DE1671858A1

DE1671858A1 - Zellenaufbau aus Feststoffen

Info

Publication number: DE1671858A1
Application number: DE19671671858
Authority: DE
Inventors: Owens Boone Bailey; Argue Gary Ramsay
Original assignee: North American Aviation Corp
Current assignee: North American Aviation Corp
Priority date: 1966-02-11
Filing date: 1967-02-10
Publication date: 1971-12-30
Also published as: SE319223B; NL6702001A; BE693616A; US3701686A; DE1671858B2; GB1158524A; FR1510641A; CH490741A

Description

North American Aviation, Inc., 1700 East Imperial Highway, El Sagundo, California, USA

¹¹ ZELLENAUFBAU AUS FESTSTOFFEN"

Die vorliegende Erfindung ist eine teilweise Fortsetzung der US-Anmeldung, Serien-Nr. 526,842, eingereicht am 11. Fjbruar 1966.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Zellen aus Feststoffen. Insbesondere auf Zellen aus Feststoffen, die zusammengesetzte Elektroden verwenden, um eine verbesser·« te Leitfähigkeit darin zu erzielen.

Zellen aus Feststoffen und die Batterien, die aus der üruppenartigen Zusammenfassung solcher Zellen gebildet werden, sind seit mehreren Jahren bekannt. Siehe US-Patente 2,718,539 und He, 24,408. Solche Zellen bieten die Vor«

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teile, daß sie von leichtem Gewicht sind, eine lange Lager»* lebensdauer haben, daß kein Elektrolyt auslecken kann, und daß sie ohne weiteres in kleinsten Abmessungen hergestellt werden können· Es ist jedoch festgestellt worden, daß die funktioneilen Merkmale der Zelle aus Pestmaterial in einem beträchtlichen Ausmaß von der ionischen Leitfähigkeit des darin verwendeten festen Elektrolyten abhängen. Siehe US«»Pa·* tent P,950,830. Silberhalide wurden hauptsächlich für den Elektrolyt in diesen Zellen aus Feststoffen in der Vergangenheit verwendet, aber die sich ergebenden Zellen haben verhältnismäßig hohe Werte inneren Widerstandes, selbst wenn der Sleictr; lyt als ein dünner Film von.jaur wenigen Mikron Stärke vorhanden ist. Ag-JSI war in jüngster Zeit als geeigneter ionischer Leiter bekannt.

Feste leitende Zusammensetzungen aus Material, die besonders ungewöhnlich hohe ionische Leitfähigkeit haben, wurden in der gleichzeitig laufenden Anmeldung, Serien«Nr. "Feste ionische Leiter" beschrieben und beansprucht, die am gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde, und neuartige elektrische Zellen, die solche ionischen leitenden Zusammensetzungen von Material für den festen Elektrolyten darin verwenden, sind in der gleichzeitig laufenden Anmeldung Ser.Nr. "Elektrochemische Vorrichtungen aus Feststoffen" eingereicht am gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung beschrieben und beansprucht worden, wobei beide

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Al:-;-?*= ndungen an den Abtretungsempfanger der vorliegenden Erfindung abgetreten wurden. Es ist jedoch hochgradig wünschenswert, weitere Erhöhungen in der Zellenleitfähigkeit zu erreichen, um größere Stromleistungen von diesen Zellen zu erhalten.

Demgemäß ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zellenaufbau zu schaffen, der verbesserte elektrische Leitfähigkeit für elektrische Zellen schafft, die Elektrolyse im festen Zustand verwenden.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung ist, eine Zelle aus Feststoffen zu schaffen, die weiter verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweist, insbesondere wo sie mit elektrischen Zellen verwendet wird, die bevorzugte feste Elektrolyse von ungewöhnlich hoher ionischer Leitfähigkeit verwendet.

Nach der Erfindung wird eine verbesserte elektrische Zelle aus Feststoffen geschaffen, die eine Anode, eine Kathode und einen festen Elektrolyten hat, der dazwischen angeordnet ist, worin mindestens die genannte Anode abgeändert wird, um eine feine Dispersion von Elektrolytmaterial darin einzuschließen. Es wird insbesondere bevorzugt, daß sowohl die Anode als auch die Kathode so abgewandelt werden, daß sie die-

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_t pergiertes Elektrolytmaterial enthalten und vorzugsweise ist dieses dispergierte Elektrolytmaterial von der gleichen Zusammensetzung wie das, das für den festen Elektrolyten der Zelle verwendet wird. Es ist auch allgemein vorzuziehen, daß die abgewandelten Elektroden zusammengesetzte Elektroden sind, worin eine Lage eines elektronisch leitenden Materials mit einer Lage Elektrodenmaterial überlagert wird, das Elektrolytmaterial darin dispergiert enthält, wobei diese letztere gemischte Lage in direkter Berührung mit der Elektrolytschicht steht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich unter Hinweis auf die Zeichnung.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer üblichen elektrischen Zelle aus Peststoffen nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Zelle nach der Erfindung, und

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung.

Unter Hinweis auf Fig. 1, die eine idealisierte Ausführungsform eines Zellenaufbau aus Feststoffen, wie in der Technik bekannt, darstellt, ist eine Anode 1 gezeigt, die aus jedem beliebigen geeigneten Elektronenabgabematerial bestehen kann;

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einer Kathode 2, die aus jedem beliebigen geeigneten nicht metallischen Elekt.JOnenannahmematerial bestehen kann; und zwischen diesen Elektroden ist ein Elektrolyt aus einem Feststoff angeordnet, bisher Silberhalide. Nicht gezeigte elektrische Leitungen und Kontakte können an den Elektroden in geeigneter Weise befestigt werden. Solch eine Zelle ist schematisch beispielsweise im US-Patent 2,696,513 ge« zeigt. Im US Patent 2,690,4-65 ist ein weiteres Beispiel einer Zelle aus Feststoffen gezeigt, die aus Ag-</AgI/l₂ besteht, wobei das Iod im allgemeinen als eine innige ML-schung von Kohlenstoff und Jod gebildet wird.

Vor kurzem haben Takahashi und Yanamoto in dem Journal of the Electrochemioal Society of Japan, Band 32, Seiten 664-7 (19&4) eine Zelle aus Feststoffen beschrieben, die Ag,SI als einen verbesserten Elektrolyten festen Zustandes verwendet. In der gleichzeitig laufenden Anmeldung der gleichen Anmelder Ser.-Nr. "Elektrochemische Vorrichtungen aus

Feststoffen", die am gleichen Datum damit eingereicht wurde, wurde eine Zelle aus Feststoffen beschrieben und beansprucht, di^ als FeststoffelektroIyt eine besonders geeignete und bevorzugte leitende Zusammensetzung von Material verwendet.

In Fig. 2 ist eine c-3vorzugte Ausführungsform e ines Zellenaufbaus nach der Eriindu&g gezeigt, worin eine zusammengesetzte

aus einer Anodenschicht 4 einer elektronisch leitenden Schicht besteht, z.B. Silber oder Tantal, und einer darüber liegenden gemischten Anodenschicht 5* die aus dem Ancdenmaterial mit Elektrolytmaterial in festem Zustand darin dispergiert besteht und wahlweise und vorzugsweise Kohlen«; stoff enthält. Die Feststoff^Elektrolytschicht 6, die in Kontakt mit der gemischten Anodenschicht 5 steht, kann beliebige der bekannten Feststoffelektrolytmaterialien umfas~ sen, sowie auch diejenigen ionisch leitenden Materialien, die in der gleichzeitig laufenden Anmeldung Ser.~Nr. "Zonische Feststoffleiter" beschrieben und beansprucht sind·

Es hat sich gezeigt, daß eine noch weitere und besonders hohe Zellenleitfähigkeit bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann, wenn der Feststoff« elektrolyt 6 eine anfänglich hohe ionische Leitfähigkeit hat. So sind bevorzugte Materialien für den festen Elektrolyt 6 in der praktischen Durchführungsform der vorliegenden Erfind dung die leitenden Verbindungen, die in der vorstehend genannten, gleichzeitig laufenden Anmeldung Ser.-»Nr. beschrieben und beansprucht sind, wobei der Feststoffelektrolyt aus einer ionisch leitenden Zusammensetzung von Material besteht, worin die Leitfähigkeit verleihende Komponente die Formel MAgj.1,- aufweist, und wobei M aus der Klasse ausgewählt ist, die aus K, Rb, Nffy, Cs und Kombinationen davon besteht,

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wc-aai Cs nur als ein geringerer Bestandteil von M vorhanden .-.st, l*h. weniger als 50 Ion-Prozent von M, Obwohl die am stärksten ausgeprägte Verbesserung in der Zellenleitfähigkeit erzielt wird, wo der feste Elektrolyt auch hochgradig ionisch leitend ist, werden auch Verbesserungen in der Zellenleitfähigkeit erzielt, wo der feste Elektrolyt aus Materialien niedrigerer Leitfähigkeit besteht, wie etwa in Silberhaliden.

