HU208596B - Rechargeable electrochemical cell - Google Patents

Rechargeable electrochemical cell Download PDF

Info

Publication number
HU208596B
HU208596B HU89395A HU39589A HU208596B HU 208596 B HU208596 B HU 208596B HU 89395 A HU89395 A HU 89395A HU 39589 A HU39589 A HU 39589A HU 208596 B HU208596 B HU 208596B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
anode
cell
oxygen
cathode
electrochemical cell
Prior art date
Application number
HU89395A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT56208A (en
HU890395D0 (en
Inventor
Klaus Tomantschger
Karl V Kordesch
Original Assignee
Battery Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CA000550335A external-priority patent/CA1291206C/en
Application filed by Battery Technologies Inc filed Critical Battery Technologies Inc
Publication of HU890395D0 publication Critical patent/HU890395D0/en
Publication of HUT56208A publication Critical patent/HUT56208A/en
Publication of HU208596B publication Critical patent/HU208596B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34Gastight accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

In rechargeable, electrochemical cells, oxygen may evolve on charge, overcharge or any reversal of polarity. The invention concerns an auxiliary, electrochemical, transfer electrode to catalyze the recombination of such oxygen with the anode mass. The auxiliary electrode comprises porous carbon bonded with PTFE and is used in a cell having a zinc anode, a metal oxide cathode and an aqueous alkaline electrolyte contacting both anode and cathode.

Description

A találmány tárgya újratölthető elektrokémiai cella, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a rechargeable electrochemical cell having a cylindrical metal oxide cathode, a cylindrical zinc anode, a separator separating the anode and a cathode, a current conductor extending inside the anode, an aqueous alkaline electrolyte in contact with the anode and cathode.

Az oxigén rekombinációja csökkenti a vízveszteséget és a nyomás túlzott mértékű növekedésének veszélyét. Ez a veszély különösen vonatkozik az újratölthető, ezért hermetikusan lezárt cellákra, például a cink/mangán-dioxid tartalmú cellákra, ahol az elektrolitot kálium-hidroxid alkotja. Ezért fontos az oxigén mennyiségének csökkentése, amihez például az oxigén vízzé vagy a hidroxid csoportokká való redukciója használható. Természetesen az anód aktív anyaga szintén oxidálható.Recombination of oxygen reduces the risk of water loss and excessive pressure build-up. This danger is particularly true for rechargeable and therefore hermetically sealed cells, such as those containing zinc / manganese dioxide, where the electrolyte is potassium hydroxide. Therefore, it is important to reduce the amount of oxygen, for example by reducing the oxygen to water or hydroxide groups. Of course, the active material of the anode can also be oxidized.

A vizes elektrolitot tartalmazó cellákban tehát a víztartalom csökkenése és a fokozatosan növekvő belső gáznyomás jelenti a két legfontosabb megoldandó problémát. A cellában oxigén gáz fejlődik túltöltéskor vagy a cella polaritásának megfordulásakor.Thus, in cells containing aqueous electrolyte, the two most important problems to be solved are water loss and gradually increasing internal gas pressure. Oxygen gas is produced in the cell when overcharged or when the cell polarity reverses.

Az oxigén eltávolításának egyik hatékony módszere a rekombináció. Erre különböző elrendezések ismeretesek, amelyeknél azonban a rekombináció üteme sok esetben a kívánalmak alatt marad. így például az oxigén rekombinációja viszonylag gyors az ólom-dioxidot és ólmot, illetve a nikkelt és kadmiumot tartalmazó celláknál. Ezzel szemben a cink anóddal készült lúgos celláknál, amelyekben a cink mellett nikkelt, mangán-dioxidot vagy higany-oxidot használunk, a folyamat igen lassú. Az ólmos és savas cellák esetében az oxigén rekombinációjára vonatkozóan például a K. Kordesch szerkesztette „Batteries, Vol, 2., Lead-Acid Batteries and Electric Vehicles” című kiadvány (Marcel Dekker Inc. New York, 1977) 69-71. oldalai adnak útmutatást, míg a nikkel-kadmium cellákra az A. Salkind „Alkaline Storage Batteries” című könyve (John Wiley & Sons, Inc. New York, 1969). Maga a rekombináció feltételeinek biztosítása azonban nem egyszerű feladat, és különböző problémákról számos beszámoló olvasható. Ezek között szerepelnek a tömítettségi problémák, a negatív kadmium elektród fokozatos passziválódása, a negatív jellegű aktív anyag hatékonyságának fokozatos leromlása, különösen, ha ez utóbbiból a töltéskor és túltöltéskor keletkező hidrogén mennyiségének minimalizálására, esetleges teljes mértékű megkötésére tartalékot képeznek, a nem sztöchiometríai arányban keletkező oxigén és hidrogén rekombinációjával járó nehézségek stb.One effective method of oxygen removal is recombination. Various arrangements are known for this, but in many cases the rate of recombination is below expectations. For example, oxygen recombination is relatively fast in cells containing lead and lead and nickel and cadmium. In contrast, in the case of alkaline cells made with zinc anode using nickel, manganese dioxide or mercury oxide in addition to zinc, the process is very slow. For example, in the case of lead and acidic cells for oxygen recombination, K. Kordesch, ed., "Batteries, Vol. 2, Lead-Acid Batteries and Electric Vehicles" (Marcel Dekker Inc., New York, 1977) 69-71. pages, while nickel-cadmium cells are referred to in A. Salkind's "Alkaline Storage Batteries" (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1969). However, providing the conditions for recombination itself is not an easy task, and there are numerous reports of various problems. These include leakage problems, the gradual passivation of the negative cadmium electrode, the gradual degradation of the efficiency of the negative active substance, especially when the latter forms a reserve to minimize the amount of hydrogen produced during charging and overcharging, difficulties with recombination of hydrogen and hydrogen, etc.

