DE1596027A1

DE1596027A1 - Elektrischer Sammler

Info

Publication number: DE1596027A1
Application number: DE19661596027
Authority: DE
Inventors: Carl Berger; Arrance Frank Charles
Original assignee: Douglas Aircraft Co Inc
Current assignee: Douglas Aircraft Co Inc
Priority date: 1965-06-14
Filing date: 1966-03-03
Publication date: 1971-04-01
Also published as: GB1106826A; US3379569A

Description

D 1385

Douglas Aircraft Company, Inc., Santa Aionica/Oalifornia (V.St.A.)

Elektrischer Sammler

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Sammler, Batterien und dergleichen und im besonderen auf einen verbesserten Aufbau von Sammlern, bei denen die Elektroden und der Separator eine zusammengesetzte Einheit bilden. Die Erfindung befasst sich ferner mit einem Verfahren zum herstellen solcher Sammler und Bacterien.

Elektrische Sammler stellen im Flugwesen eine wichtige Energiequelle dar. Ftir diese Verwendungszwecke sind besonders die alkalischen Sammler geeignet, bei denen Jilektrodenkombinationen Silber-Zink, Silber-Kadmium und Nickel-Kadmium verwendet werden, hochleistungssammler weisen eine wesentlich höhere Leistungsfjnigneit, bezogen auf das Gewicht, auf ala die herkömmlichen Sammler, z.B. die Bleiakkumulatoren. Hochleistungssammler

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Können z.B. Energien von 222 - 311 tfh/kg entwickeln. Außer der. wichtigen Verwendungsmöglichkeit im Flugwesen können solche Hochleistungssammler auch for Werkzeuge, in tragbaren Fernseh-, Radio- und Plattenspielergeräten verwendet werden u.a. auch zum Anlassen von Motoren, zum Betreiben von tragbaren Röntgengeräten und dergleichen.

Bei HochleistungsSammlern z.B. Silber-Zink-, Nicke 1-Kadmium- und Silber-Kadmium-Sammlern werden die Elektroden bei derseits einer jkembran oder eines Separators angeordnet, die (der) die Aufgabe hat, den Elektrolyten, z.B. Kalilauge, zurückzuhalten, die Elektroden von einander getrennt zu halten und eine Wanderung von Elektrodenionen zu verhindern, die zu einem Kurzschluss im Sammler führen kann.

Es ist jedoch schwierig, in solchen Sammlern und Batterien die Unversehrtheit von Zinkelektroden und anderen Elektroden bei Raumtemperatur aufrecht zu erhalten und besonders schwierig bei Temperaturen von 10O⁰G und höher. Selbst wenn z.B. die Zinkelektrode direkt am Separator angeordnet wird, so erfolgt ein Abblättern und Absinken des Elektrodenmaterials zum Boden der Elektrodenabteilung, so dass es schwierig ist, zwischen der Elektroden und dem Separator sowie zwischen der Elektrode und dem Elektrodensieb einen guten gleichmäßigen Kontakt aufrecht zu erhalten, so dass die Eleictrodenmerkmale sich verändern»

Diese angeführten Schwierigkeiten werden noch größer, wenn solche Sammler und Batterien in einer Einrichtung und in einem Gerät verwendet weraen, dass plötzlichen Stoßen und Erschütterungen ausgesetzt ist. Die zurzeit verfügbaren Hochleistuagssammler können einer solchen Behandlung fur verhältnismäßig kurze Zeiten und schon gar nicht für längere Zeiten widerstehen und

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im besonderen nicht, wenn solohe Sammler zugleich der Einwirkung erhöhter Temperaturen z.B. in der Größenordnung von ungefähr 150⁰G ausgesetzt sind.

Me Erfindung sieht vor:

einen verbesserten Aufbau eines solchen Sammlers, der kräftig und widerstandsfähig ist, und der seine Betriebsfähigkeit auch unter der Einwirkung von Stoßen und Erschütterungen beibehält,

einen dauerhaften iioehleistungssammler, im besonderen einen Silber-Zink-, Silber-Kadmium- oder Micke1-Kadmium-Sammler, der auch bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von ungefähr 150^o0 sowie bei der umgebungstemperatur betriebsfähig ist und befriedigend arbeitet,

einen dauerhaften, im wesentlichen einstiicitigen Sammler, der besonders als Hochleistungssammler verwendet werden soll, und dessen Elektroden mit dem Separatur zu einer Einheit vereinigt sind. Bei der Herstellung eines solchen Sammlers wird zuerst eine Lage oder eine Schicht eines - ^bten ;- ie,.;trodenmaterials z.B. aus Zink hergestellt, auf die eine Schicht eines anorganischen Seperatormaterials,z.B. Aluminiumsilikat, aufgetragen wird, auf welche letztgenannte Schicht eine Schicht eines zweiten Elektrodenmaterials, z.B. ein Silberelektrodenmaterial, aufgetragen wird. Diese Schichten werden unter einem erheblichen Druck zusammengepresst, wobei eine einheitliche, im wesentlichen erschiitterungsfeste zusammengesetzte üinheit erzeugt wird, vorzugsweise durch Sintern der verdichteten aus drei Schichten bestehenden Einheit.

Nach dein bevorzugten Herstellungsverfahren solcher Einheiten werden die Elektroden aus einem Gemisch des Slektroden-

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Elektrodenmaterials z.B. aus Silber oder Zink, mit einem anorganischen Separatormaterial, z.B· Aluminiumsilikat geformt. Wird ein geeigneter Anteil des anorganischen Separatormaterials zusammen mit den betreffenden Elektrodenmaterialien for die Herstellung der Elektroden des zusammengesetzten Sammlers verwendet, so erfolgt eine Verbindung dieses anorganischen Separatormaterials mit dem Elektrodenmaterial und verleiht den fertigen und vorzugsweise gesinterten Elektroden eine zusätzliche Festigkeit sowie eine höhere Temperaturfestigkeit, ohne die Leitfähigkeit oder den Widerstand dieser Elektroden nachteilig zu beeinflussen.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die

Fig.1 eine Darstellung einer Ausfdhrungsform eines Sammlers mit Elektroden, die mit einem Separator zu einer Einheit zusammengesetzt sind,

Fig«2 eine Darstellung einer weiteren Ausfiihrungsf orm der Erfindung, bei der die Elektroden an der Außenseite konvex gekrümmt sind,

Fig.2a eine Darstellung einer weiteren Ausfdhrungsform einer mit einem Separator vereinigten Elektrode nach der Erfindung und die

Fig.3 ein senkrechter Schnitt durch einen Sammler nach der Fig.1, der in ein Gehäuse eingesetzt ist, das die EleiD;r:>den und die Elektrodensiebe enthält, mit denen ein äußerer Stromkreis an den Sammler angeschlossen werden Kann.

Uach dem einen erfindungsgemäßen Verfahren wird ein •HochleistungB-Silber-Zink-Sammler in der folgenden Weise hergestellt. Jtin Gemisch aus einem aus Zinkoxyd bestehenden Eiektro-

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Elektrodenmaterial und aus einem anorganischen Seperatormaterial, z.B. ein Aluniiniumsilikat, wird in eine Form eingetragen und zu einer ersten Schicht verdichtet, Auf diese Schicht wird eine dünne Schicht eines anorganischen Seperatormaterials, z.B. ein Aluminiumsilikat aufgetragen, wonach die resultierende Schicht mäßig verdichtet wird. Auf die Schicht des anorganischen Separatormaterials wird dann eine Deckschicht aufgetragen, die aus einem Jemisch eines Silberelektrodenmaterials bestehen kann z.B. Silber und Silberoxyd und ein anorganisches Separatormaterial enthält z.B. ein Aluminiumsilikat. Diese Deckschicht wird dann mäßig stark verdichtet. Jie aus den drei Schichten bestehende Einheit, nämlich aus der Zinkelektrodenichicht, aus der anorganischen Separatorschicht und aus der Silberelektrodenschicht, wird dann unter einen hohen Druck gesetzt. Danach wird die zusammengesetzte Einheit bei einer hohen Temperatur von z.B.1O95°G eine bestimmte Zeit gesintert und dann auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.

. Der resultierende Sammler mit Elektroden, die mit dem Separator zu einer Einheit verbunden sind, stellt eine dauerhafte keramische Einheit dar, die in der Fig.1 bei 10 dargestellt ist, in der bei 12 die Zinkelektrode dargestellt ist, die aus einer matrix aus Zinkelektrodenmaterial geformt ist, das von einem in diesem verteilten anorganischen Separatormaterial 14· zusammengehalten wird, welche Zinkelektrode in einem sicheren einheitlichen Zusammenhang üiifc der Zwischenschicht 16 aus dem aus Aluminiumsilikat bestehenden Separatormaterial steht, während mit 1Ö die Silberelektrode bezeichnet ist, die aus einer Silbermatrix besteht, in der das anorganische Saparatormaterial disperMjiert ist, wie bei 20 dargestellt, welche Silberelektrode

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mit der entgegengesetzten Seite des Aluminiumsilikatseparators in festem einheitlichen Zusammenhang steht.

Das Form- und Sinterverfahren nach der .Erfindung weist noch den «eiteren Vorzug auf, dass ein derartiger Sammler mit jeder gewünschten Form hergestellt «erden kann. Dies ist wichtig bei Geräten, bei denen kleinere Sammler mit einer außergewöhnlichen Form in einen kleinen Baum mit komplizierten Abmessungen hineinpassen soll· Die Fig.2 zeigt z.B. einen einstiickigen Sammler 22, der nach dem für den Sammler 10 nach der Fig.1 beschriebenen Verfahren hergestellt «erden kann, dessen Zink- und Silberelektroden 12a und 18a, die mit den entgegengesetzten Seiten des anorganischen Separators 16 zu einer einheit verbunden sind, mittels einer geeigneten Form, in der die Jtinheit verdichtet wird, so ausgestaltet sind, dass die Außenseiten dieser Elektroden konvex gekrümmt sind, wie bei 12b und 18b dargestellt.

