DE1671755A1

DE1671755A1 - Elektrische Batteriezelle

Info

Publication number: DE1671755A1
Application number: DE1967E0034651
Authority: DE
Inventors: Wisdom Jun Norvell E; Forster Eric Otto
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1966-09-02
Filing date: 1967-08-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE1671755C3; DE1671755B2; GB1161480A; US3421947A

Description

(US 576 838 - prio 2.9. 1966 5018)

Bsso Reeearoh and
engineering Company

Elisabeth, X. J., V.St.A. Hamburg, 22. August I967 Elektrisch· Batteriezelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Art von elektrischen Zellen oder Batterien» welche in wesentlichen aus einer Anode eines elektroposltiven Metalls, einer Inerten Kathode und einer Lösung von Jod oder einem anderen Halogen in Pyridln oder in einen anderen geeigneten AaInlösungsmittel als Ladungstibertragungslusung bestehen.

Das als Lösungsmittel dienende AnIn soll eine organische Flüssigkeit sein, welche das Halogen als neutrales Molekül auflöst und mit diesem eine Lösung bildet, die nicht spontan mit der elektroposltiven Metallanode sich umsetzt oder diese auflöst. Das AmIn soll vorzugsweise das Reaktionsprodukt auflösen, welches durch Umsetzung des Halogens mit dem Metall gebildet wird, welches in der Atnin/Halogenlösung aufgelöst 1st, wenn Elektronen von der Anode In einen Äußeren Stromkreis abgegeben werden und von dort an die Kathode zurück gelangen, die die Elektronen wieder in die Lösung überführt.

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ÖAD ORIGINAL

Klektropoaitive Netalle elnd eolohe Metalle, deren elektromotorische Kraft gröier als Wasserstoff ist, d.h. also. Netalle» die In der elektrochemischen Spannungereihe oberhalb von Wasserstoff 1legenJ diese haben die Neigung, positive Ionen in wässrigen Losungen zu bilden unter Ladungsabgabe der Wasserstoff ionen in einer wässrigen Lösung. Bei dieser Reaktion erhält die Nasse des aktiven Netalle eine negative Ladung, wobei letzteres dann als Anode wirkt und einen

B^ Anodenstrosi durch Klektronenabgabe erzeugt, wenn die andere Elektrode in der Lösung als Kathode wirkt und die negative Ladung den positiven Ionen vermittelt, z.B. wenn Wasserstoffionen nit der Kathode in Berührung können. Bei der Verwendung von wässrigen Lösungen als Elektrolyt in Batterien bestehen insofern Schwierigkeiten, als die Metallionen dazu neigen, unlösliche Produkte zu bilden, welche sloh an der Anode ablagern und an dieser anhaften und dadurch die Lösungswirkung verringern; ferner besteht die Neigung der positiven Ionen, sich örtlioh anzureichern oder eine

ψ Schicht auf der Kathode zu bilden, wodurch die positiven Ionen abgestoßen werden, was allgemein als Polarisation bezeichnet wird; ferner stört die Erzeugung von Oasschichten, welche den Kontakt der Elektrode mit Lösungen behindern* Demzufolge ergeben Batterien, die mit wässrigen Elektrolyten arbeiten, eine geringere Spannung·

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BAD ORIGINAL

Aufgabe der vorliegenden Erfindung Ut es, eine Batterie

oder Zelle vorsusohlagen» deren Spannung niher an eines konstanten Wert bleibt»und »war diesen Wert verhältnismäßig lange einhalt, nobel vorzugsweise hohe Spannungen und grofie Stromstärken möglich sind. Zur Lüftung dieser Aufgabe wird nun ein System vorgeschlagen» welches aus einer aktiv elektroposltlven Metallelektrode und einer Inerten Elektrode besteht» welche in einer Lösung eines Halogens In einen

geeigneten flüssigen organischen AeIn eintauchen· Als |

aktive elektroposltlve Netalle für die Anode körnen unter anderes Infrages Ll, K, Ba, Sr» Ca» Na» Mg» Al» Zn» Cd» Sn und andere derartige Metalle» welohe keine passlvierenden

Schichten bilden» wie Edelmetalle» Metalle der Bisengruppe» Chrom vt¥$ Vanadium·

Die organische Lösung soll möglichst konzentriert sein» um einen möglichst kleinen Innenwiderstand zu ergeben. In allgemeinen soll die Leitfähigkeit in einer Größenordnung von 10"-* oder größer und vorzugsweise in eine« Bereich von ICf⁴ bis 1O~^S (Oh* cm)*¹ liegen. Als Lösungeeittel soll ein Amlniesungsmlttel verwendet werden» und zwar vorzugsweise tertlire heterocyclische Amine, wobei Pyridin an meisten bevorzugt wird. Andere,als Lösungsmittel geeignete Amine sind im wesentlichen tertiäre und sekundKre Amine wie Plperylen» Piperidin» Pyrollidin, TetramethylKthylendlamin.

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ID/ 1/00 - 4 -

DIt Ringverbindungen können auch «Inen Kohlenwasserstoffrest ale Substituents besitzen, wie beispielsweise 3-Pioolin.

Der su lösende Stoff soll ein Halogen oder ein Peeudo-Halogen •ein« wobei Jod besondere bevorzugt wird.

Die folgende Aufstellung selgt erfindungsgemäfie Beispielet Tabelle 1 Anode Kathode Ladungsttbertragungslueung Spannung

Magnesium	Platin	Pyridin/Jod
Zinn	Platin	Pyridin/Jod
Zink	Platin	Pyridin/Jod
Aluminium	Platin	Pyridln/Jod

1.6 1.0 0,65 0,40

Die typische Arbeitsweise der erflndungsgemäfien Batterie kann an einer Zelle demonstriert werden, die auf eine äußere Last arbeitet. Der Elektrolyt enthielt 220 g Jod je Liter

Pyridin. Es wurde eine Magnesiumelektrode mit einer Oberfläche

β
von 5 om verwendet, die gegenüber einer Platinelektrode mit einer ähnlich großen Oberfläche in einem Abstand von 5 mm angeordnet war. Beide Elektroden tauchten in den oben erwähnten Elektrolyt ein und lieferten nehrere Stunden über einen 100 Oha-Wlderstand etwa 15 mA. Entsprechende Ergebnisse wurden mit einer Zinn/Platlnzelle erreicht, wobei jedoch jetzt der Strom

ο 7 mA betrug und die' Oberfläche der Elektroden weniger als 3 cm

groß war.

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BAD ORIGINAL

Anstelle einer Inerten Platinelektrode k&inen auch Kohleelektroden oder andere Metalle al· Platin verwendet werden, welche ebenfalls gegenüber einer spontanen AuflBsung durch die die Ladung tibertragende Kalogen/Aainl8sung Inaktiv sind.

Als Anoden für die Zellen oder Batterien alt der Halogen/ Amlnlusung werden für hohe Spannungen die Metalle bevorzugt, die in der elektrochemischen Spannungereihe mindestens so hoch wie Zinn liegen, einschließlich Magnesium, Cadmium, Zink, AluBlniun sowie deren Legierungen und Amalgamate. Diese Metalle haben ein Standardoxydationspotential in eine» Bereich von 0,14 bis 3,05, gemessen unter Standardbedingungen bei 25⁰C alt einer Wasserstoffbezugselektrode·

Die bevorzugten,aus aktivem Metall bestehenden Anoden bilden mit dem Halogenidion Komplexe, welche in dem Aminlusungsmlttel gelöst bleiben, d.h. also, Komplexe, welehe nloht ausgefällt werden können.

Batteriezellen der beschriebenen Art mit den Kalogen/Amlnlöaungen lassen sieh besonders gut dort einsetzen, wo in einem Stromkreis eine gleichmäßige Spannung erforderlich 1st und wo geringe Änderungen der Stromstärke erwünscht sind.

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Di« beschriebenen Zellen werden von Sauerstoff» Wasser oder anderen derartigen Substanzen freigehalten» so daß keine gasförmigen Zersetzungsprodukte gebildet werden, die entfernt werden müssen oder dl· «loh wntimmiiln. Demzufolge arbeiten die erf indungsgemKien Zellen alt einer bemerkenswerten Regelmäßigkeit.

Die Arbeitsweise der erflndungsgemXßen Zellen beruht vermutlich darauf» daß sie Balogenldlonen aue de« Molekular In Aainlöeungsmlttel gelüsten Halogen durch Aufnahaw von Elektronen aus der Kathode bilden. Dae flOssige Aeinlöeungsmittel dient zub Traneport der Blektronen zur Anode auf übliche Weise, d.h. ohne daß eine langsame Wanderung der geladenen Teilchen durch die Lösung eine Bolle spielt» so daß die positiven Metall ionen von der Anode so sohneil Halogenldkoaplexe bilden, wie positive Metallionen gebildet werden. Deazuiolre wird der elektrische Strom (Blektronen) ta te Mehl loh durch die Amin/HalogenlOsung von der Kathode xu der Anode befördert und wird von der aktiven Anode in den Süßeren Stromkreis und von dort surflok zur passiven Kathode geleitet, von wo der Strom wieder in die Lösung zurückfließt.

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Claims

(OS 576 838 - prio 2.9.66 5018)

Βββο Research

and Engineering Company

Elizabeth, n.J., V,St.A. Hamburg, 22. August 1967

Patentansprüche

(l) Blektrisohe Batteriezelle mit einer Anode und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß sur Erzeugung eines elektrischen Stromflusses von der Kathode zur Anode durch eine Lösung eine elektroposltlve Netallanode und die Kathode in einer Aainlöeung eines Halogens eintauchen, wobei die Anode sich in dieser Lösung bei Blektronenabgabe löst.
2. Blektrisohe Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Anode Lithium, Natrium, Kalium, Calcium, Barium, Magnesium, Strontium, Zink, Aluminium, Cadmium oder Zinn enthält, daß das Halogen in der Aainlöeung Jod ist und daß die Kathode ein elektrischer Leiter 1st, welcher nicht mit der Lösung reagiert.
3. Elektrische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminlösung eine Leitfähigkeit von mehr als IC"-* (Ohm cm)"¹ besitzt.
4. Blektrisohe Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminlösung eine Lösung von Halogen in einem flüssigen AmIn 1st, welches ein Reaktionsprodukt löst, das durch die

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Umsetzung des Halogens nit dem von der Anode gelüsten Metall gebildet wird, wenn Elektronen von der Anode abgegeben und von der Kathode In die Lösung geleitet werden.
5· Elektrische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminlösung eine Lösung von Jod in Pyridln ist, und daß das elektroposltive Metall in der Anode Magnesium, Zinn, Zink oder Aluminium 1st.
6. Elektrische Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnesiumanode vorgesehen ist, die mit Abstand su einer chemisch Inaktiven Xathode in eine als Ladungsttberträger dienende Pyridln-LÖsung von Jod eintaucht.

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