CS213400B2 - Method of making the metal and air current source - Google Patents

Method of making the metal and air current source Download PDF

Info

Publication number
CS213400B2
CS213400B2 CS797442A CS744279A CS213400B2 CS 213400 B2 CS213400 B2 CS 213400B2 CS 797442 A CS797442 A CS 797442A CS 744279 A CS744279 A CS 744279A CS 213400 B2 CS213400 B2 CS 213400B2
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
oxygen
electrolyte
air
cathode
metal
Prior art date
Application number
CS797442A
Other languages
English (en)
Inventor
Sandor Kulcsar
Jozsef Lukacs
Pal Horvath
Janos Agh
Original Assignee
Villamos Ipari Kutato Intezet
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
Application filed by Villamos Ipari Kutato Intezet filed Critical Villamos Ipari Kutato Intezet
Publication of CS213400B2 publication Critical patent/CS213400B2/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/02Details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • 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
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

Vynález se týká způsobu výroby zdroje proudu s nepřímou vzduchovou (kyslíkovou) katodou. V posledních dvaceti letech se značně rozvinula výzkumná činnost s cílem vytvoření vzduchových, popřípadě kyslíkových elektrod pro elementy kov — vzduch. Během výzkumů v této oblasti byly vytvořeny dva typy těchto elektrod: a) hydrofilní typ, jehož vytvoření je popsáno například v patentových spisech Velké Británie č. 1 113 043, 1 212 853, 1 167 178 a 1178 053 a v patentových spisech USA č. 3 318 736 a 3 573 992. Společná nevýhoda těchto elektrod spočívá v tom, že k jejich provozu je nezbytný uzavřený prostor a stá- : lý přetlak; b) hydrofobní typ, jenž se rozšířil zejména v poslední době a jehož vytvoření je popsáno v patentových spisech USA číslo '3 348 975 a 3 753 788; dále v maďarském patentovém spise č. 159 822 a v patentových spisech Velké Británie č. 1 159 344, 1 158 580, 1 272 109, 1 138 469 a 1 120 591; v těchto pa- -tentových spisech jsou uvedeny elektrody hydrofobované a fixované teflonem. Jiná řešení tohoto druhu, u nichž jsou elektrody vyrobeny z aktivního uhlí, jsou popsána v patentových spisech Velké Británie číslo 1158 580 a 1 246 830 a v patentových spisech USA číslo 3 335 034 a 3 562 841.
Společný znak hydrofobních katod spočívá v tom, že ke svému provozu nepotřebují ani přívod pomocné energie, ani přetlak. U obou typů elektrod existuje třífázová reakční zóna (plyn, kapalina, pevná látka), v níž postupuje redukce kyslíku obsaženého ve vzduchu. V závislosti na době provozu a zatížení se posouvá zmíněná zóna ve směru vzduchové strany elektrody, mění se její vlastnosti, čímž se zhoršují elektrické parametry elektrody.
Další společný nedostatek uvedených vzduchových katod spočívá v prosakování elektrolytu, ke kterému dochází částečně v pórech elektrod, částečně ve stykových místech.
Byly již podniknuty četné pokusy k eliminování těchto nepříznivých jevů, jako například nanášení izolační polytetrafluorethy-lenové vrstvy, jak je uvedeno v patentových spisech USA č. 3 348 975 a 3 370 508, jakož i v patentových spisech Velké Británie číslo 1 272 109 a č. 1 138 469, avšak přesto se dodnes nepodařilo vyrobit zcela neprosakující elektrodu. U navrhovaného řešení podle vynálezu se způsob práce vzduchové (kyslíkové) katody podstatně odchyluje od shora popsaných řešení, přičemž je současně dána možnost vytvoření neprosakujících baterií s časově stabilním výkonem.