Az említett problémák megoldására három alapvető közelítés vált ismeretessé. Ezek lényege a következő:Three basic approaches have become known to solve these problems. These are as follows:

Oxigénciklust hoznak létre, amikor is a hidrogén keletkezését korlátozzák és a keletkezett oxigént (a keletkezés töltéskor és túltöltéskor következik be) a mindig részlegesen kisült negatív elektródnál rekombinálják (ilyen megoldás ismerhető meg például az 1966ban engedélyezett 3 258 360 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból). Ezeknél a megoldásoknál a rekombinációs sebesség kicsi, ezért nem alkalmasak az oxigénfejlődéssel járó problémák megoldására.An oxygen cycle is created by limiting the production of hydrogen and recombining the oxygen (which occurs during charging and overcharging) at the negative electrode that is always partially discharged (for example, see U.S. Patent No. 3,258,360, 1966). . These solutions have a low recombination rate and are therefore not suitable for solving the problems of oxygen evolution.

A cellán belül vagy kívül a hidrogén és az oxigén katalitikus rekombinációjának feltételeit teremtik meg, és ennek során a cél olyan megoldás kidolgozása, hogy a keletkezett víz visszatérjen az elektrolithoz (1. például az 1971-ben engedélyezett 3637778, a 3598653, a 3 622398 és az 1972-ben engedélyezett 3701691 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokat). Ezek a megoldások hermetikusan zárt cellák esetében nem használhatók, hiszen a zárt, például hengeres szerkezeti kialakítású cellában a javasolt módon a rekombináltatás és a víz visszavezetése nem volt megoldható.They create conditions for the catalytic recombination of hydrogen and oxygen inside or outside the cell, with the aim of developing a solution to return the water produced to the electrolyte (1. For example, 3637778, 3598653, 3 622398 and 1972). U.S. Patent No. 3,701,691, issued in 1972). These solutions are not applicable to hermetically sealed cells since recombination and water recirculation were not possible in a closed cell such as a cylindrical structure.

Harmadik, kisegítő elektród beépítése, amely a túltöltés során biztosítja a rekombinációt, mint ezt P. Ruetschi és J. B. Ockerman ismerteti (Electrochem. Technoi. 4, 383,1966). Ilyen megoldást ismertet a 4246326 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom. Itt két kisegítő elektródot használnak, amelyek elektromos és ionos vezető kapcsolatban állnak egy gombelem negatív elektródjával. A szerkezet érzékeny a cella fizikai helyzetére, és ezért van szükség két külön kisegítő elektród használatára. A kisegítő elektródot kettős rétegű szeparátorral látják el, amelyek egyike hidrofil, a másik pedig hidrofób. Külön ionszelektív ioncserélő membránt használnak, amely az OH' ionok részére szelektív permeabilitást biztosít.The insertion of a third auxiliary electrode that provides recombination during overcharging as described by P. Ruetschi and J. B. Ockerman (Electrochem. Technol. 4, 383, 1966). Such a solution is disclosed in U.S. Patent No. 4,246,326. U.S. Pat. Here, two auxiliary electrodes are used which are electrically and ionically conductive to the negative electrode of a button cell. The structure is sensitive to the physical position of the cell and therefore requires the use of two separate auxiliary electrodes. The auxiliary electrode is provided with a double-layer separator, one hydrophilic and the other hydrophobic. A separate ion-selective ion exchange membrane is used which provides selective permeability for OH 'ions.

Ide sorolható a 3 438 812 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom szerinti megoldás, amelynél aktív katalizátorként platinát, kobaltot vagy ezüstöt használnak. Az ilyen katalizátoroknak egyrészt magas az ára, másrészt oxidjaik legalább részlegesen oldódnak az elektrolitban és a cink korrózióját, ezzel pedig a hidrogén fejlődését fokozzák.This heading includes heading 3 438 812. U.S. Pat. No. 5,600,125, wherein platinum, cobalt or silver are used as active catalysts. On the one hand, such catalysts have a high price and, on the other hand, their oxides are at least partially soluble in the electrolyte and enhance the corrosion of zinc and thus the development of hydrogen.

A találmány feladata olyan újratölthető elektrokémiai cella kialakítása, amelyben az oxigén rekombinációja az ismert megoldásokhoz képest megnövelt hatékonysággal biztosítható.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a rechargeable electrochemical cell in which oxygen recombination can be achieved with increased efficiency over prior art solutions.

A különböző anyagok vizsgálata során észleltük, hogyha politetrafluor-etilénnel kötött szénből álló pórusos szerkezetű korongot elektrokémiai transzferáló elektródként használunk az anód mellett, akkor az anódnál az oxigén rekombinációs folyamata jelentősen felgyorsul.When examining the various materials, it was found that using a porous carbon disc of polytetrafluoroethylene as an electrochemical transfer electrode near the anode significantly accelerates the oxygen recombination process at the anode.

A kitűzött feladat megoldásaként olyan újratölthető elektrokémiai cellát dolgoztunk ki, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van, melyre jellemző, hogy a harmadik elektród az anódnál elhelyezett, attól szeparátorral elválasztott, de azzal elektromos és ionos vezetéssel összekapcsolt kisegítő elektródként van kialakítva, amelyet az elektrolit legalább részben nedvesít, és a kisegítő elektród politetrafluoretilénnel kötött porózus szén aktív anyagot tartalmaz. A politetrafluor-etilén szerepe a finom szénszemcsék megkötése, ezért mennyisége igen széles határok között változtatható. Alsó határként a kötéshez minimálisan szükséges mennyiséget adhatjuk meg, amely mintegy 5 tömeg% a kisegítő elektród aktív anyagára vonatkoztatva, a maximális mennyiségnek pedig az aktívIn order to solve this problem, we have developed a rechargeable electrochemical cell having a cylindrical metal oxide cathode, a cylindrical zinc anode, a separator separating the anode and cathode, a conductor extending into the anode, having an aqueous and alkaline electrolyte contacting the anode and cathode, that the third electrode is formed as an auxiliary electrode disposed at the anode, separated from it by a separator, but electrically and ionically coupled thereto, which is at least partially moistened by the electrolyte and comprises a porous carbon active substance bonded to polytetrafluoroethylene. The role of polytetrafluoroethylene is to bind fine carbon particles and therefore its amount can be varied within a very wide range. The lower limit is the minimum amount required for bonding, which is about 5% by weight of the auxiliary electrode active material, and the maximum amount is the amount of active agent.

HU 208 596 Β anyag csökkenése szab határt. A felső határ 75 tömeg% körül van, de ennél nagyobb kötőanyag mennyiség mellett is hatékony kisegítő elektródot készíthetünk. Előnyös például 37,5 tömeg% politetrafluor-etilén választása.HU 208 596 Β material limit. The upper limit is about 75% by weight, but with an even greater amount of binder an effective auxiliary electrode can be made. For example, 37.5% by weight of polytetrafluoroethylene is preferred.

Előnyös, ha a katódban a fémoxidot 5-20 tömeg% grafitot tartalmazó mangán-dioxid, illetve ezüst-oxid, nikkel-oxid, vasoxid, továbbá tiszta mangán-dioxid vagy 10-20 tömeg% nikkel-oxidot tartalmazó mangándioxid képezi.It is preferred that the metal oxide in the cathode is 5-20% by weight of graphite manganese dioxide, or silver oxide, nickel oxide, iron oxide, and pure manganese dioxide or 10-20% by weight of nickel oxide manganese dioxide.

Az anódot célszerű géles cink anódként kialakítani.The anode is preferably formed as a gelled zinc anode.

A találmány szerinti megoldás révén az újratölthető elektrokémiai cellákban keletkező oxigén hatásos megkötése olcsó eszközökkel biztosítható.The present invention provides an inexpensive means of effectively binding oxygen generated in rechargeable electrochemical cells.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a mellékelt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon azDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing it is

1. ábra a találmány szerinti újratölthető elektrokémiai cella hosszmetszete, míg aFigure 1 is a longitudinal sectional view of the rechargeable electrochemical cell according to the present invention;

2. ábra a találmány szerinti elektrokémiai cella és ismert felépítésű elektrokémiai cella működési paramétereinek összehasonlító görbéi.Figure 2 is a comparative graph of the operating parameters of an electrochemical cell according to the invention and an electrochemical cell of known construction.

A találmány szerinti újratölthető elektrokémiai cella egy előnyös kiviteli alakját az 1. ábra mutatja. Ennek a cellának acélból készített hengeres (10) serlege van, amelyben fémoxid (12) katód helyezkedik el. A (10) serleg alsó (28) zárólapjának közepéből hengeres (11) csúcs nyúlik ki, és ez képezi a cella pozitív (katód) kivezetését. Acéllá (14) anódja a (12) katód által meghatározott hengeres térben helyezkedik el és annak alsó vége a (11) csúcs közelébe esik.A preferred embodiment of the rechargeable electrochemical cell of the present invention is shown in Figure 1. This cell has a steel cylindrical cup (10) containing a metal oxide (12) cathode. A cylindrical tip (11) protrudes from the center of the lower end face (28) of the cup (10) and forms the positive (cathode) outlet of the cell. The anode (14) of the steel bar (14) is located in a cylindrical space defined by the cathode (12) and its lower end is near the apex (11).

A (12) katódot például mangán-dioxid és grafit por keveréke, a (14) anódot pedig cink port tartalmazó gél képezi. A (12) katódot a (14) anódtól az alkalmazott vizes kálium-hidroxid elektrolit számára átjárható (16) szeparátor választja el. A (12) katód a cellában fejlődő hidrogén megkötésére további kiegészítő összetevőket is tartalmazhat.For example, cathode 12 is a mixture of manganese dioxide and graphite powder, and anode 14 is a gel containing zinc powder. The cathode (12) is separated from the anode (14) by a separator (16) permeable to the aqueous potassium hydroxide electrolyte used. The cathode (12) may also contain additional auxiliary components for trapping hydrogen evolved in the cell.

A (14) anódot (18) kosár fogja körül, amely például polivinil-acetátból készül. A (18) kosár felső része (19) kisegítő elektródot tart. A (19) kisegítő elektród pórusos felépítésű, és politetrafluor-etilénnel kötött szénporból áll. A pórusos elektródtestet az elektrolit nedvesíti. A (18) kosár alját például sárgarézből készített (20) zárókupakkal zárja le, amely (15) szigetelő tárcsával van a (10) serlegtől elszigetelve. A hengeres (12) katód mechanikai összefogását hengeres (22) rács és gyűrű alakú műanyag (23) fedél segíti.The anode (14) is surrounded by a basket (18) made of, for example, polyvinyl acetate. The upper part (19) of the basket (18) holds an auxiliary electrode. The auxiliary electrode (19) is a porous structure and consists of carbon powder bonded to polytetrafluoroethylene. The porous electrode body is wetted by the electrolyte. The bottom of the basket (18) is sealed, for example, by a closure (20) made of brass, which is insulated with an insulating disk (15) from the cup (10). The mechanical connection of the cylindrical cathode (12) is facilitated by a cylindrical lattice (22) and an annular plastic cover (23).

A cellát felül lezáró (25) fedélen keresztül a (14) anód belsejébe áramvezető (24) tüske nyúlik be, amelynek (26) fejrésze a (25) fedélből kiáll és ez képezi a cella negatív (anód) érintkezőjét. A (25) fedél a (10) serleg szélének visszahajtott peremezése révén a cella belső terét hermetikusan elzárja.Through the lid (25) which closes the cell at the top, a current conducting pin (24) extends into the inside of the anode (14), the head (26) of which protrudes from the lid (25) and forms the negative (anode) contact of the cell. The lid (25) hermetically seals the interior of the cell by folding the rim of the cup (10).

A találmány tárgyát a továbbiakban a megvalósítási példán mutatjuk be.The invention will now be further illustrated by the following exemplary embodiment.

PéldaExample

A primer vagy újratölthető mangán-dioxid-cink celláknál szokásos immobilizált vagy géles cink (14) anódot készítettünk, amelyet polietilénből készült távtartó közbeiktatásával az 1. ábrán bemutatott módon a katódtér belsejébe helyeztünk. Az anód gélt extrudálással juttattuk a (Chicopee Rayon cég által gyártott poli5 vinil-acetátból álló) (16) szeparátor belső terébe. A cella szabványos „C” méretű volt. A (14) anódot az alábbi példakénti összetételekben készítettük el:In the case of primary or rechargeable manganese zinc cells, a standard immobilized or gelled zinc (14) anode was prepared which was inserted into the cathode space by inserting a spacer made of polyethylene as shown in FIG. The anode gel was extruded into the interior of the separator (consisting of poly5 vinyl acetate manufactured by Chicopee Rayon) (16). The cell was a standard "C" size. Anode (14) was prepared in the following exemplary compositions:

