DE1028642B - Galvanisches Element - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft galvanische Elemente, insbesondere alkalische Trockenelemente. Die bekannten Trockenelemente dieser Art bestehen gewöhnlich aus zwei metallischen Polen in Form eines Bechers oder einer Kapsel, die gemeinsam mit einer zwischen ihren Rändern eingepreßten isolierenden Dichtung ein dichtes Gehäuse für das Element bilden. Der eine dieser Becher bzw. Kapseln steht mit einem üblichen Depolarisator, ζ. B. einer Mischung von Quecksilberoxyd und Graphit, in elektrisch leitender Verbindung, während der andere mit einer vorzugsweise aus amalgamiertem Zink bestehenden negativen Elektrode in Kontakt steht. Zwischen der positiven und der negativen Elektrode befindet sich ein saugfähiger fester Körper mit einem darin absorbierten alkalischen Elektrolyt, beispielsweise Kaliumhydroxyd mit einem wesentlichen Anteil von Zinkat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser bekannten Elemente hat der eine Pol die Form einer zylindrischen Büchse, und der andere ist als Verschluß deckel in Form einer schalenförmiigen Metallplatte ausgebildet, die aus Zink oder einem Metall mit niedrigem Kontaktpotential gegenüber Zink, beispielsweise aus Kupfer, Messing oder zinnplattiertem Stahl, besteht.

Bei den Elementen der beschriebenen Art traten beträchtliche Schwierigkeiten auf. Obwohl die zusammengedrückte isolierende Dichtung einen im allgemeinen luftdichten Abschluß des Elementes gewährleistet, so kriecht doch häufig eine geringe Menge des Elektrolyts an der Innenfläche der oberen Abschlußscheibe entlang und gelangt um die Kante dieser Scheibe herum auf die obere Außenfläche. Es sind zwar gelegentlich Vorschläge zur Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten gemacht worden, jedoch waren diese niemals voll befriedigend und erfolgreich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alkalisches Trockenelement so zu gestallten und abzudichten, daß es vollständig frei von schädlichen Wirkungen elektrolytischer Kriechvorgänge ist, daß das bei ungewöhnlichen Betriebsbedingungen unter übermäßigem Druck stehende Gas aus dem Innern des Elementes entweichen kann und daß die Pole über eine lange Zeitdauer von Korrosion und Verkrustung sauber und frei bleiben.

Eine einfache, wirkungsvolle und vollständig ausreichende Lösung der erwähnten Probleme bei einem galvanischen Element, bei dem das Metallgehäuse den einen Pol und dessen Abschlußdeckel den anderen Pol des Elementes bildet und bei dem zwischen den Rändern des Metallgehäuses und des Abschlußdeckels ein elastischer und isolierender Dichtungskörper angeordnet ist, der die beiden Pole elektrisch voneinander isoliert und das Metallgehäuse dicht verschließt, Galvanisches Element

Anmelder:

Mallory Batteries Limited,
Dagenham, Essex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Schiffer, Patentanwalt,
Karlsruhe, Kochstr. 3

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. August 1953

Fred Devoe Williams, New Rochelle, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, daß der Abschlußdeckel aus zwei gewölbten Scheiben besteht, deren zentrale Teile ineinandergefügt sind, während ihre Randteile voneinander getrennt sind und dadurch am Umfang des Abschlußdeckels einen Ringspalt bilden, in den hinein sich ein Teil des elastischen Dichtungskörpers erstreckt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Der Depolarisator, ζ. B. eine Mischung von Quecksilberoxyd mit einem kleinen Anteil Graphit, ist in Form einer zylindrischen Hülse 12 vorgesehen, die im Preßsitz an der inneren Oberfläche der Stahlbüchse 10 sitzt und dadurch mit dieser in elektrisch leitender Verbindung steht. Ferner ist eine negative Elektrode in Form einer aus amalgamiertem Zinkpulver gepreßten zylindrischen Hülse 14 innerhalb der Stahlbüchse 10 vorgesehen und konzentrisch zum Depolarisator angeordnet. Zwischen dem Depolarisator und der negativen Elektrode ist eine Schicht 15 aus einer Vielzahl von Lagen aus saugfähigem Material, z. B. gegen Alkali widerstandsfähigem Papier, als Abstandshalter eingefügt. Diese Schicht ist mit einem Elektrolyt gesättigt, der vorzugsweise aus einem Alkalimetallhydroxyd besteht und außerdem einen geeigneten Anteil von gelöstem Zink enthält. Am Boden der Stahlbüchse ist eine Isolationszwischenlage 16 aus unempfindlichem elastischem Material, z. B. aus synthetischem Kautschuk vorgesehen, die eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der negativen Elektrode und der Stahlbüchse verhindert.
Der Abschlußdeckel 17 des Elementes besteht aus schalenförmigen metallischen Deckelscheiben 18

zwei

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und 19, die in der Mitte so geformt sind, daß die innere Scheibe 19 in die äußere Scheibe 18 eingepreßt werden kann. Dies ist erwünscht, um die beiden Scheiben in gutem und bleibendem elektrischem Kontakt miteinander zu halten.

Obwohl ein Preßsitz der erläuterten Art in den meisten Fällen ausreicht, um einen zufriedenstellenden elektrischen Kontakt zu gewährleisten, können die beiden Deckelscheiben auch miteinander punktverschweißt werden, wie dies bei 20 angedeutet ist, um mit Sicherheit jede gegenseitige Verlagerung auszuschließen. Ferner sind die äußeren Ränder der Scheiben 18 und 19 leicht auseinandergespreizt und schließen zwischen sich einen spitzen Winkel ein.

Zur Isolation des Abschluß deckeis gegen die Stahlbüchse und zur Erzielung eines luftdichten Abschlusses ist eine isolierende Dichtung 21 aus Polyäthylen vorgesehen. Diese Dichtung 21 besteht aus einem flanschartigen Teil 22, der sich zwischen den Flansch 11 der Stahlbüchse 10 und den Außenrand der inneren Deckelscheibe 19 erstreckt. Ein zweiter, manschettenartiger Teil 23 liegt der Oberfläche der äußeren Deckelscheibe 18 an.

Ein Mantel 24 umschließt die Stah-lbüchse einschließlich der Randteile des Abschluß deckeis. Der Rand des Mantels ist unten nach innen umgebogen, wie dies bei 25 angegeben ist, und liegt auf einem ringförmig eingezogenen Rand 26 der Stahlbüchse auf. Auch oben ist der Mantel nach innen eingezogen, wie dies bei 27 angegeben ist. Es ist wichtig, daß der Mantel einen axialen Druck auf den Flanschteil 22 der Dichtung und gleichzeitig einen Druck im wesentlichen in radialer Richtung auf den Manschettenteil 23 der Dichtung ausübt. Dieser Druck auf die Dichtung bewirkt außerdem, daß diese mit dem Teil 28 zwischen die Ränder der Deckelscheiben 18 und 19 hineingedrängt wird. Es wurde gefunden, daß eine Ausbildung dieser Art einen ausgezeichneten und vollkommen sicheren luftdichten Abschluß des Elementes gewährleistet.

Die innere Deckelscheibe 19 besteht vorzugsweise aus einem Metall mit niedrigem Kontaktpotential gegenüber Zink oder ist mit einem solchen Metall plattiert, wobei zinnplattierter Stahl für diesen Zweck ausgezeichnet geeignet ist. Andererseits ist die äußere Deckelscheibe 18 zweckmäßig aus einem Metall hergestellt oder mit einem solchen Metall plattiert, das gute Korrosionsfestigkeit gegen den Elektrolyt aufweist und geeignet ist, eine saubere Oberfläche unter atmosphärischen Einwirkungen zu behalten. Ein geeigneter Werkstoff hierfür ist nickelplattierter Stahl.

Die Wirkungsweise des Elementes ist aus den vorstehenden Erläuterungen ohne weiteres verständlich. Vor allem ist zu beachten, daß das Element unter normalen Bedingungen luftdicht abgeschlossen ist und das Durchsickern des Elektrolyts vollständig verhindert wird. Dies beruht auf der besonderen Ausbildung der Isolationsdichtung und auf ihrem Zusammenwirken mit den benachbarten Teilen der Stahlbüchse und des Abschlußdeckels. Auf diese Weise werden der Flanschteil und der Manschettenteil der Dichtung in verschiedenen Richtungen stark zusammengepreßt und in zwei Wirkungsbereiche voneinander geschieden. Besonders wird die abdichtende Wirkung durch den in den Zwischenraum zwischen den Rändern der beiden Deckelscheiben hineingepreßten Teil der Dichtung weiter verbessert.

Das beschriebene Element ist vollständig frei von schädlichen Wirkungen des Kriechens des Elektrolyts. Selbst wenn die verwendeten alkalischen Elektrolvte eine ausgeprägte Neigung zum Kriechen entlang den mit ihnen in Berührung stehenden Oberflächen besitzen, werden diese doch bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Abschluß deckeis entlang der unteren Oberfläche der inneren Deckelscheibe 19 um die Karate dieser Scheibe herum in den Zwischenraum zwischen den Scheiben 18 und 19 geleitet. Die in diesen Zwischenraum eindringende Elektrolytmenge wird in ihm aufgefangen und kann niemals die Außenseite des Elementes erreichen, so daß die bloßliegende Oberfläche der äußeren Deckelscheibe 18 immer sauber und frei von Korrosion bleibt. Weiterhin hat das Element mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Abschlußdeckel die Eigenschaft, übermäßigen Innendruck, der durch anomale Betriebsbedingungen zustande kommt, frei zu lassen. Jede übermäßige Erhöhung des Innendruckes bewirkt ein leichtes gegenseitiges Ausweichen der Stahlbüchse und des Abschlußdeckels, und hierdurch wird einerseits der Druck auf den Manschettenteil 23 der Dichtung vergrößert und andererseits der Druck auf den Flanschteil 22 verringert. Infolgedessen kann das Gas unter den Flanschteil 22 der Dichtung hindurch um den Rand 11 der Stahlbüchse 10 herum in den Zwischenraum 29 zwischen der Stahlbüchse und dem Mantel übertreten. Aus diesem Zwischenraum entweicht der Gasdruck auf unschädliche Weise zwischen dem eingezogenen Rand 26 und dem einwärts gebogenen Rand 25 des Mantels, der zufolge der Verlagerung der Stahlbüchse gegenüber dem Abschluß deckel leicht und elastisch verformt wird. Um zu verhindern, daß das an dieser S teile ausströmende Gas etwas von dem Elektrolyt mitnimmt, ist es vorteilhaft, einen Körper aus porösen Werkstoff, z. B. eine Hülse 30 aus porösem Papier, in den Zwischenraum zwischen der Stahlbüchse und dem Mantel einzufügen. Der Elektrolyt, der diese Hülse erreicht, wird durch sie aufgesaugt und kann damit nicht auf die Außenseite des Elementes gelangen.

Die erfindungsgemäße Doppelscheibenkonstruktion des Abschluß deckeis ist auch auf Elemente ohne die Selbstentlüftungseinrichtung anwendbar. Obwohl im vorstehenden die erfindungsgemäße Ausführungsform speziell in Anwendung auf ein alkalisches primäres Trockenelement erläutert wurde, kann sie mit gleichem oder ähnlichem Ergebnis auch auf andere elektrochemische Einrichtungen angewendet werden, beispielsweise auf Elektrolytkondensatoren, Elektrolytgleichrichter, Sekundärelemente od. dgl. Außerdem ist die vorteilhafte Wirkung nicht auf alkalische Trockenelemente beschränkt, vielmehr können ausgezeichnete Ergebnisse bei Primär- und Sekundärelementen aller Art erzielt werden, die die verschiedensten elektrochemischen Systeme verwenden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Element, bei dem das Metallgehäuse den einen Pol und dessen Abschlußdeckel den anderen Pol des Elementes bildet und bei dem zwischen den Rändern des Metallgehäuses und des Abschluß deckeis eine elastische Dichtung angeordnet ist, welche die beiden. Pole elektrisch voneinander isoliert und das Metallgehäuse dicht verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel (17) aus zwei gewölbten Scheiben (18 und 19) besteht, deren zentrale Teile ineinandergefügt sind, während ihre Randteile voneinander getrennt sind und dadurch am Umfang des

Abschlußdeckels einen Ringspalt bilden, in den hinein sich ein Teil (28) der elastischen Dichtung (21) erstreckt.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckelscheibe (19) aus Zinn oder zinnplattiertem Stahl, die obere Deckelscheibe (18) aus
Stahl besteht.

Nickel oder nickelplattiertem

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 881 391; USA.-Patentschrift Nr. 2 463 316.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen