DE974306C - Galvanische Trockenbatterie - Google Patents
Galvanische TrockenbatterieInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 17. NOVEMBER 1960
E 406 IVa/21 b
Die Erfindung bezieht sich auf eine galvanische Trockenbatterie mit einer Mehrzahl von flachen
Zellenbestandteilen mit zusammengesetztenElektroden (Duplex-Elektroden), bei denen eine Kohleschicht von
einer Zinkplatte getragen ist und die als Anode für eine Zelle der Batterie und als Kathode einer benachbarten
Zelle wirken, wobei die zusammengesetzten Elektroden durch einen Separator und einen
Depolarisatorkuchen voneinander getrennt und die flachen Bestandteile derart zusammengepackt sind,
daß ein inniger Oberflächenkontakt zwischen ihnen gewährleistet ist.
Viele der bekannten Trockenbatterien, gleichgültig ob sie aus Flachzellen oder aus Rundzellen bestehen,
haben den Nachteil, daß der Elektrolyt nach einiger Zeit oder unter bestimmten Voraussetzungen, wie bei
schneller Entladung, aus den saugfähigen Teilen, die ihn enthalten, heraustritt. Auf diese Weise ergeben
sich innere Kurzschlüsse, die bald zu einer Zerstörung der Batterie führen. ao
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine betriebssichere
galvanische, aus einzelnen Bauelementen je nach gewünschter Spannung zusammengesetzte Trockenbatterie
hoher Lagerfähigkeit zu schaffen, die ein »5 besonders günstiges Verhältnis von sowohl Gewicht
als auch Volumen zu elektrischer Kapazität aufweist.
Es sind Versuche bekannt, die erwähnten Nachteile hinsichtlich der inneren Kurzschlüsse bei aus Flachzellen
mit etwas hervorstehenden Elektroden hergestellten Batterien dadurch zu beseitigen, daß man
die Batterie mit einer vollständig geschlossenen,
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dünnen, elastischen Umhüllung aus Gummi od. dgl. umgeben hat. Auf diesen Überzug kann man dann
eine zweite allseitig umschließende Umhüllung aus einem festigenden Material, z. B. natürlichem oder
synthetischem Harz, Gummi, Teer oder Bitumen, aufbringen. Dieser bekannte Vorschlag ist indessen
nicht geeignet, die Nachteile der bekannten Trockenbatterie aus Flachzellen zu beseitigen, weil die
elastische Umhüllung die gesamte Batterie umgibt ίο und damit die Gefahr einer inneren Entladung
durch Kurzschluß, die sich nach dem Austreten des Elektrolyten aus den saugfähigen Teilen ergibt, nicht
mit Sicherheit vermieden wird.
Es ist ferner eine mit flüssigem Elektrolyten füllbare Naßbatterie bekannt, deren einzelneZellen aus schüsseiförmig gestalteten Elektroden aufgebaut sind, die an
ihren isolierten Rändern durch einen Gummiring zusammengehalten werden. Dabei soll der Hohlraum
der oberen Elektrodenschüssel als Gasausdehnungsraum dienen. Diese obere Elektrodenschüssel besitzt
Löcher, die dazu dienen, Erregungsflüssigkeit in den Behälter einzuspritzen und damit das Element zu
erregen. Dieser Vorschlag bietet für den Elektrolyten im Falle seiner Ausdehnung die Möglichkeit des
Entweichens durch die Löcher, und. daher werden innere Kurzschlüsse innerhalb der Batterie bei diesem
Vorschlag nicht vermieden. Der verwendete Gummiring soll zwar ein Zusammendrücken der einzelnen
Teile jeder Zelle bewirken. Ein solcher lediglich durch den Gummiring selbst auf die Randteile der Elektrode
ausgeübter Druck ist jedoch nicht ausreichend, um den erforderlichen Kontakt zu gewährleisten; zudem
werden die einzelnen Zellen zur Formung eines Batteriestapels lediglich aufeinandergestellt. Eine
solche Batterie besitzt nicht nur alle Nachteile, wie sie eingangs geschildert sind, es fehlt dabei auch an einem
genügenden Kontakt zwischen den einzelnen Zellen sowie deren Bauelementen, der für eine gute Wirksamkeit
entscheidend ist. Fernerhin kann diese bekannte Batterie nur in senkrechter Lage benutzt werden, da
die Einfüllöffnungen oben liegen.
