PL189125B1 - Bateria manganowa sucha bezrtęciowa - Google Patents

Abstract

1. Bateria manganowa sucha bezrteciowa, zawierajaca mieszanine katodowa zawie- rajaca dwutlenek manganu jako material aktywny, anode zawierajaca cynk jako material aktywny i separator zawierajacy papier z nalozona na nim pasta, znamienna tym, ze mie- szanina katodowa zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilosci 0,04 do 0,4 czesci wa- gowych, jako wartosc przeliczeniowa boru, na 100 czesci wagowych dwutlenku manganu. 3. Bateria manganowa sucha bezrteciowa zawierajaca mieszanine katodowa zawie- rajaca dwutlenek manganu jako material aktywny, anode zawierajaca cynk jako material aktywny i separator zawierajacy papier z nalozona na nim pasta, znamienna tym, ze se- parator zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilosci 0,1 do 8,0 czesci wagowych, jako wartosc przeliczeniowa boru, na 100 czesci wagowych suchej zawartosci pasty.2 189 125 Bateria manganowa sucha bezrteciowa PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest bateria manganowa sucha bezrtęciowa.

Chodzi tu zwłaszcza o suchą baterię manganową o usprawnionych parametrach wyładowania.

Rtęć jest głównie używana jako inhibitor korozji anody cynkowej w suchej baterii manganowej. W takim przypadku, rtęć jest włączona do separatora i wprowadzona do baterii. Separator jest uzyskiwany przez nakładanie pasty na płytę podłoża separatora i jej suszenie, gdzie pasta powstaje w wyniku rozpuszczenia skrobi i lepiszcza w rozpuszczalniku alkoholowym. Mieszanina katodowa jest pokrywana separatorem i umieszczana w cynkowym naczyniu stanowiącym anodę. Rtęć w ilości kilku % wagowych jest dodawana do pasty, która jest nakładana na separator. Przy bliskim kontakcie separatora z wewnętrzną powierzchnią naczynia cynkowego tworzy się amalgamat na powierzchni naczynia cynkowego, co skutecznie chroni przed korozją naczynie cynkowe.

Różne baterie bezrtęciowe były opracowane i zaproponowane, mając na uwadze ochronę środowiska: na przykład bateria, w której zastosowano stop cynkowy o dużej odporności na korozję (na przykład rozwiązanie opublikowane w JAPANESE PATENT LAID-OPEN GAZETTE Nr 6-196155) i bateria z dodatkiem substancji antykorozyjnej (na przykład rozwiązanie opublikowane w JAPANESE PATENT LAID-OPEN GAZETTE Nr 4-10357).

Gdy bezrtęciowa, sucha bateria manganowa jest rozładowywana na określoną rezystancję obciążenia, pojemność rozładowania może być skrajnie obniżona. To zjawisko zachodzi, zwłaszcza przy rozładowaniu w warunkach małego obciążenia.

Skrajne zmniejszenie pojemności rozładowania może być przypisane gwałtownemu zwiększeniu rezystancji wewnętrznej baterii w trakcie rozładowania, w przypadku gdy sucha bateria manganowa jest rozładowywana przy rezystancji małego obciążenia. Raptowne zwiększenie prowadzi do raptownego spadku napięcia zewnętrznego w trakcie wyładowania w warunkach małego obciążenia.

Możliwym środkiem zapobiegającym zwiększeniu rezystancji wewnętrznej jest zwiększenie ilości roztworu elektrolitu w mieszaninie katodowej lub w paście separatora lub alternatywnie zwiększenie ilości węgla stosowanego jako materiał przewodzący w mieszaninie katodowej. Te metody zmniejszają jednak ilość dwutlenku manganu w mieszaninie katodowej

189 125 i dlatego pogarszają ogólne parametry rozładowania baterii, w tym parametry w warunkach dużego obciążenia.

Celem wynalazku jest rozwiązanie wymienionych powyżej problemów i opracowanie bezrtęciowej, suchej baterii manganowej, chronionej przed zwiększeniem rezystancji wewnętrznej w trakcie rozładowania i mającej doskonałe właściwości rozładowania, zwłaszcza przy małych obciążeniach.

