DE1040096B

DE1040096B - Trockenzelle mit Sicherung gegen Ausscheidungen des Elektrolyten

Info

Publication number: DE1040096B
Application number: DEU4379A
Authority: DE
Inventors: Nelson Corey Cahoon
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-02-20
Filing date: 1957-02-20
Publication date: 1958-10-02
Also published as: MY6100009A; GB814043A; US2876271A; FR1173221A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Trockenzellen und hat als Hauptzweck eine Sicherung, welche das Auslaufen der Trockenzelle verhindert.

Das Auslaufen der Trockenzelle wird hauptsächlich durch innerhalb der Zelle erzeugten Gasdruck und übermäßige Bildir g von Ausscheidungen während des Gebrauchs verursacht. Diese Ausscheidungen können durch den Zellenbehälter oder durch die Verbindungen seiner zusammengesetzten Teile hindurchgedrückt werden. Um ein zufriedenstellendes Funktionieren der Trockenzelle zu erreichen, ist es erforderlich, den Elektrolyten sowie die Ausscheidungen innerhalb des Zellenbehälters eingeschlossen zu halten. Wenn man dies nicht berücksichtigt, ergeben sich schädliche Folgen. Der Elektrolyt kann z. B., wenn er die Behälterelektrode durchdrungen hat, die Ausrüstung, welche die Zellen zusammenfaßt, zerfressen. Ferner ist die Wirksamkeit der Zelle vermindert, wenn der Elektrolyt auf den Verbindungen zwischen einer oder beiden Elektroden und der Zellenkappe oder dem Deckelteil entlanggekrochen ist. Diese beiden FOlgen werden dadurch noch verschlimmert, daß eine undichte Zelle mehrere andere richtig funktionierende Zellen kurzschließen kann.

Verschiedene Auswege sind vorgeschlagen und ausprobiert worden, um das oben beschriebene Undichtwerden der Zelle zu verhindern. Diese beruhen im allgemeinen darauf, daß man ein ringförmig oder anderweitig geformtes Gefäß anbringt, welches die Elektrolytausscheidungen der Zelle, wenn sie durch Gasdruck herausgepreßt werden, aufnehmen kann. Dabei wird die Zelle am oberen Ende verschlossen, daß die Ausscheidungen in den Behälter fließen.

Gemäß dieser Erfindung besitzt die Trockenzelle eine Sicherung, welche aus einem Material besteht, das von den Ausscheidungen der Zelle angegriffen wird. Diese Sicherung befindet sich zwischen wenigstens einer der Elektroden und ihrer äußeren Anschlußklemme und gestattet den Stromfluß unter normalen Bedingungen. Sie wird aber zerstört, wenn sie mit den Ausscheidungen der Zelle in Berührung kommt und unterbricht dabei den elektrischen Stromkreis und beendet die Zellemvirksamkeit.

Das Unterbrechen des Stromkreises kann das Ergebnis chemischer oder elektrochemischer Einwirkung auf die Sicherung sein oder eine Verbindung beider Faktoren. Die chemische Einwirkung auf die Sicherung wird dadurch ermöglicht, daß das Material, aus welchem die Sicherung hergestellt ist, korrodierbar ist. Der elektrochemische Angriff kommt zustande, wenn die Sicherung als Lösungselektrode eines separaten Zellensystems wirkt.

Weitere Merkmale, Vorteile und AmveiKl»¹"*^¹¹"'^" lichkeiten der Erfindung ergeben si>'' '^{iUS c}'^{cr nacn}" Trockenzelle mit Sicherung
gegen Ausscheidungen des Elektrolyten

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

ίο Vertreter: DipL-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Sdmeckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Februar 1956

Nelson Corey Cahoon, Fairview Park, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt, teilweise schaubildlich, einer Sicherung, welche in den Stromkreis einer Trockenzelle eingefügt ist und auf elektrochemischen Angriff anspricht,

Fig. 2 die gleiche Anordnung wie Fig. 1 mit einer Sicherung, welche durch chemischen Angriff zerstört wird,

Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung, welche

die Lage des Beschleunigersalzes zur Sicherung zeigt, Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, welche mit chemischer und elektrochemischer Einwirkung arbeitet, bei welcher aber die Sicherung mit einer Feder ausgerüstet ist, um eine schnellere Wirkung zu erzielen,

Fig. 5 eine Dichtungsscheibe mit Aussparungen für den Durchtritt der Ausscheidungen zur Sicherung,

Fig. 6 den Schnitt einer. Sicherung, die sich in Kontakt mit dem negativen Pol der Zelle befindet, und

Fig. 7 den Schnitt einer Sicherung, die sich in Kontakt mit der äußeren positiven Elektrode befindet.
Die Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung sollte im allgemeinen die folgenden Eigenschaften haben:

1. Sie sollte aus einem Material bestehen, welches leicht durch die Korrosion.»;wirkung der Ausscheidungen angegriffen wird. Metalle wie Zink. Aluminium oder Magnesium sowie Legierungen davon erfüllen diese Anforderung sehr gut.

2. Sie sollte genügend Leitfähigkeit für den normalen Zellengebrauch besitzen.

»09 640 115

3 4

3. Sie sollte einen Mindest-Widerstand von 15 Ohm worden. Eine geeignete Mischung besteht aus zwei haben, wenn es sich um eine Taschenlampenzelle Gewichtsteilen Aluminiumsulfat und fünf Gewichtshandelt, teilen Quecksilberchlorid. Für Taschenlampenzellen

4. Sie sollte Dimensionen haben, die ein leichtes werden etwa 0,7 Gramm dieser Mischung benötigt. Unterbrechen ermöglichen. Aus diesem Grund kann 5 In Fig. 3 wird eine rohrförmige Sicherung 66 ge-.sie aus Folie bestehen, oder sie kann auf eine isolie- zeigt, deren Dimensionen so bemessen sind, daß sie rende Unterlage aufgedrückt sein. eng auf den Oberteil der Kohleelektrode 68 paßt. Da-

5. Die Zerstörung der Sicherung sollte einen großen bei steht sie im Kontakt mit der Messingkappe 70. Abstand schaffen, welcher nicht leicht durch den Elek- ist aber gegen den Metalldeckel 72 durch die Dichtrolyten überbrückt werden kann. to tungsringe 73 und 74 isoliert. Ein Leitweg für die

In der Praxis ist es notwendig, eine schnelle Re- Ausscheidung (durch Pfeile angezeigt) wird durch

aktion zwischen der Sicherung und der Zellenaus- die Wachspapierkragen 75 und 76 gebildet. Die Teile

scheidung herzustellen. Verschiedene Mittel werden 77 und 78 sind Abschnitte einer Röhre aus Pappe,

nachstehend gezeigt, die eine solche Wirkung sicher- welche die Sicherung umgibt,

stellen. 15 Diese Röhre wird von dem Kragen 75 getragen, auf

Fig. 1 zeigt eine übliche Trockenzelle, welche einen welchem sie mit Hilfe von Siegelwachs 79 in ganzem Zinkbecher 10, eine Kohleelektrode 12 und einen De- Umfang verankert ist. Beschleunigersalzkügelchen 80 polarisator 14 aufweist. Letzterer ist durch eine Paste werden durch die Röhre an ihrem Platz gehalten. Die oder einen Scheider 16 von der negativen Elektrode Ausscheidung, welche von Elektrolyten hochsteigt, getrennt. Zwischen dem positiven Pol und der nega- so wird mittels der Röhre rund um die Sicherung geleitiven Elektrode 10 befindet sich ein Stück Zinkmetall tet und der chemische Angriff auf die Sicherung durch 18, welches die Sicherung bildet. Diese Sicherung das sich auflösende Beschleunigersalz begünstigt. Der ist die Lösungselektrode eines kurzgeschlossenen sepa- Kragen 76 paßt auf den Depolarisator 82. Das Siegelraten Zellensystems: wachs 83 und 84 hält die Sicherung 66 in ihrer Lage

Kohle/MnO₂/ausgetretener Elektrolyt/Sicherung. 25 fest.

Unter den Bedingungen, welche durch den beschrie- Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der-Erfindung, heuen Stromkreis geschaffen sind, wird die Sicherung bei welcher mechanische Mittel in Form einer Metallauf elektrochemische Weise durch Ausscheidungen feder das Unterbrechen des Stromkreises beschleuniangegriffen. wenn sie über die normale Höhe an- gen. Eine Metallfeder 85 übt auf die Sicherung 86 steigen, wie es in übertriebener Form bei 20 dar- 3° einen Druck aus. Die Sicherung wird von einem koiniiestellt ist. binierten plastischen Zellenverschluß und Sicherungs-

Wo die Sicherung auf elektrochemischem Wege träger 87 gehalten. Um den elektrischen Kontakt zu zerstört wird, braucht sie nicht aus einem Metall zu sichern, ist eine Messingkappe 88 über den oberen Teil bestehen, welches unedler ist als die negative Elek- der Kohleelektrode 89 geschoben. In dem oberen irorle der Trockenzelle. 35 Dichtungsring 90 ist genügend Platz für die Ent-. Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführuugsform der spannung der Feder vorgesehen. Die Ausscheidungen Erfindung, bei der die Sicherung durch chemischen werden auf einem direkten Weg 91 b und 92 /; mit geAngriff zerstört wird. Hier ist eine Trockenzelle mit ringem Widerstand durch die oberen Ringe 91 und einem Aluminiumsicherungsstreifen 30 ausgerüstet, 92 zur Sicherung geleitet.

der korrodiert, sobald Ausscheidungen 32 durch die 4° Diese Ausführungsform ist für kleine Hörgeräte-Abdichtung der Zelle hindurchtreten. Dabei wird der zellen besonders geeignet, und zwar wegen ihres koni-Stromkreis und jede weitere Zellenentladung unter- binierten plastischen Zellenverschlusses und Sichebrochen, wodurch einem weiteren Austreten von Aus- rungsträgers, welche in kleinen Abmessungen herscheidungen vorgebeugt wird. gestellt werden können und dementsprechend Platz

Die Sicherung kann selbstverständlich auch bei 4-5 sparen.

Zellen angewendet werden, bei denen die negative Fig. 5 zeigt die Ringe 91 und 92, welche einen Weg

Elektrode in der Mitte der Zelle angeordnet und von von geringem Widerstand für die Ausscheidungen

einer becherförmigen positiven Elektrode umgeben schaffen. Der erste Ring 92 besteht vorzugsweise aus

ist. einer Wachspapierscheibe, welche in den Zellenbe-

Der Einfachheit halber sind die Stromkreise, welche 5° halter hineinpaßt. Dieser Ring hat sowohl eine zen-

zum chemischen und elektrochemischen Angriff auf trale öffnung 92a für den Durchgang der Kohle-

die Sicherung beitragen, separat gezeigt. Es soll je- elektrode als auch einen breiten Schlitz 92 b, welcher

doch nicht angenommen werden, daß die beiden Ar- vom Rande bis zur Mitte eingeschnitten ist. Dieser

beitsprinzipien vollständig unterschiedlich sind, wenn Ring liegt direkt auf dem Depolarisator auf. Der

die Zelle tatsächlich in Betrieb ist. Mit anderen Wor- 55 Ring 91 wird auf den Ring 92 aufgelegt oder mit ihm

ten gesagt, kann der chemische Angriff auf die verbunden. Der Ring 91 hat zwei öffnungen; eine

Sicherung elektrochemische Kennzeichen oder der öffnung 91 α für die Kohleelektrode und eine andere

elektrochemische Angriff chemische Kennzeichen auf- öffnung 91 b, welche direkt über dem Schlitz des

weisen. Da bei einem Undichtwerden der Betrieb der unteren Ringes 92 sitzt und somit den Weg für die

Zelle so schnell wie möglich unterbrochen werden 6° Ausscheidungen freigibt.

sollte, ist es wünschenswert, eine schnelle Reaktion Eine Ausführungsform, wie in Fig. 6 dargestellt,

zwischen der Sicherung und der Zellenausscheidung eignet sich für umkleidete Zellen und sieht eine elek- _

zu bewerkstelligen. Um eine solche schnelle Reaktion trolytische Sicherung vor, welche im Kontakt mit

zu erzielen, hat es sich als nützlich erwiesen, in den dem negativen Pol der Zelle steht. Der Aufbau der

Luftraum über der Zelle »Beschleuniger-Salze zu 65 Zelle sieht einen Weg vor, auf dem die Ausschei-

geben, z. B. in Form von stückigen Kontaktkörpern, düngen sich innerhalb der Umhüllung 94 und entlang

welche von der emporsteigenden Ausscheidung auf- an der Außenseite des Zinkbehälters 95 nach unten

genommen werden. Saure Salze, z. B. in der Aus- bewegen können, um die Sicherung 96 anzugreifen,

scheidung lösbarer Alumiiiiiimsalze. können mit an- welche sich zwischen dem Boden des Behälters und

deren Salzen. ■/.. 15. Quecksilberchlorid, verwendet 7° der Bodenabschlußscheibe 97 befindet. Eine Isolier-

Claims

scheibe 98 trennt die Enden der Sicherung. Eine Magnesiumstreifensicherung hat die besten Ergebnisse für diese Ausführungsform ergeben. In Fig. 7 wird eine Zelle 99 mit positiver Außenelektrode gezeigt, welche mit einer Sicherung gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Die Sicherung besteht aus einem Zinkstreifen 1, z. B. 0,13 mm dick und 3,2 mm breit, welcher im Kontakt mit der spritzgegossenen Kathodenanschlußschicht 2 steht. Eine rostfreie Stahlfeder 3 wird in Kontakt mit der metallischen Abdeckung 4 gewickelt und so an der Sicherung angebracht, daß diese auseinandergerissen wird, wenn sie durch den Angriff der Ausscheidungen genügend geschwächt ist. Ein Metallstreifen 5 schafft den Kontakt von der mit Schaft versehenen negativen Elektrode 6 zu einer Folie 7, welche mit der negativen Abdeckung 8 in Kontakt gebracht ist. Die Sicherung kann auch aus einer leitenden Schicht bestehen, die auf einen nichtleitenden Träger aufgedruckt oder aufgemalt ist. Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Trockenzelle, welche mit zwei Sicherungen ausgerüstet ist. Eine Sicherung wird durch chemischen Angriff zerstört und besteht aus einem Metall, das stärker elektronegativ ist als die negative Elektrode der Trockenzelle. Die andere Sicherung, die durch elektrochemischen Angriff zerstört wird, kann passenderweise aus demselben Metall bestehen wie die negative Elektrode der Trockenzelle. PΛ TKXTWS I1 Π (THE-

1. Trockenzelle mit Sicherung gegen Ausscheidungen des Elektrolyten, gekennzeichnet durch eine Sicherung, die aus einem Material besteht, welches durch den Angriff der Zellenausscheidungen zerstört wird und zwischen wenigstens einer der Elektroden und ihrem äußeren Pol angeordnet ist.

2. Trockenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung aus einem metallischen Material besteht, das stärker elektronegativ als die sich verbrauchende Metallelektrode ist.

3. Trockenzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherung aus einer leitenden Schicht besteht, die auf einen isolierenden Träger aufgedruckt ist.

4. Trockenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Beschleunigersalze aus einem Gemisch von Aluminiumsulfat und Quecksilberchlorid oben auf dem Depolarisierungsgemisch vorgesehen sind.

5. Trockenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Mittel in Form einer Metallfeder mit der Sicherung verbunden sind.

6. Trockenzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitweg mit geringem Widerstand für die Ausscheidungen vorgesehen ist, die aus der Zelle durch zwei gewachste Ringe hochsteigen, wobei der erste dieser Ringe in das Innere des Zellenbehälters hineinpaßt und direkt auf dem Depolarisator aufliegt, ferner ein zentrales Loch hat, um die Kohleelektrode durchtreten zu lassen und einen breiten Schlitz aufweist, welcher vom Rande bis zur Mitte reicht, wobei der zweite Ring auf den ersten Ring oben aufgelegt ist und zwei Öffnungen hat, von denen die eine die Kohleelektrode durchtreten läßt und die andere den Weg für die Ausscheidungen freigibt, wenn sie mit dem Schlitz des ersten Ringes ausgerichtet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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