Weiter ist ein Vorschlag bekanntgeworden, bei welchem eine mit flüssigem oder pastösem Elektrolyten
füllbare Flachzelle durch einen den Elektrolytraum gewährleistenden Rahmen dieMöglichkeitder Trennung
der Flachelektroden bietet, wobei die einzelnen Flachzellen von einer isolierenden Schutzhülle aus Öl- oder
Lackpapier umgeben sind, die über den Rahmen gefaltet ist. Hierbei handelt es sich um einen von dem
Normaltyp einer Trockenbatterie abweichenden Elementenaufbau. Abgesehen hiervon fehlt es bei
diesem Vorschlag an einer Möglichkeit, die Gefahr des Austritts des Elektrolyten aus der Zelle zu verhindern,
um so mehr als keine Vorkehrungen für eine elastische Ausdehnungskammer getroffen sind.
Es sind schließlich Trockenbatterien mit flachen Zellenbestandteilen bekannt, bei denen sogenannte
Duplex-Elektroden, d. h. Elektroden verwendet werden, bei denen eine Zinkplatte mit einer elektrolytundurchlässigen,
haftenden, leitenden Kohleschicht überzogen ist. Die bekannten Batterien bestehen aus
einem Stapel, in dem solche Duplex-Elektroden durch einen Separator und einen Depolarltorkuchen voneinander
getrennt sind und durch Papierstreifen zusammengezogen sind. Der ganze Stapel ist in einen
Karton eingesetzt und von einer bituminösen Masse, die in den Karton eingegossen ist, fest eingeschlossen,
wobei poröse eingesetzte Kohlestäbe der Gasableitung dienen. Eine derartige Batterie ist nur in vergleichsweise
großen Abmessungen mit beschränkter Leistung herzustellen, muß eine dicke Bitumenwandung
haben und besitzt daher ein hohes Gewicht und Volumen.
Es ist ferner eine Flachzellenbatterie in Stapelform· bekannt, bei der einzelne Zellenbestandteile von einer
isolierenden und undurchlässigen Schicht flanschartig umhüllt sind. Hierbei sind jedoch die umhüllten
Zellenbestandteile durch eine an ihren Rändern freiliegende Platte aus gepreßter Baumwolle voneinander
getrennt, so daß beim Zusammenpassen der Elektrolyt durch diese Baumwollschicht herausgedrückt
werden kann.
Gemäß der Erfindung sind die flachen Zellen, die je
aus einer zusammengesetzten Elektrode (Duplex-Elektrode) mit außenliegender elektrolytundurchlässiger
Kohleschicht, Separator und Depolarisatorkuchen bestehen, an ihrem Umfang von einer ringartigen,
dehnbaren, elektrolytundurchlässigen, hautartigen Hülle umfaßt, deren Ränder die zusammengesetzte
Elektrode und den zugehörigen Depolarisatorkuchen jeder Zelle über einen Randbereich überlappen,
zur Erzielung der gewünschten Spannung zu einemBatteriestapelzusammengezogenundzusammengebunden,
wobei die Zellen gegeneinander dadurch dicht abgeschlossen sind, daß die überlappenden
Ränder der dehnbaren Hüllen jeweils zwischen der Elektrode einer Zelle und dem Kuchen der benachbarten
Zelle eingeklemmt sind.
Auf diese Weise ergibt sich die Möglichkeit, jeder der einzelnen, die Batterie zusammensetzenden Zellen
einen dehnbaren Aufnahmeraum für den aus ihren saugfähigen Zellenbestandteilen sich ausdehnenden
Elektrolyten oder für sich im Betrieb entwickelnde Gase zuzuordnen, also dafür zu sorgen, daß trotz einer
solchen Ausdehnung des Elektrolyten und etwa entstehender Gase kein Übertritt zu den Elektrolyträumen
benachbarter Zellen erfolgt. Damit wird mit Sicherheit jeder innere Kurzschluß vermieden, weil
dem Elektrolyten und den Gasen Gelegenheit gegeben wird, sich auszudehnen, ohne daß ihre Ausdehnungskraft
zu einem Bersten der Zelleneinheit oder dazu führt, einen Kontakt mit einer benachbarten Zelleneinheit
zu schaffen. Der für den Zusammenbau der Trockenbatterie notwendigerweise anzuwendende
Druck sorgt dafür, daß die einzelnen Flansche der Hüllen aus nachgiebigem Material derart an die
benachbarten Zellenbestandteile angepaßt werden, daß ein Flanschdichtungseffekt entsteht. Der axiale
Druck sorgt gleichzeitig dafür, daß sowohl die Zellengruppen als auch ihre Bestandteile in einem innigen
Kontakt miteinander gehalten werden, was für die Funktion der Batterie von wesentlicher Bedeutung ist.
In dieser Beziehung ist es besonders förderlich, daß die Flanschdichtung mit einem nachgiebigen, eindrückbaren
Material, nämlich der Depolarisatormasse, zusammenwirkt.
Ferner bietet die Erfindung den Vorteil, eine Batterie relativ kleiner Abmessungen mit hohem
Wirkungsgrad und langer Lebensdauer zu erhalten.
Die Batterien gemäß der Erfindung sind gut für
5- tragbare Nachrichtengeräte und Schwerhörigengeräte
geeignet. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß diese Batterien leicht in Massenproduktion in
Stapeln von verschiedenen Spannungen hergestellt werden können.
ίο Die Erfindung ist fernerhin nicht darauf beschränkt,
daß die Hülle im Normalzustand eng an den Außenkanten der von ihr umschlossenen Zellenbestandteile
anliegt, weil die Abdichtung im Gebiet der einwärts übergreifenden Hüllenabschnitte gewährleistet ist;
der außerhalb der umschlossenen Zellenbestandteile befindliche Teil der Hülle kann vielmehr im Abstand
vom Umfang der saugfähigen, elektrolythaltigen Zellenbestandteile angeordnet sein, um von vornherein
einen Ausdehnungsraum für den Elektrolyten zwischen der Hülle und den Kanten dieser Zellenbestandteile zu
schaffen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen
erkennbar. Es zeigt
Fig. ι einen Teilquerschnitt durch eine Gruppe von
Zellenbestandteilen mit den Merkmalen der Erfindung. Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform
einer Hülle vor dem Aufbringen auf eine Gruppe von Zellenbestandteilen,
Fig. 3 eine Teilseitenansicht einer umhüllten Gruppe von Zellenbestandteilen,
Fig. 4 eine Teilseitenansicht einer Ecke einer umhüllten Gruppe von Zellenbestandteilen als Beispiel
einer geeigneten Eckfaltung der Hülle, Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4 mit einer
anderen Eckfaltung der Hülle und
Fig. 6 einen Teilquerschnitt durch eine Mehrzahl von
aneinanderliegenden Gruppen von Zellenbestandteilen gemäß Fig. 1 und 4.
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es bedeutet
: Z die negative Zinkelektrode, S den Elektrolytträger bzw. Scheider, M die Depolarisatorschicht,
C die positive Kohleelektrode und W die Hülle, die erfindungsgemäß aus elastisch - dehnbarem Material,
z. B. natürlichem oder künstlichem Gummi, besteht. Die Hülle W muß zwecks Erfüllung ihrer Erfindungsaufgabe dünn, biegsam und elektrolytundurchlässig
sein und ausreichende mechanische Festigkeit besitzen. Als brauchbare Materialien erwiesen sich unter
anderem eine mit handelsüblichem Isolierkautschuklack zusammengeklebte Verbundfolie aus 0,1 mm
starker, feuchtigkeitsdichter, regenerierter Zellulose, fernerhin 0,05 bis 0,07 mm dicke Folien aus Kunstharzen
der Vinyl- und Styrylgruppe und deren Mischpolymere, z. B. aus Vinylchlorid, Vinylacetat oder
Vinylacetonat, oder Streifen aus dünnen, kautschukartigen Materialien, wie Kautschuk und kautschukähnlichen
Stoffen, wie Kunstkautschuk oder plastifiziertes Polyvinylchlorid.
Die Hülle kann auf irgendeine geeignete und bequeme Weise geformt und aufgebracht werden. Beispielsweise
kann ein Streifen an seinen Enden überlappt, verklebt und zu dem in Fig. 2 dargestellten, endlosen
Band gefaltet werden, dessen Abmessungen den Umfangsausmaßen der zu umhüllenden Gruppe von
Zellenbestandteilen entsprechen. Nach dem Aufbringen werden die über die Umfangskanten zunächst hinausstehenden
Hüllenflächen auf die freien Flächen der Gruppe von Zellenbestandteilen heruntergefaltet und
gegebenenfalls dort angeklebt. Hierbei haben sich als Klebstoff für Viscosehüllen eine Mischung von 80 Gewichtsteilen
Harz und 20 Gewichtsteilen Rizinusöl und für Kautschukhüllen die handelsüblichen Kautschukklebstoffe
als geeignet erwiesen. Der Hülleneinschlag darf nicht zu breit sein, um die freien, aktiven Zellenbestandteilflächen
nicht unzulässig zu verkleinern und eine ausreichend große Kontaktfläche mit der Nachbargruppe
frei zu lassen.
Bei eckig gestalteten Flachzellen muß für gute Abdichtung an den Eckfalten gesorgt werden. An Stelle
der normalen Überlappung gemäß Fig. 4 wird vorzugsweise die in Fig. 5 dargestellte verwendet, bei der alle
möglichen Wege vom Zelleninneren her in Öffnungen enden, die weitmöglichst von der Ecke entfernt
liegen.
Bei Verwendung von Hüllen aus kautschukartigem dehnbarem Material kann der Hüllenumfang beträchtlich
kürzer als der Umfang der zu umhüllenden Gruppe von Zellenbestandteilen gehalten werden. Eine solche
Hülle wird in gerecktem Zustande über die Kanten der Gruppe der Zellenbestandteile hinübergezogen und
umschließt diese dann beim Entspannen infolge ihrer Elastizität faltenlos. In diesem Falle ist auch ein Ankleben
der die Zellenbestandteilsflächen übergreifenden Hüllenabschnitte unnötig, da diese beim Zusammenbau
der Batterie wie eine Flanschendichtung wirken. Der elektrolytundurchlässige und elektrisch leitende
Kohleüberzug C wird vor dem Aufbringen der Hülle auf die freie Seite der Zinkelektrode Z in an sich bekannter
Weise aufgebracht, indem eine klebrige Mischung aus 170 Gewichtsteilen Harz, 30 Gewichtsteilen
gekochtem Leinöl und 400 Gewichtsteilen Kohlenstoffteilchen einer Körnung, die durch Siebe mit 0,5 und
0,15 mm Maschenweite hindurchgehen, als solche oder als vorgeformte Tafel auf das erwärmte Zinkblech aufgewalzt
wird.
Der mit der andern Seite der Zinkelektrode in Berührung stehende Scheider S kann aus einer Tafel aus
Zellstoffpappe oder ähnlichem saugfähigem Material bestehen, die zwecks sicherer Trennung von Zinkelektrode
Z und Depolarisatormasse M zweckmäßig, wie in Fig. 1 dargestellt, ein etwas größeres Format
besitzt und zinkseitig den üblichen Aufstrich aus Mehloder Stärkekleister trägt. Auf der anderen Seite des
Scheiders S ist ein Kuchen aus üblicher Depolarisatormasse M angeordnet, der etwa das gleiche Format wie
die Zinkelektrode Z hat.
Infolge des etwas größeren Formats des Scheiders S legt sich die Hülle, wie insbesondere aus Fig. 1 erkennbar
ist, nicht überall fest an die Außenkante der von ihr umschlossenen Gruppe von Zellenbestandteilen an,
sondern bildet in erwünschter Weise von Anfang an einen Ausdehnungsraum N, in den etwa aus dem
Scheider austretender Kleister und Elektrolyt ausweichen kann.
Die aus Kautschuk bestehende Hülle W überlappt die Kohleschicht C, deren freie Fläche ebenso wie die
der Depolarisatormasse M im Gebiet innerhalb der Hüllenüberlappung etwas erhaben profiliert ist, um
einen sicheren elektrischen Kontakt nach den benachbarten Gruppen von Zellenbestandteüen hin zu gewährleisten.
Eine solche umhüllte Gruppe von Zellenbestandteilen ist nach Fertigstellung ein selbsttragendes
und leicht zu handhabendes Halbfabrikat, das je ίο nach Bedarf mit beliebig vielen gleichartigen Gruppen
von Zellenbestandteüen zu einem Batteriestapel gewünschter Spannungsleistung vereinigt werden kann.
Hierbei stellt, wie aus Fig. 6 erkennbar ist, jeweüs die
leitende Kohleschicht C den Reihenschlußkontakt zwischen der Zinkelektrode der einen Gruppe von
Zellenbestandteüen und der Depolarisatormasse M der — bildlich linksseitig — benachbarten Gruppe her.
Ein solcher Batteriestapel kann an seinen Enden durch geeignete steife Glieder gestützt und versteift
und in an sich bekannter Weise durch Längsbänder geeigneter Art, z. B. Streifen aus Gewebe oder Papier,
zusammengehalten werden, wobei er vor oder während des Zusammenschließens unter hinreichenden Axialdruck
gesetzt wird. Dieser Druck soll möglichst so groß sein, daß der Hülleneinschlag in die Depolarisatormasse
M eingebettet oder versenkt und flüssigkeitsdicht
an den benachbarten, nicht saugfähigen Zellenbestandteil angepreßt wird.
Zweck sicherer Vermeidung von Verdunstungsverlusten wird der fertige Batteriestapel vorzugsweise
durch Tauchen oder Spritzen mit einem geschlossenen, feuchtigkeitsfesten Überzug versehen und notfaUs zum
mechanischen Schutz in einen Behälter eingesetzt. Bei Verwendung einer Kautschukhülle sind diese Sicherungsmaßnahmen
unter Umständen unnötig, oder es
genügt ein Überzug aus ölfreiem Paraffin.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH:Galvanische Trockenbatterie mit einer Mehrzahl von flachen Zellenbestandteüen mit zusammengesetzten Elektroden (Duplex-Elektroden), bei denen eine elektrolytundurchlässige Kohleschicht von einer Zinkplatte getragen ist und die als Anode für eine Zelle der Batterie und als Kathode einer benachbarten Zelle wirkt, wobei die zusammengesetzten Elektroden durch einen Separator und einen Depolarisatorkuchen voneinander getrennt und die flachen Bestandteile derart zusammengepackt sind, daß ein inniger Oberflächenkontakt zwischen ihnen gewährleistet ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß diese flachen Zellen, die an ihrem Un^- fang von einer ringartigen, dehnbaren elektrolytundurchlässigen, hautartigen Hülle umfaßt sind, welche die zusammengesetzte Elektrode und den zugehörigen Depolarisatorkuchen jeder Zelle über einen Randbereich überlappt, zu einem Batteriestapel gewünschter Spannung zusammengezogen und zusammengebunden sind, wobei dadurch ein dichter Abschluß erreicht ist, daß die überlappenden Ränder der dehnbaren Hüllen jeweils zwischen der Elektrode einer Zelle und dem Kuchen der benachbarten Zelle eingeklemmt sind.In Betracht gezogene Druckschriften:Deutsche Patentschriften Nr. 19 523, 60 860,304545, 744, 485 004, 490 775, 494 718, 656 311, 661 619, 727327;schweizerische Patentschriften Nr. 87271, 134737; französische Patentschriften Nr. 21 841, 363 135, 912, 566 969, 647 985, 771 012, 808 867, 823 499; 374;britische Patentschriften Nr. 284 626, 423165, 487294, 536869;kanadische Patentschrift Nr. 393 903;USA.-Patentschrif ten Nr. 395 028,491878,1 508 987, ι 613 585, ι 797 161, ι 821 008, ι 899 615, ι 916 698, ι 920 151, 2 040 255, 2 146 377, 2 283 379, 2 416 576;Transactions of the Electrochemical Society, Vol. LXVIII, 1936, S. 219/220.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 009 642/9 11.60
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