Způsob práce dosud užívaných vzduchových katod za použití alkalických elektrolytů může být schematicky znázorněn následujícím způsobem. Kyslík difundující izolační vrstvou katody reaguje v třífázové zóně katalyzátoru s elektrolytem
Ionty OH~ vznikající na katodě vstupují do další reakce s pozitivními ionty vznikajícími na anodě v průběhu nabíjení (iontová asociace; například s iontem H+ na vodu). ÍPodle toho probíhá katodová reakce pouze v třífázové, krajně tenké styčné vrstvě, popřípadě v závislosti na nízké rozpouštěcí schopnosti kyslíku v elektrolytu ve vrstvě pokryté elektrolytovým filmem, jejíž aktivity a hydrofoblty časem zbývá, čímž se reakční zóna stále, posouvá a její životnost je o-mezena.
Nepřímá katoda podle vynálezu nepoužívá kyslík ze vzduchu bezprostředně, nýbrž pracuje s kyslíkem předem v elektrolytu rozpuštěným, takže namísto třífázové zóny (plyn, kapalina, pevná látka) zde existuje pouze dvoufázová zóna (kapalina, pevná látka).
Podstata vynálezu spočívá v tom, že se kyslíková nebo vzduchová katoda elektrického článku úplně ponoří do elektrolytu, který má při pokojové teplotě a tlaku kyslíku 0,128 MPa rozpouštěcí schopnost kyslíku nejméně 0,05 ml kyslíku na 1 ml elektrolytu a kyslík potřebný k provozu se do elektrolytu dávkuje z fyzikálně poppřípadě fy-zikálně-chemlcky rozpuštěného a během provozu plynule nahrazovaného kyslíku, popřípadě ze vzduchu. Tím se sníží koroze katody, přičemž je dána možnost vytvořit proudový zdroj o· životnosti několika desítek tisíc hodin, který i tehdy, zůstane-li mimo provoz, neutrpí žádnou škodu.
Způsob podle vynálezu bude blíže vysvětlen s pomocí výkresu, který znázorňuje způsob výroby kovového a vzduchového proudového zdroje podle vynálezu. /Anoda 1 a katoda 2, které jsou vzájemně odděleně ponořeny do elektrolytu 3, jsou u-spořádány v tělese 5. Dýzou 4 je přiváděn do elektrolytu vzduch, který je v tomto elektrolytu fyzikální nebo fyzikálně-chemickou cestou rozpouštěn. Když se elektrolyt nasycený kyslíkem dostane ke katodě 2, vstupuje rozpuštěný kyslík na e-lektrodě do elektrochemické reakce, vznikají hydroxoniové ionty, načež elektrodové reakce postupují obvyklým způsobem.
Tento reakční pochod nemůže v žádném případě probíhat v obvyklém elektrolytu v důsledku krajně pomalého průběhu, neboť jeho rozpouštěcí schopnost kyslíku (asi 0,0005 ml Oa/ml lázně) je oproti požadované hodnotě (0,05 až 0,5 ml Ož/ml lázně) nepoměrně nižší.
Proto je použit elektrolyt, v němž je rozpustnost kyslíku nejméně o jeden řád větší, než v běžně používaných alkalických e-lektrolytech.
Sloučeniny, rozpouštějící poměrně vysoké množství kyslíku, jsou například perfluor-sloučeniny, například perfluor-2-butyl-tetra-hydrofuran, ethery, jako například dibutyl-ether, oxosloučeniny, například methyl-, e-thyl-keton a alkoholy, například etanol, metanol a rovněž organické kyseliny, například kyselina mravenčí. Rozpouštěcí schopnost n kyslíku může být vyčíslena pomocí
