DE2428114A1 - Elektrische silber-zink-speicherzelle - Google Patents
Elektrische silber-zink-speicherzelleInfo
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Description
Dr. Hupo VVücken
Did!.-!ng. TH')! '=-3 Wllcker»
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^^~^;*\-^« 10. Juni 1974
Anmelder:
1.MEDICHARGE LIMITED, North Harrow, 433 Pinner Road,
Middlesex, Großbritannien
2.MEDICOR MUVEK, Budapest XIII, 48 E-F Vaci ut, Ungarn
2.MEDICOR MUVEK, Budapest XIII, 48 E-F Vaci ut, Ungarn
Elektrische Silber-Zink-Speicherzelle
Die Erfindung'betrifft eine Silber-Zink-Speicherzelle und insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, eine hermetisch abgedichtete Silber-Zink-Speicherzelle oder -batterie in Miniaturform.
Der semipermeable Separator dieser Zelle oder Batterie hat einen beträchtlichen Einfluß auf den Betrieb der Silber-Zink-Speicherzelle
bzw. -batterie. Ein effektiver Separator muß fähig sein, der kraftvollen oxidativen und alkalischen Zellenumgebung zu widerstehen,
die Diffusion der löslichen Silbersorte bzw. des löslichen Silberanteils in die Zinkelektrode und das Wachstum von dentrischem
Zink in Richtung zur Silberelektrode zu verhindern wie auch den Ionenweg zwischen den Elektroden vorzusehen und als Isolator zu
wirken. Bisher wurden derartige Separatoren im allgemeinen aus einer Vielzahl von Schichten oder Lagen aus einem erneuerten
bzw. zurückgewonnenen Zellulosematerial, wie z.B. Zellophan, hergestellt, wobei die Schichten oder Lagen miteinander laminiert
werden. Separatoren sind ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung bzw. Festlegung des Lebenszyklus einer Speicherzelle, d.h. derjenigen
Anzahl von Standzeiten zwischen Entladung und Wisäerauf-
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ladung der Zelle, bevor der Separator geschwächt bzw. verbraucht isi
und Kurzschlüsse in der Zelle entstehen.Die Aussetzung des aktiven
Materials AgO der Silberlektrode veranlaßt das Separatormaterial
zu oxidieren, was zu einem frühen Versagen des ZellophanmateriaTs
beiträgt. Es besteht ebenfalls eine kolloidale Auflösung der Elektrode und ein Silberniederschlag in den Poren des Separators,
was zu einer unerwünschten Erhöhung des Zellenwiderstandes gemäß dem Verstopfen der Poren führt. Ein anderes Problem besteht
darin, daß derjenige Teil der Zinkelektrode, der in dem Elektrolyt gelöst ist, zur Selbstreduzierung in der Endphase
der Wiederaufladung neigt, und zwar in dendritischer Form (als nadeiförmige Kristalle), die wiederum zum Durchstechen
des Separators neigen, was Kurzschlüsse zur Folge hat.
Der Lebenszyklus bzw. die Gesamtlebensdauer einer Speicherzelle
kann durch Erhöhung der Anzahl der den Separator bildenden Laminatschichten verlängert werden, jedoch bringt dies eine
unerwünschte Vergrößerung des Zellenwiderstandes mit sich.
Es sind verschiedene Versuche zur Lösung dieses Problems durchgeführt worden einschließlich der Benutzung von gepfropften
Copolymeren für die Separatorschichten, wobei die Copolymere gegenüber dem konventionellen Zellophanmaterial beträchtlich teurer
sind und obwohl sie eine gewisse Verbesserung bieten, erzeugen sie jedoch keine zyklische Lebensdauer, die annähernd derjenigen
der Nickel-Kadmium-Zellen entspricht, welche normalerweise eine Lebensdauer von nicht weniger als 300 Zyklen aufweisen.
