DE1110708B - Staendig dicht verschlossene Gegenzelle mit Elektroden aus Nickel oder rostfreiem Stahl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ständig dicht verschlossene Gegenzelle mit positiven und negativen Elektroden aus Nickel oder rostfreiem Stahl mit Separatoren sowie einem alkalischen Elektrolyten.

Eine Gegenzelle besteht üblicherweise aus zwei oder mehr Elektroden, die in einen geeigneten Elektrolyten eintauchen, und wird in einem elektrischen Stromkreis verwendet, um eine elektromotorische Kraft oder Spannung zu erzeugen, welche dem Stromfluß in dem Stromkreis entgegengeschaltet ist, ein wichtiges Erfordernis ist es dabei, daß keine Kapazitätsbildung in der Zelle auftritt. Die Wirkungsweise dieses Zellentyps ist insofern der eines Widerstandes ähnlich, als bei ihrem Gebrauch die Spannung des Hauptkreises auf einen gewünschten niedrigeren Wert herabgesetzt wird. Gegenzellen dagegen unterscheiden sich von Widerständen darin, daß sie eine Spannungsverminderung bewirken, die im wesentlichen unabhängig vom Stromfluß ist, während der Spannungsabfall über einem Widerstand direkt mit dem durchfließenden Strom sich ändert.

Bisher sind Gegenzellen in verschiedenen Typen benutzt worden. Eine solcher Zellen besteht aus Gittern aus Blei oder einer Blei-Antimon-Legierung, die in eine Lösung von Schwefelsäure eingetaucht ist, jedoch hat sich bei dieser Type gezeigt, daß eine gewisse Kapazität sich bildet, die einen übermäßigen Strom verursacht, wenn die Zelle kurzgeschlossen wird. Die Gitter haben ferner die Neigung, sich zu zersetzen und Ablagerungen am Boden der Zelle zu bilden. Gegenzellen, die zur Zeit im Gebrauch sind, haben allgemein einen alkalischen Elektrolyten mit plattenförmigen Elektroden aus Nickel, rostfreiem Stahl oder anderen ähnlichen Metallen, die in alkalischen Elektrolyten inert sind, wenn ein elektrischer Strom hindurchfließt. Diese Zellen haben jedoch den ernsthaften Nachteil, daß beim Durchgang des Stromes das Wasser des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt wird, welche Gase aus der Zelle entweichen und es notwendig machen, wiederholt Maßnahmen zu treffen, um die optimale Betriebsbedingung des Elektrolyten wiederherzustellen. Ferner haben die alkalischen Elektrolyten, die allgemein eine Lösung von Kaliumhydroxyd sind, die Neigung, Kohlendioxyd aus der Atmosphäre zu absorbieren und schädliche Karbonate in der Zelle zu bilden.

In der Absicht, Verluste an Elektrolyt und einen Kontakt des Elektrolyten mit der Luft zu verhindern, sind Versuche gemacht worden, die Gegenzellen abzuschließen. Diese Versuche sind jedoch nur bei Zellen wirksam gewesen, die eine begrenzte Menge Elektrolyt haben, wobei der letztere im wesentlichen

Ständig dicht verschlossene Gegenzelle

mit Elektroden aus Nickel

oder rostfreiem Stahl

Anmelder:

The Electric Storage Battery Company,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Schaefer, Patentanwalt,
Hamburg 1, Lilienstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. Oktober 1958

Eric Franz Kujas, Philadelphia, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

in den Poren von absorbierenden Separatoren und in den Poren der Elektroden selbst enthalten ist. Nach der Theorie der Wirkungsweise einer abgeschlossenen Zelle mit einer begrenzten Menge Elektrolyt kommt es darauf an, die Elektrolytmenge auf den Umfang, der erforderlich ist, um Ionen zwischen den Elektroden zu übertragen, zu begrenzen, und zwar auf den Umfang, der notwendig ist, um einen dünnen Film die Porenwände der Elektrode bedecken zu lassen, welcher die Porenwände in hohem Maße chemisch-aktiv erhält. Die wirksame Oberfläche der Elektroden kommt so leichter mit den während des Betriebes frei werdenden Gasen in Verbindung. In dieser Weise wird innerhalb der Zelle ein ausgeglichenes System aufrechterhalten, welches eine Gasbildung nur in solchem Umfang bewirkt, daß eine übermäßige Bildung von Gasdruck innerhalb der Zelle vermieden wird.

Während Gegenzellen, die in dieser Weise konstruiert sind, in gewissem Umfang zufriedenstellend arbeiten, ist ihre Herstellung kostspielig, und sie haben eine begrenzte Stromkapazität. Das erste Problem, das bei der Konstruktion abgeschlossener Gegenzellen mit begrenzten Elektrolytmengen entsteht, ist die Beseitigung der Wärme, die während des Betriebes in der Zelle erzeugt wird. In den üblichen nicht verschlossenen Gegenzellen, in denen die Elektroden mit einem Elektrolyten überflutet sind, über-

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trägt der Elektrolyt nicht nur Wärme von den Elek- kritisch begrenzten Menge anwesend war, und zwar

troden auf das Zellengehäuse, von wo sie abstrahlt, völlig in den Poren der Elektroden und in den Poren

sondern wegen seiner thermischen Kapazität und der Separatoren. Eine derartige Gegenzelle ist bereits

seines Volumens trägt er auch zur Wärmevernichtung vorgeschlagen worden. Diese Gegenzelle umfaßte

bei. Wenn die Menge des -Elektrolyten innerhalb der 5 sieben positive Platten und acht negative Platten,

Zelle begrenzt ist, ist nicht genügend Elektrolyt ver- zwischen denen Separatoren angeordnet waren, die

fügbar, um wesentlich zur Vernichtung der Zellen- aus feinporösem Polyvinylchlorid bestanden. Die

wärme beizutragen. Als Ergebnis ist festzustellen, positiven Platten waren nichtimprägnierte, poröse,

daß die Größe und die Stromkapazität solcher ab- gesinterte Nickelplatten, die keine elektrochemische

geschlossener Zellen sehr begrenzt sind. Es ist deshalb io Kapazität hatten. Die negativen Platten bestanden

ein Ziel der Erfindung, einen neuen und verbesserten aus porösem, gesintertem Nickel, das mit Cadmium-

Elektrolyten für die Verwendung in alkalischen hydroxyd imprägniert war, und zwar in einer Menge,

Gegenzellen vorzusehen, der es gestattet, daß solche die etwa 35% des gesamten Porenvolumens der Elek-

Zellen mit übergroßen Mengen an Elektrolyt dicht trode ausfüllte. Der beschriebene Elektrodenaufbau

verschlossen werden können. 15 wurde in einen geeigneten Behälter gesetzt, der dann

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen mit dem Elektrolyten der vorliegenden Erfindung

Elektrolyten für eine ständig dicht verschlossene gefüllt und dann verschlossen wurde. Die Gegenzelle

Gegenzelle vorzusehen, der es gestattet, eine billige wurde dann zur Spannungsregulierung benutzt bei

und kompakte Zellenkonstruktion zu verwenden. Strommengen, die höher lagen, als sie bisher ohne

Die Erfindung gestattet es auch, größere dicht ver- 20 eine wesentliche Druckbildung innerhalb der Zelle schlossene Gegenzellen herzustellen mit höheren möglich waren. Die Zelle ermöglicht auch eine Span-Stromkapazitäten, nungsregulierung, die in jeder Hinsicht gleichwertig

Zu diesem Zweck enthält bei einer ständig dicht und in mancher Hinsicht sogar besser war als bei den

verschlossenen Gegenzelle mit positiven und nega- bisher erhältlichen Zellen abgeschlossener oder nicht

tiven Elektroden aus Nickel oder rostfreiem Stahl und 25 abgeschlossener Art.

mit Separatoren sowie einem alkalischen Elektrolyten Die Wirkungsweise des Jodidions im Elektrolyten

gemäß der Erfindung der Elektrolyt ein Jodsalz in der Erfindung welcher das dichte Verschließen einer

einer Menge von etwa 1 bis 10 Molprozent, und die Gegenzelle mit einer nichtkritischen Menge an Elek-

Menge des Elektrolyten ist so bemessen, daß er die trolyt gestattet, wird ersichtlich durch Betrachtung

Elektroden und die Separatoren bedeckt. 30 der folgenden Potentiale der elektrolytischen Reak-

Der Elektrolyt besteht beispielsweise aus einer ver- tionen:

dünnten Lösung von Alkalihydroxyd, wie etwa Ka- 1"+2(OH)" IO~ + H. O+2e^-E=+0 49

liumhydroxyd oder Natriumhydroxyd. Es kann _ΙΟ-+4(ΟΗ)" ΙΟ,-+2ΐίθ+2β i E=+θ|ΐ4

irgendein lösliches Jodsalz verwendet werden, das ^ό

Anionen besitzt, die mit der Betriebsweise der Zellen 35 Das Jodidion oxydiert an der positiven Elektrode verträglich sind. Obwohl der Mechanismus, der die ZuIO₃-. Das gebildete IO₃- diffundiert zur negativen Wirkung einer abgeschlossenen Gegenzelle mit einer Elektrode und wird dort wieder reduziert zu I~. Das nichtkritischen Menge an Elektrolyt nach der Erfin- Jodidion hat keine korrodierende Wirkung. Die Oxydung ermöglicht, nicht völlig erklärt werden kann, dation zu Jodat erfolgt rasch und ist umkehrbar. Das kann eine teilweise Erklärung sich durch den Aufbau 40 Potential, bei welchem diese Reaktion stattfindet, eines Jodzyklus in der ZeUe vorzugsweise mit dem liegt unterhalb des Oxydationspotentials von Sauernormalen Sauerstoffzyklus ergeben. Wenn ein solcher stoff und infolgedessen wird diese Reaktion unterZyklus gebildet wird, werden im Elektrolyten vor- drückt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß, wenn handene Jodionen an der positiven Elektrode oxy- der Elektrolyt der Erfindung in einer Akkumulatordiert und an der negativen Elektrode während der 45 batterie benutzt wird, d. h. in einem System mit elek-Wirksamkeit der Zelle reduziert. Da das Oxydations- trochemischer Kapazität, die im Elektrolyten nach potential dieser Ionen niedriger ist als das Oxyda- der Ladung anwesenden Jodationen eine Entladung tionspotential des Sauerstoffes, wird die Bildung von der negativen Platte verursachen würden, so daß die Sauerstoff unterdrückt. Selbstentladung einer Batterie, die einen solchen

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung er- 50 Elektrolyten enthält, außerordentlich hoch sein

geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung be- würde,

vorzugter Ausführungsformen. Außer Jodkalium können andere Jodsalze, wie

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Jodnatrium, Jodlithium oder irgendein lösbares Jodder Elektrolyt durch Mischung folgender Materialien salz, das mit der Wirkungsweise der Gegenzelle vergebildet: 55 trägliche Anionen enthält, als eine Quelle von Jodid-Jodkalium 100 ε ionen im Elektrolyten nach der Erfindung verwendet

Kaliumhvdröxvd 100 e werden. Die Salze, welche mit der Wirkungsweise der

\y_asser 400 g Gegenzelle verträgliche Anionen aufweisen, schließen

jene Salze ein, deren Anionen nicht in irgendeiner

Die molareZusammensetzung dieses Elektrolyten ist 60 Weise an der elektrochemischen Reaktion innerhalb Jodkalium 2 5 °/ ^^er Zelle teilnehmen bzw. metallische Verunreinigun-Kaliumhydröxyd ................. 7,'30/e §^{en auf} irgendeiner Elektrode bilden. Natrium-Wasser 902"/O hydroxyd kann selbstverständlich durch Kaliumhydroxyd ersetzt werden. Es ist ferner gefunden

Der gemäß der vorstehenden Formel zubereitete 65 worden, daß die molare Zusammensetzung des beElektrolyt ist als Beispiel in eine Gegenzelle einge- schriebenen Elektrolyten bei anwesendem Jodsalz in führt worden, die bisher in abgeschlossener Form nur Konzentrationen zwischen 1 und 10 Molprozent des geeignet war, wenn Elektrolytflüssigkeit in einer Elektrolyten verändert werden kann. Eine optimale

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Leistung ist jedoch erreicht worden mit Elektrolyten mit Jodsalzkonzentrationen von etwa IV2 bis 4%. Der Elektrolyt nach der Erfindung, der im Zusammenhang mit einer Gegenzelle bekannter Konstruktion beschrieben worden ist, ist besonders geeignet für die Verwendung in dicht verschlossenen alkalischen Gegenzellen, in welchen die positiven und die negativen plattenförmigen Elektroden aus Nickel, rostfreiem Stahl, gesintertem Nickel und anderen ähnlichen Metallen bestehen, die im alkalischen Elektrolyten inert sind.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ständig dicht verschlossene Gegenzelle mit positiven und negativen Elektroden aus Nickel oder rostfreiem Stahl und mit Separatoren sowie einem alkalischen Elektrolyten, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektrolyt ein Jodsalz in einer Menge von etwa 1 bis 10 Molprozent enthält und die Menge des Elektrolyten so bemessen ist, daß er die Elektroden und die Separatoren bedeckt.

2. Gegenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt Jodkalium, Natriumjodid, Magnesiumjodid oder Lithiumiodid enthält.

3. Gegenzelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Jodsalz in einer Menge von etwa 1,5 bis 4 Molprozent enthält.

4. Gegenzelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im wesentlichen aus 16,66^Ό/ο Jodkalium, 16,66% Kaliumhydroxyd und 66,67 % Wasser besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 594 321;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 029 437.

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