(A) 61,4 tömeg%(A) 61.4% by weight

2,0 tömeg%2.0% by weight

1,0 tömeg%1.0% by weight

0,8 tömeg% vagy 6 tömeg% Hg-tartalmu New Jersey 1205 jelű cink, amely a Zinc Corporation of America of Monaca, Pennsylvania cég terméke ZnO,New Jersey 1205 zinc containing 0.8% or 6% Hg, manufactured by Zinc Corporation of Zinc Corporation of America of Monaca, Pennsylvania,

MgO,MgO,

70/30 CMC/940 (vagy Carbopol márkanevű termék), melyek a Β. E Goodrich Chemical Group of Cleveland, Ohio cég gyártmányai 8 tömeg% ZnO-tartalmú 9 n KOH70/30 CMC / 940 (or Carbopol brand name), which are listed under Β. E Goodrich Chemical Group of Cleveland, Ohio Manufactures 9n KOH 8% ZnO

34,8 tömeg%34.8% by weight

A keverék össztömege: 8,7 g.Total weight of the mixture: 8.7 g.

(B) 50,0 tömeg% amalgámozott Zn,(B) 50.0% by weight of amalgamated Zn,

20,0 tömeg% Ca(OH)2,20.0% Ca (OH) 2 ,

30,0 tömeg% 8 tömeg% ZnO tartalmú 9 n KOH. A keverék össztömege: 8,7 g.9 n KOH containing 30.0 wt% 8 wt% ZnO. Total weight of the mixture: 8.7 g.

Az oxigént redukáló (19) kisegítő elektródot az 25 alábbiak szerint készítettük: a kereskedelemben kapható karbon fekete porból 62,5 tömeg% és politetrafluoretilén porból 37,5 tömeg% mennyiséget összekevertünk és a keverékből sajtolással 400 mikrométer vastag lemezt készítettünk. A lemezt szendvicsszerűen egyik 30 oldalon szeparátor lemezzel (például a Dexter Corporation of Windsor Locks, Connecticut cég C 1235 típusú lemezével), másik oldalánál pedig vékony nikkelhálóval fogtuk közre. Az így kapott háromrétegű lemezből 11 mm átmérőjű korongokat vágtunk ki és egy 35 ilyen korongot az 1. ábrán vázolt módon (19) kisegítő elektródként a (14) anód tetejére helyeztünk, ahol a szeparátorréteg nézett a (14) anód felé. A (14) anód a példában megadott összetételeknek megfelelően készült. Az áramvezető (24) tüske a (19) kiegészítő elekt40 ródon keresztül mélyen a (14) anód belsejébe nyúlt.The oxygen-reducing auxiliary electrode (19) was prepared as follows: 62.5% by weight of commercially available carbon black powder and 37.5% by weight of polytetrafluoroethylene powder were made and extruded into a 400 micrometer plate. The plate was sandwiched on one side with a separator plate (for example, a C 1235 plate from Dexter Corporation of Windsor Locks, Connecticut) and on the other side with a thin nickel mesh. The resulting three-layer plate was cut into discs of 11 mm diameter and one of these disks was placed as auxiliary electrode (19) on top of the anode (14) as shown in Figure 1, with the separator layer facing the anode (14). The anode (14) is made according to the compositions given in the example. The current conducting mandrel (24) extends deeply into the anode (14) through the auxiliary electrode (19).

A háromrétegű szerkezetben a nedvszívó anyagú szeparátor réteget az elektrolit átitatja és ezáltal a felette lévő porózus szénréteget is nedves állapotban tartja. Az áramvezető (24) tüske fémesen érintkezik a (19) 45 kisegítő elektróddal és a (14) anóddal és ezáltal rövidrezárt „cink-oxigén” cellát képez.In the three-layer structure, the absorbent separator layer is impregnated with the electrolyte, thereby keeping the porous carbon layer above it moist. The current-conducting mandrel (24) contacts metallically the auxiliary electrode (19) and the anode (14) to form a short-circuited "zinc-oxygen" cell.

Annak bizonyítása céljából, hogy a jelen találmány szerinti megoldás alkalmas oxigén rekombinációjára, két félcellát szokásos (C) cellaméretben hoztunk létre, 50 ahol csak az egyik félcella tartalmazta a (19) kisegítő elektródot. Mindkét nyitott cellát függőleges helyzetben egy-egy csőbe helyeztük, a katódnak megfelelő térbe a polietilén (23) fedél magasságáig 9 n káliumhidroxidot öntöttünk. A cellákat 20 órán keresztül 55 50 mA terhelés mellett galvanosztatikusan kisütöttük, ami a negatív elektródból 1 Ah elektromos energia kivételét jelentette (a teljes cellakapacitás mintegy 4 Ah-ra is tehető). A cellák felső részét olyan fedéllel zártuk le, amelyhez vízzel töltött U alakú csövek csat60 lakoztak és lehetővé tették a lezárt cellák belső nyomá3In order to demonstrate that the present invention is suitable for oxygen recombination, two half-cells were constructed at standard cell size (C) 50, where only one half-cell contained the auxiliary electrode (19). Both open cells were placed vertically in a tube and 9 N potassium hydroxide was poured into the cathode space up to the height of the polyethylene (23) lid. The cells were galvanically discharged for 20 hours at a load of 55 to 50 mA, which was to remove 1 Ah of electrical energy from the negative electrode (total cell capacity can be set to about 4 Ah). The upper part of the cells was sealed with a lid which was filled with water-filled U-shaped tubes and allowed the internal imprinting of the sealed cells.