Die vorteilhaftesten Ergebnisse in der Praxis der 'Erfindung viej.uw.1 ei'zieit, wenn sowohl die Anode als auch die Kathode von susammengesetzter Struktur sind und dispergierten festen L.Läkt-'oIyt darin enthalten, wie in Fig. 3 gezeigt. Wo nur eine einzige, zusammengesetzte Elektrode verwendet wird, wird die !«istung der Zelle verbessert, indem jede Elektrode zur susasssengesetzten Elektrode in übereiifibimmung mit der Praxis äer Erfindung gemacht w±ö. Der dispergierte Elektrolyt soll vorzugsweise mit dsn für die Kathode und die Anode verwendeten Materialien nicht reagieren.

In Fig, 3 ist eine andere Ausführungsform einer elektrischen Zellenkonstruktion aus Feststoffen gezeigt, worin sowohl die Anode als auch die Kathode dispergierten Elektrolyten enthalten, und worin ein elektronisch leitendes Material über der zusammengesetzten Kathodenschicht liegt und in Berührung mit der Kathode steht, aber sich nicht zusammen mit dieser er-

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streckt. Die Anode ist eine zusammengesetzte Anode, die aus einer Lage 8 eines elektronisch leitenden Materials besteht, über dem eine gemischte Lage 9 an Anodenmaterial liegt mit dem Elektrolyt aus Feststoff darin dispergiert· Die Peststoffelektrolytschicht 10 liegt in Berührung mit demjenigen Teil der zusammengesetzten Anode, die dispergierten festen Elektrolyt enthält. Die zusammengesetzte Kathode ist als Schicht 11 aus Elektronenaufnehmerkatho-" denmaterial gezeigt, worin Elektrolytmaterial dispergiert ist. Die darüberliegende Lage 12 ist eine elektronen leitende Lage. In einer Hinsicht wirken die Lagen 11 und 12 zusammenwirkend als eine zusammengesetzte Kathode. Wenn das Kathodenmaterial aus Iod besteht, das in Kohlenstoff dispergiert ist und weiterhin diepergierten festen Elektrolyt enthält, ist vorzuziehen, daß die Lage 12, während sie in Berührung mit der Lage 11 steht, sich nicht mit dieser zusammen erstreckt. Dadurch wird eine mögliche Kurzschluß« bildung der Zellenelemente verhindert und Jod wird besser in der Kathodenmatrix zurückgehalten. Die leitende Schicht 12 sollte mit dem Elektronenaufnahmematerial nicht reagieren. Am besten werden Tantal oder Kohlenstoff verwendet, wo Jod das Kathodenmaterial ist.

Der physikalische und chemische Mechanismus, der für die unerwartet verbesserten Ergebnisse verantwortlich ist,

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die in der Praxis der Erfindung erzielt werden ,ist ziemlich kompliziert und nicht voll verstanden. Wenn so nur eine einzige Elektrode Elektrolytmaterial aufweist, das darin eingebracht ist, wird mindestens eine zweifache Verbesserung der Zeiienieitfähigkeit erzielt. Durch Einbauen von Elektrolytmaterial in die zweite Elektrode wird die Gesamtverbesserung der Zellenleitfähigkeit meh~ rere Hundertmal die einer Zelle, die einen Feststoffelektrolycen von hoher ionischer Leitfähigkeit verbindet.

