DE1421623A1 - Duplexelektrode,Verfahren zur Herstellung derselben sowie Zelle mit diesen Elektroden - Google Patents

Duplexelektrode,Verfahren zur Herstellung derselben sowie Zelle mit diesen Elektroden

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DE1421623A1 DE19601421623 DE1421623A DE1421623A1 DE 1421623 A1 DE1421623 A1 DE 1421623A1 DE 19601421623 DE19601421623 DE 19601421623 DE 1421623 A DE1421623 A DE 1421623A DE 1421623 A1 DE1421623 A1 DE 1421623A1
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Description

!4.Juni 196ο - Ös/Schi.
IHfIOH CAHBIDB ΟΟΒΡΟΒΑΦΙΟΗ , Hew ¥brk
Duplexelektrod», Verfahren sur Herstellung derselben sowie Zelle mit diesen Elektroden.·»
Die vorliegende Erfindung betrifft Anoden w&& Kathoden für Batterien, Verfahren «ur Herstellung derselben aowie Batterien mit diesen Anodes und Kathoden.
Heue Anwendungen verlangen leistungsfähige Energie entnähme aus Batterien in Zeitspannen von einer Ma keim Minuten im Gegensatz zu Üblichen Batterieanwendungen» bei denen die 3sbrauehiidauer in Tagent Wochen'oder Monaten gemessen wird. Glaiehersiaasen feedeutsaja aind das Gewicht und Sie IFoluaenssuteilung, die bei diesen n®u®n ÄnwenduB4i&& jeder Komponente gegeben wird, in höhest Srade beschrärsict« Ba^geisäes sind elektrochemische Systeme, die Leistung unter hohen 8»schwiniiigke'iten ßh$®h&n köimei?.f, oft wegen dea Gfew±eht@s oder ToIußiens der ^-gteiae imbramelbsi*· Bsshftlb besteht feet des Batterieherstelleni ein beständiges Bestrebe® ms? der volttisatrisßlseK wsä •won
Die ^on Hoehlefetungapriiaärbatterieherstell«CTi graktieci» ausgeführte Ausbildung Öhnelt de^^enigen für iibllchö Speiohebatterien. Die Batterie besteht aue einer Anssahl abtßilungen» die in eisiem einteiligen OeMuae'enthalten sind. Ia jeder llahöitszellabteiliing ist eine pase^Bd© issalil aus Anoden- und Satfeodanplattcia ausasaaeiä mit angeordnet. Di® ©esasitssafel des? Plattes ten Strosasbgabe ab* In ä@r Binheitesöllg eiaJ. alle platten an einen gemeinsamen Leiter aiigeachloesen, isnü alt ?.«itho<1enplatten au einen zw0itaß gemein samen ,Leiter. Wenn
fretst ^:irdf vmrds-n alle Platten in einer
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Einheitsellabteilung in einen gemeinsamen Löeungsapeicherbehälter eingetaucht. Um die gewünschte Batteriespannung eu erzeugen, werden mehrere Einheitezellen elektrisch mitein&nder verbunden. Dieses Aufbauverfahren erfordert es, dass jede Elektrode mit einen Stromsammler genügender Masse verbunden wird, um den erzeugten Strom zu den BatterieansehlUesen kv führen, ohne dass ein bemerkenswerter Energieverzehr* durnV Wärmeverluste (I R) auftritt» Dieser Sammler ist iibliefcenveise ein eilberplattiertes Kupfergitter, o,35 iBia dick und mit öffnungen von o,42 mm im Quadrat, bei Anwendungen, wo die Slektrodenstroadiehte ο.,15 - ο.23 Amp./ca beträgt. Der Sammler macht in diesem ?alle 35 - 4o # des gesamten Slektroden-Gewichts und Volumens aus. Demgemäea betragt die Coulonkapazität pro Blnheitsgewicht und/Volumen der Elektroden bestenfalls 6o # derjenigen, die erzielbar ist, wenn die ganze Masae aktives Material sein würde. Dieser Wert wird ferner durch das Erfordernis eines Gehäuses mit vielen Abteilungen vermindert, wodurch das Yoluman und das Gewicht der gepackten Batterie bemerkenswert erhöht y/erden.
