AT266953B - Negative Elektrode für eine aufladbare, stromerzeugende Zelle mit wirksamen Sauerstoff verzehrenden Eigenschaften - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Negative Elektrode für eine aufladbare, stromerzeugende Zelle mit wirksamen Sauerstoff verzehrenden Eigenschaften 
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Vorzugsweise besteht die hydrophobe bzw. Elektrolyt abstossende Substanz aus
Polytetrafluoräthylen. Es dient gleichfalls als Stabilisator und Bindemittel bei der Fertigung einer Platte, dessen physikalische Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Platten dieser Art wesentlich verbessert sind. Es ist beispielsweise bekannt, dass die Einlagerung eines Bindemittels aus Carboxyl-Methyl-
Cellulose, Polystyrol und ähnlichen Kunststoffen in eine Zink/Zinkoxyd-Elektrode in bezug auf die physikalischen Eigenschaften und die Kapazität der Platten ungenügende Ergebnisse bringt. Tatsächlich nimmt die Kapazität pro Volumen oder Gewichtseinheit stärker ab als es dem Anteil an Bindemittel. der in die Platte eingelagert ist, entspricht.

   Wird jedoch Polytetrafluoräthylen verwendet, so entspricht der Kapazitätsverlust nur dessen Anteil ohne Beeinträchtigung der aktiven Masse, wobei die Platte ausserdem eine grössere Stabilität und eine wesentlich höhere Lebensdauer hat als solche mit üblichen
Bindemitteln. 



   Bei Zink/Zinkoxyd-Elektroden findet bekanntlich eine Oberflächenveränderung statt, wenn während des Arbeitens der Zelle Zinkoxyd von der Elektrode gelöst oder wieder darauf abgelagert wird. 



   Abstufungen in der Dichte des Elektrolyts verursachen eine ungleichmässige Ablagerung des Zinkoxyd. 



   Auch findet in der aktiven Masse in Bereichen unteschiedlicher Stromdichte eine verschiedene
Verdichtung statt. Im Ergebnis führt dieses zu einem Verlust an Kapazität und wirksamer
Elektrodenfläche, welche darüber hinaus die Lebensdauer der Zelle bei Verwendung von
Zink/Zinkoxyd-Elektroden begrenzt. Durch die Einlagerung von Polytetrafluoräthylen in eine Elektrode wird demgegenüber nicht nur der Gasverzehr verbessert, sondern darüber hinaus eine Zerstörung der aktiven Masse innerhalb des Elektrodenkörpers verhindert und eine wesentlich gleichmässigere
Materialdichte erreicht. Diese Wirkung ist auch deshalb überraschend, weil das Polytetrafluoräthylen auf der Platte bleibt, obgleich ein Teil des aktiven Materials von der Platte abgelöst und wieder darauf abgelagert wird. 



   Die neuartige Elektrode kann ein übliches Trägermaterial enthalten   (z. B.   Zwischenwand, ein
Gitter, Draht, Schleifen od. dgl.), um den elektrischen Strom zu verteilen oder ihn von der aktiven Masse abzuleiten. Die elektrochemisch aktive Masse muss wenigstens zwei reversible und elektrochemisch veränderliche Stufen umfassen und muss zur Reaktion mit einem Gas geeignet sein, welches in der Zelle in einer dieser Stufen entsteht. 



   Der hydrophobe bzw. elektrolytabstossende Stoff wird vorzugsweise mit der pulverförmigen, elektrochemisch aktiven Masse als Emulsion oder Suspension eingemischt, um eine gleichmässige Verteilung des elektrolytabstossenden Materials über den ganzen Körper der Elektrode zu erreichen. Die Mischung wird dann durch eine geeignete thermische Sinterung zusammengebacken, wobei die Teilchen des hydrophoben Stoffes an die elektrochemisch aktive Masse gebunden werden. So lassen sich Wassersuspensionen von Polytetrafluoräthylen mit der aktiven Masse vermischen. Durch das Erhitzen wird das Polytetrafluoräthylen relativ fest und hart und an das aktive Material angefrittet. Die Elektrode soll   erfindungsgemäss   wenigstens 80 Gew.-% elektrochemisch aktiver Masse und zwischen 1 und 10 Gew.-% an elektrolytabstossendem Polytetrafluoräthylen enthalten.

   Auch kann auf übliche Weise zwischen 0, 5 und 5 Gew.-% HgO eingelagert werden. Der praktisch geringste Gehalt an Polytetrafluoräthylen liegt zwischen 1, 5 und 5 Gew.-%. Die neuartige Elektrode kann für alle üblichen Akkumulatoren oder Zellen verwendet werden, vorzugsweise für solche mit   Zink/Zinkoxyd-Elementen.   und positiven Elektroden aus Silber/Silberoxyd. Bei dieser Akkumulatorenart wird zwischen die positive und negative Elektrode ein Separatormaterial aus Cellophan oder einem andern semipermeablen Stoff gelegt. Durch die bessere mechanische Festigkeit der negativen Elektrode wird eine frühzeitige Zerstörung des Separators verhindert und ein örtliches Wachsen von Zinkkristallen an den Kanten der Elektroden verringert.

   Um das Gas auch den Zink/Zinkoxyd-Elektroden zuzuführen, können diese in einem gasdurchlässigen   Abstandsmaterial     z. B.   einer Folie aus nichtgewebten Polyamidfäden eingehüllt sein. Sie können auch in gasdurchlässige Membrane eingehüllt werden. Bei Verwendung von Gegenelektroden aus nickel- oder manganhaltigen Massen können die gasundurchlässigen (semipermeablen) Separatoren von gasdurchlässigen ersetzt werden. 



