DE2144089A1

DE2144089A1 - Auslauffreie Trockenbatterie

Info

Publication number: DE2144089A1
Application number: DE19712144089
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-29
Filing date: 1971-09-02
Publication date: 1972-05-10
Also published as: US3973995A; FR2108682A5; JPS4921504B1

Description

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Dr. Toshiso Kamai tkt 7174

Yokohama/JAPAN ^

Auslauffreie Trockenbatterie

Die Erfindung betrifft eine zylinderförmige Trockenbatterie mit einer Zinkkathode und einer Zinkchloridanode, insbesondere eine auslauffreie galvanische Trockenbatterie, bei der die äußere Umhüllung aus (Plastik), wie Polyäthylen, Polypropylen, Vinylchlorid besteht, wobei die Höhe der Wand der Zinkkathode und des Separators und der oberen Ebene der Elektrolyt-Anode so angeordnet ist, daß der Elektrolyt und andere Flüssigkeiten aus der Batterie nicht austreten.

Bei der bekannten Trockenbatterie nach Leclanche war der Nachteil unvermeidlich, daß der Elektrolyt bei langer Entladung zur oberen Fläche des Depolarisatorkuchens durchdringt, sich dort ablagert und durch die äußere Umhüllung ausläuft. * Kunststoff

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Bei den bekannten Leelanche-Trockenbatterien in zylinderförmiger Ausführung wird als Elektrolyt eine Lösung verwendet, die hauptsächlich aus dem Ammoniumehlorid besteht. Deshalb zersetzt sich das Zink der Kathode bei der Entladung an der Seitenwand der Zinkbüchse und in ihrer Umgebung lagert sich dichtes Zinkchlorid ab. Zur gleichen Zeit entsteht Ammonium an der Seite der Depolarisator-Anode und es bilden sich zwischen der Zinkkathode und Anode feine Zinkdiaminchloridkristalle aus, die sich langsam zu einer halbdurchsichtigen Schicht auf der Oberfläche des Zinks entwickeln. Diese halbdurchsichtige Schicht erzeugt durch den Unterschied der Dichtigkeit zwischen der Anodenseite des Zinkchlorides und der Kathodenseite einen osmotischen Druck und läßt die Flüssig keiten von der Seite der Depolarisator-Anode zur Zinkkathoden« wand übertreten.

Die positiven Ionen, wie Zinkionan, Zinkammonium-Ionen, werden durch die Wirkung des elektro-osmotischen Druckes zur Zinkkathode herangezogen. Das Zink der Kathode wird durch die Entladung abgebaut und wird dünner und gelangt in den Kuchen und zwischen dre Spalten des Separators und des Kleisterpapiers.

Das Zink erzeugt durch seine. Zersetzung dichtes Zinkchlorid, das die Stärke und Gewebe im Kleisterpapier löst, und der Kuchen fördert die Fließfähigkeit der Paste.

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Bei den bekannten Leclanche-Trockenbatterien bewegt sich aus diesem Grund die Flüssigkeit der Paste durch den osmotisehen Druck und den elektro-osmotischen Druck zum Kathodenzink hinüber und hebt sich zwischen dem nun verdünnten Zinkblech und der Kleisterschicht des Separators, deren Flüssigkeit jetzt viel verstärkt worden ist, nach oben empor und lagert sich an der oberen Fläche des Kathodendepolarisators ab. Das Mangandioxid verliert inzwischen seine OxidierungswiYKong und wenn dennoch Kathodenzink übrig bleibt, erzeugt es Wasserstoffgas, welches der flüssige Elektrolyt durch die Poren in der äußeren Umhüllung und dies verursacht das Auslaufen des Elektrolyten. *austreibt

Auch wenn eine dicke Zinkbüchse zur Hemmung des Auslaufens des Elektrolyts und eine dichte feste Verdichtung für die äußere Umhüllung verwendet werden, ist eine Verhinderung des Auslaufens des Elektrolytes nicht möglich. Es ist erforderlich, um das Auslaufen des Elektrolytes auszuschließen, das Ausdringen des Elektrolytes auf die obere Fläche des Anodendepolarisators vollkommen zu hemmen. Dafür ist es notwendig, daß die Höhe der Seitenwand des Kathodenzinks niedriger als die obere Fläche des Anodendepolarisators^und daß der obere Rand des Separatorpapiers die Innenseite der Kunststoffjjüchse dicht und direkt berührt, und ferner daß die obere Fläche des Separators höher als die obere Fläche des Depolarisator

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angeordnet ist, um die Anziehung der positiven Ionen wie Zinkionen und Ammoniumionen nach der oberen Fläche des Depolarisators zu beseitigen, damit die Ablagerung von Elektrolyt auf der oberen Fläche des Depolarisator? dadurch verhindert wird, daß die Verschlechterung des Separators infolge der Verdichtung des Zinkchlorides, die sich mit der Zersetzung des Zinks erzeugt, beseitigt wird.

) Wenn die Seitenwand der Zinkbiichse niedriger als die obere Oberfläche des Anodendepolarisators ist, findet die Entladungsreaktion von dem Depolarisator in seinem oberen Teil etwas später als im unteren Teil statt· So wird die halbdurchsichtige Schicht von Zinkdiaminchlorid im oberen Teil des Depolanr· sators nicht erzeugt und gerade deshalb wird dem Elektrolyt, der von der unteren Schicht nach oben steigt, an den fest ange-. schlossenen Separator und der plastischen Büchse an seinem Aufsteigen gehemmt. Er fließt in der Schicht des Depolarisators und wird in ihm aufgesaugt, so daß das Auslaufen des Elektrolytes bei einer solchen Batterie nicht geschehen kann.

Um ferner das Auslaufen des Elektrolytes nach der erfindungsgemäßen Konstruktion der Batterie noch sicherer zu hemmen, ist es vorteilhaft, die Elektrolytlösung so zuzubereiten, daß bei der Lösung Zinkchlorid als Hauptsubstanz verwendet wird_f

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als umgekehrt Ammoniumchlorid als Hauptsubstanz. Veil bei der Elektrolyt-Lösung kein Zinkchlorid bei der Entladung entsteht und sich keine feinen dichten Kristalle wie Zinkdiaminchlorid bilden, kommt dann die Erscheinung, daß die Elektrolyt-Lösung durch dew osmotischen Druck nach oben gedrückt wird, selten vor·

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Seitenwand des Kathodenzinks niedriger als die obere Fläche des inodendepolarisators und der Separator höher als die obere Fläche des Anodendepolarisators ist, und daß das obere Ende des Separators an der Kunststoffbüchse wasserdicht befestigt wird. Es ist vorteilhaft, wenn die Menge des Kathodenzinks, das an der Entladung beteiligt ist, so gehalten wird, dafl die ausnützbare Spannung bis zum Ende aufrechterhalten wird, d.h. bis das Mangandioxid seine Oxidierungsfähigkeit verliert. Wenn Zink noch übrig bleibt, nachdem das Mangandioxid seine Oxidierungswirkung verloren hat, hat es die Wirkung, Wasserstoffgas von der Ammoniumseite zu erzeugen und Elektrolytflüssigkeit vom äußeren Gehäuse hineinzudrücken. Gemäß der Konstruktion der Batterie nach der vorliegenden Erfindung genügt die minimale Menge des Zinks, um den Strom zu erzeugen. Dies setzt die Herstellungskosten der Trockenbatterie wesentlich herab.

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Das Auslaufen des Elektrolytes über die Oberfläche des Anodendepolarisators führt zum Ergebnis, daß sich die Elektrizität erzeugende Substanz außerhalb des I&ktionsbe— reiches befindet und so die Leistung der Batterie bedeutend erniedrigt.

Bei der erfindungsgemäßen Batterie bleibt aber der Elektrolyt in dem die Elektrizität erzeugenden Stoff und darum hat die Batterie eine höhere Entladungskapazität·

Bei der Konstruktion der Batterie nach der Erfindung verschwindet das Zink in der letzten Stufe des Entladungsvorganges und es kann nicht genügende Festigkeit zur Erhaltung der Form des Behälters liefern. Deshalb wird es erforderlich, das gesamte Element mit einer Metallummantelung als äußerem Gehäuse zu versehen. Die vorliegende Erfindung ist sowohl für Trockenbatterien der Fasten-Ausführung, wobei der Separator Stärke bzw. Hehl im !Kleisterzustand enthält, als auch für Trockenbatterien der sog. paper-lined Ausführung anwendbar, bei der Mit Hehl oder anderem KleistermatL-erial gestrichenes Kleisterpapier verwendet wird.

Eines der wichtigen Merkmale der Erfindung liegt ferner darin, daß der Teil des Separators über die Seitenwand des Kathoden«, zinke hinaus an die Innenseite der Kunststoffbüchse dicht

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angesetzt ist und höher als der obere Band des Depolarisatorkuchens ragt.

Das Kathodenzink kann mittels einer Stoßstrangenpresse (impact extrusion system) in Form einer Büchse hergestellt werden, die mit einem Zinkstift auf dem Boden versehen ist. Dieser Stift bohrt sich wasserdicht durch ein Loch am Boden der Büchse aus Kunst³ .°und sein gerundeter Kopf dient als negativer Leiter.

Es ist auch möglich, aus Zinkblech einen Zylinder auszubilden, und einen verlängerten Teil des Bleches am Boden angemessen zu biegen und mit einem Zinkstift, der die Flastikbüchse und den gebogenen Teil des Bleches durchbohrt, einen Kathodenleiter herzustellen.

Bei dem Aufbau der Batterie nach der vorliegenden Erfindung läuft der Elektrolyt nicht über die Oberfläche des Depolarisatorkuchens hinaus, deshalb wird ein großer Baum für die Aufnahme ausgelaufener Flüssigkeit überflüssig im Gegensatz zu den bekannten Leclanche- Batterien. Um so mehr Depolarisatorkuchen kann dann dort eingefüllt werden, d.h. die Batterie kann mit um so mehr Entladungskapazität versehen werden.

Bei den bekannten Batterien besteht außerdem der Nachteil, daß die Lebensdauer der entladenen Batterie nicht lange

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erhalten bleibt, da ihr Elektrolyt, der über die Oberfläche des Anodenkuchens ausläuft, dort dichte Zinkchloridlösung erzeugt und es entsteht eine sogenannte Konzentrationszelle zur der weniger dichten Lösung innerhalb der Zelle, die eine Selb st entladung ausführt.

Die erfindungsgemäße Batterie ist frei iron solcher Selbstentladung, die von der Konzentrati onszelle verursacht wird. Auch dies verlängert die Lebensdauer der Batterie.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar einen Senkrechtschnitt durch die Mitte einer zylinderförmigen Batterie der paper-lined Ausführung,

Fig. 2 zeigt ein Vergleichsdiagramm von dem ausgelaufenen Elektrolyten bei der erfindungsgemäßen Trockenbatterie und bei der Leclanche-Trockenbatterie.

In der Zeichnung 1 ist die Zinkbüchse, deren Höhe bei dem UM Λ Typ ca. 5 mm niedriger als der obere Rand des Depolarisators angeordnet ist. 3 ist eine Kunst st off büchse aus Polyäthylen. Das obere Ende dieser Kunststoffbüchse ist mit einer

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Verdichtungsmasse 7 aus Polyäthylen durch Heißsiegelungsverfahren verschlossen· Ein Metallstift 5 erstreckt sich von dem Boden der Zinkbüchse nach unten durch den Boden der Kunststoffbüchse wasserdicht hindurch. Die Spitze des Metallstiftes 5 ist als elektrischer Kontakt mit dem negativen Bodenblech (oder Bodenscheibe) 6 mittels elektrischer Punktschweißung verbunden.

Zwischen der Zinkbüchse 1 und dem Depolarisatorkuchen 2 ist der Separator 4- angeordnet, der aus Kleisterpapier besteht, auf das Stärke, Mehl usw. gestrichen ist. Die Kleisterschicht des Separators über dem oberen Rand der Zinkbüchse legt sich dicht an die Innenseite der Kunststoffbuchse 3 an.

Der Separator 4- erstreckt sich über die Oberfläche des Depolarisatorkuchensihinaus. 8 ist das Deckpapier (od. Deckscheibe aus Papier), das auf den Depolarisatorkuchen gelegt ist und diesen gegen den Druck von oben und unten schützt.

Die Metallummantelung 9 hat die Aufgabe, die äußere Form der Batterie auch nach totalem Verbrauch der Zinkwand der Zinkbüchse 1 zu erhalten.

Fig. 2 zeigt den Vergleich der Mengen des ausgelaufenen Elektrolyten im Kurzschlußzustand bei der erfindungsgemäßen

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Trockenbatterie und bei einer üblichen Leclanche-Trockenbatterie Uli 1, wobei die Abszissenach.se die Länge des Kurzschlusses in Stunden und die Ordinatenachse die Menge des ausgelaufenen Elektrolyten in Gramm darstellt· Die Kurve A zeigt die Menge des ausgelaufenen Elektrolyten bei der Batterie nach der Erfindung und die Kurve B zeigt sie bei der üblichen Leclanche-Trockenbatterie· Bei A kommt kein Auslaufen ^ vor, während bei B das Auslaufen schon innerhalb von 30 Minuten eintritt und in 8 Stunden erreicht die Menge der ausgelaufenen Flüssigkeit 8 Gramm.

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Claims

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tkt 7174
2. Sep. 1971 VBr

Patentanspruch

Zinkchlorid-Trockenbatterie mit einer Zinkkathode und einer Zinkchloridanode, bei der der Depolarisator Mangandioxid und die Elektrolyt-Lösung Ammoniumchlorid und Zinkchlorid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) der inneren Elemente aus Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen, Vinylchlorid und dergleichen besteht, daß die Höhe der Seitenwand des Kathodenzinks (1) niedriger als die obere Fläche der Depolarisator-Anode (2) angeordnet ist und daß die Wand des Separators (4) sich über die obere Fläche der Depolarisatoranode hinausferstreckt und der obere Rand des Separators über der Seitenwand der Zinkkathode fest an die Innenseite der Kunststoffbüchse angesetzt ist.

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