Bateria manganowa sucha bezrtęciowa, zawierająca mieszaninę katodową zawierającą dwutlenek manganu jako materiał aktywny, anodę zawierającą cynk jako materiał aktywny i separator zawierający papier z nałożoną na nim pastą, odznacza się według wynalazku tym, że mieszanina katodowa zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,04 do 0,4 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu.

Korzystnie mieszanina katodowa zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,08 do 0,2 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu.

Bateria manganowa sucha bezrtęciowa zawierająca mieszaninę katodową zawierającą dwutlenek manganu jako materiał aktywny, anodę zawierającą cynk jako materiał aktywny i separator zawierający papier z nałożoną na nim pastą, charakteryzuje się według wynalazku tym, ze separator zawiera kwas borny lub boran alkaliczny w ilości 0,1 do 8,0 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych suchej zawartości pasty.

Korzystnie separator zawiera kwas borny lub boran alkaliczny w ilości 1,0 do 4,0 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych suchej zawartości pasty.

Zgodnie z wynalazkiem opracowano baterię manganową bezrtęciową, suchą, chronioną przed zwiększeniem rezystancji wewnętrznej w trakcie rozładowania i mającą doskonałe właściwości rozładowania, zwłaszcza przy małych obciążeniach.

W suchej baterii manganowej kwas bomy jest wprowadzony do mieszaniny katodowej, przez połączenie i mieszanie sproszkowanego kwasu bornego, dwutlenku manganu jako materiału aktywnego katody i węgla jako materiału przewodzącego, przez dodanie elektrolitu do mieszaniny, a następnie dobre ugniecenie mieszaniny.

Inna metoda wprowadzenia kwasu bornego do mieszaniny katodowej polega na połączeniu i wymieszaniu dwutlenku manganu i węgla jako materiału przewodzącego, następnie dodaniu elektrolitu z rozpuszczonym w nim kwasem bornym i dobre ugniecenie mieszaniny.

Zamiast kwasu bornego może być zastosowany boran alkaliczny. Typowymi przykładami boranu alkalicznego są boran sodu, boran potasu i podobne.

Kwas bomy i boran alkaliczny przeciwdziałają zwiększeniu rezystancji wewnętrznej baterii manganowej suchej bezrtęciowej, w specjalnych warunkach rozładowania. Aby osiągnąć taki efekt jest wymagane, aby mieszanina katodowa zawierała kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,04 do 0,4, korzystniej 0,08 do 0,2 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu.

Wartość przeliczeniowa boru mniejsza niż 0,04 części wagowych nie chroni skutecznie przed zwiększeniem rezystancji wewnętrznej baterii w trakcie rozładowania. Z drugiej strony wartość przeliczeniowa boru większa niż 0,4 części wagowych, nie daje dodatkowych efektów, ale w sposób niepożądany zwiększa rezystancję wewnętrzną baterii przed rozładowaniem. To może pogorszyć parametry baterii w warunkach ciągłego rozładowania przy dużym obciążeniu takim jak 10 kiH.

W innej odmianie wykonania baterii manganowej według wynalazku, kwas bomy jest wprowadzany do pasty separatora. Separator jest uzyskiwany przez nakładanie pasty, zawierającej kwas bomy, na arkusz podłoża, taki jak papier siarczanowy i suszenie pasty. Jest korzystne aby pasta zawierała skrobię i lepiszcze.

Zamiast kwasu bornego można zastosować boran alkaliczny. Typowym przykładem boranu alkalicznego są boran sodu, boran potasu i podobne. Jest wymagane, aby separator zawierał kwas borny lub boran alkaliczny w ilości 0,1 do 8,0, korzystniej 1,0 do 4,0 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych suchej zawartości w paście.

189 125

Przyjęcie takiego zakresu zostało opisane dla przypadku, gdzie mieszanina katodowa zawiera kwas borny. Ponadto, jeśli zawartość kwasu bornego lub boranu alkalicznego jest większa niż 4,0 części wagowe, występuje tendencja do oddzielania się lub odpadania pasty od separatora. Biorąc pod uwagę tę tendencję korzystna zawartość kwasu bornego lub boranu alkalicznego w paście wynosi 1,0 do 4,0 części wagowych.

