DE1004690B - Fuell-Stapelbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Füllbatterie. Hierunter werden Batterien verstanden, bei denen der Elektrolyt so lange nicht in Wirkung zu den zugehörigen Bauteilen tritt, bis gewisse Arbeitsgänge ausgeführt worden sind.

Das Ziel der Erfindung ist, eine Leichtbatterie zu schaffen, die einfach, preiswert und wirtschaftlich herzustellen und selbst nach längerer Lagerung fähig ist, nach der Aktivierung länger andauernde Ströme relativ großer Stärke sowohl bei hohen als auch bei niederen Temperaturen abzugeben.

Für das richtige Arbeiten solcher Füllbatterien ist es wesentlich, daß benachbarte Zellen gegeneinander abgedichtet sind, wobei sie jedoch oben und unten offen bleiben müssen, damit die Elektrolytlösung zutreten kann. Zu diesem Zweck ist bereits eine Vielzahl von Zellentrennwänden in Vorschlag gebracht worden, die jedoch sämtliche Nachteile aufweisen, und zwar in bezug auf die Abdichtung und das Gewicht oder bezüglich der Bequemlichkeit und der Billigkeit bei der Massenherstellung. Eine der letztentwickelten Trennwände, ein durchlaufender Zickzackstreifen, der zwischen benachbarte Zellen hindurchgeführt wird, ist deshalb besonders unbefriedigend, da der durchlaufende Streifen bei dem Zusammenbau schwierig zu handhaben ist und einen Abschluß nur an der einen Seite jeder Zelle liefert, so daß es erforderlich ist, einen Rahmen und eine dicke Klebschicht vorzusehen, um die zweite Seite einer jeden Zelle zu verschließen. Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten durch Verwendung einzelner Trennwände, die überstehende Seitenteile aufweisen, die die Seitenteile der nächsten benachbarten Zelle oder Zellen überlappen und an ihrer Stelle mittels eines Haltebandes gehalten werden.

Die Erfindung sei nunmehr ausführlicher an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Füllbatterie gemäß der Erfindung, wobei ein Teil des Deckels des Batteriegehäuses weggebrochen dargestellt ist, um die offenen Seiten der Zellen freizulegen,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 in schaubildlicher Darstellung die Einzelbauteile, in auseinandergezogenem Zustand, die eine vollständige Zelle bilden, sowie einen Teil einer benachbarten Zelle einer eine hohe Spannung aufweisenden Batterie, die eine Anodenspannung einem Elektronenentladungsrohr zu übermitteln vermag,

Fig. 4 in schaubildlicher Darstellung die positiven Klemmenbauteile und die Isolationskopfstücke an dem einen Ende einer Anodenbatterie, welche Bauteile beim Endzusammenbau miteinander in Oberflächenberührung gebracht werden,

Füll-Stapelbatterie

Anmelder:

Ray-O-Vac Company, Madison,
Wis. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. September 1951

Lee John Lockwood, Wonewoc, Wis. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich der nach Fig. 4 für die negativen Klemmenbauteile,

Fig. 6 in räumlicher Darstellung einen Stapel von Zellen, die zu einer Anodenbatterie zusammengesetzt sind,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Schnittlinie 7-7 in Fig. 1,

Fig. 8 eine Draufsicht auf die Zellen einer Anodenbatterie, in der das Überlappen der Seiten der nachgiebigen Trennwände zwischen den Zellen und ihr Verschluß an dem umhüllenden nichtleitenden Band veranschaulicht wird,

Fig. 9 in räumlicher Darstellung einige der Bauteile, in auseinandergezogener Form, aus denen eine Niederspannungsbatterie bzw. Heizbatterie herzustellen ist, die zum Heizen des Glühfadens eines Elektronenentladungsrohres dient, während

