DE1671761A1

DE1671761A1 - Elektroden mit grosser Oberflaeche und niedrigem Gewicht

Info

Publication number: DE1671761A1
Application number: DE19671671761
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Eberlein
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1967-09-15
Filing date: 1967-09-15
Publication date: 1972-01-27

Description

Elektroden mit großer Oberfläche und niedri-gem Gewicht Die vorliegende Erfindung betrifft Elektroden mit großer Oberfläche und niedrigem Gewicht für Primär- oder Sekundelemente. Diese Elektroden bestehen aus einem Grundskelett aus metallisierten organischen Polymeren und darauf niedergeschlagenen, elektrochemisch aktiven Materialien.
Bei einem herkömmlichen Blei-Akkumulator werden z.B. in ein gitterförmiges Bleigerüst schwammiges Blei bzw. bei der positiven Elektrode Bleidioxid eingepreßt. Platten mit großer Oberfläche haben einen massiven Bleikern. Derartige Elektroden sind naturgemäß schwer und die in das Gitter eingepreßten aktiven Materialien empfindlich gegen Stoß und Verformung. Gegenstand der Erfindung sind Elektroden mit großer Oberfläche und geringem Eigengewicht, die aus einem Traggerüst und darauf niedergeschlagenem, elektrochemisch aktivem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einem Traggerüst mit großer Oberfläche aus metallisierten organischen Hochpolymeren bestehen, auf dem das elektrochemisch aktive Material chemisch oder galvanisch niedergeschlagen wurde.
Zur Herstellung des Traggerüstes eignen sich metallisierbare Hochpolymere, die sich zu Fasern, Geweben oder porigen, schwammigen oder netzartigen Strukturen verarbeiten lassen, wie z.F. Polymere auf Basis Polyacrylritrll, Polycarbonat, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Zelluloseester, Polyamide auf Gaprolactambasis, Acryl-Nitril-Butadien, Styrol usw.
Zur Metallisierung können entweder Aufdampfverfahren oder bevorzugt chemische Reduktionsverfahren verwendet werden. Vor der Metallisierung werden die zu metallisierenden Materialien entfettet und durch eine chemische Behandlung mit Säuren, laugen oder organischen lösungsmittelgemischen aufgerauht und dann in bekannter Weise mit einer-den elektrischen Strom leitenden Metallschicht versehen. Kupfer oder Silber kann z.B. durch Reduktion mit Hydrazin oder Formaldehyd, Nickel durch Abscheidung mit Borwasserstoffen wie Borazanen, oder mit Natriumhypophosphit abgeschieden werden. Derartige Verfahren wurden z.B. in Galvanotechnik, Bd. ,5,6, Heft 6, 1965, Seiten 347-349; Nickelbericht, Heft 4, 1967, Seiten 75-81 angewandt. Es ist zweckmäßig, vor der chemischen Metallabscheidung noch eine Aktivierung der Kunststoffoberflächen durchzuführen, bei der Edelmetallkeime auf die Oberfläche niedergeschlagen werden, z.B: US-Patentschrift 2.702.253. Die Metalleitschicht kann evtl. galvanisch verstärkt werden.
Im Anschluß an die Metallisierung erfolgt die galvanische oder chemische Abscheidung der elektrochemisch aktiven Substanzen wie z.B. Blei, Bleidioxid, Zink, Cadmium, Nickel usw.
Es wurde z.B. auf Polyacrylnitrilfasern Silber niedergeschlagen, indem man das Gewebe mit einer Silbernitratlösung tränkte.
Das benetzte Gewebe wurde bei Tageslicht getrocknet. Anschließend-wurde das Silbernitrat mit einer 10 %igen Hydrazinlösung und einer Temperatur von 200C reduziert. Auf der abgeschiedenen dünnen Silberschicht wurde dann Bleidioxid wie üblich galvanisch niedergeschlagen, wobei aus einer Lösung von 40 g Bleinitrat, 20 g Kupfernitrat und 33 g Harnstoff in 1 Ziter Wasser bei 6 Volt und einer Stromdichte von 1 Ampere pro 3 dm2 das Bleidioxid abgeschieden wurde. Aus diesem in feinteiliger. Form abgeschiedenen Bleidioxid kann durch elektrolytische Reduktion Blei in einfacher Weise hergestellt werden, indem in 10 %iger Schwefelsäure bei einer Spannung von 6 Volt und 2 Ampere reduziert wird.
Anstelle-der Silberschichtkann auch in bekannter Weise eine Nickelschicht z.B. durch Reduktion mit N-Diäthylborazan niedergeschlagen werden. Die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Elektroden wurde wie folgt bestimmt: 4 Blei- und die ein Gerüst aus Polyacrylnitrilgewebe besaßen und vor Aufbringen der elektrochemisch aktiven Schicht mit Diäthylborazan vernickelt wurden, bildeten die Bestandteile einer Batterie, wobei die Elektroden je eine Fläche von 10 cm x 14 cm besaßen, wobei ein Polyacrylnitrilgewebe verwendet wurde mit einer Maschenweite von ca. 1 mm. Jede einzelne Elektrode besaß ein Gewicht von ca.
30 g. Jede Elektrode wurde noch mit einer Kontaktschiene versehen mit einem Gewicht von 5 g. Die ganze Batterie hatte also ein Gewicht von 245 g. Zunächst wurden die frischen Elektroden durch etwa 50-atündigeo Aufladen bei 2 V und 0,5 A formiert. Nach einigen Belastungen durch wiederholtes Be-und Entladen unter normalen Bedingungen lieferte diese Batterie 5 Ah/5-stündig. Die Aufladung erfolgte mit 2,6 V; 0,37 A; 18 h. Bei der Entladung lieferte die Batterie 2,2 -1,7 V; 1 A; 5 h. Damit ergab sich ein Ah-Wirkungsgrad von 75 %.
Ferner ist es auch möglich,sogenannte Sandwich-Elektroden herzustellen, bei denen das elektrochemisch.aktive Material von einem Netz aus metallisierten organischen Hochpolymeren umgeben ist. Derartige Elektroden können selbstverständlich nicht nur plattenförmige Gestalt, sondern auch jede gewünschte Form besitzen, z.B. kann eine zylinderförmige Gestaltung Vorteile liefern.

Claims

Patentansprüche: ' 1. Elektroden mit großer Oberfläche und geringem Eigengewicht, die aus einem Traggerüst und darauf niedergeschlagenem, elektrochemisch aktivem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus einem Traggerüst mit großer Oberfläche aus metallisierten organischen Hochpolymeren bestehen, auf dem das elektrochemisch aktive Material chemisch oder galvanisch niedergeschlagen wurde. 2..Elektroden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung.des aus Hochpolymeren bestehenden Traggerüstes auf chemischem Wege durch Reduktion von Metallsalzlösungen erfolgt. 3.@E1-ektroden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung durch Reduktion von Silber oder Kupfer-" Salzlösungen mit Hydrazin erfolgt. 4. Elektroden nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisiefung durch Reduktion von Nickelsalzlösungen mit Natriumhypophosphit oder.Borwasseratoffverbindungen erfolgt. _ 5. Elektroden nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf chemischem Wege erzeugte Metallschicht in bekannter Weise durch galvanische Metallabscheidung verstärkt wird. 6. Elektroden nach Anspruch 1 bis 5, dadurch«gekennzeichnet, daß als Traggerüst Gewebe aus Polyacrylnitrilfasern verwendet werden.