nteraiiu uuuuuia uujjwnua áiuuua tuopvno-těcí schopnosti kyslíku hemoglobinu v krvi a je asi dvacetkrát vyšší, než u vody a asi stokrát vyšší, než rozpouštěcí schopnost i30% lázně hydroxidu draselného KOH. Při výrobě elektrolytu jsou tato polární, popřípadě nepolární rozpouštědla elektricky 'zvodivěna o sobě známým způsobem rozpouštěním organických nebo anorganických disociačních substancí. Elektrolyty schopné rozpouštět kyslík se mohou použít nesmíšené, popřípadě vzájemně odpovídajícím způsobem smíšené, přičemž jejich podíl může činit 1 až 99 % celkového objemu. Jako katalyzátorů se může použít sloučenin stříbra, stříbra a rtuti, popřípadě organických sloučenin železa a kobaltu, například ftalokya-nidů, které se používají při výrobě kyslíkových (vzduchových) elektrod. Výhody použitého řešení jsou následující: 1. Vzhledem k tomu, že zde není zapotřebí zvláštní oddělený plynový prostor, mohou být anody a katody uspořádány ve společném tělese s pevnou stěnou, čímž je odstraněno nebezpečí prosakování. 2. Elektrolyt nasycený kyslíkem přichází do styku s celým povrchem elektrody, čímž není redukce kyslíku omezena pouze na tenkou třífázovou vrstvu a nevzniká nutnost vytvoření vysoké místní proudové hustoty, způsobující korozi elektrod. Tak nedochází •ani k posouvání reakční zóny, ani k oasovému nebo principiálnímu omezení funkce elektrody. 3. Není zapotřebí seřizovat přetlak a používat vzduchotěsný uzávěr. K větrání všech článků postačí jednotlivý ventilátor s níz kým výkonem. 4. Jako anoda může být použita kovová e-lektroda (například zinková, kadmiová) jakožto kovový, vzduchový a proudový zdroj; u plynové nebo kapalné elektrody (například voda, metanol) musí být zabudován topný element. Příklad 1
Bylo smícháno 50 g stříbrného prášku (velikost zrna menší než 40 ^m), 8 g prášku PVC (velikost zrna menší než 20 μπι) a 10 mililitrů destilované vody. Směs byla rozetřena na niklové síto s šířkou ok 10 am. až obsah, stříbra ve vrstvě na sítu činil 5 mg/ /cm2 3. Síto bylo usušeno při pokojové teplotě a potom bylo po dobu 15 minut podrobeno tepelnému působení při teplotě 250 °C. Elektrolytová směs byla vyrobena tak, že v 50 ml perfluor-2-butyltetrahydrofuranu bylo· rozpuštěno 10 g lithiumperchlorátu. Vyrobená elektroda byla ponořena do lázně, jako anoda byla použita zinková elektroda vyrobená o sobě známým způsobem. Mezi anodu a katodu se vložil separátov z polyamidu o tloušťce 8 X 10~4 m, k oddělení kyslíku. Po zavedení vzduchu popřípadě kyslíku do lázně je baterie k dispozici, přičemž hodnota proudové hustoty na katodě překračuje 15 mA/cm2.
Tyto zkoušky byly prováděny ve 100 cyklech, tj. po dobu 500 vybíjecích a 1000 nabíjecích hodin, svorkové napětí bylo IV, na katodě nebyly žádné škodlivé usazeniny. Příklad 2 50 g kobaltftalokyanidu se smíchalo s 20 gramy polyethylenového prášku a 30 ml vody, načež se směs rozetřela na niklové síto •(síla vláken 60 μία délka ok 120 μΐη tak, že na elektrodové ploše byl katalyzátor v množství 50 mg/cm2. Směs byla usušena a podrobena tepelnému působení při teplotě 230 °C do dobu 20 minut. Vyrobená elektroda byla ponořena do elektrolytu popsaného v příkladě 1 a byla zkoušena za podmínek, rovněž uvedených v příkladech 1. Získaná proudová hustota obnášela 8 mA/ /cm2, při svorkovém napětí 1 V.

Claims (1)

  1. Original document published without claims.
CS797442A 1978-11-01 1979-11-01 Method of making the metal and air current source CS213400B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU78VI1214A HU177920B (en) 1978-11-01 1978-11-01 With indirect air/oxygen/ cathode operating current source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS213400B2 true CS213400B2 (en) 1982-04-09

Family

ID=11002905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS797442A CS213400B2 (en) 1978-11-01 1979-11-01 Method of making the metal and air current source

Country Status (3)

Country Link
CS (1) CS213400B2 (cs)
FR (1) FR2441276A1 (cs)
HU (1) HU177920B (cs)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120214043A1 (en) * 2009-10-27 2012-08-23 Solvay Fluor Gmbh Lithium sulfur battery
JP5742876B2 (ja) * 2013-05-16 2015-07-01 株式会社豊田自動織機 蓄電デバイス用非水系溶媒、蓄電デバイス用電解液、及び蓄電デバイス

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1011125A (fr) * 1948-12-11 1952-06-19 Procédé de dépolarisation d'éléments galvaniques primaires et application à laconstruction de piles, notamment de poiles sèches
GB1173858A (en) * 1967-09-21 1969-12-10 Honeywell Inc Improvements in or relating to Sensing and Measuring Gaseous Oxygen
US3540929A (en) * 1969-05-05 1970-11-17 Gen Electric Deep submergence rechargeable sealed secondary cell
DE2549083A1 (de) * 1975-11-03 1977-05-05 Hans Prof Dr Meier Verfahren zur herstellung von sauerstoffelektroden, insbesondere fuer brennstoffzellen

Also Published As

Publication number Publication date
FR2441276A1 (fr) 1980-06-06
FR2441276B1 (cs) 1983-09-23
HU177920B (en) 1982-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0819320B1 (de) Brennstoffzelle mit festen polymerelektrolyten
TWI568888B (zh) 氣體擴散電極及其製法和電化電解池
US3899354A (en) Gas electrodes and a process for producing them
US9431661B2 (en) Cathode catalyst layer, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method thereof
US5126031A (en) Coprecipitated hydrogels in pressure tolerant gas diffusion electrodes
CN106252670B (zh) 使用加有晶种的电极借助核壳催化剂对高性能燃料电池电极的卷对卷制造
US4975172A (en) Ionomeric polymers with ionomer membrane in pressure tolerant gas diffusion electrodes
EP2639337A2 (de) Verfahren zur Elektrolyse von Alkalichloriden mit Sauerstoffverzehrelektroden
US3385736A (en) Method of making electrode from viscoelastic dough
CN104538709A (zh) 基于银铜催化的金属空气电池及其制备方法
WO2020001850A1 (de) Gasdiffusionselektrode zur kohlendioxid-verwertung, verfahren zu deren herstellung sowie elektrolysezelle mit gasdiffusionselektrode
US4501803A (en) Porous gas diffusion-electrode
US3419900A (en) Fuel cells with alkali metal hydroxide electrolyte and electrode containing fluorocarbon polymer
DE2212581A1 (de) Elektrolytzelle mit Separator und Verfahren zur Herstellung desselben
US4564427A (en) Circulating electrolyte electrochemical cell having gas depolarized cathode with hydrophobic barrier layer
US3663303A (en) Process of making a gas diffusion electrode
CS213400B2 (en) Method of making the metal and air current source
Fujita et al. An electrochemical oxygen separator using an ion-exchange membrane as the electrolyte
US3594236A (en) Method for preparing an air breathing electrode
JP6241946B2 (ja) リチウム空気電池用空気極の製造方法
US4636274A (en) Method of making circulating electrolyte electrochemical cell having gas depolarized cathode with hydrophobic barrier layer
TWI299761B (en) One-step electrosynthesis of borohydride
DE29823321U1 (de) Kombination aus Elektrolyse- und Brennstoffzelle
US20230369683A1 (en) Pellet-type anode-fed metal-carbon dioxide battery and a hydrogen generation and carbon dioxide storage system including same
US5092976A (en) Hydrogel loaded active layer in pressure tolerant gas diffusion electrodes