Rzeczywista zawartość kwasu bornego w paście może być mniejsza niż zawartość kwasu bornego w mieszaninie katodowej. Jest tak dlatego, ponieważ kwas bomy zawarty w paście skuteczniej spowalnia zachodzące w baterii reakcje, które prowadzą do zwiększenia rezystancji wewnętrznej baterii w trakcie rozładowania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia suchą baterię manganową według wynalazku w widoku w częściowym przekroju.

Rysunek przedstawia w widoku w częściowym przekroju, suchą baterię manganową R6.

Mieszanina katodowa 1 z dwutlenkiem manganu jako materiałem aktywnym jest umieszczona w naczyniu cynkowym 2 oddzielonym separatorem 3 i dolną warstwą papieru 6. Pręt węglowy 4 działający jako kolektor prądowy katody jest umieszczony w środku mieszaniny katodowej 1. Otwór cynkowego naczynia anodowego 2 jest zalany uszczelnieniem 5 z żywicy. Końcówka anodowa 12 i pierścień uszczelniający 1 są umieszczone na dolnej powierzchni anodowego naczynia cynkowego 2. Wystający koniec pręta węglowego 4 jest przykryty końcówką katodową 8. Obwód anodowego naczynia cynkowego 2 jest pokryty kurczącą się pod wpływem ciepła rurką 9 z żywicy, która jest otoczona osłoną metalową 11. Pierścień izolujący 10 jest umieszczony pomiędzy końcówką katodową 8 i górnym końcem osłony metalowej 11.

Mieszanina katodowa 1 była przygotowana przez dodanie 75 części wagowych elektrolitu do 100 części wagowych mieszaniny katodowej, gdzie stosunek wagowy dwutlenku manganu do sadzy acetylenowej był 7 do 1. Elektrolit był wytworzony przez rozpuszczenie 43 części wagowych chlorku cynku i 1 części wagowej chlorku amonu w 100 częściach wagowych wody.

Separator 3 był wykonany przez nałożenie pasty na papier siarczanowy i suszenie pasły'. Pasta była wykonana przez rozpuszczenie usieciowanej skrobi i lepiszcza zawierającego głównie polioctan winylu w rozpuszczalniku alkoholowym.

Zastosowane tu anodowe naczynie cynkowe 2 było wykonane ze stopu cynku zawierającego 0,4% wagowe ołowiu.

Przykłady 1 do 4 i przykłady porównawcze 1 do 4

Jak pokazano w tabeli 1 suche baterie „d” do „g” z przykładów, gdzie mieszanina katodowa zawierała sproszkowany kwas bomy w proporcji 0,04 do 0,4 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu i suche baterie „c” i „h” z przykładów porównawczych, gdzie mieszanina katodowa zawierała sproszkowany kwas bomy w proporcji odpowiednio 0,01 i 0,8 części wagowych, byty⁷ wykonane w taki sposób jak powyżej.

Inna sucha bateria „b” była także wykonana w taki sposób jak powyżej z wyjątkiem tego, że nie zawierała kwasu bornego, co odpowiada baterii znanej ze stanu techniki.

Jeszcze inna sucha bateria „a” z przykładu porównawczego była wykonana w taki sposób jak powyżej z wyjątkiem tego, że nie zawierała kwasu bornego i że dwie części wagowe chlorku rtęci (I) jako wartość przeliczeniowa rtęci były dodane na 100 części wagowych suchej zawartości pasty separatora.

Przykłady 5 do 9

Suche baterie „i” do „m” z innego przykładu wykonania wynalazku były także wykonane, jak pokazano w tabeli 1, gdzie 0,1 do 8,0 części wagowych kwasu bornego, jako wartość przeliczeniowa boru, było zawarte na 100 części wagowych suchej zawartości pasty separatora w suchej baterii manganowej R6.

Tabela 1 pokazuje dane dotyczące czasu życia (napięcie końcowe: 0,9V), w przypadku, gdy suche baterie z wszystkich przykładów były ciągle rozładowywane przy obciążeniu 10 kil Tabela 1 pokazuje także rezystancję wewnętrzną każdej baterii w momencie, gdy pojemność rozładowania baterii „b” znanej ze stanu techniki była maksymalnie obniżona, co pokazuje zakończenie czasu życia w trakcie ciągłego wyładowania przy obciążeniu 10 kil.

189 125

Tabela 1

Bateria	Zawartość kwasu bornego (części wagowe na 100 części suchej, stałej zawartości)	Dodatek rtęci	Rozładowanie przy obciążeniu 10kfi
	W mieszaninie katodowej	W paście separatora		Czas życia względny	Rezystancja wewnętrzna
a	0	0	Dodana	100	10
b	0	0	Nie dodane	66	100
c	0,01	0	Nie dodany	70	100
d	0,04	0	Nie dodano	95	30
e	0,08	0	Nie dodano	100	9
f	0,2	0	Nie dodano	100	8
g	0,4	0	Nie dodano	100	10
h	0,8	0	Nie dodano	100	12
I	0	0,1	Nie dodane	90	23
j	0	0,4	Nie dodant	98	20
k	0	1,0	Nie dodany	100	15
1	0	4,0	Nie dodano	100	13
m	0	8,0	Nie dodano	99	17

Jak wynika z danych pokazanych w tabeli 1, podobnie jak przykład„a” nie zawierający kwasu bornego, ale zawierający rtęć, bezrtęciowe, suche baterie „d” do „g” według wynalazku, gdzie sproszkowany kwas borny był zawarty w mieszaninie katodowej, miały znacząco lepsze parametry niż nie zawierająca kwasu bornego bateria „b”, znana ze stanu techniki, w trakcie ciągłego wyładowania przy obciążeniu 10 kQ. Ponadto z suchych baterii „d” do „g” według wynalazku, najkorzystniejsze są suche baterie „e” i „f'

Sucha bateria „c”, gdzie mieszanina katodowa zawiera kwas bomy w ilości 0,01 części wagowych nie była wystarczająco dobra. Z drugiej strony, sucha bateria „h”, gdzie zawartość kwasu bornego wynosiła 0,8 części wagowych, nie wykazywała lepszych wyników, ale w sposób niepożądany miała zwiększoną rezystancję przed rozładowaniem. To pogarszało parametry baterii w warunkach dużego obciążenia.

Suche baterie „i” do „m” według wynalazku, gdzie kwas bomy był zawarty w paście separatora, miały także znacznie lepsze parametry niz nie zawierająca kwasu bornego bateria „b” znana ze stanu techniki. Ponadto, spośród nich najkorzystniejsze są suche baterie „k” i „1”.

Chociaż w powyższych przykładach kwas bomy był zawarty w mieszaninie katodowej lub paście separatora, borany alkaliczne, takie jak boran sodu i boran potasu pozwalają uzyskać podobne rezultaty.

Jak opisano powyżej wynalazek dostarcza baterię manganową suchą, bezrtęciową mającą doskonałe właściwości rozładowania w warunkach małych obciążeń.

189 125

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Bateria manganowa sucha bezrtęciowa, zawierająca mieszaninę katodową zawierającą dwutlenek manganu jako materiał aktywny, anodę zawierającą cynk jako materiał aktywny i separator zawierający papier z nałożoną na nim pastą, znamienna tym, że mieszanina katodowa zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,04 do 0,4 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu.
2. 2. Bateria według zastrz. 1, znamienna tym, że mieszanina katodowa zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,08 do 0,2 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych dwutlenku manganu.
3. 3. Bateria manganowa sucha bezrtęciowa zawierająca mieszaninę katodową zawierającą dwutlenek manganu jako materiał aktywny, anodę zawierającą cynk jako materiał aktywny i separator zawierający papier z nałożoną na nim pastą, znamienna tym, że separator zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 0,1 do 8,0 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych suchej zawartości pasty.
4. 4. Bateria według zastrz. 3, znamienna tym, że separator zawiera kwas bomy lub boran alkaliczny w ilości 1,0 do 4,0 części wagowych, jako wartość przeliczeniową boru, na 100 części wagowych suchej zawartości pasty.