Folgendes wird als eine mögliche Erläuterung dieser überraschenden und unerwarteten Erhöhung der Gesamtzellenleitfähigkeit gegeben, obwohl es nicht beabsichtigt ist, dadurch die Ausführung der vorliegenden Erfindung zu begrenzen. Analytisch wird angenommen, daß der innere Gesamtwiderstand der elektrischen Zelle aus Peststoffen wirksam als die Summe von drei idealisierten Widerständen bestimmt wird: dem Widerstand des festen Elektrolyts, der abhängig ist von der Art des Materials und der Stärke der Schicht, die zwischen den Elektroden angeordnet ist, dem grenzCLächen-Wider··· stand an der Kathoden-ElektroIyt-Berührungsflache und dem Grenzflächenwiderstand an der Berührungsfläche zwischen Anode und Elektrolyt. Normalerweise sind die Kathode und Anode von hoher elektronischer Leitfähigkeit und tragen als solche nicht wesentlich su dem inneren Gesamtwiderstand der Zelle bei« Zusätzlich zur Begrenzungswirkung auf den Zellen-

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strom, der sich wegen des inneren Widerstandes der Zelle ergibt, wird die Erscheinung der Zellenpolarisation infolge des tatsächlichen Oberflächenbereiches der Elektrode wichtig beim Bestimmen der Stromdichte, die aus der Zeilentnommen werden kann, und auch der tatsächlichenEnergie.Tienge, die aus der Zelle erzielt wird, verglichen mit der theoretisch verfügbaren Energie. Diese letztere Überlegung ist wichtig bei Verwendung unter beschränkten Platzverhältnis·« sen, wo die verfügbare Energie je Einheitsgewicht ein be* deutender Paktor ist.

Im US-Patent 2,718,539 sind neuartige Zellen aus Feststoffen gezeigt, worin eine positive"Entpolarisierungselektrode" aus einem üblichen Entpolarislerungsmaterial in Mischung mit einem Magnesiumsalz oder Kaliumsalz besteht, wo diese Salze auch als PeststoffelektroIyte in der Zelle wirken. Der Zweck, Elektroly in das Entpolarisierungsmaterial einzubringen, wird nicht angegeben, und die Zellen selbst ergeben Ströme von der GröSen- \ Ordnung von 0,1 Mikro-Amp^re.

Es hat sich bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung gezeigt, daß das Einführen von Elektrolytmaterial in die Kathode und in die Anode in inniger Mischung offensichtlich zu einer ausgesprochenen Erhöhung im verfügbaren Oberflächenbereich an der Kathoden-Elektrolytgrenzfläche und der Anoden-Elektrolytgrenzfläche führt. Demgemäß ste» j hen viel mehr Pfade für den Transport von Strom in der Zelle

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zur verfugung. Dabei wird der Grenzfläehenwiderstand be-· V,r acht lieh verringert, und wenn sowohl der Kathoden- als auch Anodengrenzflächenwiderstand so verringert ist, wird der innere Widerstand der Zelle im wesentlichen der des Feststoffelektrolyten. Wo so der feste Elektrolyt ein hochgradig leitender ist, wie etwa Ag,SI und insbesondere einer, äer Mg₁^Ij- enthält, worin M aus K, Rb, NHh, Cs und Kombinationen davon ausgewählt ist, wobei Cs nur als ein geringerer Bestandteil von M vorhanden ist, stehen Feststoffzellen, die in aer Lage sind, hohe Ströme zu transportieren, jetzt zum ersten Mal zur Verfügung. Zusätzlich zur Verringerung des ü-renzf läehenwiderstandes an der Elektrolyt-Slektrodengrenzflache scheint ein dazugehöriges Phänomen gegeben und von erhöhter Bedeutung zu sein, wo der feste Elektrolyt ein solcher ■>*on hoher Ionenleitfähigkeit ist. Beispielsweise kann eine typische Seile, die die Bauweise nach dem Stand der Technik wie in Fig. 1 gezeigt benutzt, aber von bekannten Zellen abweicht, die einen Elektrolyt hoher Leitfähigkeit verwenden, als Ag/RbAg^If-Ao + ^c dargestellt werden. Solche eine Zelle 1st in der gleichzeitig laufenden Anmeldung Serien-Nr.

beschrieben und beansprucht. Die Kathodenreaktion kann

als 1/2 I₂ + Ag⁺ + e ) ^¹ geschrieben _{werdeilj wobei das}

Jod ein Elektron aufnimmt. Die Anodenreaktion kann als Ag + e geschrieben werden, wobei ein Elektron abgegeben wird.