Fig. 10 in räumlicher Darstellung eine Heizbatterie wiedergibt, die zwei Abschnitte aufweist, deren einer eine relativ niedrigere Spannung liefert.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht ein Batteriestapel 10 aus einer Heizbatterie 11 und eine Anodenbatterie 12, welch letztere sich aus drei Stapeln 12', 12" und 12"' zusammensetzt, wobei die beiden Batterien miteinander durch ein Band 13 verbunden sind und innerhalb eines mit einem Überzug versehenen Papp- oder Papiergehäuses 14 sitzen. Die Heizbatterie 11 und die drei Stapel 12', 12" und 12'" der Anodenbatterie werden durch Isolierkörper 23 (Fig. 1 und 2) aus elektrolytbeständigem Kunststoff getrennt gehalten.

Die Fig. 3 bis 8 zeigen in verschiedener Darstellung einen Anodenbatteriestapel, und zwar sowohl in nicht zusammengebauten als auch im zusammengebauten Zustand. Die einzelnen Zellen eines jeden Stapels sind

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erfindungsgemäß durch entsprechende nichtleitende nachgiebige Trennwände 25 voneinander getrennt. Die Trennwände 25 sind als rechteckige Blätter ausgebildet und bestehen aus Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyäthylen oder Chlorkautschuk.

Jede Trennwand 25 hält in ihrer Mitte eine verhältnismäßig kleine negative Elektrode 26 und eine positive Elektrode 27, wobei die Elektroden 26 und dicht (Fig. 4 und 5) gegen entgegengesetzte Seiten der

sowohl lang als auch beschwerlich sind und das uner · wünschte Übertreten des Elektrolyts in wirksamer Weise verhindert wird. Andererseits ragen die Kopf- und Bodenseiten der Trennwände 25 erheblich über 5 und unter die Elektrolytscheibe 29 hinaus.

Um einen besonders gut brauchbaren positiven Stromanschluß für einen Stapel von reihengeschalteten Zellen einer Anodenbatterie zu schaffen, wird am Ende des Stapels eine Kupferplatte 36 (Fig. 4) zwischen der

Trennwand 25 gepreßt sind, und zwar mittels eines io positiven Elektrode 38 und dem benachbarten Isolierelektrisch leitenden Bügels 28, der durch sie hindurch- streifen 30 eingelegt. Diese Kupferplatte 36, die sich führt. Jede negative Elektrode 26 ist eine dünne, recht- in Berührung mit der positiven Elektrode 38 befindet eckige Magnesiumplatte, während jede positive Elek- und einen angelöteten Draht 37 aufweist, macht es trode 27 ein rechteckiger Bronze-Gitter- oder -Sieb- überflüssig, daß der Überzug von der Gitterelektrode körper ist. Die Gitterelektroden 27 können mit einer 15 38 entfernt werden muß, was eine entsprechende Be-Cuprochloridpaste überzogen sein, wie dies im nach- einträchtigung des Arbeitens der Batterie zur Folge folgenden beschrieben wird. haben würde. Der entsprechende negative Anschluß

Die Bügel 28., die dazu dienen, die benachbarten (Fig. 5) für einen Zellenstapel besteht aus einem Draht Zellen in Reihe zu schalten, und vorzugsweise aus 40, der an der negativen Endplatte 39 mittels zweier Bronze bestehen, sind in fester Kontaktberührung mit 20 Bronzebügel 28 und einer Lötstelle 41 befestigt ist. den zugehörigen negativen Elektroden 26 und den Diese Verbindungsstelle wird mit einem isolierenden, positiven Gitterelektroden 27, um Spannungsschwan- wasserbeständigen Lacküberzug versehen, der bei 24 kungen möglichst klein zu halten. Ein geeigneter angedeutet ist.

isolierender, wasserbeständiger Lacküberzug 24 und Das Heizbatterieteilstück 11 des Batteriestapels,

24' (Fig. 4 und 5) wird auf jedem Bügel nach dem 25 am besten aus den Fig. 9 und 10 zu ersehen, ist etwas Zusammenbau aufgebracht, um eine chemische Ein- größer als jeder der Anodenbatteriestapel, jedoch im wirkung auf den Bügel während des Betriebes der wesentlichen in der gleichen Weise aufgebaut. Da Batterie zu verhindern. jedoch die Batterie 11 wesentlich größere Abmessun-

Nachdem eine Anzahl von Sätzen der Bauteile 25, gen hat, wird ein Isolierband 48 an ihrem Mittelteil 26 und 27 zusammengestapelt worden sind, werden sie 30 in solcher Weise befestigt, daß ihre Isolierendstreifen mit einer entsprechenden Anzahl von rechteckigen 47 überbrückt sind, wodurch ein besonders fester Geelektrolytadsorbierenden Scheiben 29 zusamengebaut. samtverband entsteht. Die Batterie 11 ist unterteilt in Die Scheiben 29 bestehen aus einem Stoff, der einen zwei Abschnitte A und A', deren Strom von den beiden Elektrolyt nach dem Inbetriebsetzen der Batterie zu positiven Ableitungsdrähten 49 und 50, die an ausadsorbieren vermag. Ein besonders brauchbarer elek- 35 gekratzte bzw. freigelegte Teilstücke der äußeren positrolytadsorbierender Stoff ist ein elektrolytbeständiges tiven Elektrode angelötet sind, und von dem gemein-

Zellulosematerial. Jede zusammengebaute Zelle besteht somit aus einer positiven Elektrode 27 (oder 27'), einer elektrolytadsorbierenden Scheibe 29 (oder 29') mit dem adsorbierten Elektrolyt und aus einer negativen Elektrode 26 (oder 26'). Die benachbarten Zellen sind voneinander durch die Trennwände 25 (oder 25') abgeschlossen und stehen miteinander in Reihenschaltung über die Bügel 28 (oder 28') in Verbindung.

samen negativen Stromableitungsdraht 51, der an eine negative Elektrode an der in Fig. 2 ersichtlichen Stelle angenietet ist, abgenommen werden kann.

Wie bereits erwähnt, sind die positiven Gitterelektroden sowohl der Heiz- als auch der Anodenbatterie mit einer Cuprochloridpaste überzogen. Diese Paste wird, und zwar für beide Batterieteile, mit Hilfe einer Polystyrollösung hergestellt, die sich z. B. wie

Wie Fig. 6 zeigt, ist ein steifer Isolierstreifen an 45 folgt zusammensetzt: 831 g Polystyrol, 101,1 g jedem Ende eines Zellenstapels vorgesehen, und der chloriiertes Bi-phenyl, 39,75 g bi-hexyl-natrium-sulfogesamte Zusammenbau ist in ein nachgiebiges, elek- succinat, 1721 cm⁸ Toluol, 115 cm⁸ Benzol, trolytbeständiges, nichtleitendes Band31 eingewickelt. Unter chloriiertem Bi-phenyl sind chloriierte aroma-

Das Band 31, dessen Innenfläche mit einem elektrolyt- tische Kohlenwasserstoffe zu verstehen, Bi-hexylbeständigen nichtleitenden Klebstoff überzogen ist, 50 natrium-sulfosuccinat ist ein bekanntes Reinigungshält nicht nur die gestapelten Zellen zusammen, son- mittel.

dern legt auch die vorstehenden Kanten der Trenn- Bei Verwendung dieser Lösung setzt sich die Paste

wände 25 in abgebogener Stellung fest, um eine wirk- für die positive Elektrode der Anodenbatterie wie same Dichtung zwischen den Zellen sicherzustellen. folgt zusammen: 75,31% Cuprochlorid, 23,20% PoIy-Ein Übertreten des Elektrolyts von Zelle zu Zelle, und 55 styrollösung, 1,49% Cadmiumchlorid. damit ein Kurzschließen, wird auf diese Weise ver- Die Paste für die positive Elektrode der Heiz

batterie ist im wesentlichen die gleiche wie die für die Anodenbatterie, mit der Ausnahme, daß Ruß hinzugefügt wird, um den Spannungsanstieg nach dem Aktivieren der Batterie erheblich zu verbessern. Eine besonders brauchbare Heizbatteriepaste setzt sich wie folgt zusammen: 71,7% Cuprochlorid, 21,7% Polystyrollösung, 4,7% Cadmiumchlorid, 2% Ruß.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, können die

Trennwand 25 für die Zelle 32 bis zum Punkt α in der 65 verschiedenen Teilabschnitte der Füllbatterie elek-Nähe der Zelle 34, also zwei Zellen entfernt von Zelle trisch in beliebiger Weise geschaltet werden. Die 32. In entsprechenderWeise erstrecken sich die Kanten Stromableitungsdrähte werden in ein Kabel 19 zuder Trennwand 25" für die nächste Zelle 33 bis zu sammengefaßt, das aus einem Schlitz 18 am oberen einem Punkt b in der Nähe einer Zelle 35, ebenfalls Teil des Papiergehäuses 14 austritt und an ein entzwei Zellen entfernt, so daß die Verbindungswege 70 sprechendes Anschlußstück 54 führt. Im Gehäuse 14

hindert, während gleichzeitig die Kopf- und Bodenseiten der Zellen offen bleiben, so daß ein aktivierender Elektrolyt eingebracht und der Überschuß abgeführt werden kann.

Das Überlappen der verschiedenen Trennwände 25 gemäß der Erfindung ist aus Fig. 6 und noch deutlicher aus Fig. 8 zu ersehen. Wie sich aus Fig. 8 ergibt, erstrecken sich die abgebogenen Kanten der

Claims (11)

stehen die jeweiligen Batterieteilabschnitte unten auf den Fußteilen der Isolierendstücke 30 und 47, die ihrerseits auf einer Grundplatte 16 ruhen, die dem Gehäuse 14 angepaßt und mit Aussparungen 17 versehen ist. Die Batterie kann mit natürlichem Wasser, wie beispielsweise Seewasser, aktiviert werden; doch wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel zweckmäßig reines Wasser hierzu verwendet. Das Wasser wird durch eine Aussparung 21 im Deckel 15 des Gehäuses 14 hindurch eingegossen und breitet sich nach dem Eingießen über einen flachen Zwischenkörper 20 aus, der an der Unterseite des Deckels 14 sitzt, wie dies bei 15' angedeutet ist. Der Zwischenkörper 20 enthält Salze, wie beispielsweise Cadmiumchlorid, die in Lösung gehen und einen Elektrolyt bilden, wenn das Wasser hindurchsickert. Auf diese Weise wird die Batterie mit dem Elektrolyt bis zu einem Spiegel gefüllt, der durch die Aussparungen 22 (Fig. 1) im oberen Teil des Gehäuses 14 bestimmt wird. ao Der Elektrolyt wird dann von den Scheiben 29 adsorbiert, wodurch diese stromleitend werden. Nach etwa 3 Minuten wird das überschüssige Wasser aus der öffnung 22 herausgeschüttet und durch geeignete Maßnahmen sichergestellt, daß alles überschüssige Wasser entfernt ist, so daß keine Überbrückung der offenen Stellen der Zellen eintritt. Die Batterie wird dann 15 Minuten elektrisch an eine Normalbelastung angeschaltet, woraufhin sie gebrauchsfertig ist. Zusätzlich zu den verschiedenen vorbeschriebenen Ausführungsformen können die Salze für die Aktivierung schon in den Adsorptionsscheiben 29 enthalten sein, sie können sich aber auch in einem Salzzwischenstreifen befinden, der den Scheiben 29 anliegt. Die Batterie kann auch ohne Behälter ausgebildet sein, wobei die Aktivierung dadurch bewirkt wird, daß die Batterie in die Aktivierungsflüssigkeit eingetaucht oder daß die Flüssigkeit über sie gegossen wird. Wenn auch das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Magnesium-Cuprochlorid- Zelle zum Gegenstand hat, so kann sie doch auch bei anderen Zellengattungen zur Anwendung kommen, beispielsweise bei Magnesium-Silberchlorid- oder Zink-Cuprochlorid-Zellen. Die vorbeschriebene Batterie eignet sich besonders zur Strom- und Spannungslieferung für meteorologische Geräte, da sie kleine Abmessungen und ein geringes Gewicht aufweist. Eine erfindungsgemäß ausgebildete Batterie ist nach einem Ausführungsbeispiel nur 125 mm lang, 113 mm breit und 62 mm hoch. Das Trockengewicht dieser Batterie beträgt 357 g, das Gewicht nach der Aktivierung nur 572 g. Dieses verhältnismäßig geringe Gewicht ist weitgehend eine Folge der Anwendung der dünnen plastischen Trennwände 25, mit denen die Überlappungs-Dichtungs-Bauart gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt. Γ A TE N T A N S P R C C H E:

