=O)CNC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](Cc1ccccc1)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](N)Cc1cnc[nH]1)[C@@H](C)O)[C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(N)=O FVUJPXXDENYILK-WITUOYQCSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 229920006248 expandable polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000036647 reaction Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 108700043117 vasectrin I Proteins 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/06—Electrodes for primary cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
Oppfinnelsen vedrører et primærelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode, som over et separatorsystem står i elektrolytisk forbindelse med en av sinkpulver bestående negativ elektrode, idet denne elektrode er anordnet i et metallisk cellelokk og den positive elektrode i et metallisk cellebeger med en lufttilstrømningsåpning, og hvor lokket er elektrolyttett forbundet med begeret over en tetning.
Da ved praktisk talt alle kjemiske og elektrokjemiske reaksjoner det opptrer en volumforandring for de aktive masser, har de fleste elektrokjemiske primær- og sekundærelementer et utvidelsesrom eller et tilsvarende fjærelement, ved hjelp av hvilket volumforandringen for de aktive masser og eventuelt fyllstoffene kan kompenseres.
Det kan gis avkall på en kompensasjon av volumforandringen hvis denne forandring av de med hverandre reagerende deler er meget liten. Således forandrer f. eks. volumet for den aktive masse til en HgO/Zn-celle ved utladning seg bare ca. +3,5 volumprosent og ved en AgO/Zn-celle bare ca. -2,7 volumprosent. Ved gasstett lukkede knappceller av typen HgO/Zn-, henholdsvis AgO/Zn-celler er det derfor ikke nødvendig med noen spesielle konstruktive tiltak for utligning av volumforandrin-gene, men disse små volumforandringer blir oppfanget av knapp-cellehuset som herved kan bli noe tykkere, henholdsvis tynnere.
Ved cellereaksjoner som er forbundet med volumforandringer på mer enn 3 % må derimot treffes ekstra tiltak, da cellen ellers overskrider de tillatte toleranser. Som resultat kan ved økning av volumet opptre utettheter for cellen, og ved reduksjon av volumet en økning av den indre motstand.
Ved åpne elektrokjemiske systemer er den reaksjonsbetingede volumforandring meget enkel å ta hensyn til. F. eks. tjener ved akkumulatorer rommet over elektrodene som utvidelsesrom, hvorved den reaksjonsbetingede volumforandring for elektroden ytrer seg som forandring av elektrolyttnivået i cellen. På grunn av tyngdekraften blir likevel elektrolytten i god elektrisk kontakt med elektrodene. Også ved åpne primærsystemer er konstruksjoner av denne type kjent. Til disse hører også elementer av typen med luft/sink. Dette system utmerker seg ved en spesielt høy reaksjonsbetinget volumforandring. Ved alkaliske luft/ sink-celler fremkommer en volumøkning for sink på grunn av oksy-dasjon til sinkoksyd på rundt 62 %. En slik volumøkning må i et luft/sink-knappcellesystem tas hensyn til ved et tilsvarende utvidelsesrom som er tilordnet sinkelektroden.
Alkaliske luft/sink-knappceller er kjent i de for-skjelligste konstruksjoner. F. eks. blir ifølge det tyske ålment tilgjengelige skrift nr. 2.312.819, henholdsvis britisk patent nr. 1.319.780 ikke tatt hensyn til det nødvendige utvidelsesrom, slik at celler av denne byggetype av de ovenfor nevnte grunner ikke er driftssikre.
I det tyske ålment tilgjengelige skrift nr. 2.252.803 blir det vist en konstruksjon av en knappcelle med et slikt utvidelsesrom. Den der angitte konstruksjon består i det vesentlige av et plastbeger som inneholder luftelektroden, elektrolytten og sinkpulveret . Bunnen har luftehull som står i forbindelse med luftelektroden. Plastbegeret blir lukket med et plastlokk som er utstyrt med det nødvendige sammenpressbare sjikt som vir-ker som utvidelsesrom. Dette sjikt trykker over et kontaktnett på sinkelektroden. Kontaktnettet selv er forbundet med en flek-sibel tråd som er ført ut gjennom plastlokket.
Utvidelsesrommet ligger således mellom den negative sinkelektrode og det påklebede plastlokk. Dette gjør det nød-vendig med en komplisert avleder, noe som særlig er ufordelaktig ved massefremstilling hvor det nettopp dreier seg om primærelementer . Også den nødvendige klebeforbindelse med epoksydharpiks er dårlig egnet ved en massefremstilling av primærelementer på grunn av de nødvendige herdetider.
Det tynne plasthus til cellen har bare en liten stiv-het og svarer ikke til IEC-normene og kan således ikke innbygges i kommersielle apparater.
Et spesielt problem er gjennomføringen av kontakten for den negative elektrode gjennom plastlokket, da slike gjen-nomføringer bare meget vanskelig kan utføres elektrolyttette, betinget av de forskjellige utvidelseskoeffisienter for plast og metall. Videre har de i ovennevnte tyske ålment tilgjengelige skrift viste cellekonstruksjoner ingen beskyttelse mot eventuelt uttredende elektrolytt.
Den oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen er derfor under hensyntagen til nødvendig utvidelsesrom å bygge en virksom celle som med hensyn til kapasitet, mekanisk stabilitet, lekkasjesikkerhet og lagringsevne medfører spesielle fordeler. Foruten den konstruktive utforming av dette utvidelsesrom inne
i knappcellen skal derved også, dets kompresjonsforhold være til-passet kompresjonsforholdene for vanlige byggeelementer i cellen og spesielt skal det benyttes et cellehus som svarer til kravene til IEC-normene. Dessuten skal cellen ha en oppbygging som særlig er egnet for massefremstilling,< >og til tross for anordningen av et utvidelsesrom skal det bevirkes en perfekt kontakt-givning for elektroden til cellehuset.
Denne oppgave blir løst ifølge oppfinnelsen ved det som fremgår av kravene.
Dette kompresible utvidelseslegeme kan f. eks. bestå av en plast med lukkede porer eller det kan hensiktsmessig ha form av trådformede, kuleformede eller irregulære partikler som er tilblandet sinkpulveret. Ved konstruksjon av cellen er det av spesiell betydning at den positive luftelektrode er fastsittende forbundet ved et hydrofobt luftgjennomtrengelig sjikt over et raster, at kantområdet til dette sjikt er presset elektrolyttett på en skulder på cellebegeret og at det spesifikke kompresjonstrykk for det kompresible utvidelseslegeme er mindre enn det for de øvrige porøse sjikt i elementet.
Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares
ved hjelp av fig. 1 - 5, som viser:
fig. 1-3 tverrsnitt gjennom luft/sink-knappcelle-elementer ifølge oppfinnelsen,
fig. 4 et snitt gjennom det katalytisk aktive sjikt, fig. 5 utladningsdiagrammer.
De aktive bestanddeler av dette element er anordnet
i metallbegeret 1 med metallokket 5 som på vanlig måte. ved hjelp
av en plasttetning 10 ved ombøyning er fast og elektrolyttett forbundet med hverandre. I lokket 5 befinner den negative elektrode 8 seg, dvs. med alkalisk elektrolytt utstyrt sinkpulver.
Ifølge oppfinnelsen er det inne i sinkpulveret 8 anordnet det kompressible utvidelseslegeme 9, som kompenserer den reaksjonsbetingede volumøkning for sinkpulveret. For å oppfylle sin virkning perfekt er det nødvendig at dette legeme har lukkede kompresible porer, og det er hensiktsmessig å utforme dette legeme hydrofobt.
I kontakt med sinkpulveret 8 befinner seg elektrolytt-svellearket 11, som sørger for den elektrolytiske kontakt mellom den positive elektrode og den negative elektrode. For dette benyttes separatoren 12, som reduserer celleutladningen for luft/sink-systemet og ved hjelp av hvilken det unngås en intens kortslutning.
Luftelektroden består av det katalytisk aktive sjikt 15 som for strømavledning inneholder et metallnett 13 som over en metallring 14 står i elektronisk kontakt med begeret 1. Me-tallnettet 13 blir derved gjennombrutt av det aktive sjikt 15.
På den mot lufttilførselsåpningen vendte side av det katalytisk aktive sjikt er det anordnet et porøst hydrofobt sjikt 16. Dette er fastsittende forbundet med sjiktet 15 ved pressing. Permeabilitetskoeffisienten for dette sjikt 16 bør
-2 2 2 ikke ligge under 1 x 10 cm /(h x :cm VS I og ikke over 1 cm /
(h x cm VS), for at hverken lufttilførselen skal forhindres for sterkt eller at stoffutvekslingshastigheten mellom den aktive celle og omgivelsen blir unødig stor. h står her for sjiktets tykkelse, mens cm VS angir trykket i ca. vannsøyle. På denne måte blir det forhindret en unødvendig høy inngang av CC^ eller utveksling av ^0.