Das für den anorganischen Separator, z.B. for das Glied 16 in den Figuren 1 und 2 zu verwendende Material, das vorzugsweise etwas Elektrodenmaterial enthält, z.B. Zink- und Silberelektrodenmaterial, das den Elektroden eine erhöhte Festigkeit verleiht, wie oben erläutert, kann aus vielen anorganischen Substanzen bestehen. Als Beispiel für geeignete anorganische Separatormaterialien seien angeführt: unlösliche Hydrometalloxyde wie hydroxyde des Zirkons, des Titans, des Antimons, des Wolframs, des Siliziums, des Skandiums, des Wismuts, des Vanadiums, des Aluminiums und des Zeriums. Der Ausdruck: " unslösliehe Hydrometalloxyde " soll diejenigen in Wasser unlöslichen Materialien umfassen, die ein oder mehrere Jbetallatome, Sauerstoffatome und eine unbestimmte toenge Wasser enthalten. Die hydrumetalluxyde brauchen nicht mit Notwendigkeit eine bestimmte stochiometrische

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Kombination oder eine bestimmte Kristallstruktur aufzuweisen und können ionische Unreinheiten enthalten.

Weitere poröse anorganische Materialien, die für die herstellung der Sammler nach der üxiiüaung verwendet werden können, umfassen die Aluminiumsilikate besonders die Alkalimetall- und die Erdalkalimetall-Aluminiumsilikate, Aluminium und Kieselsaure, besonders weil diese Materialien beim Sintern eine harte keramische Substanz bilden, jedoch porös bleiben. In dieser Hinsicht sind besonders die Aluminiumsilikate vorzuziehen, da diese einen kleinereren Innern»iderstand aufweisen im Vergleich zu Aluminium oder Kieselsäure. Als Beispiele für solche Aluminiumsilikate seien angeführt: fiatrium- und Kalium-Aluminiumsilikate und magnesium-, Kalzium-, Barium- und Strontium-Aluminiumsilikate. Diese Materialien können gesondert verwendet werden; jedoch werden oftmals Gemische aus diesen Aluminiumsilikaten verwendet z.B. komplexe Gemische aus Alkalimetall-und Erdalkalimetall-Aluminiumsilikaten.

Als anorganische Separatormaterialien können auch andere Arten von Silikaten allein oder zusammen mit den oben angeführten anderen Separatormaterialien verwendet werden. So icann z.B. 2jir£on ((Eirkonsilikat) verwendet werden sowie Talkum (iiiiagnesiumsilikat) allein oder als Flussmittel.

Eine weitere verwendbare Klasse anorganischer Separatormaterialien bilden die natürlich vorkommenden Tonmineralien der Kaolinitgruppe. Diese ist die Gruppe der in der Hatur vorkommenden (Done, die Aluminiumoxyd und Kieselsäure enthalten, gewöhnlich"zusammen mit gebundenem fässer, und die die typische Formel AIpO, . 2SiOp . 2H₂ O aufweisen. Außer dem Kaolinit können aus dieser Gruppe noch verwendet werden die mineralischen

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Tone Halloysit, Dickit, Nacrit und Anauxit.

Mit allen oben angeführten anorganischen Separatormaterialien kann ein poröser Separator hergestellt werden, wenn die iwaterialien durch Verdichten und Sintern nach der Erfindung zu einer dünnen Schicht geformt werden.

Von den oben angeführten anorganischen Separatormaterialien können bei dem Verfahren nach der Erfindung f'dr die Herstellung des zusammengesetzten elektrischen Sammlers und im besonderen für die Herstellung des Separators z.B. 16 nach der Fig.1 bestimmte anorganische Separatormaterialien, z.B. ein Aluminiumsilikat verwendet werden, die auch den Elektrodenmater&alien beigemischt werden können, aus denen die Elektroden z.B. 12 und 18 nach der Fig.1 hergestellt werden. Wenn gewünscht, kann jedoch für die Herstellung des Separators z.B. 16 die eine Art von anorganischen Separatormaterialien, z.B. Kaolinit verwendet werden, während bei der Herstellung der Elektroden als Beimischung zu den Elektrodenmaterialien ein anderes anorganisches Separatormater · al, z.B. ein Aluniiniumsilikat verwendet werden kann. Obwohl es f tir die Herstellung* eines elektrischen Sammlers mit erhöhter Festigkeit vorzuziehen ist, ein anorganisches Separatormaterial als Bindemittel für die Elektrodenmaterialien zu verwenden, so '»raucht das anorganische Separatormaterial, wenn gewünscht, den JHefctJcodenmaterialien nicht beigemischt zu werden. Die Fig.2a zei;t ie Beispiel eine nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte, aus Elektroden und einem Separator zusammengesetzte Einheit, wobei mit 17 eine Zinkelektrode und mit eine Silberelektrode bezeichnet ist, von denen keine Elektrode ein anorganisches Separatormaterial enthält, während der Separator 16 ein Aluminiumsilikatseparator ist. Der elektrische Sammler

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21 ist Jedoch nicht so stabil und dauerhaft wie die bevorzugte .Ausführung, die oben beschrieben wurde.

