NO128418B - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår alkaliske galvaniske celler med stor kapasitet av den type der det anvendes sinkanoder, og mer bestemt angar oppfinnelsen en sinkanode med stort areal til bruk i slike celler. Anoden i henhold til oppfinnelsen kan ha en pakkeform og en på forhånd bestemt tetthet for å gi anoden bedre egenskaper. Alkaliske galvaniske celler av forskjellige oppbygninger er velkjente. I de senere år har de vært underkastet omfattende forsøk som mulige kraftkilder på mange nye anvendelsesområder der det er hensiktsmessig med batterier. Selv om mange forskjellige alkaliske galvaniske cellesystemer er kjent er et av de mest praktiske det system der det anvendes en sinkanode. Betydelige forsøk er blitt foretatt med denne • type alkaliske galvaniske celler med det for øye å forbedre cellens kapasitet og evne til å avgi store strømmengder. Særlig er det for tiden behoy for en alkalisk galvanisk celle av den type der det anvendes en sinkanode, der cellen er i stand til å arbeide med over-ordentlig store strømtettheter av en størrelsesorden på minst 0,25 amp/cm 2av anodens overflateareal.

Det er kjent at for å kunne bruke store strømtettheter i alkaliske galvaniske celler med en sinkanode må anodeflaten være stor eller på en eller annen måte øket, slik at man får den størst mulige anodeoverflate. Dette krav må også tilfredsstilles for at man skal unngå uheldige virkninger av sinkpassivisering i den alkaliske elektrolytt.

Forskjellige typer av anoder med store flater er blitt utviklet, f.eks. i form av den vanlige anodegel der partikler av sink er suspendert i et gelmedium, såsom karboksymetylcellulose. En annen type anoder med stor overflate som er blitt benyttet, består av komprimert sinkpulver, vanligvis understøttet på et ledende bæregitter. Disse såkalte pulverpressede elektroder fremstilles under høyt trykk for at man skal få en tett, men porøs elektrode. Ved formning av elektroden blir sinkpulverne normalt trykket sammen eller formet til en tetthet på minst 2,5 g/cm^ for at man skal få den nød-vendige kontakt mellom partiklene for god elektrisk ledningsevne. Uheldigvis har disse kjente typer av anoder med stort areal ikke vært i stand til å arbeide med den elektrokjemiske virkningsgrad man ellers ville ha hatt ved full utnyttelse av sinken når anoden arbeider ved de høye strømtettheter det nu stilles krav om fra mange hold.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en ny og forbedret anode med stort areal i form av en anodepakke,

der maksimum elektrokjemisk utnyttelse av den tilstedeværende sink oppnås ved høye strømtettheter på minst 0,25 amp/cm^ av anodens overflate.

I henhold til dette er det ved foreliggende oppfinnelse tilveiebrakt en anodepakke med stort areal for anvendelse i en alkalisk galvanisk celle, hvilken anodepakke omfatter et trykkformet aggregat av tilfeldig orienterte sinkfibre og/eller sinkgittere med en tetthet på fra 1 til 2,5 g/cm^. Ved utøvelse av oppfinnelsen fremstilles anodepakken ved å bringe forskjellige typer langstrakte former av sink, såsom sinkfibre og maskinert metall sammen under trykk.

For de fleste anvendelser formes anodepakken som en flat pakke.

Langstrakte former for sink, det yil si. de der lengden

er større enn bredden eller diameteren, har mange fordeler når det gjelder formning av en anodepakke i overensstemmelse med oppfinnelsen. For det første har de et stort overflateareal.

Videre kan de langstrakte sinklegemer trykkformes slik

at de bringes i intim fysisk kontakt med hverandre på mange punkter gjennom anodelegemet. Kuleformer, f.eks. sinkpulver, vil når de pakkes sammen til en anode, ikke så lett etablere kontakt over mange punkter med tilstøtende pulverpartikler, og de kan til og med gå over i hverandre eller smelte sammen, hvorved den effektive overflate reduseres i areal. Videre kan langstrakte sinkpartikler, på grunn av sin spesi-elle form, lettere trykkformes til en bestemt lav tetthet.

Som langstrakte sinklegemer -tenkes det her særlig på sinkfibre, sinkull og sinktråd som eksempler. Produkter som sinkgittere og andre typer åpne gitterkonstruksjoner av sink omfattes også av be-tegnelsen langstrakte sinklegemer. Blant de fabrikkfremstilte metall-produkter som kan benyttes er såkalte strekkmetall av sink eller netting. Andre typer fabrikkfremstilte materialer som kan være hen-siktsmessige ved utøvelse av oppfinnelsen er metaller i honningkake-mønster, tynt metall og perforert metall som ser ut som rivjern. Det foretrukne fabrikkfremstilte metall for anvendelse ved oppfinnelsén, er strekkmetall av så godt som ren sink eller legeringer med denne. Fiberformet sink som benyttes i anodepakken i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles på en hvilken som helst vanlig måte, f.eks. formes mekanisk og da særlig i sponfraskillende verktøy som behandler 'en stor sinkblokk. Elektrolytisk formede sinkfibre, f.eks. dendritisk sink, kan benyttes. Når anodepakken lages av sinkfibre, er det fordelaktig sammen med sinkfibrene å benytte et passende bæremateriale. Bæremateri-alet bør fortrinnsvis være en åpen netting eller et gitter.- Et hvilket som helst av de ovenfor nevnte fabrikkfremstilte metaller kan benyttes som bæregitter, f.eks. strekkmetall av sink. Ved forming av anodepakken trykkformes fibersinken fast til den ene eller begge sider av en enkel plate av bæremateriale. Forskjellige former for bæremateri-alet kan benyttes, f.eks. en omhylning som er dannet ved sammenfolding av et stykke strekkmetall slik at det fremkommer en pose med fibersinken trykkformet mellom posens sider for å danne anodepakken. Naturligvis kan anodepakken også fremstilles av fibersink alene uten bæremateriale, om det er ønskelig. Dessuten kan anodepakken fremstilles ved trykkformning av to eller flere på hverandre liggende stykker av fabrikkfremstilt sink, og som eksempel på dette kan nevnes et antall eller en flerhet av stykker av strekkmetall av sink som er stablet på hverandre med tilfeldig orientering og så sammentrykket for å danne anodepakken.

Det viste seg uventet at man kunne komme frem til en anodepakke med stor overflate og med en forbedret coulometrisk virkningsgrad, det vil si prosent teoretisk tilgjengelig energi man får fra en kjent vekt av anodematerialet, ved sammenpakking av anodepakken til en på forhånd bestemt tetthet som er lavere enn den man får ved vanlige fremgangsmåter til formning av såkalte pulverpressede elektroder, f.eks. under 2,5 g/cm , men som allikevel ikke er mindre enn 1 g/cm målt på grunnlag av anodepakkens totalvolum, det vil si innbefattende bæremateriale hvis dette benyttes. Eksperimenter har vist at det er et distrinkt og betydningsfullt forhold mellom elektrodens maksimale coulometriske virkningsgrad og den lavere tetthet i anodepakken rent bortsett fra det faktum at tykkelsen på anoden kan økes noe og den volumetriske virkningsgrad derved nedsettes noe, og at disse anodepakker med på forhånd bestemt og lavere tetthet, har helt overlegne egenskaper sammenliknet med sinkelektroder som er fremstilt på vanlig måte.

For at oppfinnelsen lettere skal kunne forstås skal den i det følgende beskrives anvendt sammen med et oksygen-sinkcellesystem. Når en slik galvanisk celle er i drift, blir oksygen eller luft kontinuerlig tilført en aktivisert og katalysert karbonkatode som den depolariserende gass. Det skal imidlertid påpekes at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette, men stort sett kan anvendes i mange andre elektrokjemiske systemer, der katoden kan være bygget opp som en vanlig depolarisator av f.eks. mangandioksyd, sølvoksyd, nikkeloksyd, kvikk-sølvoksyd etc, noe som vil gi seg selv for fagfolk på det område det her er tale om.

Anoder utført i henhold til oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningen der: Fig. 1, i perspektiv, viser et typisk batteri av alkaliske galvaniske celler med stor kapasitet, utført i henhold til oppfinnelsen, og batteriet er skåret av for illustrasjonens skyld,

fig. 2 viser et snitt gjennom en av de galvaniske celler

som er vist i batteriet på'fig. 1,

fig. 3 viser en anodepakke med stort ovérflateåreal sett

ovenfra og benyttet i cellen på fig. 2,

fig. 4 viser et snitt tatt etter linjen 4-4 på fig. 3,

fig. 5 viser et snitt gjennom en modifisert utførelse av

en anodepakke i henhold til oppfinnelsen,

fig. 6 viser også et snitt gjennom en annen modifikasjon

av oppfinnelsen,

fig. 7 -viser, i perspektiv, nok en utførelsesform for anodepakke med stort areal, delvis sammensatt,

fig. 8 viser et snitt tatt etter linjen 8-8 på fig. 7,

fig. 9 viser en ytterligere modifikasjon av en anodepakke

i henhold til oppfinnelsen sett fra siden,'

fig. 10 viser en grafisk fremstilling av forholdet mellom

anodepakkens tetthet og dens elektriske egenskaper og

fig. 11A til 11D er grafiske fremstillinger som viser egenskapene for anodepakken sammenliknet med en standard referanse-elektrode ved forskjellige'strømtettheter i en alkalisk elektrolytt.

På fig. 1 er det vist et batteri av oksygen-sinkceller utført i henhold til oppfinnelsen og med stor kapasitet. Cellene 10 er utført som flate celleenheter' og er anbrakt i en' åpen batterika'sse 12. Som vist står cellene 10 i avstand fra hverandre i batterikassen 12 for at hver ceile skal få god adgang til den depolariserende oksy-genholdige gass. Batterikassen 12 kan være laget av et hvilket som helst hensiktsmessig, elektrisk isolerende materiale som er motstands-dyktig mot alkalier,- såsom epoksyharpiks eller vinylharpiks.

Som vist på fig. 2 er hver celle 10 anordnet i en elektrisk isolerende ramme 14 som er kjemisk upåvirket av de alkaliske omgivelser, og epoksyharpiks eller polypropylen er med hell blitt anvendt for dette formål. På en side av rammen 14 ligger det én flat karbonkatode 16 som kan depolariserés med oksygen og som er aktivisert og katalysert og hvis ytterside er i berøring med en gassgjennomtrengelig strømsamler 18 som med fordel kan være utført som en elektrisk ledende netting av f.eks. nikkel.' På den annen side av rammen 14 ligger det en anodepakke 20 med stort'areal bygget opp av en masse sinkfibre 22 som er innesluttet i en ytre omhylling av strekkmetall 24 av' sink. Mellom karbonkatoden 16 og anodepakken 20 ligger det en porøs separator 26 som kan være'laget av ikké-vevet materiale med nylon og fibre. Den porøse separator 26 er gjennomtrukket med en alkalisk elektrolytt, f.eks. en 10 normal oppløsning av kalium eller.natriumhydroksyd.

For å feste karbonkato.den 16 og anodepakken 20 i cellen 10 er rammen 14 forsynt med fordypninger langs kanten for feste av den ytre omkrets av både katoden 16 og anodepakken 20 som angitt ved 28, 30. Anodepakken 20 er festet til en elektrisk ledende støtteplate 32 for anoden, bestående av et metall som tåler de alkaliske omgivelser i cellen, fortrinsvis sink. Støtteplaten 32 for anoden er laget av et tykkere materiale enn anodepakken 20 slik at dens ytre omkrets ligger i flukt med overflaten av rammen 14 og derved tjener som den annen strømsamler for cellen.

Katoden 16 kan være av den vanlige type bestående av en flat, porøs karbonplate som er hensiktsmessig aktivisert og katalysert ved metoder som er kjent fra dette felt. Katoden kan f.eks. behandles slik at den i porene og på overflaten inneholder en katalysator av spinelltypen (RO.Al^O^) bestående av et oksyd av tungt metall (R) og av aluminiumoksyd.

Fig. 3 og 4 viser mer i detalj anodepakken 20 i henhold til oppfinnelsen. Anodepakken 20 fremstilles ved trykkformning av en masse av sinkfibre "22 sammen med en ytre onhylning av strekkmetall 24 av sink. I anodepakken 20 er sinkfibrene 22 i trykkformet fler-punktskontakt med hverandre og med strekkmetallet 24 slik at man får intim kontakt mellom fibrene og strekkmetallet 24.. Den ytre omhylning av strekkmetallet 24 omslutter sinkfibrene 22 bortsett fra ved bunnen av anodepakken 20, der fibrene 22 er i kontakt med støtteplaten 32 for anoden. For å feste anodepakken 20 til støtteplaten 32.er strekkmetallet' 24 av sink bøyet over kanten'av den sammenpakkede masse av sinkfibre 22 ved bunnen av anodepakken 20 og blir deretter festet til støtteplaten 32 ved punktsveising som antydet ved 34,. 3~6.

På fig. 5 har man en modifikasjon av anodepakken i henhold til oppfinnelsen, der en ytre omhylning av strekkmetall av sink 38 ganske enkelt er ombrettet i en U-form og så trykkformet med sinkfibrene 40 .liggende mellom-.

Fig. 6 viser en annen modifikasjon av anodepakken med det store areal, der en sinkfibermatte 42 blir trykkformet direkte på

en plate av strekkmetall 44 av sink. Selv om strekkmetallet 44 foretrekkes som et bæremateriale i denne forenklede utførelsesform er det naturligvis mulig å utføre anodepakken utelukkende åv sinkfibre som

er presset til en porøs matte 42.

En mer foretrukken utførelsesform for anodepakken i hen-

hold til oppfinnelsen er vist på fig. 7 og 8. I denne foretrukne ut-førelsesform består pakken av sinkfibre 46 som er helt omsluttet på

alle sider av en ytre omhylning eller kurv av strekkmetall 48 av sink. Ved oppbygningen av denne anodepakke blir et stykke av strekkmetall av sink skåret til på forhånd med fire trekantformede partier som antydet ved 50, og disse partier brettes inn over sinkfibrene 46

for sammen å danne en rektangulær topp som helt omslutter anodepakken. Denne oppbygning er særlig fordelaktig fordi det er liten eller ingen sjanse til at fibrene kan forflytte seg og dermed føre til en kort-slutning i cellen.

Eig. 9 viser en anodepakke som i sin helhet er laget av strekkmetall av sink. For å bygge opp denne anodepakke benyttes to eller flere stykker av strekkmetall 52, 54 som legges på hverandre på en slik måte at gittermønsteret i hvert stykke får en tilfeldig orientering. Stykkene av strekkmetall 52, 54 blir punktsveiset til hverandre eller på annen måte satt sammen på forskjellige punkter og så komprimert for å danne en sammenhengende enhet. Etterat anoden er formet på denne måte settes den på plass på en anodestøtteplate 56 som beskrevet tidligere, og om det ønskes, festes anoden til denne ved punktsveising.

Anodepakker utført i henhold til oppfinnelsen fremstilles

. ved vanlig presseteknikk, der sinkfibrene anbringes i en hensiktsmessig form av den størrelse og det omriss pakken skal ha, og pakken utsettes så for et på forhånd bestemt trykk som er tilstrekkelig til å bringe fibrene i fysisk kontakt med hverandre over mange punkter og derved til å danne et selvbærende, sammenhengende legeme. De bestemte pressetrykk som benyttes i hvert enkelt tilfelle vil naturligvis av-henge av forskjellige faktorer, såsom fibrenes størrelse og form, stivhet etc, men ikke i noe tilfelle må trykkene som anvendes bli så høye at fibrene fysisk drives i hverandre eller smelter sammen langs hele lengden. Når fabrikkfremstilte metalldeler benyttes som bæregitter, f.eks. når det gjelder enkle stykker av strekkmetall av sink som vist på fig. 6, bør pressetrykkene også være tilstrekkelige til at sinkfibrene binder seg til hverandre og til bæregitteret. I

en anodepakke som er formet på denne måte blir sinkfibrene blandet i intim fysisk kontakt på mange punkter med nabofibrene gjennom hele

anodelegemet, slik at man_får god elektrisk ledningsevne. Det er viktig i første rekke å fordele sinkfibrene jevnt i presseformen før trykket utøves slik at den elektriske ledningsevne og fordeling av porene vil være ensartet gjennom hele anodepakken.

Fiberformet sink kan fås i mange forskjellige former og kan fremstilles enten mekanisk eller ved elektrolytiske metoder som er i og for seg kjent. Forskjellige former for mekanisk fremstilte sinkfibre som kan benyttes til oppbygning av anodepakken, innbefatter ull, spon fra dreiebenker og fibre fra f.eks. skjære- og freseverktøy. Elektrolytisk dendritisk sink kan fremstilles ved vanlig elektroav-setningsteknikk. De fleste langstrakte former for sinkpartikler kan benyttes i stedet for pulver, som beskrevet tidligere, enten partiklene er fremstilt mekanisk eller elektrolytisk. Videre kan den bestemte form for sink som benyttes ha et hvilket som helst tverrsnitt, f.eks. rundt, firkantet,- trekantet eller de kan til og med ha rørform.

Generelt sett er den bestemte størrelse av sinkpartiklene som skal anvendes til oppbygning av anodepakken ikke særlig kritisk. Når fibersink benyttes, må fibrene ikke være så små "at det'blir vanskelig å håndtere dem og benytte de enkelte fibre eller så små at fibrene når de blandes sammen og utsettes for trykk, danner et for tett legeme. På den annen side må sinkfibrene heller ikke være så lange at det blir vanskelig for ikke å si umulig, å fordele dem jevnt og vanskelig å presse dem til anodepakken. Ut fra oppfinnerens erfar-ing har det vist seg at sinkfibrene ikke bør være mer enn 6,25 mm lange og de kan være så små som 0,075 mm i bredde.

Når det benyttes fabrikkfremstilt metall er det viktig at maskestørrelsen i gitteret eller nettingen i strekkmetallet er slik at det får en størst mulig aktiv overflate, samtidig med at metallet enkelt og lett kan bringes i intim kontakt med fibersinken' eller annet materiale som benyttes til oppbygning av anodepakken. Som eksempler kan det nevnes at det med hell ble benyttet et ekspandert sinkgitter med en tykkelse i ferdig tilstand på 0,225 mm og en maskestørrelse på 3/0. Den opprinnelige materialtykkelse var 0,125 mm før metallet ble om-dannet til strekkmetall. Generelt sett kan man si at strekkmetall av sink med en maskestørrelse på mellom 2/0 og 6/0 kan benyttes ved ut-øvelse av oppfinnelsen.

For de fleste anvendelser foretrekkes det amalgering av sinkmetallet. Generelt sett vil en amalgering på mellom 1 vekts-$ og 8% av kvikksølv være tilfredsstillende. Amalgeringen av sinken kan utføres ved impregnering av anodepakken med en oppløsning av kvikksølvsalt.

Tidlige eksperimenter som ble utført med anodepakker laget

av forskjellige typer sinkfibre og fabrikkfremstilt metall har vist en generell elektrokjemisk ekvivalens mellom flesteparten av de former for sink som ble benyttet. Ved en bestemt prøveserie ble et stort an-

tall forskjellige sinkformer benyttet til oppbygning av anodepakker for anvendelse i en typisk oksygen-sinkcelle. På tross av det faktum

. at overflatearealet for disse forskjellige typer av sinkformer varier-

te ganske betydelig innen vide grenser hadde de nesten de samme elektrokjemiske egenskaper ved utladninger med strømtettheter på

0,25 ampere pr. cm . Således hadde, som et eksempel, en anodepakke fremstilt ved trykkformning -av elektrolytisk' fremstilte sinkfibre,

en virkelig overflate på 4000 cm /gram, og denne anode kunne arbeide med en coulometrisk virkningsgrad på 80%, mens tilsvarende egenskaper ble funnet i en anodepakke laget av en rekke stykker av strekkmetall av sink med en beregnet overflate på bare 26 cm 2 /g•ram. Tabell I

nedenfor viser resultatene av disse prøver og innbefatter også data om andre former for sink som ble anvendt.

Ved senere prøver ble det benyttet sinkfibre med forskjellige fiberlengder, diametre og stivhet og det viste seg da at bestemte og faste formetrykk som ble benyttet til sammenpressing av anodepakken førte til høyere eller lavere tettheter avhengig av fibertypen. Det viste seg også at anodepakkens egenskaper når det gjelder elektrodevirkningsgrad, varierte fra gode til meget dårlige.

Det har nu vist seg i henhold til oppfinnelsen, at den mest fremtredende faktor som bestemmer om man får mer eller mindre like elektrokjemiske egenskaper med forskjellige former for sink med forskjellige overflatearealer er den tilsynelatende tetthet i den formede anodepakke. Eksperimenter har således vist at for en bestemt form av sinkmetall enten man har fibersink eller, sink i form av strekkmetall, vil den coulometriske virkningsgrad for anodepakken stort sett øke fra et lavt prosenttall ved store tettheter på 2,5 g/ cm^ til høyere virkningsgrader etterhvert som tettheten avtar.

Når det gjelder den best mulige virkningsgrad for cellene har det vist seg at tettheten i anodepakken fortrinnsvis bør ligge fra 1 til 1,25 g/cm^. Med anodepakker som har lavere tetthet vil den høyere coulometriske virkningsgrad man derved får i betydelig grad motvirkes av den større elektrodetykkelse og av det større spennings-fall som fremkommer på grunn av den større gjennomsnitlige elektrode-avstand som da er nødvendig i cellen. Selv om større tettheter kan anvendes i anodepakken er det fordelaktig at tetthete'n ikke over-skrider 2,5 g/cm^s- Når høyere tettheter benyttes har det vist seg at elektrodens virkningsgrad i betydelig utstrekning nedsettes til et punkt der de samme egenskaper kan fås ved anvendelse av andre i og for seg kjente anoder, såsom de vanlige anoder av presset pulver eller anoder av gelert sinkpulver.

Selv om den eksakte mekanisme som fører til den forbedrede coulometriske virkningsgrad og som man oppnår i henhold til oppfinnelsen, ikke er helt ut forstått antas det at økningen av åpne rom som fremkommer ved å pakke sammen sinkfibre og/eller fabrikkfremstilt metall til en på forhånd bestemt lavere tetthet, har den virkning at elektrolytten lettere kan trenge inn i og passere porene i anodepakken og derved komme i kontakt med en større del av den aktive sinkflate og dessuten antar man at økningen av åpne rom gir ekstra plass for dannelse av sinoksyder som normalt er et biprodukt av den elektrokjemiske reaksjon. Det antas at med anodepakker som har stor tetthet finnes det en tilbøyelighet til at sinkfibrene drives fra hverandre ved dannelsen av sinkoksyd slik at elektrisk kontakt går tapt og man får dårlig ledningsevne.

For å illustrere fordelene som oppnås ved anvendelse av lav tetthet i anodepakken i henhold til oppfinnelsen, ble det bygget et antall oksygen-sinkceller av den utførelse som er vist på fig. 2, og det ble benyttet anodepakker laget av strekkmetall av sink. Cellene var like av utførelse bortsett fra at anodepakkene ble fremstilt ved trykkformning av strekkmetall av sink til forskjellige tettheter fra 2,5 til 1 gram/cm ■ 7.. Mengden av aktivt materiale, det vil si sink, og det totale aktive overflateareal var tilnærmet det samme for hver av de anodepakker som ble benyttet. Under prøvene ble cellene utladet med en strømtetthet på 0,25 og 0,43 amp/cm av anodeflate og den coulometriske virkningsgrad ble beregnet ut fra de data man fikk. Prøveresultatene er vist i tabell II.

Av de ovenstående data vil man se at man får en markert forbedring av cellens egenskaper når tettheten i anodepakken avtar mot optimalverdien på omtrent 1 til 1,25 g/cmc Dette vises tydelig av det faktum at man oppnår en dobbelt forbedring i virkningsgraden med en anodepakke som har lavere tetthet sammenliknet med anodepakken som har tettheten på 2,5 g/cm^.

Fig. 10 viser en grafisk gjengivelse av de data man får ved den ovennevnte prøve. Diagrammet viser tydelig forbedringen i cellens egenskaper når anodepakken har de lavere tettheter, målt i det totale antall wattimer tjeneste man får av cellene.

Man vil av det foregående og særlig av tabell II se at tykkelsen av anodepakken øker når det benyttes lav tetthet. Når man tidligere fremstilte kjente anoder med store overflater ved vanlig pressing av pulver, var det en alminnelig oppfatning at elektrodetykkelsen måtte holdes så liten som mulig for at man skulle få høy volumetrisk virkningsgrad ved den ferdige celle. Det har i motsetning til dette nu vist seg at tykkelsen av en anodepakke utført i henhold .til oppfinnelsen, kan økes vesentlig for oppnåelse av den ønskede lave tetthet og at de fordeler man får ved bedringer i cellens egenskaper på grunn av den lave tetthet i anodepakkene mer enn oppveier reduksjonen i volumetrisk virkningsgrad i cellen. Ikke desto mindre bør tykkelsen av anodepakken holdes innenfor praktiske grenser og bør i alminnelighet ikke overstige en tykkelse på 12,5 mm. Med tykkere anodepakker.vil dannelsen av sinkoksyder i de ytre porer ha tilbøyelighet til å bremse ionevandringen og derved redusere strømtettheten fra cellen.

Som antydet ovenfor anvendes det i oksygensinkcellen med en anodepakke i henhold til oppfinnelsen, en alkalisk elektrolyttoppløs-ning som fortrinnsvis inneholder kaliumhydroksyd eller natriumhydroksyd. Konsentrasjonen av den alkaliske elektrolytt bør holdes innenfor en grense på 9- lk normal for at man skal få den størst mulige strømlever-anse fra sinkanoden i henhold til oppfinnelsen. Ved konsentrasjoner på 8 normal og under vil bksydasjonsproduktene som dannes på anoden under slike forhold nærmest bli en mørk, tett, fastsittende masse som bringer anoden til å polarisere og til slutt hindres anodereaksjonen. Med en konsentrasjon på 9-l4 normal og fortrinnsvis 10 normal blir anodeproduk-tene som danner seg etterat elektrolytten er blitt mettet med oppløse-lig sink, en lysfarget, porøs, svakt fastsittende masse som lett skil-les fra underliggende anodemateriale og derved tillater fortsatt anode-funksjon inntil cellen på normal måte er uttømt.

Por ytterligere å vise hvor effektiv oppfinnelsen er ble en annen serie polarisasjonsprøver utført med halve celler, og det ble benyttet referanseelektroder av kvikksølvoksyd sammen med forskjellige typer sinkanoder. Noen av cellene hadde en anodepakke dannet ved sammenpressing av elektrolytiske dendritfibre ved forskjellige trykk,

det vil si 11,5 kg og 23, 5 kg pr. cm 2. Andre celler hadde anoder av sammenpresset sinkpulver der pressingen ble utført ved trykk på 23 kg/cm 2. Cellene var identiske bortsett fra de forskjellige .anodetyper som ble anvendt. Anodene ble utladet ved forskjellige strømtettheter fra omtrent 0,47 til 1,18 amp/cm 2.

Fig. 11A til 11D er grafiske gjengivelser av resultatene av disse prøver. Man vil av de forskjellige kurver se de typiske utlad-ningskarakteristikker for forskjellige typer anoder, og man finner at anodepakker laget av sammentrykkede sinkfibre med pakkene formet under lave trykk slik at de får lav tetthet, hadde langt bedre egenskaper enn anodepakker av sinkfibre som var presset med store trykk og man ser videre at betydelige forbedringer ble oppnådd sammenliknet med anoder av presset sinkpulver.

For videre å vise de ypperlige egenskaper anoden i henhold til oppfinnelsen har ble nok en prøveserie utført.med oksygen-sinkceller, alkalisk elektrolytt og anodepakker laget av strekkmetall av sink eller elektrolytiske sinkfibre innesluttet i en ytre omhylning av strekkmetall av sink. Resultatene av disse prøver er gjengitt i tabell III.

Av særlig interesse i den ovenstående tabell er siste spalte der man ser verdiene for en celle med en anodepakke som hadde 1,8 kvadrattommers overflate og som ble drevet med 17>5 ampere, svarende til 1,5 ampere pr. cm 2 av anodens overflate, og som var i drift 3>5 min. med en middels spenning på 0,582 volt og en coulometrisk virkningsgrad på 49j3 %- Cellen hadde en tykkelse på bare 2,3 mm og hadde allikevel en ytelse på over 10 watt, noe som representerer et markert steg fremover i utviklingen av galvaniske celler av den art det her er tale om.

Claims (4)

1. Anodepakke med stort areal for bruk i en alkalisk celle hvori anodepakken omfatter et trykkformet aggregat av tilfeldig orienterte sinkfibre (22) og/eller sinkgittere (52, 54) karakterisert ved at anodepakken (20) har en massetetthet på 1 til 2,5 g/cm 3 og fortrinnsvis fra 1 til 1,25 g/cm 3.

2. Anodepakke som angitt i krav 1, kar~akt er i s er t v e d at aggregatet har form av en matte (42) av sinkfibre.

3. Anodepakke som angitt i krav 2, karakterisert v e d at matten (42) av sinkfibre er festet til et bæregitter (44).

4. Anodepakke som angitt i krav 1,karakterisert v e .d at aggregatet er laget av sinkfibre (22) som i det minste delvis er omsluttet av et sinkgitter (24).