1. Füll-Stapelbatterie mit einer Anzahl von Zellen, die flach zusammengestapelt sind und durch eine Anzahl nachgiebiger, isolierender, elektrolytbeständiger Trennwände voneinander getrennt gehalten sind, die zwischen benachbarten Zellen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (25) entlang den Kanten gegenüberliegender Seiten rechtwinklig abgebogen sind und mindestens den entsprechenden Teil der Trennwand für die nächstbenachbarte Zelle überlappen, derart, daß eine Dichtungsverbindung zwischen diesen beiden Trennwänden hergestellt ist, wobei zweckmäßig die oberen und unteren Kanten der Trennwände oben und unten über die Zellen hinausragen und diese in offenem, nicht abgedichtetem Zustand zwecks Zufuhr und Abziehens der Aktivierungsflüssigkeit gehalten bleiben.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Trennwände in einer Überlappungs-Dichtungs-Stellung durch ein um die Batterie gewickeltes Band (31) aus nachgiebigem, isolierendem, elektrolytbeständigem Werkstoff gehalten sind.

3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das umgewickelte Band auf den überlappten Trennwänden mittels eines isolierenden, elektrolytbeständigen Klebstoffes gehalten ist.

4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachzellen und die Trennwände eine rechteckige Form aufweisen und die beiden überlappenden Kanten einer jeden Trennwand mindestens bis zur übernächsten Zelle reichen.

5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Elektrode einer jeden Zelle aus Magnesium besteht, während die positive Elektrode als Gitterkörper ausgebildet und mit einer cuprochloridhaltigen Paste überzogen ist.

6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterkörper in der Form eines Bronzenetzes oder -gitters ausgebildet und mit dem getrockneten festen Endprodukt einer Paste überzogen ist, die sich zusammensetzt aus einer Polystyrollösung, Cuprochlorid, Cadmiumchlorid und Ruß.

7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Pol eines jeden Zellenstapels aus einer mit einem Anschlußdraht versehenen metallischen Platte besteht, die in Stirnflächenberührung mit der positiven Gitterelektrode steht.

8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie von einem Gehäuse (14) umgeben ist, das die Flüssigkeit für die Aktivierung der Zellen aufnehmen und zurückhalten kann.

9. Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Deckel ein flacher Zwischenkörper (20) mit dem Gehäuse verbunden ist, der Aktivierungsstoffe enthält, die durch Wasser gelöst werden, das in das Gehäuse zur Bildung der Flüssigkeit für das Aktivieren der Batterie eingegossen wird.

10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkörper Cadmiumchlorid enthält.

11. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizbatterie und eine Anodenbatterie in dem gleichen Gehäuse untergebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 462 522; britische Patentschriften Nr. 549 036, 558 207; USA.-Patentschriften Nr. 2 307 766, 2 416 576.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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