Wird nach dem zu bevorzugenden Verfahren bei der herstellung der Elektroden ein Gemisch aus Elektrodenmaterial und aus einem anorganischen, 3eparatormaterial verwendet, so können die Anteile dieses Gemisches gewichtsmäßig ungefähr 90% Elektrodenmaterial und ungefähr 1O# Separatormaterial bis zu ungefähr 10 Teilen Elektrodenmaterial und ungefähr 90 Teilen Separatormaterial betragen. Bei Verwendung von großen Mengen-Elektrodenmaterial und kleinen mengen Separatormaterial innerhalb des obengenannten Bereiches, so wird der Verband des Elektrodenmaterials geschwächt mit der Folge, dass der fertige Sammler eine geringere mechanische Festigkeit, ,eine geringere Temperaturfestigkeit, jedoch eine große elektrisch· leitfähigkeit und eine große Kapazität aufweist. V/erden kleine Anteile Elektrodenmaterial und große Anteile Separatormaterial innerhalb des obengenannten Bereiches verwendet, so weist der Sammler eine große mechanische Festigkeit, große Dauerhaftigkeit und eine hohe Temperaturfestigkfcit auf, jedoch eine verminderte elektrische Leitfähigkeit und eine kleinere Kapazität. Die Bestandteile dieses Gemisches betragen vorzugsweise gewichtemäßig ungefähr 90 Teile Elektrodenmaterial una ungefähr 10 Teile Separatormaterial bis zu ungefähr 30 Teile elektrodenmaterial und ungefähr 70 Teile Separatormaterial·. Die Verwendung von gewichtsmäßig ungefähr gleichen Anteilen Elektrodenmaterial und Separatormaterial hat sich als besonders befriedigend erwiesen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise ein Gemisch aus itlektrodenmaterial wie Zinkoxyd oder Zink und Zinkoxyd vorzugsweise zusammen mit ^

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Quecksilberoxyd und Polyvinylalkohol und aus einem geeigneten * anorganischen Separatormaterial wie ein Aluminiumsilikat in den obengenannten Anteilen zubereitet, in eine Form gefüllt und

unter Drachen von ungefähr 70 bis 350 kg/cm mäßig stark verdichtet. Auf die erste Elektrodenmaterialschient wird dann eine Schicht aus einem anorganischen Separatormaterial aufgetragen und unter Anwendung der obengenannten Drücke verdichtet. Hiernach wird die Oberschicht in Form eines Gemisches aus Elektrodenmaterial wie Silber oder Silberoxyd oder auch Silberoxyd allein zusammen mit einen anorganischen Separatormaterial wie Aluminiumsilikat in den obengenannten Anteilen auf die zweite Schicht des Separatormaterials aufgetragen und gleichfalls in der oben beschriebenen Weise verdichtet. Zum Schluss werden die drei Schichten unter einem hohen Druck von ungefähr 350 bis 700 kg/cm zusammengepresst und danach bei Temperaturen von ungefähr 535°G bis ungefähr 1.650⁰G genügend lange z.B. for ungefähr 15 idnuten bis ungefähr 4 Stunden gesintert.

Wie an sich bekannt, wird während des Entladens der in aea Figuren 1, 2 und 2a dargestellten elektrischen Sammler das Zink in Zinkoxyd und das Silberoxyd in Silber umgewandelt, während beim Aufladen des Sammlers das Silber zu Silberoxyd oxydiert und das Zinkoxyd zu Zink reduziert wird. Da diese Beaktionen umkehrbar sind, sollen die Ausdrücke "Silber¹¹-"Zink", "Silber"-"Kadmium" und "Nickel"-"Kadmium¹¹, aus welchen Metallen die betreuenden Elektroden solcher Sammler hergestellt werden, entweder die betreffenden Metalle selbst oder deren Oxyde bedeuten.

Zwecks Aktivierung der in den Figuren 1, 2 und 2a dargfcsteliten elektrischen Sammler werden die Poren des Separators 16, und wenn gewünscht, die Poren der Elektroden 12, 18 oder

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12a, 1öa mit einem alkalischen .Elektrolyten gefallt z.B. mit .Kalilauge, üatriumhydroxyd oder einer Lithiumhydroxydlösung und vorzugsweise iLit Kalilauge, wobei wässerige Lösungen mit einer konzentration von ungefähr 10% bis ungefähr 4ü# verwendet werden. Andererseits Jcann kann den cje^aratormaterialien und/oder den ülektrodenmaterialien vor dem Verdichten und Sintern ein trockenes oder festes Alkali, z.B. KOH beigemischt werden, i'ine solche Bestanateile enthaltende Zelle kann durch Zusetzen von Wasser aktiviert werden, das dann das Alkali auflöst und die Elektrolytlösung bildet, mit der der Sammler betriebsfähig wird«

Nachstehend werden Beispiele für die Durchführung der Erfindung gegeben, wobei alle Angaben sich auf das Gewicht beziehen, sofern nichts anderes verm&fc ist.

Beispiel 1

Ungefähr 2? Seile Zinkoxyd, 1,35 Teile Quecksilberoxyd und 1,5 2eile Polyvinylalkohol werden in einem Vibrationsmischer mit einander vermischt. Diesem Gemisch werden dann ungefähr 30 Seile eines Aluminiumsilikates zugesetzt, das aus einem Gemisch aus Natrium- und Kalium-Aluminiumsilikaten und aus Kalzium-, Magnesium- und Barium-Aluminiumsilikaten bestehen kann.

Das resultierende Gemisch aus Sinkoxyd und anorganischem Se^aratormaterial wird dann in eine 5 cm-Pressiorm in längen eingefüllt, die für die Herstellung einer kompakten Elektrode mit einer Dicke von ungefähr 0,375 mm ausreicht, wonach die Schicht

2 bei einem mäßig starken Druck von ungefähr 140 kg/cm verdichtet

Auf diese erste katerialschicht wird eine dünne Schicht

aus dem obengenannten anorganischen AluminiuBieilikat-Seperator-

material 1098U/1701

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material in der erforderlichen Menge aufgetragen. Diese zweite Schicht wird dann gleichfalls bei einem Druck von ungefähr

140 kg/cm mäßig stark verdichtet.

Durch Zusammenmischen von 15 Teilen Silber und 15 Teilen Silberoxyd und durch Zusetzen von 30 Teilen des obengenannten Aluminiumsilikatmaterials wird ein Silberelektrodenmaterial zubereitet. Das fertige Gemisch wird dann als dritte Schicht in die Form auf die zweite Schicht des anorganischen Separatormaterials eingefüllt und dann bei einem Druck von ungefähr 140 kg/cnr gleichfalls mäßig stark verdichtet.

Die diese drei Schichten enthaltende Pressform wird dann in eine hydraulische Presse eingesetzt und bei einem Gesamtdruck von 13,5 t verdichtet. Die verdichtete zusammengesetzte Einheit wird dann an der Luft bei einer Temperatur von ungefähr 940⁰O zwei Stunden lang gesintert und danach auf die Saum- oder Umgebungstemperatur abgekühlt.

Zum Untersuchen der zusammengesetzten fertigen Einheit auf deren Eignung als elektrischer Sammler werden an den beiden Elektrodenflächen Palladiumelektroden angebracht, wonach die Einheit an der Luft bei einer Temperatur von 925°C 5 Minuten lang gesintert wird, um die Palladiumelektroden mit den betreffenden Zink- und Silberelektroden des Sammlers sicher zu verbinden. Wenn gewünscht, können auch anstelle der Palladiumelektroden solche aus anderen Metallen, z.B. aus Platin oder Nickel verwendet werden, um einen guten Kontakt der Silber- und Zinkelektroden mit den Sammleranschlusskontakten herzustellen.

Die auf diese Weise in der Ausführung nach der Fig.1 hergestellte Einheit wird in ein Kunststoffgehäuse nach der Fig.3 eingesetzt, das aus zwei symmetrischen Hälften 26 und 28

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z.B. aus Teflon bestellt, die von Schrauben zusammengehalten werden, wie bei 3ü dargestellt. Die Gehäusehälften 26 und 28 weisen die Ausnehmungen 32 auf, die die Zink- und Silberelektroden aufnehmen (34 und 36). Der anorganische Separator 38 befindet sich in der Mitte zwischen den Gehäusehälften 26 und 28 und weist oben und unten kurze Verlängerungen auf, mit denen der Separator von den Gehäusehälften 26 und 28 an der Gebrauchsstelle festgehalten wird. Um den Band des Separators 38 herum sind die Teflori-' Abstandsstücke 40 und 42 angeordnet, die eine sickerdichte Abdichtung hersteilen. Zwischen den Elektroden 34 und 36 und den gegenüberstehenden Seitenwandungen des Gehäuses sind feinmaschige Siebe 34 und 45 angeordnet und werden gegen die Palladiumelektroden 37 und 39 gedrückt, die mit den Zink- und Silber-Elektroden 34 bezw. 36 verbunden sind, wie oben beschrieben. Die Nickelsiebe 34 und 45 werden auf diese Weise gegen die Palladiumelektroden 37 und 39 der zusammengesetzten Einheit mit den Zink- und Silber-Elektroden 34 und 36 und mit dem anorganischen Separator 38 festgeklemmt, wodurch mit den Palladiumflächen mit Sicherheit ein guter elektrischer Kontakt hergestellt wird. An die Siebe 43 und 45 sind die aus Silber bestehenden Anschlussdrähte 44 und 46 angeschlossen una durch die die Elektroden festhaltenden Kunststoffabschnitte am oberen Teil der Anordnung hindurchgefdhrt, wie dargestellt. Im oberen Teil der betreffenden Slektrodenkammern 26 und 28 sind kleine Vorratsbehälter 48 und 49 für den Elektrolyten vorgesehen.

Selbstverständlich Können die Palladiumelektroden 37 una 39 in der oben beschriebenen Anordnung weggelassen werden, wenn die dicK-tlsiebe 37 und 39 direkt an die Zinic- und Silber-Eiektroden 34 und 36 angeklemmt werden.

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Die oben beschriebene und in der Fig.3 dargestellte Sammleranordnung wird dann mit einer 30%-igen KOH-Lösung gesättigt und mit einem Ladestrom von 5 mAmp ungefähr 4- Stunden lang aufgeladen. Der Sammler weist bei der Umgebungstemperatur unbelastet eine £lemm«ftspannung von 1,8 Volt auf. Der Sammler wird 1Ü Minuten lang bei einem Strom von 5 mAmp. entladen. Während dieser Entiadeperiode sinkt die Spannung von ungefähr 1,8 Volt auf ungefähr 0,5 Volt ab und folgt der charakteristischen Silber-Zink-Entladekurve mit einem Durchschnittswert von ungefähr 1,4-5 V-Der Sammler wird dann nochmals bei einem Strom von 5 mAmp bis auf die Klemmenspannung von 1,8 Volt aufgeladen und bei einem Strom von 5 mAmp. bis auf eine Spannung von 0,5 Volt entladen.

Der oben beschriebene und in der Fig.3 dargestellte Sammler ist eine stabile Einheit, die ohne Beschädigung zeitweilig plötzlichen Stoßen und fortgesetzten Erschütterungen ausgesetzt werden kann. Dieser Sammler ist bei der Umgebungstemperatur und bis zu Temperaturen von ungefähr 150⁰G betriebsfähig.

Beispiel 2

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird eine zusammengesetzte Sammlereinheit hergestellt mit der Ausnahme , dass anstelle eines Aluminiumsilikates für den Separator 38 dieser aus Kaolinit hergestellt wird, d.h. wie nach dem Beispiel 1 wird die Schicht des anorganischen Materials zwischen den beiden Lagen aus dem Gemisch aus Elektrodenmaterial und Aluminiumsilikat-Separatormaterial angeordnet.

Der fertige Sammler, der wie im Beispiel 1 beschrieben und in der Fig.3 dargestellt zusammengesetzt ist, weist ähnliche elektrische Eigenschaften auf wie der Sammler nach dem Beispiel 1

sowie 1 0 9 8 U / 1 7 0 1 BAD original

die mechanische Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte Temperaturen des Sammlers nach dem Beispiel 1.

Beispiel 5

Es wird eine Sammlereinheit nach dem oben beschriebenen Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass weder das Zinkelektrodenmaterial noch das Silberelektrodenmaterial Beimischungen von Aluminiumsilikat enthält. Der Aufbau eines solchen Sammlers ist in der Fig.2a dargestellt.

Der fertige Sammler, dessen Zink- und Silberelektroden kein anorganisches Separatormaterial enthielten, das eine Verbindung mit den Elektrodenmaterialien herstellt, wies einen Aluminiumsilikatseparator auf. Die elektrischen Eigenschaften des nach der Fig.3 zusammengesetzten Sammlers waren den elektrischen eigenschaften des Sammlers nach dem Beispiel 1 ähnlich. Jedoch wies der nach diesem Beispiel hergestellte Sammler eine geringere Dauerhaftigkeit und mechanische Festigkeit auf als der Sammler nach dem Beispiel 1 sowie keine so große Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte Temperaturen wie der Sammler nach dem Beispiel 1. Jedoch besaß der Sammler nach diesem Beispiel eine wesentlich größere Festigkeit und Widerstandsfähigkeit auf als der herkömmliche Silber-Zink-Sammler oder als ein ähnlicher Silber-Zink-Sammler mit einem Aluminiumsilikatseparator, jedoch ohne Verdichtung und Sintern zu einer zusammengesetzten Einheit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Beispiel 4

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Beispiel 4

.Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde eine zusammengesetzte Sammlereinheit hergestellt, wobei anstelle des Gemisches aus Zinkelektrodenmaterial und Separatormaterial 50 Teile Kadmiumoxydpulver mit 30 Teilen Aluminiumsilikat vermischt wurden, und ferner bestand die anorganische Separator-

-oxyd
Zwischenschicht aus Zirkon/anstelle von Aluminiumsilikat.

Die fertige Sammlereinheit stellt einen Silber-Kadmiumsammler nach der Erfindung dar, wobei beide Silber- und Kadmiumelektroden Aluminiumsilikat als Bindematerial enthalten, während der Separator, d.h. der Separator 38 in der Fig.3 ein Zirkonoxydseparator ist.

Wach dem Zusammensetzen nach der in der Fig.3 dargestellten Weise stellt der fertige Silber-Kadmium-Sammler eine mechanisch stabile Einheit dar, die widerstandsfähig gegen Stöße und Erschütterungen ist und eine hohe Temperaturfasbigkeit aufweist sowie gute elektrische Eigenschaften und eine große Kapazität, wie für Silber-Kadmiumsammler charakteristisch ist.

Beispiel 5

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen. Verfahren wurde ein Saajnler nach der Fig.3 hergestellt mit der Ausnahme, dass anstelle der Zink- und Silberelektrodenmaterialien des Beispiels Kadmium- und NickeIelektrodenmaterialien verwendet wurden. Die nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellte erste toaterialschicht bestand aus einem Gemisch von ungefähr 40 Teilen Kadmiur oxydpulver und ungefähr 20 Teilen eines Aluminiumsilikates, während die Deckschicht aus einem Gemisch von ungefähr 40 Teilen

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G-r annicke lhydroxyd und ungefähr 2Ü Teilen eines Aluminiumsilikates, und die Zwischensicht aus dem Aluminiumsilikatseparatormaterial bestand.

Die fertige gesinterte mehrschichtige Einheit stellte nach dem Zusammensetzen zu einem Sammler, wie im Beispiel 1 beschrieben und in der Fig.3 dargestellt, einen soliden, dauerhaften Sammler dar, der widerstandsfähig gegen erhöhte Temperaturen war und die elektrischen Merkmale sowie die Kapazität von iiickel-Kadmium-Hochleistungssammlern aufwies.

Beispiel 6

Im wesentlichen nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde eine zusammengesetzte Sammlereinheit hergestellt, wobei jedoch 20 Teile Zinkelektrodenmaterial und 40 Teile Aluminiumsilikat für die die Zinkelektrode bildende erste Schicht verwendet wurden, während die dritte Schicht aus einem Gemisch aus ungefähr 20 Teilen Silberelektrodenmaterial und 40 Teilen Aluminiumsilikat hergestellt wurde. Die anorganische Separatorzwischenschicht bestand aus Halloysit, einem Kaolinitmaterial.

Die fertige gesinterte Sammlereinheit bildete nach dem Zusammensetzen, wie im Beispiel 1 beschrieben und in der Fig.3 dargestellt, einendauerhaftenmechaniech festen Sammler, der gegen hohe Temperaturen widerstandsfest war und ähnliche elektrische Eigenschaften aufwies wie der Sammler nach dem Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Zink- und Silberelektroden eine etwas gerinτ gere elektrische Leitfähigkeit aufwiesen als Folge des größeren Anteile an dem Aluminiumsilikatbindematerial, das in diesem Elektroden enthalten war.

Beispiel 7

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Beispiel 7

Im wesentlichen nach dem Beispiel 1 wurde eine zusammengesetzte Sammlereinheit hergestellt mit der Ausnahme, dass die anorganische Separatorzwischenschicht anstelle eines Aluminiumsilikates aus Zirkonoxyd bestand.

Der fertige Silber-Zink-Sammler, bei dem sowohl die Silberelektrode als auch die Zinkelektrode Aluminiumsilikat als Bindematerial enthielten, während der Separator aus Zirkonoxyd bestand, stellt nach dem Zusammensetzen in der oben beschriebenen Weise einen mechanisch festen Sammler dar, der widerstandsfähig gegen Stöße, Erschütterungen und gegen hohe Temperaturen war und gute elektrische Eigenschaften gleich dem Sammler nach dem Beispiel 1 aufwies.

Selbstverständlich kann das Erfindungsprinzip auch für die Herstellung einer aus einer einzelnen Platte bestehenden Zelle von der in der Fig.3 dargestellten Ausfahrung sowie für die Herstellung von Zellen angewendet werden, die eine Anzahl von mit einander abwechselnden Elektroden entgegengesetzter Polarität, z.B. Zinjc- und Silberelektroden enthalten, die von einander durch anorganische Separatoren der oben beschriebenen Art getrennt sind. Da die gesinterten, aus Elektroden und Sdparatoren bestehenden Einheiten kräftig und dauerhaft sind, so sind die aus mehreren solcher zusammengesetzten Einheiten durch Pressen und Sintern hergestellten Sammler gleichfalls kräftig und dauerhaft. Die HochleistuUgssammler nach der Erfindung können als primäre oder sekundäre Sammler verwendet werden, die durch Zusetzen einer alkalischen Lösung, z.B. von Kalilauge, aktiviert werden können, wenn eine Leistung benötigt wird. Da die Sammler

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nach der Erfindung gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind, so können sie ohne Beschädigung der Elektroden oder des Separators durch Hitze sterilisiert werden.

Pa ten tans pr iiche

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Claims

Patentansprüche

1) Elektrischer Sammler mit zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität und einem zwischen diesen angeordneten anorganischen Separator, der den Elektrolyten zurückhält und den Durchgang von elektrolytischen Ionen zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektroden und der Separator als eine einstückige zusammengesetzte Einheit hergestellt sind.

2) Elektrischer Sammler mit zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität und mit einem zwischen diesen angeordneten porösen anorganischen Separator, der den Elektrolyten zurückhält und den Durchgang von elektrolytischen Ionen zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden und der Separator zu einer einstückigen zusammengesetzten Einheit zusammengepresst und gesintert sind.

3) Elektrischer Sammler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus einem Gemisch aus Elektrodenmaterial und aus anorganischem Separatormaterial hergestellt sind.

4) Elektrischer Sammler nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

• zeichnet, dass von 100 Gewichtsteilen des Gemisches aus Elektroden-' material und anorganischem Separatormaterial ungefähr 90 Teile aus Elektrodenmaterial und ungefähr 10 Teile aus anorganischem

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Separatormaterial bis zu ungefähr 10 Teilen aus Elektrodenmaterial und ungefähr 90 !Teilen aus Separatormaterial bestehen.

5) Elektrischer Sammler nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Separator und die anorganischen Separatormaterialien aus einem aus der Gruppe ausgewählten Glied bestehen, die unlösliche wässerige Metalloxyde, Aluminiumsilikate, Aluminiumoxyd, Kieselsäure, Zirkon, Talkum und Kaolin!te umfasst.

6) Elektrischer Sammler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganischer Separator aus einem Aluminiumsilikatseparator besteht.

7) Elektrischer Sammler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Separator aus einem Kaolinitseparator besteht.

8) Elektrischer Sammler nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Separator aus einem Aluminiumsilikatseparator besteht, und dass das anorganische Separatormaterial aus Aluminiumsilikat besteht.

9) Elektrischer Sammler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Separator aus einem Kaolinitseparator besteht, und dass das anorganische Separatormaterial aus einem Aluminiumsilikat besteht.

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10) Elektrischer Sammler nach einem der vorstellenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden-aus Zink- und Silberelektroden bestehen.

11) Elektrischer Sammler mit Zink- und Silberelektroden und mit einem Separator, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen Aluminiumsilikatseparator, einen Eaolinitseparator und einen Zirkonoxydseparator umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Zink- und Silberelektröden mit den entgegengesetzten Seiten des Separators zu einer Einheit verbunden sind, dass die Zinkelektrode aus einem Gemisch aus Zinke lektr odenmaterial und einem Aluminiums ilikat hergestellt ist, dass die Si lbere Ie Jetrode aus einem Gemisch aus Silbereiektroaenmaterial und einem Aluminiumsilikat hergestellt ist, dass jedes der Gemische aus Elektrodenmaterial und Aluminiumsilikat von 100 Gewichtsteilen des Gemisches ungefähr 90 Teile Elektrodenmaterial und ungefähr 10 Teile Aluminiums ilikat bis zu ungefähr 30 Teile Elektrodenmaterial und ungefähr 70 Teile Aluminiumsilikat enthält, und dass die Elektroden und der Separator zu einer einstiickigen und zusammengesetzten Einheit zusammengepresst und gesintert sind.

12) Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten elektrischen Sammlers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus einem ersten Elektrodenmaterial hergestellt wird, dass auf die Schicht des ersten Elektrodenmaterials eine Schicht aus einem anorganischen Separatormaterial aufgetragen wird, dass auf die Schicht des Separatormaterials eine Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial aufgetragen wird, dass die Slektrodenmaterialien eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, dass die Schichten

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unter einem erheblichen Brück zusammengepresst «erden, und dass die resultierende Einheit zu einer einstückigen zusammengesetzten Einheit gesintert wird.

13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elektrodenmaterialschichten aus Gemischen aus Elektrodenmaterial und Separatormaterial bestehen.

14) Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern im temperaturbereich von ungefähr 535°Q Die ungefähr 1.65O⁰O durchgeführt wird, und dass das anorganische Separatormaterial aus einem aus der Gruppe ausgewählten Glied besteht, die unlösliche wässerige Metalloxide, Aluminiumsilikate, Aluminiumoxyd, Kieselsäure, Zirkon, Talkum und Kaolinite umfasst.

15) Verfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten elektrischen Sammlers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht eines Gemisches aus Zinkelektrodenmaterial und einem Aluminiumsilikat hergestellt wird, dass auf diese Schicht eine zweite Schicht aus einem Aluminiumsilikat aufgetragen wird, dass auf diese zweite Schicht eine Schicht eines Gemisches aus Silberelektrodenmaterial und aus Aluminiumsilikat aufgetragen wird, dass .die drei Schichten unter erheblichem Druck zusammengepresst werden, und dass die resultierende Einheit bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 535°O bis zu ungefähr 1.65O⁰Q zu einer einstiickigen zusammengesetzten Einheit gesintert wird.

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