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Wo kein Elektrolyt in der Kathode vorhanden ist, erfolgt nach lind nach ein Aufbau des verhältnismäßig großen Widerstandes AgI verglichen mit der verhältnismäßig hohen Leitfähigkeit RbAg^I₅. Auf diese Art und Weise wird der begrenzende Faktor im Transport des Zellenstromes der Widerstand der Kathode an ihrer Grenzfläche mit dem Elektrolyten anstatt der ionischen Leitfähigkeit des Elektrolyten. Eine übliche Polarisationserscheinung wird nicht als bedeutungsvoll im " Begrenzen des Stromes angesehen, da das Jod einen hohen Dampfdruck hat und verhältnismäßig frei ist.» um sich in dem leitenden Kohlenstoffgitter zu bewegen und sich dabei mit Silberionen zu verbinden, während sie an der Kathodenoberfläche verfügbar gemacht werden.

Immerhinrist bezüglich der Anode eine andere damit zusammenhängende Erscheinung maximaler Ausmessung des Elektronenmaterials wichtig. So hat die Anode üblicherweise die Form einer Lage oder eines Films des leitenden Materials, wie

etwa Silber. Das an der Grenzfläche mit dem Elektrolyten verfügbare Silber wird ionisiert, gibt Elektronen frei und wird sehr schnell erschöpft. Wegen seines niedrigen Dampfdruckes stehen keine weiteren Silberatome zur Verfügung, um diejenigen zu ersetzen, die an der Oberfläche entnommen wurde. So wird nur eine kleine Menge des Gesamtsilbers für die elektrische Energie verwendet, bevor das in der Oberfläche vorhandene Silber erschöpft wird. Durch Ersatz der Folie oder des Silber-

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blattes durch eine zusammengesetzte Anode, die eine Schicht von fein verteiltem Silberpulver aufweist, das mit dem Elektrolyt gemischt ist, wird zusätzlich dazu, daß der Oberflächenbereich beträchtlich erhöht wird, das Silber nun ohne weiteres an der Silber-Elektrolytgrenzfläche verfügbar. Dadurch ist nicht nur ein größerer StromfluS möglich, sondern es ist auch eine größere tatsächliche Verwendung der theoretischen Energie gegeben, die von der Menge des vorhandenen Silbers zur Verfugung steht. Normalerweise wird das in der Kathode vorhandene Jod selbst in Abwesenheit von Elektrolyt zu fast 90$ erschöpft, abhängig von der Größe des Stromflusses.

Es wird selbstverständlich anerkannt, daß die vorstehende Erläuterung die Erscheinungen vielleicht nicht voll berück« sichtigt, die bezüglich der ausgesprochenen Verbesserung in der Zellenleitfähigkeit beobachtet wird, und daß diese Besprechung auf der Annahme eines theoretisch idealisierten Modells beruht. Im Zusammenhang mit der Verwendung eines festen Elektrolyten hoher Leitfähigkeit ist es jetzt durch Einbau von Elektrolyt sowohl in der Kathode als auch in der Anode durchführbar, eine Peststoffzelle zu schaffen, deren innerer Widerstand im wesentlichen nur durch den des Elektrolyten hoher Leitfähigkeit begrenzt wird. Bisher konnte die Ausschaltung der spezifischen Grenzflächenwiderstande

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von derselben Größenordnung wie der eines festen Ionenelektrolyten von hohem spezifischen Widerstand nur zu einem verhältnismäßig geringen Gewinn in der Gesamtze1« lenleitfähigkeit führen» Aber mit der vorliegenden Erfindung stehen Ströme von der Größenordnung von Hunderten

von Milliampere/cm zur Verfügung verglichen mit den Mikroampere strömen, die aus den Feststoffzellen erzielt wurden, wie sie bisher bekannt waren. Die folgendenBeispiele, die nicht als Begrenzung der praktischen Ausführung der Erfindung ausgelegt werden sollen, illustrieren einige der Verbesserungen, die erzielt werden können. Es ist darauf hinzuweisen, daß die ionisch leitende Zusammensetzung von Ma« terial, die die empirische Formel MAg.,1^ hat, ist zur Zeit eine Mehrphasenmischung der hoch leitfähigen Zusammensetzung MAghlc- und einer Komponente hohen spezifischen Widerstandes, die MpAgI- und MI einschließen kann, worin M ein einwertiges Ion ist, das aus der Klasse ausgewählt wird, die aus K, Rb, NHjj.* Cs und Kombinationen davon besteht, wobei Cs nur als ein kleinerer Bestandteil von M vorhanden ist, d.h. weniger als 50 Ion-Prozent von M. Die Mischung ^MAg^Ij, -/ enthält ungefähr 85 Mol-Prozent an MAg^I,- und hat eine ionische Leitfähigkeit, die nur leicht geringer ist als die von.

Die empirische Formel MAg^Ij, ist in Klammern gezeigt, um zu zeigen, daß diese Zusammensetzung von Material nicht eine

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iiinphasenverbindung ist. Jedoch kann eine solche Mischung einfacher herzustellen sein und kann so anstelle der Einphasenverbindung verwendet werden.

BEISPIEL I
Feststoffzelie mit AgJ3I als Elektrolytschicht

Sine Zelle wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt und mit einer Feststoffzelle nach dem Stand der Technik verglichen, die Ag,SI als Elektrolyt verwendete. Diese Zelle nach dem Stande der Technik bestand im wesentllvil^ü «.at» dem System: Ag/AgJ3I/l₂ + C. Die Zelle enthielt sin gepreßtes Pellet einer Kohlenstoff-Jodmischung als Kathode, sine gepreßte Waffel von AgJSI mit einer Stärke von Ο,15 em als Elektrolyt und eine Silberfolie als die Anode. Ein Silberdraht wurde als Bezugselektrode verwendet, und es

zeigte sich, daß die Silberanodenelektrode bei einer S tr ΟΠΙΟ

dichte von ungefähr 500 Mikroamp./cm stark polarisiert war, Eine zwei- bis dreifache Verbesserung wurde in der Silbereiektrodenpolarisation durchgeführt, indem die Silberfolie amalgamiert wurde. Überschlagströme von 10 ma./cm wurden beobachtet, wenn die amalgamierte Silberfolie in den besten erzielten Zellen benutzt wurde.

Durch die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung, die eine Zelle verwendete, die eine zusammengesetzte Anode und eine zusammengesetzte Kathode enthielt, z.B.

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das System Ag + ^"RbAg₅I^ J /Ag,SI/l₂ + C + /~Wak&-J.^J, wurden Zellen hergestellt, die Überschlagströme von 25 ma/cm

schufen. Diese Zellen schafften einen ständigen Strom von

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5 ma/cm verglichen mit den 0,5 ma/cm in der Zelle nach dem Stand der Technik, Eine Batterie wurde zusammengebaut, die aus drei Zellen von 25,4 mm Durchmesser bestand mit zusammengesetzten Anoden in Übereinstimmung mit der Erfindung. Diese Zellen wurden in Serie verbunden und gaben ungefähr 2,0 Volt

und 5 ma/cm ab. Diese Batterie wurde benutzt, um einen handelsüblichen Transistor«Radiο damit zu bestücken, der 25 ma bei 1,5 V entnahm.

BEISPIEL 2

^fKAg-I₄ J -Zelle

In gleicher Art und Weise wurden Zellen hergestellt, die eine Ag/ ^"KAgJ^J⁷ /C + I₂ + £Y&g-3._h[J -Struktur hatten. Diese Zellen gaben einen Strom von ungefähr 20 ma/cm ab. Wenn im Gegensatz dazu ungefähr C^^-^-^J ^{aucn mit} Silberpulver vermischt wurde, um die zusammengesetzte Anode zu bil den, erhöhte sich die Stromdichte auf 1 d.h. eine mehr als zehnfache Erhöhung.

den, erhöhte sich die Stromdichte auf ungefähr J500 ma/cm ,

Beispiel 3

Verbesserung durch die Verwendung von Zellen mit zusammengesetzten Elektroden

Die folgenden Zellen wurden hergestellt, die sowohl einzelne als auch zusammengesetzte Anoden und Kathoden verwendeten,

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und es zeigte sich, daß sie die folgenden Merkmale aufwiesen:

Anode Elektrolyt Kathode Innerer Überschlag«-

Wider- strom (ma/cm ) stand (Ohm)

0.7 gra Ag ; gin RbAgJ₂₁ 0.5 gm I_p,0.5

-> ⁴ gm C ^ 60 3

0,7 gm Ag 3 gm RbAgJ₂₁ 2,SgInRbAgJ^ 10 16

β'

0,7 gm Ag 3 gm RbAgJ₂₁ 0,5gm C,0,5gral_o Ö 10

0,35 s'K

0,7 gffi Ag 3 gm RbAgJu 2,5gm RbAg I, .5 210 0,35 S« RbAgI ^ \]

^L2'

3,0 gm Ag 3 gmRbAg₄I₅ 3.0gm RbAg₂₁I₅ 12 10

Wie zu bemerken ist, nahm bei Einbringen des Elektrolyten in der Anode und in der Kathode der innere Widerstand der Zelle beträchtlich ab.

BEispiel 4

Verbesserung durch Verbindung von elektrischen Zellen mit zusammengesetzten Elektroden

Die folgenden elektrischen Zellen wurden hergestellt im wesentliche-: wie für Beispiel J5 gezeigt unter Verwendung zusammengösetzter Kathoden und sowohl mit einzelnen als auch zusai^r.-rge-setztei: Anoden anä es zeigt sich, daß sie die folgenaari Merkmale hatten ί

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-¹'

Zelle Anodenzusammen-Hr, setzung

Elektrolyt

Kathodenzusammen-. setzung

Inrie- Si .Ib rer aus-Widernutz" stand

(Ohm) - ■ - -

2 gm /"RbAg₅I₄./ .5 gra

j, 1 gm C- .2 '

i: 1 gm Ag

2. 1 gm

1 gm ^ RbAg^Ih/
•5gm Ag, .1 gm ι

gm

.5 gm 5.0 gm

1 gm C 1.1 12 %

70 %

Wie aus einem Vergleich der beiden Zellen hervorgeht, die ^^-RbAg-Ih_-/ als Elektrolyt verwenden, wird bei Einbau des Elektrolyten auch in die Silberanode der innere Widerstand der Zelle beträchtlich verringert, teilweise durch Verringern des Anoden-Elektrolytkontaktwiderstandes. Aber, was wichtiger ist, ist die Verwendung von Silber fast 6 χ größer in der zusammengesetzten Anodenzelle im Vergleich mit dem anderen Zellentyp. Es ist selbstverständlich klar, daß zahlreiche Parameter verändert werden können, um den Zellenstrom optimal zu machen. Diese umfassen ein Silber-Elektrolytverhältnis in der Anode, die Teilchengröße der Elektroden- und Elektrolytzusammensetzungen, den Druck, der beim Verformen der Elektroden angewendet wird, und andere Aspekte der Zellenherstellung· Als entscheidender Punkt der vorliegenden Erfindung ist jedoch festgestellt worden, daß in allen Fällen der Einbau des Elektrolyts in die Anode, wodurch wahrscheinlich

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der Grenzflächenbereich vergrößert wird und auch eine Oberflächenerschöpfung an verfügbaren Silberatomen vermieden wird, den von der Zelle verfügbaren Strom wesentlieh erhöht. Weiterhin und wo nicht reagierendes Elektrolytmaterial auch in der Kathode vorhanden ist, wird eine .maximale Verbesserung erzielt, da tatsächlich der innere Zellenwiderstand nur der des festen Elektrolyten ist. Während so das Prinzip und die bevorzugte Arbeitsweise der Erfindung erläutert wurde, und dargestellt und beschrieben wurde, was zur Zeit, als die beste Ausführungsform angesehen wird, wünschen die Erfinder, daß die Erfindung auch in anderer Weise durchgeführt werden kann, als dies besonders dargestellt und beschrieben ist, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Patentansprüche :

/Π) Elektrische Zelle mit einer Anode, einer Kathode und einem Feststoffelektrolyten, der zwischen der Anode und der Kathode angeordnet 1st, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die genannte Anode darin dispergiert festes Elektrolytmaterial aufweist.
2.) Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die genannte Anode als auch die Kathode darin dispergiertes Elektrolytmaterial aufweisen«
5·) Zelle nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte dispergierte Elektrolytmaterial von im wesentlichen der gleichen Zusammensetzung ist wie das genannte Material des genannten Feststoffelektrolyten.
4.) Zelle nach den Ansprüchen 1,2 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Elektrolyt ein Feststoffelektrolyt ist, wobei der Strom durch ein Silberion transportiert wird.
5.) Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffelektrolyt, der zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, Ag^SI enthält,

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6~) Zelle nach Anspruch 5> dadurch gekennseichnet, daß die genannte Anods Silber mit fein verteilter Zusammensetzung enthält, das die empirische Formel RbAg^I₂, hat, die darin dispergisrt ist*
7.) Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Kathode eine Mischung von Kohlenstoff, Jod und einer Zusammensetzung darstellt, die die empirische Formel !^ hat.

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