HU 208 596 Β sának mérését. A cellalezárás után kialakult hermetikusan zárt belső térben lévő nyomás alakulását nyomásmérővel figyeltük.EN 208 596 Β. The evolution of pressure in the hermetically sealed interior after cell closure was monitored by a pressure gauge.

A cellákat szobahőmérsékleten 50 mA árammal 3 órán keresztül galvanosztatikusan töltöttük. A negatív elektródnál lejátszódó reakció során a cink-oxid fém cinkké redukálódott. Az ellenreakció során a (10) serleg felülete mentén óránként 10 ml mennyiség oxigén fejlődött (50 mA áramerősség mellett). A cellák belső nyomásának alakulását a 2. ábra diagramjai mutatják.The cells were electroplated at 50 mA for 3 hours at room temperature. During the reaction at the negative electrode, the zinc oxide was reduced to zinc metal. During the counter-reaction, 10 ml of oxygen (50mA) were generated per hour along the surface of the cup (10). The development of the internal pressures of the cells is shown in the diagrams in Figure 2.

A 2. ábra (A) görbéje a nyomás növekedését ábrázolja a (19) kisegítő elektródot nem tartalmazó hagyományos felépítésű cella esetében. A (B) görbe a katalitikusán aktív korongot, tehát a (19) kisegítő elektródot tartalmazó cella belső nyomásának alakulását szemlélteti. Ebben a cellában a lezárást követően a belső nyomás jelentős mértékben csökkent, amit a cella belső terében jelen lévő oxigén redukálása okozott. Amikor a cellát 3 órán keresztül 50 mA árammal túltöltöttük, a (19) kisegítő elektród minden cm2-es felülete 30 ml oxigéngázt rekombinált és így a cella belsejében a légkörinél kisebb nyomás alakult ki. Ha a túltöltés áramát 100 mA-re növeltük (amikor is óránként 20 ml oxigén szabadult fel), a nyomás valamivel nagyobb értéken stabilizálódott, de még mindig a légköri nyomás alatt maradt. A nyomás értéke lényegében nem változott egy további 2 órás időszak alatt, amikor mintegy 40 ml oxigéngáz rekombinációjára volt szükség, hiszen a cellában az adott körülmények között ennyi oxigén keletkezett. A mérések azt mutatták, hogy a (19) kisegítő elektród maximális oxigén rekombinációs sebessége az aktív felület egy cm2-es részére óránként 25 ml, ami az adott cellaméretek mellett 120 mA-es áramnak felel meg. Ez az érték azonban sokkal nagyobb, mint ami a szokásos felhasználói feltételek mellett előfordul.The curve (A) of Fig. 2 shows the increase in pressure of a conventionally constructed cell without auxiliary electrode (19). Curve (B) illustrates the evolution of the internal pressure of the cell containing the catalytically active disk, i.e. the auxiliary electrode (19). In this cell, the internal pressure after sealing was significantly reduced, which was caused by the reduction of oxygen present in the cell interior. When the cell was overcharged for 3 hours at 50 mA, each cm 2 of the auxiliary electrode (19) recombined with 30 ml of oxygen gas, resulting in a lower pressure inside the cell. When the overcharge current was increased to 100 mA (at which time 20 ml of oxygen was released per hour), the pressure stabilized to a slightly higher value but still remained below atmospheric pressure. The pressure did not change substantially over an additional 2 hour period, when about 40 ml of oxygen gas was required to be recombined, since the cell produced so much oxygen under the given conditions. Measurements showed that the maximum oxygen recombination rate of the auxiliary electrode (19) was 25 ml per hour per cm 2 of active surface, which corresponds to a current of 120 mA for the given cell sizes. However, this value is much higher than what would occur under normal user conditions.

A találmány szerinti megoldás az elektrokémiai cellákban keletkező oxigént gazdaságosan és hatékonyan képes lekötni. Alkáli elektrolitok esetében a szén általában elegendően nagy katalitikus aktivitást biztosít a fejlődő oxigén lekötéséhez. Hasonló elektródok építhetők fel nemes és nem nemes fémekből is, amelyek nagyobb rekombinációs áramsűrűségnél használhatók.The present invention is capable of absorbing oxygen produced in electrochemical cells economically and efficiently. In the case of alkaline electrolytes, carbon generally provides a sufficiently high catalytic activity to bind the evolving oxygen. Similar electrodes can be constructed of noble and noble metals which can be used at higher recombination current densities.