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Die für die Lagen des laminierten Separators verwendeten
Materialien weisen eine orientierte Struktur auf, und zwar mit einer größeren ,Zugfestigkeit in der Längsrichtung der
Orientierung als in deren Querrichtung. Die Methode zum Herstellen des Separators besteht darin, daß das Lagenmaterial
von einer Rolle abgewickelt wird, die aufeinanderfolgenden ■Lagen eine auf die andere gelegt und mit dem Elektrolyt miteinander
verbunden werden und daß nach dem Trocknen des Laminates dieses entsprechend der für den Separator gewünschten Größe
zugeschnitten wird. Nach dieser Konstruktionsmethode sind --"
alle Lagen des Laminates in derselben Richtung orientiert. Wir haben festgestellt, daß die zyklische Lebensdauer
eines Separators wesentlich erhöht werden kann, wenn die Orientierungsrichtung der aneinanderangrenzenden Lagen zueinander
kreuzweise verläuft und die vorliegende Erfindung besteht in einer Silber-Zink-Speicherzelle, bei der der
Separator lamininierte Lagen aus orientiertem semipermeablem ,Folienmaterial umfaßt, bei dem einige der Lagen hinsichtlich
ihrer Orientxerungsrichtung in bezug auf eine andere Lage oder Lagen des Separators kreuzweise angeordnet sind.
Um die kolloidale Auflösung des Silbers in dem Separator zu reduzieren, ist es in der Praxis üblich, eine zusätzliche
Zwischenschicht aus Papier zwischen der Silberelektrode und dem Separator einzufügen. Wir haben weiter festgestellt,
daß die zyklische Lebensdauer einer Speicherzelle durch Anordnen
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einer zusätzlichen Schicht aus semipermeablem Zellulosematerial
oder dergleichen Material zwischen der Papierschicht und der Silberelektrode weiter verlängert werden kann. Die Erfindung
besteht somit auch in einer Silber-Zink-Speicherzelle/ bei der der Separator ein Laminat aus Lagen aus orientiertem semipermeabler.
Folienmaterial umfaßt, bei dem einige der Lagen relativ zu einer anderen Lage oder Lagen kreuzweise orientiert sind, und wobei
zwischen dem Separator und der Silberelektrode eine Papierschicht und eine Schicht aus orientiertem semipermeablem Folienmaterial
angeordnet ist, wobei das letztgenannte Material auf derjenigen Seite der Papierschicht angeordnet ist, die
an die Silberelektrode angrenzt.
Es ist üblich, fünf Lagen aus orientiertem Folienmaterial bei der Konstruktion von Separatoren für hermetisch abgedichtete,
kommerziell hergestellte Miniaturspeicherzellen zu verwenden. Bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung
beträgt die Anzahl der Lagen in dem Separator vorzugsweise 3 bis Bei Verwendung von drei oder vier Lagen in dem feparator mit der
einen zusätzlichen Folienschicht, die wie vorstehend erwähnt zwischen der Papierschicht und der Silberelektrode angeordnet
ist, ist der Gesamtbetrag oder die gesamte Menge des in der Speicherzelle verwendeten Materials nicht erhöht, während die
zyklische. Lebensdauer des Zelle bis auf eine Lebensdauer erhöht ist, die mit derjenigen der Nickel-Kadmium-Speicherzellen
vergleichbar ist.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der anliegenden
Zeichnung dargestellten Atfsführungsbeispieles näher erläutert,
wobei die Zeichnung im Halbschnitt eine hermetisch abgedichtete
Silber-Zink-Zelle zeigt, die in der Praxis als "Knopfzelle" bekannt ist, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
aufgebaut ist.
Nach der Zeichnung umfaßt die Speicherzelle ein kreisförmiges Gehäuse aus zwei tassenförmigen Teilen 1 und 3. Das Gehäuseteil 1
ist aus einem korrosionsfesten Blechmaterial gepreßt und auf seiner Innenseite mit einer nichtporösen Silberschicht "überzogen
und enthält ferner eine Silberelektrode 2, die vorzugsweise
so hergestellt ist,wie es in der britischen Patentschrift 956
beschrieben ist. Die elektrische Verbindung zu der Elektrode
ist durch das Metallgehäuseteil 1 hergestellt. Eine Zinkelektrode 4,
die vorzugsweise so hergestellt ist, wie es in der britischen Patentschrift Nummer 1 237 117 beschrieben ist, ist in das
Gehäuseteil 3 gepreßt, welches aus demselben korrosionsfesten Blechmaterial besteht und auf der Innenseite mit einer Doppelschicht
aus Zinkamalgam überzogen ist. Die Gehäuseteile 1 und werden miteinander befestigt, indem der Rand des Teiles 1
durch Drücken mittels einer Werkzeugmaschine über den Flansch des Teiles 3 unter Zwischenfügung einer isolierenden Dichtung
aus Plastikmaterial gebogen wird. Zwischen den beiden Elektroden ist ein Hauptseparator 6, eine Papierschicht 7 und eine zusätzliche
Schicht 8 aus Zellophan eingeklemmt, wie es zeichnerisch dargestellt ist. Vor dem Zusammensetzen werden beide Elektroden und alle
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Komponenten mit einer Lösung aus Kaliumhydroxyd durchtränkt
bzw. imprägniert.
