DE1015876B - Primaerzelle mit Magnesium als Loesungselektrode - Google Patents

Description

• [0001]
  Primärzelle mit Magnesium als Lösungselektrode Die Erfindung betrifft Primärzellen, bei denen die negative Elektrode aus Magnesium besteht, der Elektrolyt ein Bromid der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle öder des Ammoniums enthält und die positive Kohle-oder Graphitelektrode mit Mangandioxyd depolarisiert ist.
• [0002]
  Derartige Primärzellen weisen die Besonderheit auf, daß sie ihre Energie bei Inbetriebnahme der Zelle unter verhältnismäßig hoher Spannung in kurzer Zeit abgeben. Diese Eigenschaft ist für viele Anwendungszwecke höchst nachteilig.
• [0003]
  Ein Ziel der Erfindung ist die Abänderung dieser Primärzellen in der Weise, daß die Anfangsspannung der Zellen sich stärker der normalen Arbeitsspannung nähert. Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
• [0004]
  Die Erfindung beruht darauf, daß bei Einschluß von 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent eines feinverteilten Metalls in den Depolarisator die Anfangsspannung der Zelle wesentlich unter die ähnlicher Zellen mit dem üblichen Depolarisator herabgesetzt wird. Das zuzusetzende feinteilige Metall kann entweder das Magnesium selbst oder ein in der Spannungsreihe edleres Metall, und zwar Aluminium, Wismut, Kobalt, Kupfer, Eisen, Blei, Mangan, Nickel, Zinn oder Zink, sein. Diese verbesserte Primärzelle gemäß der Erfindung wird im folgenden eingehend beschrieben.
• [0005]
  Die negative Elektrode besteht aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, die mehr als 50°/o, vorzugsweise mehr als 80% Magnesium enthält. Der Elektrolyt besteht aus einer wäßrigen Lösung eines Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumbromids mit oder ohne Zusatz eines die Korrosion hemmenden chromsauren Salzes eines Alkali- oder Erdalka.limetalls unter Einschluß von Magnesium und Ammonium. Eine geeignete Konzentration des Elektrolyten liegt zwischen 30g Bromid je Liter und einer gesättigten Lösung. Im allgemeinen ist eine Konzentration von 150 bis 500 g Bromid je Liter geeignet. Magnesiumbromid wird bevorzugt und in einer Konzentration von 300g je Liter angewendet. Man kann aber auch Gemische der Bromide verwenden.
• [0006]
  Die positive Elektrode besteht aus einem chemisch widerstandfähigen Leiter, z. B. aus Kohle oder Graphit, und einem Depolarisator aus Mangandioxyd im Gemisch mit 5 bis 25 Gewichtsprozent feinteiligem Gasruß, z. B. Acetylenruß. Dieser wird meist in Mengen von 5 bis 15 Gewichtsprozent angewendet; 10% genügen im allgemeinen. Gegegebenenfalls können 0,1 bis 10 Gewichtsprozent eines der wasserunlöslichen Chromate (Bariumchromat, Bleichromat oder Zinkchromat) zu dem Depolarisator gegeben werden.
• [0007]
  Erfindungsgemäß werden dem Depolarisator 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent eines der obengenannten Metalle in feinteiliger Form zugemischt. Bevorzugt werden 0,25 bis 0,5 Gewichtsprozent des betreffenden Metalls zum trockenen Depolarisator gegeben. Von Einfluß ist die Größe der Metallteilchen; die besten Ergebnisse werden mit Teilchen erreicht, die durch ein 50-Maschen-Sieb hindurchgehen und zum größten Teil von einem 325-Maschen-Sieb zurückgehalten werden. Die Bestandteile des Depolarisators, nämlich Kohlenstoff, Mangandioxyd, Metallpulver und gegebenenfalls unlösliches Chromat, werden vorzugsweise (z. B. in einer Kugelmühle) trocken vermischt, bevor der Elektrolyt hinzugegeben wird. 5 Minuten Mischen genügen, um ein gleichmäßiges trockenes Gemisch zu erhalten. Anschließend wird dieses mit dem Elektrolyten angefeuchtet, was am besten in einer Knetmaschine geschieht. Die zum Anfeuchten des Depolarisators verwendete Menge Elektrolyt liegt nicht unbedingt fest. Im allgemeinen kommen 36 ccm Elektrolyt auf 100 g trockenen Depolarisator.
• [0008]
  Die Zellen können in der üblichen Weise unter Verwendung des das Metallpulver enthaltenden Depolarisators hergestellt werden. Im allgemeinen wird die vorliegende Erfindung insbesondere für Trockenzellen angewendet, jedoch kann der Elektrolyt auch flüssig sein.
• [0009]
  Zur Erläuterung der Erfindung in der Anwendung auf Trockenzellen wurde eine Anzahl von Zellen in der üblichen Weise mit Depolarisatoren, die Metallpulver gemäß der Erfindung enthielten, und zum Vergleich auch mit Depolarisatoren ohne Metallpulver hergestellt. Diese Zellen werden durch einen Widerstand von 7,5 Ohm ununterbrochen entladen, bis die normale Spannung weit unter die anfängliche Spitzenspannung abgesunken war. Zum Aufbau dieser Zellen wurde eine Magnesiumlegierung mit 3 °/o Aluminium, 1% Zink, 0,1% Mangan und 0,15 0/ö Calcium verwendet, die zu einem zylindrischen Becher von 5,6 cm Höhe, etwa 3,6 cm äußerem Durchmesser und 1,25 mm Wändstärke geformt war. Die Becher wurden mit Papier ausgekleidet und dann mit dem Depolarisator beschickt, der mit einem Elektrolyten angefeuchtet war, der aus einer wäßrigen Lösung von 250 g Magnesiumbromid und 0,2 g Natriumchromat je Liter bestand. Es wurden 300 ccm Elektrolytlösung auf 1000 g trockenen Depolarisator angewendet. Dann wurde die Kohleelektrode in Form eines etwa 7,5 mm dicken Stabes in die Mitte des angefeuchteten Depolarisators in den Becher eingesetzt. Der Depolarisator wurde sowohl mit als auch ohne wasserunlösliches Chromat (BaCr04) zusammengestellt. Die mit Ba Cr 04 hergestellten Gemische enthielten 91 Gewichtsteile Mn 02, 6 Gewichtsteile Acetylenruß und 3 Gewichtsteile Ba Cr 04 (ohne das Metallpulver) die ohne BaCr04 hergestellten Gemische enthielten 94 Gewichtsteile Mn 02 und 6 Gewichtsteile Acetylenruß (ohne das Metallpulver). Die Zusammensetzung des Depolarisators und die während der Entladung durch einen 7,5-Ohm-Widerstand erhaltenen Spannungswerte sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

  Erniedrigung

  Zelle Depolarisator Metallpulver Spannung während der Entladung nach Stunden der Anfangs-

  Nr. Mn 0, I Acetylenruß BaCr04 Art I @v0 0 I 1 I 2 ( 3 I 4 (0 Std) um

  1 , 94 6 -_ ' _ 1,86 1,56 1,48 1,42 1,38

  2 91 6 3 1,94 1,62 1:54 1,50 1,47 -

  3 91 6 3 Mg 0,25 1,73 1,48 1,44 1,42 1,40 0,21

  4 94

  6 - Mg 0,50 1,68 1,53 1,47 1,42 1,39 0,18

  5 94 6 - Pb 0,5 1.74 1,54 1,48 1,44 1,41 0,12

  6 94 6 -- Al 0,5 1,78 1,55 1,50 1,47 1,44 0,08

  7 94 6 - Fe 0,5 1,73 1,58 1,53 1,49 1,47 0,13

  8 91 6 3 Fe 0,5 1,73 1,413 1,43 1,40 1,38 0,21

  9 91 6 3 Bi 0,5 1,74 1,57 1,48 1,44 . 1,41 0,20

  10 94 6 - Zn 0,5 1,73 1,54 1,47 1,44 1,40 0;13

  11 91 6 3 Zn 0,5 1,81 1,57 1,52 1,47 1,44 0,13

  12 91 6 3 Mn 0,5 1,83 1,54 1,50 1,47 1,45 0,11

  13 91 6 3 Ni 0,5 1,68 1,52 1,43 1,41 1,37 0,26

  14 91 6 3 Sn 0,5 , 1,71 1,53 1,47 1.43 1,41 0,23

  15 91 6 3 Co 0,5 1,71 152 1,46 1, 429 1,38 0,23

  16 91 I 6 3 ( Cu 0,5 1,72 1 1,58 1,49 1,45 I 1,42 0,22

  Aus der Tabelle geht klar hervor, daß die Zellen, in deren Depolarisator ein Metallpulver enthalten ist, eine wesentlich geringere anfängliche Spannung zeigen als die Zellen, die den üblichen Depolarisator ohne Metallpulverzusatz halten. Die nach der Erfindung hergestellten Zellen können mit Vorteil z. B. für die üblichen Blitzlichtlampen od. dgl. verwendet werden.
• [0010]
  In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß Magnesiumpulver insofern einen zusätzlichen Vorteil aufweist, als es eine günstige Wirkung auf die Kapazität der Zelle hat. So, waren z. B. bei wie Zelle 1 der Tabelle aufgebauten Trockenzellen nur 221/2 Stunden ununterbrochener Entladung durch einen 7,5-Ohm-Widerstand notwendig, um eine Spannung von 0,9 V zu erreichen, während die gleichen Zellen mit Magnesium im Depolarisator (Zelle 3 und 4) 24,7 Stunden ununterbrochen durch den gleichen Widerstand entladen werden konnten, ehe die Zellenspannung auf 0,9 V absank.
• [0011]
  Unter dem hier benutzten Ausdruck Magnesium sind Magnesium und seine Legierungen zu verstehen, in denen der Magnesiumgehalt mehr als 50 Gewichtsprozent ausmacht.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Primärzelle mit Magnesium als Lösungselektrode aus einem Gemisch von Kohlenstoff und Mangandioxyd als Depolarisator und einem wäßrigen Elektrolyten, der das Bromid eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder des Ammoniums enthält, dadurch gekennzeichnet; daß dem Depolarisator, auf Trockenbasis bezogen, 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent eines Metallpulvers zugesetzt sind; wobei das Metall entweder das Magnesium selbst oder ein in der Spannungsreihe edleres Metall, und zwar Aluminium, Wismut, Kobalt, Kupfer, Eisen, Blei, Mangan, Nickel, Zink oder Zinn, ist, und daß das Metallpulver eine Teilchengröße aufweist, die praktisch vollständig durch ein 50-Maschen-Sieb geht und von einem 325-Maschen-Sieb zurückgehalten wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 284144, 287 267, 628 764, 643 768, 646 489.