Az elektród hosszútávú tulajdonságainak szemléltetése céljából a (19) kisegítő elektródot tartalmazó félcellát 365 órán keresztül folyamatosan 20 mA/cm2 árammal működtettük, és ezt követően az áramsűrűséget 50 mA/cm2-re növeltük. A kísérletet akkor szakítottuk meg, amikor már mintegy 3,5 1 normál állapotú oxigén elfogyott. Az 1. táblázat a kísérlet során 6 n KOH-ból álló elektrolit felhasználása mellett szobahőmérsékleten kapott értékeket mutatja, amikor a reakciógáz normál állapotú levegő volt. Ha oxigént használtunk volna, akkor ez a potenciál mintegy 4050 mV-os növekedésével járt volna.To illustrate the long-term properties of the electrode, the auxiliary electrode (19) containing the auxiliary electrode (19) was continuously operated at 20 mA / cm 2 for 365 hours, and then the current density was increased to 50 mA / cm 2 . The experiment was terminated when about 3.5 liters of normal oxygen had been consumed. Table 1 shows the values obtained at room temperature for the experiment using a 6 N KOH electrolyte when the reaction gas was normal air. If oxygen had been used, this potential would have increased by about 4050 mV.

A belső ellenállás nélküli cellafeszültség méréséhez ismert laboratóriumi módszereket használtunk, és ezt a feszültséget a reverzibilis hidrogén referencia elektródra vonatkoztatva mV-ban fejeztük ki.Known laboratory methods were used to measure the internal resistance of the cell and this voltage was expressed in mV with respect to the reversible hydrogen reference electrode.

I. táblázatTable I

Idő, óra Time, clock Oxigénfogyasztás, ml Oxygen consumption, ml Áramsűrűség, mA/cm2 Current density, mA / cm 2 Szabad potenciál, mV, cinkkel szemben Free potential, mV, against zinc 0 0 0 0 20 20 1126 1126 24 24 100 100 20 20 1191 1191 48 48 199 199 20 20 1183 1183 96 96 398 398 20 20 1179 1179 145 145 602 602 20 20 1174 1174 194 194 805 805 20 20 1190 1190 290 290 1203 1203 20 20 1168 1168 338 338 1406 1406 20 20 1163 1163 365 365 1519 1519 50 50 1217 1217 365 365 1519 1519 50 50 1164 1164 389 389 1768 1768 50 50 1163 1163 413 413 2015 2015 50 50 1128 1128 461 461 2515 2515 50 50 1130 1130 509 509 3012 3012 50 50 1100 1100 565 565 3593 3593 50 50 1066 1066

Az 1. táblázat adataiból látható, hogy az összesen 565 óráig tartó kísérlet alatt 3,5 1 oxigén fogyott el, ennek ellenére a cellafeszültség mindvégig lényegében változatlan értéken maradt, tehát a cella működésében zavartalan volt. A 3,5 1 gáz olyan mennyiség, amely egyetlen cella élettartama alatt sem képes fejlődni, ezért a (19) kisegítő elektród a cella teljes élettartama alatt működőképes.Table 1 shows that during a total of 565 hours, 3.5 liters of oxygen were consumed, although the cell voltage remained essentially unchanged throughout, meaning that the cell function was uninterrupted. The 3.5 L gas is an amount that cannot evolve over the life of any cell and therefore the auxiliary electrode (19) is operable throughout the life of the cell.

Claims (4)

1. Újratölthető elektrokémiai cella, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van, azzal jellemezve, hogy a harmadik elektród az anódnál (14) elhelyezett, attól szeparátorral elválasztott, de azzal elektromos és ionos vezetéssel összekapcsolt kisegítő elektródként (19) van kialakítva, amelyet az elektrolit legalább részben nedvesít, és a kisegítő elektród (19) aktív anyaga politetrafluor-etilénnel kötött porózus szén.A rechargeable electrochemical cell having a cylindrical metal oxide cathode, a cylindrical zinc anode, a separator separating the anode and cathode, a current conductor extending into the anode, an aqueous alkaline electrolyte and a third electrode contacting the anode and the cathode, formed as an auxiliary electrode (19) disposed at the anode (14) separated from it by a separator but connected therewith by electrical and ionic conductivity which is at least partially moistened by the electrolyte and porous carbon bonded with polytetrafluoroethylene. 2. Az 1. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy a fémoxid katódban 5-20 tömeg% grafitot tartalmazó mangán-dioxid van.The rechargeable electrochemical cell of claim 1, wherein the metal oxide cathode contains 5 to 20% by weight of graphite containing manganese dioxide. 3. Az 1. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy a kisegítő elektród (19) aktív anyaga 37,5 tömeg% politetrafluor-etilént tartalmazó porózus szén.The rechargeable electrochemical cell of claim 1, wherein the auxiliary electrode (19) comprises porous carbon containing 37.5% by weight of polytetrafluoroethylene. 4. A 2. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy géles cink anódja (14) van.A rechargeable electrochemical cell according to claim 2, characterized in that it has a gelled zinc anode (14).
HU89395A 1987-10-27 1988-10-25 Rechargeable electrochemical cell HU208596B (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA000550335A CA1291206C (en) 1987-10-27 1987-10-27 Catalytic recombination of evolved oxygen in galvanic cells
US23492288A 1988-08-22 1988-08-22

Publications (3)

Publication Number Publication Date
HU890395D0 HU890395D0 (en) 1990-11-28
HUT56208A HUT56208A (en) 1991-07-29
HU208596B true HU208596B (en) 1993-11-29

Family

ID=25671567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU89395A HU208596B (en) 1987-10-27 1988-10-25 Rechargeable electrochemical cell

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0383836A1 (en)
JP (1) JPH03504297A (en)
AU (1) AU621580B2 (en)
HU (1) HU208596B (en)
WO (1) WO1989004070A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2085355A1 (en) * 1990-06-15 1991-12-16 Battery Technologies Inc. Metal and metal oxide catalyzed electrodes for electrochemical cells, and methods of making same
HU211445B (en) * 1991-04-05 1995-11-28 Battery Technologies Inc Manganese dioxide cathode with improved supercharge characteristics for rechargeable alcaline manganese dioxide cells
WO1992020111A1 (en) * 1991-05-07 1992-11-12 Battery Technologies Inc. Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode materials
CA2281371A1 (en) * 1999-09-03 2001-03-03 Waltraud Taucher-Mautner Rechargeable nickel-zinc cell
US11611115B2 (en) 2017-12-29 2023-03-21 Form Energy, Inc. Long life sealed alkaline secondary batteries
MX2021000733A (en) 2018-07-27 2021-05-12 Form Energy Inc Negative electrodes for electrochemical cells.

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1496364B2 (en) * 1964-12-23 1976-07-22 Yardney International Corp., New York, N.Y. (V.StA.) NEGATIVE ZINC ELECTRODE FOR GAS-DIGHT ALKALINE ACCUMULATORS
US3350225A (en) * 1965-01-12 1967-10-31 Gulton Ind Inc Rechargeable sealed secondary battery
US3438812A (en) * 1965-08-25 1969-04-15 Electrochimica Corp Rechargeable alkaline cell
DE2826780C2 (en) * 1978-06-19 1986-12-11 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Galvanic element
JPS61290668A (en) * 1985-06-19 1986-12-20 Sanyo Electric Co Ltd Sealed zinc alkaline storage battery

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03504297A (en) 1991-09-19
HUT56208A (en) 1991-07-29
EP0383836A1 (en) 1990-08-29
AU621580B2 (en) 1992-03-19
HU890395D0 (en) 1990-11-28
WO1989004070A1 (en) 1989-05-05
AU2791289A (en) 1989-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3607612B2 (en) Galvanic battery and manufacturing method thereof
US5043234A (en) Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode material
HUT77304A (en) Manganese dioxide positive elektrode for rechargeable cells, and cells containing the same
CA2474164A1 (en) Alkaline battery
US20030207174A1 (en) Alkaline cell with impoved cathode
JP2009517805A (en) Rechargeable alkaline manganese batteries with reduced capacity degradation and improved cycle life
US4994334A (en) Sealed alkaline storage battery and method of producing negative electrode thereof
US4900642A (en) Catalytic recombination of evolved oxygen in galvanic cells
US2554504A (en) Rechargeable cell
US3288642A (en) Rechargeable dry cell having gelled electrolyte
US5707761A (en) Nickel positive electrode and alkaline storage battery using the same
US3925102A (en) Divalent silver oxide cell having a unipotential discharge level
EP1817809B1 (en) Electrochemical cell
HU208596B (en) Rechargeable electrochemical cell
US6060197A (en) Zinc based electrochemical cell
US4174565A (en) Method of precharging rechargeable metal oxide-hydrogen cells
US3485672A (en) Electric current producing cell
DK172972B1 (en) Process for preparing a closed electrochemical cell
Herbert The Alkaline Manganese Dioxide Dry Cell
CA1149863A (en) Long-life galvanic primary cell
HU207612B (en) Primary or rechargeable closed electrochemical cell
JP2517936B2 (en) Air zinc battery
WO1992020111A1 (en) Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode materials
JPS61290668A (en) Sealed zinc alkaline storage battery
KR100790563B1 (en) Structure of electrode group for large capacity nickel/metal hydryde secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee