DE1116286B

DE1116286B - Galvanisches Primaerelement vom Leclanche-Typus

Info

Publication number: DE1116286B
Application number: DEP25084A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Joachim Euler
Original assignee: Pertrix Union GmbH
Current assignee: VARTA Pertrix Union GmbH
Priority date: 1960-05-27
Filing date: 1960-05-27
Publication date: 1961-11-02

Description

Die Erfindung betrifft; ein galvanisches Primärelement vom Leclanche-Typus.

Derartige Elemente sind seit langem bekannt. Als nachteilig hat sich bei ihnen bisher erwiesen, daß ihre Entladekurve stark abfällt und insbesondere eine hohe Anfangsspitze der Spannung aufweist. Die Hauptursache dafür ist in einem Anstieg des p_H-Wertes der positiven Elektrode im Laufe der Entladung zu suchen. Man hat daher diese unerwünschten Erscheinungen dadurch zu beseitigen versucht, daß man saure Substanzen in die positive Elektrode einbrachte, die den p_H-Wert im sauren Bereich halten sollten. Bekannte Vorschläge arbeiten beispielsweise mit sauren Fluoriden und stabilisieren den p_H-Wert bei etwa 3 oder mit Chlorzink und Salzsäure und stabilisieren bei etwa 1,5. Als nachteilig ist bei diesen Konstruktionen jedoch zu erwähnen, daß durch den stark sauren Charakter des Elektrolyten naturgemäß die Korrosion der Zinkelektrode stark erhöht wird. Außerdem ist in den meisten Fällen mit dieser Stabilisierung die Einbringung unerwünschter Fremdionen in die Zelle verbunden. Schließlich beanspruchen die eingebrachten sauren Substanzen einen Teil des Zellvolumens.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und einen Weg zu finden, auf dem sich galvanische Primärelemente mit einer horizontaleren Entladekurve und gleichzeitig befriedigender Lagerfähigkeit herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kombinierte Anwendung eines mit einer alkalischen Lösung behandelten Braunsteins als Depolarisator und eines an sich bekannten ammoniakalischen Salmiakelektrolyten gelöst. Am zweckmäßigsten hat es sich dabei erwiesen, einen Elektrolyten aus einer bei 20° C nahezu gesättigten Salmiaklösung mit solchem Ammoniakgehalt zu verwenden, daß der p_H-Wert zwischen 8 und 10, vorzugsweise zwischen 9 und 10, liegt. Dieser p_H-Bereich liegt gleichzeitig im optimalen Bereich hinsichtlich der Korrosion der Zinkelektrode, die sowohl in stärker sauren als auch in stärker alkalischen Lösungen wesentlich mehr angegriffen wird. Dadurch ist eine gute Lagerfähigkeit der Zellen gewährleistet. Die Verwendung von Ammoniak zum Alkalisieren des Elektrolyten hat den Vorteil, daß sich Ammoniak praktisch ohne Volumenzunahme im Elektrolyten löst. Außerdem begünstigt Ammoniak zusammen mit einem Salmiaküberschuß in der Puppe die Bildung des grobkristallinen Zn(NHg)₂Cl₂ oder des löslichen Zn(NH₃)₄Cl₂, die beide den Innenwiderstand der Zelle erheblich weniger erhöhen als die sonst gebildeten feinkristallinen basischen Zinkchloride. Wichtig Galvanisches Primärelement
vom Leclanche-Typus

Anmelder:
Pertrix Union G.m.b.H., Ellwangen/Jagst

Dipl.-Phys. Dr. Joachim Euler, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

ist dabei die Verwendung eines Braunsteins, der in seinem p_H-Wert so liegt, daß er den des Elektrolyten nicht verschiebt. Dementsprechend liegt also zweckmäßigerweise der Isoaziditätspunkt des verwendeten Braunsteins zwischen 8 und 10, vorzugsweise zwischen 9 und 10.

Die Herstellung eines derartigen Braunsteins kann auf einfachste Weise durch eine Behandlung eines üblichen hochaktiven Braunsteins mit alkalischen Lösungen, wie beispielsweise NH₄OH, NaOH, Na₂CO₃, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, oder ähnlichem erreicht werden. Man bringt dabei den Braunstein etwa 10 Stunden bei Zimmertemperatur in eine derartige Lösung, worauf er bei erhöhter Temperatur getrocknet und gegebenenfalls noch ausgewaschen wird. Er ist dann mindestens in seiner gesamten Oberfläche so weit alkalisiert, daß er den geforderten Isoaziditätspunkt von 8 bis 10 besitzt. Die Imprägnierung des Braunsteins kann auch bei höheren Temperaturen und dann in entsprechend kürzerer Zeit erfolgen. So sind etwa bei 40° C nur 2 bis 3 Stunden erforderlich.

Eine besonders einfache Art der Vorbehandlung des Braunsteins besteht auch darin, daß man ihn trocken oder mit Wasser befeuchtet von gasförmigem, eventuell feuchtem Ammoniak durchströmen läßt.

Die Vorbehandlung kann an jeder Art Braunstein vorgenommen werden, besondere Vorteile bieten feinkörnige, z. B. elektrolytisch oder durch Fällung hergestellte Braunsteine. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Elektrolyten kann entweder durch Einleiten von gasförmigem Ammoniak in eine Salmiaklösung erfolgen oder durch Auflösen von Salmiak in Ammoniakwasser. Es lassen sich aber auch andere Elektrolyte verwenden, sofern sie in dem geforderten p_H-Bereich nicht ausfallen. Typische Beispiele dafür sind die Chloride der Alkalimetalle

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und der Erdalkalimetalle, z. B. CaCl₂, oder auch Mischungen z. B. von NH₄Cl und MgCl₂.

Als Beispiel einer Zusammensetzung des Elektrolyten für ein Primärelement gemäß der Erfindung sei nachstehend angegeben:

260 Teile Salmiak werden in 440 Teilen Wasser gelöst und mit 350 Teilen konzentriertem Ammoniakwasser versetzt. Der p_H-Wert liegt zwischen 9 und 10. 75 g dieses Elektrolyten werden mit 28 g Mehl verdickt und bei 80° C verkocht.

Dieser Elektrolyt wurde in Kombination mit einem Depolarisator aus elektrolytisch hergestelltem Braunstein, der etwa 14 Stunden bei 20° C mit konzentriertem Ammoniakwasser behandelt und anschließend bei 60° C getrocknet worden war, in einem Primärelement verwendet. Es ergab sich dabei die in der Figur dargestellte Entladekurve, in der deutlich zu ersehen ist, daß das erfindungsgemäß aufgebaute Primärelement eine wesentlich gleichmäßigere Entladespannung besitzt als die üblichen, bisher bekannten Leclanche-Zellen, deren Entladung beispielsweise in der Kurve 2 dargestellt ist. Gleichzeitig ist aus der Figur noch zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen Primärelemente ihre Spannung über einen weitaus längeren Zeitraum behalten, also eine größere nutzbare Entladedauer besitzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Galvanisches Primärelement vom Leclanche-Typus, gekennzeichnet durch die Kombination eines mit einer alkalischen Lösung behandelten Braunsteins als Depolarisator mit einem ammoniakalischen Salmiakelektrolyten.

2. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Elektrolyten aus einer bei 20° C nahezu gesättigten Salmiaklösung, z. B. aus 20 bis 27 Teilen Salmiak auf 100 Teile Lösung, mit einem solchen Ammoniakgehalt, daß der p_H-Wert des Elektrolyten zwischen 8 und 10, vorzugsweise zwischen 9 und 10, liegt.

3. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Depolarisator mit Braunstein von einem Isoaziditätspunkt zwischen 8 und 10, vorzugsweise zwischen 9 und 10.

4. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Primärelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hochaktiver Braunstein mit Alkali- oder Erdalkalilauge oder Soda behandelt wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Primärelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hochaktiver Braunstein mit gasförmigem, vorzugsweise feuchtem Ammoniak behandelt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Primärelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Ammoniak in eine wäßrige Salmiaklösung bis zur Sättigung eingeleitet wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Primärelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Salmiak in einer wäßrigen Ammoniaklösung aufgelöst wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 35 392, 387 072;
britische Patentschriften Nr. 663 453, 772 038;
USA.-Patentschrift Nr. 2 919 216.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen