DE1086769B

DE1086769B - Electrodes with highly porous shaped bodies as carriers for the active mass of galvanic elements

Info

Publication number: DE1086769B
Application number: DESCH18064A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Scheichl
Original assignee: FRIEDRICH HERMANN DR ING
Current assignee: FRIEDRICH HERMANN DR ING
Priority date: 1955-05-31
Filing date: 1955-05-31
Publication date: 1960-08-11

Description

Elektroden mit hochporösen Formkörpern als Träger für die aktive Masse galvanischer Elemente Die Erfindung !bezieht sich auf Elektroden für reversible, galvanische Elemente mit :hoher Porosität, die aufgebaut sind aus mit der aktiven Masse beladbaren Stoffen.Electrodes with highly porous shaped bodies as carriers for the active material galvanic elements The invention relates to electrodes for reversible, galvanic elements with: high porosity, which are built up with the active Mass of loadable substances.

Es ist bereits bekannt, Elektroden für Akkumulatoren aus Kohle aufzubauen und diese Elektroden mit Oxyden, insbesondere Bleioxyden, zu beladen. Erfahrungen haben gezeigt, daß Kohle bei dem elektrochemischen Vorgang oxydiert und allmählich zerstört wird. Es wurde aus diesem Grunde bereits vorgeschlagen, Graphit, .insbesondere künstlichen Graphit, zu verwenden, welcher der anodischen Oxydation allein von allen Kohlenstoffarten widersteht.It is already known to build electrodes for accumulators from carbon and to load these electrodes with oxides, especially lead oxides. experience have shown that coal oxidizes and gradually in the electrochemical process gets destroyed. For this reason, it has already been proposed to use graphite, in particular artificial graphite, to use which of the anodic oxidation alone of all Resists types of carbon.

Das deutsche Patent 920 082,beschreibt danach die Herstellung eines zur Herstellung von Formkörpern als Träger der Aktivmasse von Akkumulatoren besonders geeigneten Graphits hoher Porosität. Die Formkörper der Elektroden werden beispielsweise durch auf feine Teilchengröße zerkleinerten Graphit in Bindung mit Teer oder Pech hergestellt, worauf ,die Bindung durch Verkokung eliminiert wird und :die endgültige Gestalt rder Elektroden ,erhalten wird. Die Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen ;dadurch gekennzeichnet, daß der hochporöse, als Träger der aktiven Masse dienende Formkörper aus zur Bindung der Aktivmasse .durch Adsorption geeigneten Stoffen, wie Aktivkohle oder Silicagel, in Gestalt regelmäßiger oder unregelmäßiger poröser Teilchen, wie Kugeln oder Körner, !beisteht, .die durch elektrochemisch indifferente Bindemittel, wie Kunststoff, verbunden sind.The German patent 920 082, thereafter describes the production of a especially for the production of moldings as a carrier for the active material of accumulators suitable graphite of high porosity. The shaped bodies of the electrodes are, for example through graphite comminuted to a fine particle size in connection with tar or pitch produced, whereupon, the bond is eliminated by coking and: the final one Shape of the electrodes. The electrodes according to the present invention are essentially; characterized in that the highly porous, as a carrier of the Molded bodies used for binding the active material through adsorption suitable substances, such as activated carbon or silica gel, in the form of regular or irregular porous particles, such as spheres or grains,! supported by electrochemical indifferent binders, such as plastic, are connected.

Die vorliegende Erfindung beruht gegenüber den Feststellungen in der vorgenannten Patentschrift auf der Erkenntnis, daß eine Beschränkung auf derartige Beladungsstoffe nicht erforderlich ist, sondern allgemein adsorptive Stoffe, wie Aktivkohle oder auch Silicagel, verwendbar sind und .auf die Oxydationsresistenz der Trägerstoffe kein Wertgelegt werden muß, da dieser an sich keine besondere Festigkeit zu besitzen braucht, sofern :man gemäß der vorliegenden Erfindung aus den adsorptiven Stoffen regelmäßige oder unregelmäßige Körperchen bildet, wie Kugeln oder Körner, und @diese nach an sich bekannten Erfahrungen .durch @im vorliegenden Fall elektrochemisch ,indifferente Bindemittel, z. B. Kunststoff, verkittet und in :die gewünschte Form oder Halbform verbringt. Die Herabsetzung der mechanischen Festigkeit .der hochporösen und adsorptionsfähi:gen Teilchen durch eine Oxydation vermag in diesem Falle die Gesamtfestigkeit des fertigen Elektrodengebildes von der Struktur nach Art eines sandstein- bis bruchsteinmauerverbandartigen Elektrodengebildes nicht zu beeinträchtigen. Es spielt in diesem Falle keine Rolle, falls die Festigkeit der Formkörper im wesentlichen durch ein Bindemittel :dieser Art erzeugt ist, daß etwa durch die Oxydation allmählich ,Aktivkohle als Adsorptionsmaterial in Kohlendioxyd umgewandelt wird. In diesem Falle spielt sich der Vorgang so langsam ab, daß eine hohe Zahl von Zyklen ausgehalten wird, wie sie jedenfalls der Zahl bisher überstehbarer Zyklen überlegen ist, bevor durch Oxydation der Kohlenstoff verbraucht wird.The present invention is based on the findings of FIG aforementioned patent on the recognition that a restriction to such Loading substances is not required, but generally adsorptive substances, such as Activated charcoal or silica gel can be used and .on the resistance to oxidation There is no need to attach any value to the carrier materials, as this in itself does not have any particular strength needs to have, provided: one according to the present invention from the adsorptive Substance forms regular or irregular bodies, such as balls or grains, and @this according to known experiences .by @ in the present case electrochemically , indifferent binders, e.g. B. Plastic, cemented and in: the desired shape or half-form spends. The reduction in the mechanical strength of the highly porous and adsorptive particles through an oxidation can in this case Total strength of the finished electrode structure of the structure in the manner of a sandstone to rubble wall association-like electrode structure not to impair. In this case, it does not matter if the strength of the shaped bodies is essentially by a binding agent: of this kind is produced that is gradually produced, for example, by oxidation , Activated carbon is converted into carbon dioxide as an adsorption material. In this In the case of the case, the process takes place so slowly that a large number of cycles can be withstood becomes, as it is in any case superior to the number of cycles that can be survived before the carbon is consumed by oxidation.

Für die Bindung werden nur verhältnismäßig @geringe Mengen elektronisch indifferenter und gegen die gebräuchlichen Elektrolyten unempfindlicher Bindemittel, wie Kunststoff, benötigt. .Die Größenordnung der Teilchen aus adsorptiven Stoffen liegt zwischen der Korngröße von grobem bis feinsten Sandstein. Um einen derartigen Formkörper zu erhalten, wobei die einzelnen ,adsorptiven Teilchen in sich porös bleiben müssen, kann man entweder von Formkörpern, wie Platten, Gittern, Rahmen, oder in Kugeln geformtem Material ausgehen, die aus Aktivkohle oder Silicagel bestehen, oder von porös geblasenem Ton, desisen Teilchen porös sind und nur an ihren gegenseitigen Berührungspunkten sind, oder man kann zunächst aus porösen Teilchen, z. B. Kugeln, und einem Bindemittel solche Formkörper bilden.Only relatively small amounts are used electronically for binding more indifferent binders that are insensitive to common electrolytes, like plastic. The order of magnitude of the particles from adsorptive substances lies between the grain size of coarse to finest sandstone. To such a one To obtain molded bodies, the individual adsorptive particles being inherently porous must remain, you can either use molded objects such as panels, grids, frames, or run out in spheres formed from activated carbon or silica gel, or of porous blown clay, desisen particles are porous and only on their mutual Are points of contact, or one can first consist of porous particles, e.g. B. balls, and a binder form such moldings.

Man kann z. B. gekörntes Material mit einem durch Wärme erweichbaren Bindemittel und zweckmäßig mit einem Zusatz eines bei Wärme gasabspaltenden Mittels #bzw. eines Verschäu,mungsmittels in einem durch die Gasentwicklung aufgelockerten Formkörper herstellen, den man in seiner aufgelockerten Struktur erstarren läßt und den man gewünschtenfalls in einen kleineren Formkörper aufteilt. Die Poren der Formkörper kann man, falls dies nicht vorher .bei den Teilchen geschehen ist, auch nachträglich .mit dem leitfähigen Material ausfüllen oder auf ihren Oberflächen durch Adsorption bekleiden. Diese Ausfüllung oder Auskleidung der Körner oder Körnchen porösen Materials kann auf,die verschiedenste Weise erfolgen, so etwa in bekannter Weise durch Aufdampfen von Metallen, durch Tränken mit Lösungen, Suspensionen usw. und anschließendes Ausfüllen der gewünschten leitfähigen Stoffe.You can z. B. granular material with a heat softenable Binder and expediently with the addition of an agent which releases gas when exposed to heat #respectively. a foaming agent in one loosened by the evolution of gas Produce molded body that can solidify in its loosened structure and which, if desired, can be divided into a smaller shaped body. The pores of the Shaped bodies can also be used, if this has not been done with the particles beforehand subsequently fill in with the conductive material or on their surfaces by Clothe adsorption. This filling or lining of the grains or granules Porous material can be done in the most varied of ways, for example in a known manner By vapor deposition of metals, by impregnation with solutions, suspensions, etc. and then filling in the desired conductive materials.

Man kann außerdem auch noch Zusätze verwenden, welche die Haftung der leitfähigen Stoffe verbessern. Um eine gute Berührung der aktiven Masse zu gewährleisten, ist es mitunter auch zweckmäßig, wie bereits vorgeschlagen, Bindemittel zu verwenden, die leitfähige Zusätze enthalten, beispielsweise ein Kunstharz oder einen keramischen Binder, der mit Bleistaub gemischt ist. Die Menge an derartigen Zusätzen leitfähigen Materials kann so groß sein, daß der Bindemittelanteil gerade ausreicht, um halbbare Verklebungen der porösen Körperchen aneinander zu ergeben. Die jeweils erforderlichen Mengenverhältnisse richten sich nach .der Art ;des verwendeten Bindemittels und der Dichte der Lagerung,der porösen Teilchen, d. h. der zu verbindenden Flächen, lassen sich aber durch Versuche leicht ermitteln.You can also use additives that improve the adhesion improve the conductive materials. To ensure good contact with the active material, it is sometimes advisable, as already suggested, to use binders, which contain conductive additives, for example a synthetic resin or a ceramic Binder mixed with lead dust. The amount of such conductive additives Material can be so large that the binder content is just enough to halve To result in adhesions of the porous bodies to one another. The respectively required The proportions depend on the type of binder used and the density of the storage, the porous particles, d. H. the surfaces to be connected, but can easily be determined by experiments.

Auch bei der Verwendung dieser Gemische aus Bindemittel und leitfähigem Material kann man in der bereits obenerwähnten Weise durch Zusatz von gasabspaltenden Stoffen oder durch andere Maßnahmen und Mittel zur Erzeugung einer schaumigen oder schwammigen Struktur die sich bildenden Haftbrücken ebenfalls mit einer möglichst großen Oberfläche ausstatten. Man erhält auf diese Weise Formkörper, deren eigentlicher Baustoff aus adsorbierendem Material, und zwar vorzugsweise Aktivkohle von hoher Porosität, besteht, dessen adsorbierende Oberflächen beladen sind mit elektrochemisch wirksamem Material und wobei .diese Teilchen in ,möglichst lokkerem Verband .durch wiederum porige Brücken, teils aus nur bindendem, teils aus einem aktiven, d. h. elektrochemisch wirksamen Stoff bestehen.Even when using these mixtures of binder and conductive material Material can be used in the manner already mentioned by adding gas-releasing substances Substances or by other measures and means to produce a foamy or spongy structure, the adhesive bridges that are formed also with one as possible equip a large surface. In this way, moldings are obtained, their actual Building material made of adsorbent material, preferably activated carbon of high Porosity, whose adsorbing surfaces are loaded with electrochemical effective material and where .these particles in, if possible loosely again porous bridges, partly made of only binding, partly of an active one, d. H. electrochemically active substance exist.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrodes with highly porous shaped bodies as carriers for the active mass for galvanic elements, characterized in that the shaped body made of substances suitable for binding the active material through adsorption, such as activated carbon or silica gel, in the form of regular or irregular porous particles such as Balls or grains, which by electrochemically inert binders, like plastic.

2. Electrodes according to claim 1, characterized in that that the highly porous moldings binders in a loosened structure, e.g. B. foam structure, with communicating bubbles.

3. Electrodes according to claims 1 and 2, characterized in that metal powder is mixed with the inert binder are, expediently with a restriction of the proportion of the inert binder to the minimum amount required for adequate adhesion and strength. Into consideration Drawn publications: German Patent Nos. 26 453, 636 341, 920 082; German patent application B 18184 IV a / 21 b (published July 30, 1953); Centralblatt for accumulators and elemental science, 1900, p. 173, left column.