Der Hauptseparator 6 besteht aus drei bis fünf Lagen aus Zellophan,
wobei die Orientierungsrichtung in jeder Lage in bezug auf die Orientierungsrichtung der angrenzenden Lage kreuzweise
verläuft, vorzugsweise im Winkel von 90°. Die Lagen werden mit dem Elektrolyt durchtränkt, ohne Luftblasen oder andere Taschenoder
Hohlräume dazwischen zusammenlaminiertfgetrocknet und
für die Montage in einer Speicherzelle in runde Scheiben geschnitten.
In einer bevorzugten Aisführungsform enthält die Speicherzelle
auch ein zweites Depolarisatormaterial 9, wie z.B. Kadmiumoxyd, um das Risiko einer umgekehrten. Polarisation zu reduzieren, wenn
die Speicherzelle in einer elektrischen Batterie verwendet wird, die bzw. wie es in der britischen Patentschrift 1 262 -778 beschrieben
ist.
Obwohl es vorgezogen wird, den Separator und die zusätzliche Zwischenwand 8 aus Zellophan oder dergleichem Zellulosematerial
aus wirtschaftlichen Gründen herzustellen, ist es klar, daß diese Komponenten gewünschtenfalls aus gepfropften Copolymeren
oder anderen geeigneten mikroporösen Materialien hergestellt sein können.
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Claims (5)
1. MEDICHARGE LIMITED, North Harrow, 433 Pinner Road, Middlesex, Großbritannien . .
2. MEDICOR MUVEK, Budapest XIII, 48'E-F Vaci ut, Ungarn
A η s ρ r ü ch e
• 1.1 Elektrische Silber-Zink-Speicherzelle mit einer Silber- und
mit einer Zinkelektrode, zwischen denen ein Separator und ein Elektrolyt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Separator laminierte Lagen aus semipermeablem orientiertem Folienmaterial umfaßt, wobei einige der Lagen hinsichtlich ihrer
Orientierungsrichtung in bezug auf eine andere Lage des Separators kreuzweise angeordnet sind.
2. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Separator und der Silberelektrode eine Papierschicht
und eine Schicht aus orientiertem semipermeablem Folienmaterial angeordnet sind, wobei die Folienmaterialschicht
auf der an die SilbeiElektrode angrenzenden Seite der Papierschicht
angeordnet ist.
3. Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse aus zwei metallenen, tassenförmigen, an ihren
Umfangen unter Zwischenfügung einer Dichtung aus elektrisch
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isolierendem Material miteinander hermetisch abgeschlossen verbundenen Teilen umfaßt, wobei das eine tassenförmige Teil
die Silberelektrode und das andere tassenförmige Teil die Zinkelektrode enthält, daß zwischen den beiden Elektroden ein
Separator eingeklemmt ist, der ein Laminat aus Lagen aus orientiertem semipermeabler!! Folienmaterial umfaßt, bei dem ^-
einige Lagen relativ zu einer anderen Lage kreuzweise orientiert sind, daß die Zelle weiter eine Papierschicht und eine Schicht
aus orientiertem sernipermeablem Folienmaterial zwischen dem
Separator und der SLlberelektrode umfaßt, wobei die orientierte semipermeable Folienmaterialschicht an die Silberelektrode
angrenzt, und daß beide Elektroden und die anderen Komponenten in dem Gehäuse mit einer Lösung eines Elektrolytes imprägniert
sind.
4. Speicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolyt aus Kaliumhydroxyd besteht.
5. Speicherzelle nach den Ansprüchen 1,2,3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Separator Lagen aus orientiertem erneuertem oder zurückgewonnenem Zellulosefolienmaterial· umfaßt,
die mit dem Elektrolyt aneinandergebunden sind.
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