   In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung an einem Beispiel schematisch veranschaulicht. Fig. l zeigt den vertikalen Querschnitt einer luftdicht abgeschlossenen Zelle und Fig. 2 ist die graphische Darstellung eines Vergleichsversuchs. 



   In Fig.   l   ist eine luftdicht abgeschlossene Zelle-l-dargestellt, welche aus einem   Zellengehäuse-2-besteht,   an welchem der   Deckel --3-- durch   thermische Verriegelung oder mit Kunststoffkleber angebracht ist, um einen Austritt von Gas aus dem Inneren der Zelle zu verhindern. Wie schematisch dargestellt ist, beinhaltet die Zelle ein Elektrodenpaket aus positiven Elektroden   (z. B.   gesinterte Silberplatten, Silberoxydpulver, heissgepresstes Silberpulver, galvanisch 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
 EMI3.1 
 



   Der   Elektrolyt --6-- kann   auch einer alkalischen Lösung (44 % KOH) bestehen, während die negativen   Elektroden --7-- aktive   Massen aus Zink/Zinkoxyd haben und entsprechend dem folgenden Beispiel gefertigt sein können. 



   Beispiel :
Eine homogene Mischung wurde durch Zugabe von 0, 5 bis 5 %   HgO   zu Zinkoxyd und durch Zumischen einer Wasseremulsion (enthaltend 60% Feststoff) mit Polytetrafluoräthylen hergestellt, so dass die Platte nach dem Erhitzen zwischen 1 und 10   Grew.-%   Polytetrafluoräthylen enthält ; der Anteil liegt vorzugsweise zwischen 1, 5 und 5 %. Die Platte wurde dann mit oder ohne Streckmetallgitter aus Silber oder versilbertem Metall in eine Form gepresst und dann auf die Dauer von 15 Minuten bei 300 bis 400  C erhitzt, um das Polytetrafluoräthylen zu verfestigen und die Platte sinterartig zusammenzubacken.

   Es ist vorteilhaft, eine ungepresste Masse der Mischung zunächst auf diese Art und Weise zu sintern, die Masse dann zu zerkleinern, die Platte daraus zu pressen und dann die Erwärmung fortzusetzen, um eine zusammenhängende fertige Platte zu erhalten. Es wurde eine Elektrode mit einer Dichte von 2, 0 bis 3, 3 Gramm Zink pro cm3 durch Vermischen von 2, 5 Gew.-% HgO (bezogen auf das Gewicht der fertiggestellten Platte), 5   Gew.-% Polyfluoräthylen   und den Rest an Zinkoxyd hergestellt. 



  Die Mischung wurde auf 3500 C auf die Dauer von 5 Minuten erhitzt, dann so zerkleinert, bis sie durch ein Sieb mit einer Maschenweite 0, 150 mm ging. Das zerkleinerte Material wurde auf die Dauer von weiteren 5 Minuten bei dieser Temperatur erhitzt, erneut gemahlen und in einer Form in die Gestalt der Elektroden gepresst, wobei dieser Formling einer weiteren Erhitzung von 5 Minuten ausgesetzt war. 



  Die Verwendung von Papierhüllen und Umhüllungen zum Halten der Zinkoxydplatten in Form war überhaupt nicht erforderlich. Die Platte hatte ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und bei Verwendung in einem Akkumulator gemäss   Fig. 1   gegenüber Silber/Silberoxydplatten, bei welchen Cellophanseparatoren in unmittelbarem Kontakt mit der negativen Elektrode verwendet wurden, hatte sie eine Lebensdauer entsprechend Fig. 2.

   Aus der graphischen Darstellung ist zu ersehen, dass die verbesserte Elektrode nach mehr als 100 Lade/Entladezyklen nicht auf 70 % fällt, während eine Kontrollplatte, die mit der erfindungsgemäss ausgestalteten Elektrode in allen Punkten gleich und der gleichen Behandlung unterworfen ist, bis auf die Verwendung eines Carboxylmethylcellulosebinders an Stelle des abweisenden Stoffes in gleicher Menge einen Kapazitätsverlust von etwa 70 % seiner normalen Kapazität schon nach weniger als 40 Lade/Entladezyklen hatte. Die Gasentwicklung in der Zelle wurde durch einen Gasverzehr mit Hilfe der neuartigen Elektrode ausgeglichen. 



   Wenn die Kontrollplatte und die neuartige Elektrode in Vergleichszellen mit einzelnen negativen Elektroden eingelagert und ähnlich mit Polyamid-Folienmaterial eingehüllt wurden, war der Gasverzehr der verbesserten Elektrode etwa 100 % grösser als bei Verwendung von Carboxylmethylcellulose. 



  Messungen der   Ionendoppelschichtenkapazität   der Platten, welche Polytetrafluoräthylen enthielten und erfindungsgemäss hergestellt wurden, hatten etwa   40%   freies Volumen (ungesättigt mit Flüssigkeit), während die Platten ohne abstossende Stoffe keinen feststellbaren freien Raum durch die Doppellagenmessung ergaben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Negative Elektrode für eine aufladbare, stromerzeugende Zelle mit wirksamen Sauerstoff EMI3.2 wenigstens 80 Gew.-% einer aktiven Masse aus der Gruppe Zink und Kadmium und aus 1 bis 10 Gew.-% Polytetrafluoräthylen besteht, das als elektrolytabstossende, in der Masse vollkommen dispergierte Substanz enthalten ist.