For å oppnå en tilstrekkelig festing mellom det hydrofobe sjikt 16 og det katalytiske aktive sjikt 15, er det særlig fordelaktig hvis sjiktet 16 ved hjelp av et rasterstempel er presset på sjiktet 15. Denne rasterdannelse ses på fig. 4b, mens fig. 4a viser luftelektroden i tverrsnitt. Foruten den viste nettform for rasteret kan det spesielt med en rasterdannelse i form av konsentrisk innpregede sirkler oppnås en god festing.
En ytterligere vesentlig byggedel ved cellen ifølge oppfinnelsen er det porøse sjikt 17. Dette sjikt 17 tjener samtidig til å fordele luften jevnt over luftelektroden og bevirke en avstøtning av den enda relativt fleksible av sjiktene 13, l1*, 15 og l6 bestående luftelektrode. Lufttilførselen til cellen skjer over boringen 4 i begerbunnen 3-
Ved hjelp av rasterdannelsen som utføres ved påpress-ing av det porøse hydrofobe sjikt 16 på luftelektrodesjiktet 15 blir hosliggende områder av dette sjikt 16, som hensiktsmessig består av polytetrafluoretylenfolie høyt eller lavt komprimert. Områdene med høy kompresjon bevirker derved den gode festing av folien til det katalytiske aktive sjikt. Områdene med lav kom-primering derimot har den nødvendige luftpermeabilitet som er nødvendig for oksygenforsyningen til luftelektroden.
Det på figuren viste utvidelseslegeme 9 har firkant-form, men det kan også benyttes et utvidelseslegeme i form av en kompressibel kule ifølge fig. 2. Særlig fordelaktig er det som vist på fig. 3 å fremstille det kompressible legeme av flere kompressible partikler som kan ha kuleform 9a, trådform 9b eller vilkårlig form 9c. Utvidelseslegemene blir således ievnt fordelt over sinkpulveret og svellingen av massen til den negative elektrode blir kompensert i nærheten av dannelsesstedet.
En videre særlig hensiktsmessig mulighet ligger deri isteden for sinkpulveret å benytte sinkhulkuler som har et hul-romsvolum mellom 50 og 65 %. Derved ville hver sinkkule allerede ha sitt eget utvidelsesrom, slik at innbyggingen av et kompressibelt utvidelseslegeme blir overflødig.
Anordningen av utvidelseslegemet inne i sinkelektroden har særlig den fordel at hele innerflaten til det metalliske lokk 5 forblir i elektronisk kontakt med den av sinkpulver bestående negative elektrode. Derved blir den negative elektrode meget lavohmig. Dessuten blir ved hjelp av utvidelseslegemet unngått en unødvendig høy trykkoppbygging ved slitasje på cellen. Herved blir samtidig faren for elektrolyttutgang ved ombøynings-prosessen redusert.
Et ytterligere vesentlig trekk i den konstruktive oppbygging av cellen ligger deri at cellebegeret 1 er preget slik at det fremkommer en skulder 2 som opptar lukkekraften som ved ombøyningsprosessen over skulderen 6 til lokket 5 overføres til tetningen 10 og dermed på kantsonen til cellens byggeelementer. Under innvirkning av denne lukkekraft fremkommer mellom kantsonen til det hydrofobe sjikt 16 og skulderen 2 en elektrolyttett forsegling, slik at ingen elektrolytt kan trenge inn i det porøse sjikt 17- Dessuten fremkommer ved skulderen 2 en ekstra mekanisk stabilitet for begeret 1. Prinsipielt er det også mulig i skulderen 2 å innprege konsentrisk anordnede riller ved hjelp av hvilke avtetningen mellom sjiktet 16 og skulderen 2 forbedres ytterligere.
Sjiktet 17 har spesielt en luftfordelings- og avstøt-ningsvirkning. I det tilfelle at det på grunn av en material-feil i sjiktet 16 trer ut elektrolytt, kan det porøse sjikt 17 oppta den utstrømmende elektrolytt i sitt poresystem. Under denne betingelse blir lufttilførselen til den positive elektrode forhindret. Herved blir cellen satt ut av drift. Pare for en elektrolyttutstrømning gjennom lufthullet 4 blir således sterkt redusert.
For å sikre en perfekt virkning av cellen er det nød-vendig å avstemme komprimerbarheten, henholdsvis porøsiteten for de enkelte celleelementer til hverandre. Ellers kan det passere at lufttilførselen i løpet av utladningen blir stadig sterkere forhindret. Dette unngås ved valg av et legeme med egnet komprimerbarhet. Dessuten har utvidelseslegemet den vesentlige oppgave å utøve et mekanisk trykk på sinkpulveret, for at den elektroniske kontakt motstand på lokket 5 og den elektrolytiske kontaktmotstand ved svellebladseparatorsystemet 11, 12 ved begynnelsen av utladningen ikke er for høyt. På den annen side må det mekaniske trykk til utvidelseslegemet 9 ikke være så stort at ellers i forløpet av utladningen det består fare for at luftelektroden deformeres i retning mot begerets bunn 3-Derved kunne luftelektroden samt f. eks. sjiktet 17 sammenpres-ses så sterkt at på grunn av manglende porøsitet lufttilførselen blir påvirket. Som resultat kan cellens spenning allerede bry-te sammen ved lav utladningsstrøm.
Komprimerbarheten til utvidelseslegemet 9 samt sjiktene 15, 16 og 17 kan beskrives ved hjelp av det spesifikke kompresjonstrykk P :
Trykket P<*> har forskjellig størrelse for forskjellig kompressible legemer og vedrører den samme relative volumforandring. For en virksom celle må det gjelde: P"*'(9J. < P<*> (17). ^ P<*> (16). < P<*> (15), dvs. det spesifikke kompresjonstrykk for utvidelseslegemet 9 må være mindre enn det spesifikke kompresjonstrykk for sjiktene 17, 16 og 15, hvorved sjiktet 15, det katalytiske sjikt, har det høyeste kompresjonstrykk. Dermed blir det oppnådd at det foreligger et tilstrekkelig kon-takttrykk ved utladningens begynnelse og at kontakttrykket i løpet av utladningen stadig øker inne i cellen, slik at den reaksjonsbetingede økning av polariseringen delvis kompenseres ved en reduksjon av kontaktmotstanden. Det fremkommer således ved forutgitt belastning en særlig høy spenningsstabilitet for cellen i avhengighet av utladningstiden. Celler av denne type har ved en strømtetthet på 4 mA/cm et ca. 40 % høyere energiinnhold enn HgO/Zn-celler av samme størrelse.
For unngåelse av en stoffutveksling under lagring, særlig for unngåelse av vannutveksling og CC^-opptak av cellen samt for unngåelse av celleutladning blir lufthullet f. eks. lukket med en klebefolie som først fjernes kort før anvendelsen av cellen.
Ved fremstillingen av en knappcelle ifølge oppfinnelsen blir husdelene f. eks. fremstilt av forniklet stålplate, hvorved særlig cellelokket består av et materiale med trelags oppbygging, innvendig kobber, utvendig nikkel. Cellebegeret har en pregning 3 ved hjelp av hvilken oppnås skulderen 2, og de ytre dimensjoner svarer derved til IEG-normen.
Den katalytisk aktive masse 15 består av en blanding av polytetrafluoretylenpulver og aktivkull, som katalyseres med. sølv. I denne aktive masse blir det innpresset et strekkmetall-nett, f. eks. av nikkel eller sølv, med et meget høyt åpent tverrsnitt. Porøsiteten for det katalytisk aktive sjikt 15 ligger ved ca. 50'%. Deretter blir polytetrafluoretylenfolien 16 fastsittende forbundet med det katalytisk aktive sjikt 15
ved hjelp av et rasterstempel. Derved er det hensiktsmessig hvis kantsonen l6a (fig. 4) som må elektrolyttett forsegles til skulderen 2 til begeret 1, ikke får noen rasterdannelse.
Sjiktet 16 er en f. eks. ca. 200 u sterk usintret polytetrafluoretylenfolie med en porøsitet på ca. 40 %. Dens spesifikke kompresjonstrykk ligger mellom 3 og 10 kp/cm o og den har en permeabilitetskoeffisient på 2 - 8 cm 2/(h x cm :VS) } fortrinnsvis mellom 4 og 6 cm 2/(h x cm vs) . Av disse byggede-ler blir det oppbygget en luftelektrode som har en tykkelse på ca. 0,5 mm. Det tilsluttede porøse sjikt 17 har en tykkelse på 0,1 - 0,2 mm. Det består av et grovt sugedyktig materiale, særlig papir, med en komprimerbarhet på 1 - 5 kp/cm p, fortrinnsvis 3 kp/cm 2. Før monteringen av luftelektroden blir først sjiktet
17 lagt på bunnen 3 til begeret 1. Deretter blir luftelektroden
og kontaktringen 14 lagt inn og presset inn i begeret 1 med et
høyt trykk på 0,1 - 0,3 tonn. På den innpressede luftelektrode blir det lagt en f. eks. ca. 0,05 mm tykk polypropylenseparator.
For den negative halvdel av cellen benyttes som ak-tivt materiale sinkpulver, som har en løsmassetetthet på 3,5 - 4 g/cm^ og en tilsetning på 3 - 8 vektprosent Hg. Herved blir hydrogenutviklingen ved tilførsel av elektrolytt inhibert. Ved en celle med dimensjonene på 5,3 mm høyde og en diameter på 11,6 mm blir det benyttet ca. 500 mg amalgamert sinkpulver, som tilsettes 40 - 60 yl oppskummet polystyrol, hvis komprimerbarhet ligger mellom 0,1 og 0,3 kp/cm 2. Dette materiale blir fortrinnsvis tilblandet i form av små korn med en diameter på ca. 1 mm. Det spesifikke kompresjonstrykk for dette materiale øker ved avtagende porøsitet, slik den gir seg ved utladning, til ver-dier på ca. 3 kp/cm 2. Disse materialer blir så sammenblandet
med alkalisk elektrolytt, f. eks. KOH, og anbragt i cellelokket. På massen blir det lagt et sugedyktig og svelledyktig florstoff med tilstrekkelig alkalistabilitet. Deretter blir den positive og den negative cellehalvdel under anvendelse av en kunststoff-tetning, særlig en polyamidtetning, 10 stukket på hverandre og forbundet med hverandre ved ombøyning.
Utladningsdiagrammet for en celle ifølge oppfinnelsen (kapasitet 330 mAt) er vist på fig. 5 (kurve A). Cellen ble belastet 12 timer pr. dag med 7 dager pr. uke med en motstand på 625 ohm. Etter en tid på over 170 driftstimer faller utladningsspenningen UD meget sterkt. Kurven B viser til sammenligning belastningskurven til en luft/sink-celle uten et utvidelsesrom ifølge oppfinnelsen. Herved er allerede etter 40 - 50 driftstimer en markant senkning av utladningsspenningen fast-slått. Kurven C viser til sammenligning utladningsdiagrammet for en HgO/Zn-celle (kapasitet 220 mAt), ved hvilken det opptrer en sterk spenningssenkning etter 90 - 100 driftstimer.
En vesentlig fordel ved cellen ifølge oppfinnelsen er den utpregede stabilitet for utladningsspenningen over en driftstid på 170 timer, dvs. utladningskarakteristikken er for-holdsvis hård.
Claims (6)
- Primærelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode, som over et separatorsystem står i elektrolytisk forbindelse med en av sinkpulver bestående negativ elektrode, idet denne elektrode er anordnet i et metallisk cellelokk og den positive elektrode i et metallisk cellebeger med en luft-tilscrømningsåpning, og hvor lokket er elektrolyttett forbundet med begeret over en tetning, karakterisert ved at det inne i sinkpulveret (8) er anordnet ett eller flere kompressible utvidelseslegemer (9), som kompenserer sinkens reaksjonsbetingede utvidelse.
- 2. Primærelement ifølge krav 1, karakterisert ved at det kompressible utvidelseslegeme (9) består av en porøs plast med lukkede porer, hvis porevolum er 80 - 98 %.
- 3. Primærelement ifølge krav 2, karakterisert ved at det kompressible utvidelseslegeme eller de kompressible utvidelseslegemer (9) er tilsatt sinkpulver i form av partikler hvis midlere diameter ligger mellom 0,3 og 3 mm.
- 4. Primærelement ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at dets positive luftelektrode (15) er fastsittende forbundet med et hydrofobt luftgjennomtrengelig sjikt (16) over en rasterdannelse, at kantområdet til.dette sjikt er presset elektrolyttett på en skulder (2) på cellebegeret (1) og at det spesifikke kompresjonstrykk for det kompressible utvidelseslegeme (9) er mindre enn det for de øvrige porøse sjikt i elementet.
- 5. Primærelement ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at porevolumet for det kompressible utvidelseslegeme (9) er mellom 50 og 65 % av sinkpulvervolumet og at dets spesifikke kompresjonstrykk ligger mellom 0,2 og 4 kp/cm^.
- 6. Primærelement ifølge krav 4, karakterisert ved at den som tetningsflate tjenende skulder (2) på cellebegeret (1) omfatter konsentrisk anordnede riller.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2535269A DE2535269C3 (de) | 1975-08-07 | 1975-08-07 | Galvanisches Primärelement mit alkalischem Elektrolyten und einer hydrophoben Luftelektrode |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO762329L NO762329L (no) | 1977-02-08 |
| NO147355B true NO147355B (no) | 1982-12-13 |
| NO147355C NO147355C (no) | 1983-03-23 |
Family
ID=5953451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO762329A NO147355C (no) | 1975-08-07 | 1976-07-02 | Primaerelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode. |
Country Status (22)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4054726A (no) |
| JP (1) | JPS5221625A (no) |
| AT (1) | AT352196B (no) |
| AU (1) | AU498256B2 (no) |
| BE (1) | BE844592A (no) |
| BR (1) | BR7604641A (no) |
| CA (1) | CA1062328A (no) |
| CH (1) | CH613309A5 (no) |
| DE (1) | DE2535269C3 (no) |
| DK (1) | DK145979C (no) |
| ES (1) | ES222760Y (no) |
| FI (1) | FI67278C (no) |
| FR (1) | FR2334215A1 (no) |
| GB (1) | GB1510089A (no) |
| GR (1) | GR60571B (no) |
| HK (1) | HK71478A (no) |
| IE (1) | IE43933B1 (no) |
| IT (1) | IT1065093B (no) |
| NL (1) | NL184084C (no) |
| NO (1) | NO147355C (no) |
| SE (1) | SE414249B (no) |
| SU (1) | SU691115A3 (no) |
Families Citing this family (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4066822A (en) * | 1976-09-28 | 1978-01-03 | P. R. Mallory & Co. Inc. | Self sealing microporous membrane for electrochemical cells and method of forming same |
| US4194059A (en) * | 1976-12-20 | 1980-03-18 | Compagnie Generale Des Etablissements Michelin | Assembly for an electrochemical device comprising a plate and a support |
| FR2378363A1 (fr) * | 1977-01-21 | 1978-08-18 | Accumulateurs Fixes | Generateurs electrochimiques de forme bouton |
| US4105830A (en) * | 1977-08-01 | 1978-08-08 | Union Carbide Corporation | Air depolarized cell |
| US4129686A (en) * | 1977-11-16 | 1978-12-12 | Union Carbide Corporation | Pronged anode collector for internally shorting galvanic cells |
| JPS54116484A (en) * | 1978-02-27 | 1979-09-10 | Tokai Senko Kk | Dyeing of cellulose fiber containing structure |
| US4189526A (en) * | 1978-05-05 | 1980-02-19 | Gould Inc. | Metal/oxygen cells and method for optimizing the active life properties thereof |
| DE3029622A1 (de) * | 1980-08-05 | 1982-03-18 | Dietrich Dr. 6741 Frankweiler Schuster | Stromerzeugendes element |
| US4343869A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-10 | Ray-O-Vac Corporation | Seal for metal-air batteries |
| FR2504021A1 (fr) * | 1981-04-17 | 1982-10-22 | Gipelec | Membrane de regulation de diffusion gazeuse, son procede de fabrication et pile a electrode positive a diffusion gazeuse utilisant une telle membrane |
| JPS5887781A (ja) * | 1981-11-19 | 1983-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ボタン型空気−亜鉛電池の製造法 |
| DE3314624A1 (de) * | 1983-04-22 | 1984-10-25 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | Luftsauerstoffzelle |
| DE3331699C2 (de) * | 1983-09-02 | 1985-10-31 | Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co KG, 5790 Brilon | Sauerstoffelektrode für alkalische galvanische Elemente und Verfahren ihrer Herstellung |
| DE3425171A1 (de) * | 1984-07-09 | 1986-01-16 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | Luftsauerstoffzelle |
| US4585710A (en) * | 1985-04-22 | 1986-04-29 | Duracell Inc. | Zinc/air cell cathode |
| US4988585A (en) * | 1989-02-02 | 1991-01-29 | Eveready Battery Company, Inc. | Liquid cathode electrochemical cells having insured anode to tab contact |
| CA2125954A1 (en) * | 1991-12-16 | 1993-06-24 | Glenn Woodruff Merry | Collapsing foam anode backing for zinc-air battery |
| US5451473A (en) * | 1992-01-28 | 1995-09-19 | Rayovac Corporation | Long life metal-air (battery and button cells therefor) cell having increased current pulse capability |
| US5362577A (en) * | 1993-06-04 | 1994-11-08 | Aer Energy Resources, Inc. | Diffusion vent for a rechargeable metal-air cell |
| US5389457A (en) * | 1993-08-09 | 1995-02-14 | Eveready Battery Company, Inc. | Gas filled collapsible member within anode to accommodate expansion of anode |
| US5458988A (en) * | 1993-08-10 | 1995-10-17 | Matsi, Inc. | Metal-air-cells having improved anode assemblies |
| US5733676A (en) * | 1995-05-05 | 1998-03-31 | Rayovac Corporation | Metal-air cathode can and electrochemical cell made therewith |
| US5582930A (en) * | 1995-05-05 | 1996-12-10 | Rayovac Corporation | High energy density metal-air cell |
| US5591541A (en) * | 1995-05-05 | 1997-01-07 | Rayovac Corporation | High steel content thin walled anode can |
| US6060196A (en) * | 1995-10-06 | 2000-05-09 | Ceramtec, Inc. | Storage-stable zinc anode based electrochemical cell |
| US5707499A (en) * | 1995-10-06 | 1998-01-13 | Ceramatec, Inc. | Storage-stable, fluid dispensing device using a hydrogen gas generator |
| US6248463B1 (en) | 1997-05-05 | 2001-06-19 | Rayovac Corporation | Metal-air cathode can and electrochemical cell made therewith |
| US6210827B1 (en) | 1998-03-06 | 2001-04-03 | Rayovac Corporation | Elongate air depolarized electrochemical cells |
| US6368738B1 (en) | 1998-03-06 | 2002-04-09 | Rayovac Corporation | Air depolarized electrochemical cell |
| US6261709B1 (en) | 1998-03-06 | 2001-07-17 | Rayovac Corporation | Air depolarized electrochemical cell having mass-control chamber in anode |
| US6205831B1 (en) | 1998-10-08 | 2001-03-27 | Rayovac Corporation | Method for making a cathode can from metal strip |
| US6461765B1 (en) | 2000-02-14 | 2002-10-08 | Aer Energy Resources Inc. | Metal-air cell housing with improved peripheral seal design |
| US6759162B2 (en) * | 2000-03-10 | 2004-07-06 | Eveready Battery Company, Inc. | Increased volume electrochemical cell |
| RU2402115C1 (ru) * | 2009-10-20 | 2010-10-20 | Владимир Фёдорович Воржев | Газодиффузионный электрод химического источника тока |
| JP6066064B2 (ja) | 2013-02-18 | 2017-01-25 | セイコーインスツル株式会社 | 電気化学セル、および、電気化学セルの製造方法 |
| DE102013203438A1 (de) * | 2013-02-28 | 2014-08-28 | Robert Bosch Gmbh | Galvanisches Element |
| DE202013005368U1 (de) * | 2013-06-15 | 2014-09-16 | Varta Microbattery Gmbh | Lagerstabile Gaserzeugungszelle |
| EP2827398B1 (de) * | 2013-07-17 | 2016-02-24 | VARTA Microbattery GmbH | Metall-Luft-Knopfzellen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP3297053B1 (de) * | 2016-09-19 | 2018-11-07 | VARTA Microbattery GmbH | Gaserzeugerzelle mit aussenliegender widerstandsfolie |
| KR102086385B1 (ko) | 2017-12-13 | 2020-03-10 | 주식회사 미트 | 금속 공기 전지 |
| CN112670512B (zh) * | 2020-12-24 | 2021-08-31 | 新利达电池实业（德庆）有限公司 | 碱性钮扣电池及钮扣电池正极片 |
| JP7385610B2 (ja) * | 2021-02-17 | 2023-11-22 | プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 | 二次電池の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2938064A (en) * | 1958-03-12 | 1960-05-24 | Union Carbide Corp | Air-depolarized cell |
| FR2093263A5 (no) * | 1970-06-08 | 1972-01-28 | Accumulateurs Fixes | |
| BE790219A (fr) * | 1971-10-29 | 1973-04-18 | Accumulateurs Fixes | Pile a depolarisation par l'air et procede pour sa fabrication |
-
1975
- 1975-08-07 DE DE2535269A patent/DE2535269C3/de not_active Expired
-
1976
- 1976-06-02 AT AT404676A patent/AT352196B/de not_active IP Right Cessation
- 1976-06-02 CH CH695176A patent/CH613309A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-07-02 SE SE7607608A patent/SE414249B/sv not_active IP Right Cessation
- 1976-07-02 NO NO762329A patent/NO147355C/no unknown
- 1976-07-16 BR BR7604641A patent/BR7604641A/pt unknown
- 1976-07-20 IT IT25511/76A patent/IT1065093B/it active
- 1976-07-20 FR FR7622110A patent/FR2334215A1/fr active Granted
- 1976-07-21 DK DK328776A patent/DK145979C/da not_active IP Right Cessation
- 1976-07-28 FI FI762149A patent/FI67278C/fi not_active IP Right Cessation
- 1976-07-28 BE BE169304A patent/BE844592A/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-08-03 US US05/711,360 patent/US4054726A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-08-03 SU SU762386912A patent/SU691115A3/ru active
- 1976-08-04 NL NLAANVRAGE7608671,A patent/NL184084C/xx not_active IP Right Cessation
- 1976-08-05 ES ES1976222760U patent/ES222760Y/es not_active Expired
- 1976-08-06 JP JP51093893A patent/JPS5221625A/ja active Granted
- 1976-08-06 AU AU16639/76A patent/AU498256B2/en not_active Expired
- 1976-08-06 CA CA258,629A patent/CA1062328A/en not_active Expired
- 1976-08-06 GR GR51430A patent/GR60571B/el unknown
- 1976-08-09 GB GB33126/76A patent/GB1510089A/en not_active Expired
- 1976-08-09 IE IE1763/76A patent/IE43933B1/en unknown
-
1978
- 1978-12-07 HK HK714/78A patent/HK71478A/xx unknown
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO147355B (no) | Primaerelement med alkalisk elektrolytt og en hydrofob luftelektrode. | |
| US4957826A (en) | Rechargeable metal-air battery | |
| JP3607612B2 (ja) | ガルバニ電池およびその製造法 | |
| US4136236A (en) | Long-life alkaline primary battery | |
| TW503598B (en) | Catalytic air cathode for air-metal batteries | |
| US4369568A (en) | Method for manufacturing cells utilizing centrifuging techniques | |
| US3920478A (en) | Divalent silver oxide-zinc cell having a unipotential discharge level | |
| HK1247647A1 (en) | Electrode for electrolysis, manufacturing method of electrode for electrolysis, and electrolyzer | |
| HK1247646A1 (en) | Electrolyzer | |
| US3655450A (en) | Battery electrode and method of making the same | |
| US6787008B2 (en) | Hydrogen generating cell with cathode | |
| US3409474A (en) | Hydrogen storing electrode and process for its manufacture | |
| US20020132158A1 (en) | Air electrode providing high current density for metal-air batteries | |
| GB1583461A (en) | Electrochemical cell having an ago electrode discharging at an ago voltage level | |
| US4174565A (en) | Method of precharging rechargeable metal oxide-hydrogen cells | |
| US2859266A (en) | Alkaline dry cell | |
| US20080206637A1 (en) | Flat Alkaline Primary Battery | |
| US2822416A (en) | Primary cell | |
| JPH07211345A (ja) | ボタン電池の形の気密に密閉されたアルカリ蓄電池 | |
| JP2608561B2 (ja) | 積層形電池 | |
| JP2007157445A (ja) | 空気電池 | |
| RU2030035C1 (ru) | Герметичный химический источник тока | |
| JP2877809B2 (ja) | ボタン型空気電池の製造方法 | |
| US20080292951A1 (en) | Flat Alkaline Primary Battery | |
| JPH0125417Y2 (no) |