DE1174380B - Accumulator in which the electrical energy is stored in a plastic layer - Google Patents

Accumulator in which the electrical energy is stored in a plastic layer

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DE1174380B
DE1174380B DEA37555A DEA0037555A DE1174380B DE 1174380 B DE1174380 B DE 1174380B DE A37555 A DEA37555 A DE A37555A DE A0037555 A DEA0037555 A DE A0037555A DE 1174380 B DE1174380 B DE 1174380B
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Dipl-Phys Dr Joachim Euler
Dr Paul Scholz
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: H Ol mBoarding school Class: H Ol m

Deutsche Kl.: 21b-25/01German class: 21b-25/01

Nummer: 1174 380Number: 1174 380

Aktenzeichen: A 37555 VI b / 21 bFile number: A 37555 VI b / 21 b

Anmeldetag: 30. Mai 1961 Filing date: May 30, 1961

Auslegetag: 23. Juli 1964Opening day: July 23, 1964

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator, bei dem die elektrische Energie in einer Kunststoffschicht gespeichert ist.The invention relates to an accumulator in which the electrical energy is in a plastic layer is stored.

Bekanntlich sind bestimmte Substanzen, die man allgemein als Elektrete bezeichnet, in der Lage, kleinere Elektrizitätsmengen zu speichern, wobei sie eine gewisse Polarisation erleiden und dementsprechend eine Spannung aufrechtzuerhalten vermögen. Als nachteilig hat sich bei diesen bekannten Stoffen bisher die Tatsache erwiesen, daß sich ihre Spannung nicht definieren läßt und daß sie vor allem nur wenig Energie aufzunehmen vermögen, so daß keine nennenswerte Belastung erfolgen darf, wenn es nicht zu einem Zusammenbruch der Spannung kommen soll. Dazu kommt noch, daß sowohl die Aufnahme als auch die Abgabe der elektrischen Energie bei den bekannten Elektreten deren thermische Vorbehandlung erfordert, mit anderen Worten muß also sowohl beim Einbringen elektrischer Ladung als auch bei dem Herausnehmen dieser Ladung aus dem Elektreten dieser durch Schmelzen in einen flüssigen Zustand übergeführt werden.It is well known that certain substances, commonly known as electrets, are able to to store smaller amounts of electricity, whereby they suffer a certain polarization and accordingly be able to maintain tension. It has been found to be disadvantageous in these Substances have so far proven the fact that their tension cannot be defined and that they above all able to absorb only a little energy, so that no significant load may occur if there should not be a breakdown in tension. In addition, both the Both the absorption and the release of electrical energy in the known electrets are their thermal energy Requires pretreatment, in other words it must be used both when introducing electrical Charge as well as taking this charge out of the electret Melts are converted into a liquid state.

In einer Veröffentlichung ist zwar ein Akkumulator mit stromspeicherndem Dielektrikum beschrieben, bei dem das Dielektrikum bei der Entladung nicht in flüssigem Zustand gehalten werden soll. Nach dieser Veröffentlichung muß bei dem Sammler außer den Elektroden zwischen je zwei Schichten des Dielektrikums eine metallische Zwischenschicht angeordnet sein, die mit den Elektroden nicht verbunden sein darf. Versuche haben jedoch ergeben, daß ein solcher Akkumulator praktisch nicht brauchbar ist, da seine Stromspeicherungsfähigkeit nicht über die eines Kondensators hinausgeht.In one publication, an accumulator with a current-storing dielectric is described, in which the dielectric is not kept in a liquid state during discharge target. According to this publication, in addition to the electrodes, the collector must have between two Layers of the dielectric can be arranged a metallic interlayer that connects to the electrodes must not be connected. However, experiments have shown that such a battery is practical is not useful because its power storage capacity does not match that of a capacitor goes out.

Es war daher die Aufgabe der Erfindung, einen Akkumulator zu schaffen, bei dem die Kunststoffschicht den wesentlichen Teil der Energie speichert, der aber dabei die von einem üblichen Akkumulator gewohnten Vorteile gegenüber einem reinen Elektreten aufweist, ohne die Nachteile der bisher bekannten Akkumulatoren zu besitzen.It was therefore the object of the invention to create an accumulator in which the plastic layer stores the essential part of the energy, but that of a normal accumulator has the usual advantages over a pure electret, without the disadvantages of the previously known To own accumulators.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine zwischen vorzugsweise metallischen Elektroden angeordnete Schicht aus einem gequollenen Kunststoff mit polaren Gruppen, der mindestens in ihren den Elektroden benachbarten Randschichten Stoffe zugesetzt sind, die einen Ausgleich von Raumladungen gestatten, gelöst.According to the invention, this object is achieved by an electrode between preferably metallic electrodes arranged layer of a swollen plastic with polar groups, at least in their The surface layers adjacent to the electrodes have added substances that balance out space charges allow resolved.

Als Vorteile des erfindungsgemäßen Akkumulators sind vor allem seine Überladefestigkeit, seine Umpol-Akkumulator, bei dem die elektrische Energie
in einer Kunststoffschicht gespeichert istThe main advantages of the accumulator according to the invention are its overcharge resistance, its polarity reversal accumulator, in which the electrical energy
is stored in a plastic layer

Anmelder:Applicant:

Varta Aktiengesellschaft,Varta Aktiengesellschaft,

Hagen (Westf.), Dieckstr. 42Hagen (Westphalia), Dieckstr. 42

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Dr. Joachim Euler,
Dr. Paul Scholz, Frankfurt/M.Named as inventor:
Dipl.-Phys. Dr. Joachim Euler,
Dr. Paul Scholz, Frankfurt / M.

sicherheit und die Möglichkeit, Kurzschlüsse ohne Schaden zu überstehen, zu nennen. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Akkumulator auch ohne Schaden längere Zeit in entladenem Zustand stehengelassen werden. Es entstehen bei "seinem Betriebe keinerlei Gase, und ebenso enthält er keinerlei Flüssigkeiten, die auslaufen und Schäden in der Umgebung des Akkumulators verursachen könnten.safety and the ability to withstand short circuits without damage. Furthermore the accumulator according to the invention can also be left standing in the discharged state for a long time without damage will. No gases are produced in "his operation, and neither does it contain any Liquids that could leak and cause damage in the vicinity of the battery.

Vor allem enthält er aber auch keine stark ätzenden Stoffe, wie beispielsweise Schwefelsäure oder Natronlauge, die wesentliche Bestandteile der bisher bekannten Akkumulatoren sind. Darüber hinaus läßt sich der erfindungsgemäße Akkumulator überaus einfach fertigen und erlaubt damit eine wirtschaftliche Herstellung, und schließlich ist er auch für eine schnelle Ladung und Entladung geeignet.Above all, it does not contain any strongly corrosive substances such as sulfuric acid or caustic soda, which are essential components of the accumulators known so far. In addition, lets the accumulator according to the invention is extremely easy to manufacture and thus allows an economical one Manufacture, and finally it is also suitable for quick charging and discharging.

In besonderer Ausführung eines erfindungsgemäßen Akkumulators kann die KunststoffschichtIn a particular embodiment of an accumulator according to the invention, the plastic layer

aus mindestens drei Teilen aufgebaut werden, bei der die den Elektroden zugekehrten Randschichten Elektrolyt enthalten, während die mittlere Schicht elektrolytdicht ausgebildet ist Es ist aber auch möglich, die Kunststoffschicht in ihrem ganzen Volumen mit Elektrolytlösung zu tränken. Bei Aufteilung der Kunststoffschicht in drei verschiedene Teile können die Randschichten, die den Elektroden benachbart sind, statt einer Elektrolytlösung auch elektronisch leitendes Material enthalten. In Betracht kommen für diesen Zweck insbesondere Metallpulver oder Halbleiterpulver. Im letzteren Falle muß die Randschicht des Kunststoffes, die der positiven Elektrode zugekehrt ist, einen η-Halbleiter enthalten, während der Randschicht, die der negativen Elektrode benachbart ist, ein p-Halbleiter zugesetzt werden muß. Als besonders günstiges Mischungsverhältnis hat sich dabei ein Volumenverhältnisbe built up from at least three parts, in which the edge layers facing the electrodes Contain electrolyte, while the middle layer is electrolyte-tight, but it is also possible to soak the plastic layer in its entire volume with electrolyte solution. With division The plastic layer in three different parts can be the outer layers that make up the electrodes are adjacent, instead of an electrolyte solution also contain electronically conductive material. Into consideration Metal powder or semiconductor powder are particularly suitable for this purpose. In the latter case, must the surface layer of the plastic facing the positive electrode contains an η-semiconductor, A p-semiconductor is added during the edge layer which is adjacent to the negative electrode must become. A volume ratio has proven to be a particularly favorable mixing ratio

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von 1:1 zwischen Kunststoff und elektronisch leitendem Material erwiesen. Ein bevorzugtes Metallpulver für die Randschicht, die der negativen Elektrode benachbart ist, ist Zink. Als günstig hat es sich auch weiterhin gezeigt, das elektronisch leitende Material aus dem gleichen Stoff zu wählen wie die Elektrode. Beim Aufbau der Kunststoffschicht in verschiedenen Teilen können sich diese auch in ihrer Dicke voneinander unterscheiden. Für die Mittelschicht sind verschiedene Lösungen denkbar. Sie kann aus einem Kunststoff oder auch aus Holz, Papier, Zellstoff od. ä. bestehen, die mit Salzlösung bzw. mit Bindemitteln und Salzlösung imprägniert sind. Ein besonders geeigneter Kunststoff ist ein gesintertes hochmolekulares Polyäthylen, das in hochporöser Form Verwendung findet. Daneben läßt sich aber auch jeder andere verschäumbare Kunststoff verwenden. Ebenso eignen sich die bekannten Ionenaustauscher als Material für den Mittelteil der Kunststoffschicht. Sie können dabei auch einem anderen Kunststoff in Pulverform beigemischt sein, oder man kann eine Membran aus einem Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis verwenden, die mit einem Quellmittel gesättigt ist.1: 1 between plastic and electronic proven conductive material. A preferred metal powder for the surface layer, that of the negative electrode is adjacent is zinc. The electronically conductive one has also proven to be favorable Select material from the same material as the electrode. When building the plastic layer in different parts, these can also differ from one another in their thickness. For the middle class different solutions are conceivable. It can be made of plastic or wood, Paper, cellulose or the like are made that are impregnated with salt solution or with binders and salt solution are. A particularly suitable plastic is a sintered high molecular weight polyethylene, which is highly porous Form is used. In addition, any other foamable plastic can also be used use. The known ion exchangers are also suitable as a material for the middle part of the Plastic layer. They can also be mixed with another plastic in powder form, or you can use a membrane made of an ion exchanger based on synthetic resin, which with a swelling agent is saturated.

Als Beispiel für den Aufbau und die Leistungsfähigkeit eines Akkumulators gemäß der vorliegen- ■: den Erfindung sei das folgende etwas näher beschrieben: Pulverförmiges Polyvinylchlorid wird mit Äthylzellulose und Zinkchlorid gemischt. Diese Mischung wird in Formamid gequollen und schließlieh zu einer etwa 1 mm starken Schicht gepreßt, die mit Kupferelektroden versehen wird.As an example for the structure and the performance of an accumulator according to the following ■: the invention the following is described in more detail: Powdered polyvinyl chloride is with Ethyl cellulose and zinc chloride mixed. This mixture is swollen in formamide and then finally pressed into an approximately 1 mm thick layer, which is provided with copper electrodes.

Der auf diese Weise hergestellte Akkumulator läßt sich bei Zimmertemperatur und einer Ladespannung von etwa 1,5 Volt mit einer Stromstärke von 1 mA/cm2 laden. Die Volladung erfolgt dabei binnen etwa 30 Minuten, wobei 5 mAh/cm3 eingeladen werden können. Die eingeladene elektrische Energie läßt sich praktisch zu 100% wieder aus dem Akkumulator entnehmen, wobei die mittlere Entladespannung 0,6 Volt beträgt und eine Energiedichte von 3 mWh/cm3 erzielt wird.The accumulator produced in this way can be charged at room temperature and a charging voltage of about 1.5 volts with a current of 1 mA / cm 2 . The full charge takes place within about 30 minutes, whereby 5 mAh / cm 3 can be charged. Practically 100% of the charged electrical energy can be taken from the accumulator, the mean discharge voltage being 0.6 volts and an energy density of 3 mWh / cm 3 being achieved.

Claims (14)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Akkumulator, bei dem die elektrische Energie in einer Kunststoffschicht gespeichert ist, gekennzeichnetdurch eine zwischen vorzugsweise metallischen Elektroden angeordnete Schicht aus einem gequollenen Kunststoff mit polaren Gruppen, der mindestens in ihren den Elektroden benachbarten Randschichten Stoffe zugesetzt sind, die einen Ausgleich von Raumladungen gestatten.1. Accumulator in which the electrical energy is stored in a plastic layer is, characterized by one arranged between preferably metallic electrodes Layer of a swollen plastic with polar groups, at least in their Adjacent surface layers to the electrodes have been added to compensate for Allow space charges. 2. Akkumulator nach Anspruch 1, gekenn-2. Accumulator according to claim 1, marked , zeichnet durch eine aus mindestens drei Teilen bestehende Kunststoffschicht, bei der die den Elektroden zugekehrten Randschichten Elektrolyt enthalten, während die mittlere Schicht elektrolytdicht ausgebildet ist., characterized by a plastic layer consisting of at least three parts, in which the Edge layers facing the electrodes contain electrolyte, while the middle layer Is formed electrolyte-tight. 3. Akkumulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in ihrem ganzen Volumen Elektrolytlösung enthaltende Kunststoffschicht.3. Accumulator according to claim 1, characterized by one in its entire volume Plastic layer containing electrolyte solution. 4. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch eine in drei Teile aufgespaltene Kunststoffschicht, deren Randschichten elektronisch leitendes Material beigemischt ist.4. Accumulator according to claims 1 and 3, characterized by a split into three parts Plastic layer, the edge layers of which are mixed with electronically conductive material is. 5. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der positiven Elektrode zugekehrten Randschicht des Kunststoffes ein η-Halbleiter, vorzugsweise im Mischungsverhältnis von Kunststoff zu Halbleiter wie 1:1, und der der negativen Elektrode benachbarten Randschicht des Kunststoffes ein p-Halbleiter, vorzugsweise im Verhältnis Kunststoff zu Halbleiter wie 1:1, zugemischt ist.5. Accumulator according to claim 4, characterized in that that of the positive electrode facing edge layer of the plastic an η-semiconductor, preferably in the mixing ratio from plastic to semiconductor like 1: 1, and the edge layer adjacent to the negative electrode of the plastic a p-semiconductor, preferably in the ratio of plastic to semiconductor like 1: 1, is added. 6. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der positiven Elektrode zugekehrten Randschicht des Kunststoffes ein Metallpulver, vorzugsweise im Verhältnis Kunststoff zu Metallpulver wie 1:1, beigemischt ist.6. Accumulator according to claim 4, characterized in that the positive electrode facing edge layer of the plastic a metal powder, preferably in the ratio plastic to metal powder like 1: 1. 7. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der negativen Elektrode zugekehrten Randschicht des Kunststoffes Z'inkpulver, vorzugsweise im Mischungsverhältnis Kunststoff zu Zinkpulver wie 1:1, zugemischt ist.7. Accumulator according to claim 4, characterized in that the negative electrode facing edge layer of the plastic zinc powder, preferably in a mixing ratio Plastic is mixed with zinc powder like 1: 1. 8. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronisch leitende Material aus dem gleichen Stoff besteht wie die Elektroden.8. Accumulator according to claim 4, characterized in that the electronically conductive Material consists of the same substance as the electrodes. 9. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teile der Kunststoffschicht in ihrer Dicke voneinander unterscheiden. 9. Accumulator according to claim 4, characterized in that the parts of the plastic layer differ in their thickness from each other. 10. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht der Kunststoffschicht aus einem Kunststoff besteht, der mit Salzlösung imprägniert ist.10. Accumulator according to claim 4, characterized in that the middle layer of the plastic layer consists of a plastic that is impregnated with saline solution. 11. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht der Kunststoffschicht aus Holz, Papier, Zellstoff od. dgl. besteht, das mit Bindemitteln und/oder Salzlösung imprägniert ist.11. Accumulator according to claim 4, characterized in that the middle layer of the plastic layer of wood, paper, cellulose or the like. Consists of binders and / or saline solution is impregnated. 12. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht der Kunststoffschicht aus einem hochporösen Kunststoff, beispielsweise einem gesinterten hochmolekularen Polyäthylen, oder einem verschäumten Kunststoff besteht.12. Accumulator according to claim 4, characterized in that the middle layer of the plastic layer made of a highly porous plastic, for example a sintered high molecular weight Polyethylene, or a foamed plastic. 13. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht der Künststoffschicht Ionenaustauscher in Pulverform enthält.13. Accumulator according to claim 4, characterized in that the middle layer of the plastic layer Contains ion exchanger in powder form. 14. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelschicht der Kunststoffschicht aus einem mit Quellmitteln gesättigten Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis besteht.14. Accumulator according to claim 4, characterized in that the middle layer of the plastic layer consists of a synthetic resin-based ion exchanger saturated with swelling agents. In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 345 047.Considered publications:
Swiss patent specification No. 345 047. 409 637/120 7.64 © Bundesdruckerei Berlin409 637/120 7.64 © Bundesdruckerei Berlin
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH345047A (en) * 1958-12-16 1960-03-15 Luneburg Karl Rechargeable electric current collector and method for making the same

Patent Citations (1)

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