TS&B Silberoxyd-Zink-Paar in einem KaliumhydrozydcleVfcrclyi ist das rmnm-ahr gebräuchlichste 3ystem für Hochlelstungsprlmärbatterlen-Handelsüblich worden die Elektroden e!»ektroforffiiert, indem poröse Silberplatten (Xäthoden) und Sinkoxjdplatcsn (Anoden) vielfach geladen und entladen warden. Dieser 33 ist aber lfsjigaam und kostepielig.
Die vorliegende Erfindung führt «u einer Buplexelektrode nit einem dünnen, metallischen Gitter tait Teilehen aus elektronegativen, reaktionsfähigen Katorial, die an dem Gitter anhaften tina einois ähntichon Gi^UiT mit Teilchen aus elektroposihiveia, reaktionsfähigen iiatorial, dio an ihm anhaften, wo^.ei eiu38 dieser Ciittor sr, joävjr Aussenseite eines elektronisch leitfäMgen, elekti*oi*.hft.Tii.sch. liierten Soheiderteile£5
t ist» '
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V7eitere Merkmale. Vtsrteile und Anwendungsmögliehkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Darstellungen von AuafUhrungsbel spie len sowie aus der folgenden Beschreibung«
Se zeigt s
Figur 1 ©ine Bsihenetapelaaordsiiuag atis Zellen Mit den Elektroden ziaeh d<sr neuen Eef induag,
FAguy 2 eine auseinandergesogene Ansieht eiaer Blektrod« geaäas der neuen Erfindung,
Figur 3 einen "Querschnitt einer Fora zur Herstellung der Elektroden geraäss der Erfindung,
Figur 4 dasselbe wie Figur 3, wobei aber das Swiscöenlagen
t-itteE'teil aa des? form ssgaordnet ist, und . ■
5 die Sl®ktrod@ lsi
Die Elektroden nach ü&r Erfindung werden* durch Bruckverfor-
mnsg rom el@fctroche@sii3öfe«» aktives l&iteriialien äurÄ leichte, es'i?g©wci1;ete Ket®13,gitt93P0 nai g®g©a J®ä@ A?is@@Bs@it® eines diinnexi» isndurchlässigftat @l@kt5?öaise|iisltfäliigsas ©l#ktroinerten 2@lleelieiderteiles geformte
aus Figur 2 ersiefetlicfe., besteht die Ifetplexelektrode geraäse der Erfindung &m® einem elektronisch-«itfähigen,
-Inertes Eellscheiderteilee 1o, das eine # ο,ol5 mm #io"tee9 Torsugsweise eilberpXattierte stahl·· .ftgs 5§iis kajim. Leichte« aufgeweitete Hetallgitter 12 unä 14 dienen dem Halten des aktiven Materials auf dem Scheider 1o« Bie öitter können aus o,125 ra» dickem, Tor?.'.i;r \?eies ©ilberpiatti^rtsm Stahl bestehen «m<t auf eis® HasohengS"SßßiS Hit ö.tfn-yjigesi -r@is 1,5 wm Ie Quadrat aufgeweitet sein.
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Sie Duplexelektrode nach der neuen Erfindung -wird wie folgt hergestellt s
Sin (Jitter aus ailberplattierteii, aufgeweitete« Metallwird an einer Aueaenseite einer eilfctrplattierten Ma*aecfl«lachenlage punktweise aageschwelest. Die Kässeumischenlafe hat eine etwas gröeeere Fläche als das aufgeweitete Metall, im einen Zwiachenelektrodenkontakt eu verhindern- Alsdann wird Oxyddepotleatorpulver, wie *.B. zweiwertiges Silberoxyd, durch das Gitter hindurch unter Brücken τοη Too bis Hoo kg/ca auf die Zwischenlage gepresst. Dia Formrorgängerr für die Duplexelektrode sind nacheinander den figuren 3 - 5 zu entnehmen. 7ie Figur 3 erkennen läset, sind Anodenoder Kathodenpulrer in einer Pont bis bu einer Tiefe eingetragen, die auf das gewünschte Katerialgewicht und -Dicke einstellbar ist. Sodann (Fig.4) wird das von der Zwischenlage abgestutzte Gitter aber das Pulrer gesetet und (Fig.5) der Stempel der Formpresse gegen die Anordnung gedrückt.· Ein Eweites, aufgeweitetes Ketallgitter wird dann mit der entgegengesetzten Auaeenfläche der HSaeaenswiechenlage punktverechweisst und das andere aktive Material darauf gepresst, wie es oben bereits beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass ein Brück «wischen 7ο und Ho kg/cm angewendet wird.
Nach der Formung besteht die fertige Elektrode (Fig. 1) aus einer Anodenausaenaeite 12 (s.B. Zink) und einer Kathodenaussenseite H (z.B. Silberoxyd oder andere Oxyddepolariaatoren), die von einem elektronisch leitfähigen Teil (Zwischenlage für die Form ) abgestützt ist. Die Gitter sind durch die aktiven Materialien hindurch sichtbar.
Um eins 28 Volteinheit mit Silberoxydkathoden und Zinkanoden aufzubauenr werden 18 oder 19 dieser Teile aufei:ianderge-
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stapelt ( mit Beachtung der richtigen Polarität}» mid zwar eine oben auf der anderen Bit eines sweekentapreohend satigfählgen Elektrodeneeneider 16 (s.B. «α« de« unter dem Handelenaaen Ärlon bekannten Werkstoff, od«r aus TIskose, oder aus dem unter den Handelsname Tinyon "bekannten Werket off) swisohen den aktiven Ansseneeiten, wie aite Figur 1 hervorgeht. Bte Sndelektroden in jedes STtsp«! haben nur ein* aktive 4i»eeaeeitev wobei die Zwischenlage oder Beilage für die Vorräte»**»© al» An@ehlue#f9rbiiider dient«
Sa» Gitterteil wiegt bei dieser Ausbildung nnr o,o25 o o27 g/ea , verglichen nit ©#o78 him o,o85 g/cm bei den besten haaderlaübliohem Batterien. -Di® BupXgx&ugfeildung baeeitigt die Kotwendigkelt für einen aaseiTüß Leiter, insofern ala der Stroapfad äxumh die Biake des Stapele xoiä nicht entlang ά®τ JMa&gß ier Slaktrotem T^rifeft·» Me· bedeutet, daee bei diesem Imebildsng der Strömetm& iureh eine Elektrode niH? o,25 Mi ®»3@ ■■ beträgt, vergliehea «it 38 ·» 51 KS bei deja haiidelsübliclieii Batteriesio
echlieeclJcb Behüten ^rS. i;'«»ohlö*3fc. %«träct @f@€€ bis ο 8 ©7? lattstoiiden PS5O §a?aä»e li&# 6-lall®^®eM.®istaags« » pri*ärsilberz«ll®s di@ Kit ß@a Ifepl©s®lektroiem g®9M»9 der vorliegenden Erfindung aufgebaut lett g®wtthrleiet®t eine gewichtsmässige Leistungafähigkeit von o?132 - ο,143 Wattstunden pro ßranua (auseshlieealich Gehäu&ePlbläMiegi). Ia gleicher Weise bedsötea» liegt die volua»tri®cii® LtiatungsfäMgkeit der Ausbildusg nasb ä®r vorliegenden Erfindung etwft 2 t/2 mal so hoch, wi® äie;J©Big© ies1 derzeitigen handelsüblieheE SiElieites (auaechlieeslieh Cfehäms® und in jedem
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Ferner eel bemerkt, dass in Abweichung su vielen bisherigen Duplexelektroden die rorliegend offenbarten nicht die Aiswendung Ton irgendwelchen organischen oder anorganiechen Bindern erfordern^-tut ein Anhaften von aktiven Teilchen an dl· ditterelemente au erreichen.
Sie Depl»xel»ktrod»n nach der neuen Irf Indane algnen. eich besondere fttr Bas«rve~ oder Xre*t*batter±en. Bei aolohen Batterien wird ein« Ansahl τοη Elektroden, wie eie la Figuren 1 und 2 Teransohanlioht sind, in passenden Seilbahn tem untergebracht. aenügend Elektrolyt »um dl· Elektroden mmd die sauglähigsn EedaajTohs!der su sättigen« wird sugeführt, wenn die Blektriaität gewünscht wird· Sa eel welter hervorgehoben, dass eine Menge τοη Blektrölyt in starkem Überschuss su derjenigen, die sur Sättigung der Zellelesente erforderlich 1st, wle*l.B. der Fall sein würde» worm der Stapel in den Elektrolyt eingetaucht werden soll, Zwiachensellenkurssohluse hervorruft und die elektrisch« leistungsabgabe bemerkenswert herabaetst. I» tatsächlichen Betrieb wird die gesteuerte, erforderliche Menge Elektrolyt von einer oder mehreren Seiten des Stapele aus in den Stapelaufbau hineingegeben· Das AbaorptionirrersSgen äar Scheider und Slektrodtjs entfernt ohne weiteres jegliche AnsaaaQ.ung Ton Slektrolyt aussen am Stapel- and Terhlndert hierdurch Swischensellkurxschlues.
Die chemisch aktiven Teilchen, die sich für die Herstellung der neuen Duplezelektroden verwenden lassen, umfassen eins grosee Mannigfaltigkeit von elektronegativen und «lektropositiven, reaktionsfähigen Materialien. Solche Materialien werden bei elektrischen Paaren verwendet, die aus einen Metall, wie z.B. Zink, Kadmium, Magnesium, Blei, Eisen oder Aluminium, und einem dydf wie z.B. Silber-Oxyd, Queckailberoxyd, 7anadiumpentoxyd oder Mangandioxid bestehen. Die Menge der chemisch aktiven Materialien wird durch die gewünschte
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ct. fttr eine
Selldiok« and die gefordert· Leistung oestiaat. Oaplexelektrode KLt den Abmessungen you 7,5 χ 8,8 at let eine sweokentspreohend· Xsnge dee eJctiTeu M&teriale en jeder Seite 18 g.
Die neuen Oaplexelektroden lassen sich in Zellen verwenden, bei denen Tereohiedene Elektrolyt· in Betracht koaaen· Ton diesen ist KallmlgrdroxjdlBeung, die τοη 31,5 - 33 % KOB enthftlt, Torsasiehen·
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Claims (8)

Patentansprüche . 1 A O 1 6 2 ^
1. Duple ![elektrode, gekennzeichnet durch ein dünnse, metallisches Gitter mit Teilchen aus an ihm anhaftend? melektronegativem, reaktionsfähigem Material, eowie durch ein ähnliches Gitter mit Teilchen aus an ihm anhaftendes , elefctropositiTem, reaktionsfähige! Material, wobei eines der Sitter an jeder Auasenaeite eines elektronisch leitfähigen, elektroehemlechinerten Scheiderteiles angebracht ist.
2. Duplexelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronegative, reaktionsfähige Material Zink» Kadsi: um, Magnesium, Blei, Eisen oder Aluminium ist.
3. Duplexelektroäe nach Aneprüchen 1-2, dadurch gakenn« seichnet, daee das elektropositige, reaktionsfähige Material Silberoxyd, Quecksilberoxyd, Yanadiurapentoxyd oder Mangandioxyd ist.
4. Stapelzellausbildung, gekenneeichnet durch einen Behälter mit einem Elektrolyt darin und mindestens einer Duplexelektrode gesäss den Ansprüchen 1 -3, in diesem Behälter.
5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennseichnet, dass der Elektrolyt sine wässrige Lösung aus Kaiiumhydroxyd ist.
6. Verfahren zur Herstellung von Duglexelektroden, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes, dünnes, aufgeweitetes Metallgitter an einer Seite eines elektronisch leitfähigen, elektrochemisch inerten Scheiderteiles befestigt,-elektrochemisch reaktionsfähige Teilchen durch dieses erste Gitter hindurch auf den Scheider getrieben, ein 7:?/-Htea Gitter ^n der anderen Seite dee Seheiders be-
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festigt, und elektrochemisch reaktionsfähige Teilchen durch dieses «weite Gitter hindurch auf den Scheider getrieben werden, wobei dieser svelte freibrorgang bei niedrigerem Druck als der erste freibrorgang bewirkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der «rate Treibvorgang bei einem Druck von 7oo -14oo kg/cm und der sweite Treibrorgang bei einem Druck von 7o - 14o kg/om erfolgen.
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DE19601421623 1959-06-16 1960-06-15 Verfahren zur Herstellung einer Duplexelektrode Pending DE1421623B2 (de)

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