DE1908956A1 - Electrode for a secondary element - Google Patents

Electrode for a secondary element

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DE1908956A1
DE1908956A1 DE19691908956 DE1908956A DE1908956A1 DE 1908956 A1 DE1908956 A1 DE 1908956A1 DE 19691908956 DE19691908956 DE 19691908956 DE 1908956 A DE1908956 A DE 1908956A DE 1908956 A1 DE1908956 A1 DE 1908956A1
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Alois Langer
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    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUSECKERDiPL-ING. KLAUS NEUSECKER

Patentanwalt
C!Gs3eldcri-Eiler Am Strauasenkreu^ £3 Postiaci 12·*
Patent attorney
C! Gs3eldcri-Eiler Am Strauasenkreu ^ £ 3 Postiaci 12 *

Öüsseldorf, 21. Febr. 1069 ■ΉΈ 39,231-A
6867
Düsseldorf, February 21, 1069 ■ ΉΈ 39.231-A
6867

•Tfestinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V. St. A.
• Tfestinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pennsylvania, V. St. A.

•Elektrode für ein SekundÄrelement• Electrode for a secondary element

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sekundärelemente wie Akkuaulatoren oder dergleichen, insbesondere auf aine mit einer Paste versehene, plattenartig ausgebildete Eisenelektrodo für solche Elemente oder Batterien.The present invention relates to secondary elements such as Batteries or the like, in particular on aine with a Paste-provided, plate-like iron electrodes for such elements or batteries.

Ea ist bekannt, daß eine Siseneleütrode in einem Alk^.lielektrolyten auf der Grundlage der Oxydation metallischon Eisens zu Hydroxiden oder Oxiden von Eiaen oder beiden arbeitet. Der genaue Aufbau des Stoffes oder der Stoffe ist nicht vollständig bekannt. Obwohl von der Bildung von Fe(OH)2, Fa3C3 und/o<ier Fe(OH)3 als Voraussetzung ausgegangen worden ist, so acheint doch ?G2Q4 *** größter Wahrscheinlichkeit der dominierende Stoff zu sein. Die Zuaamaenaatzungen der gebildeten Stoffe sind wesentlich, weil sie die theoretische Grenze der Ausbeute oder der Aaperestunden je Graaa Elektrodenmaterial bestimasn. Nachstehend sollen mit dea Ausdruck "Eisenoxid" die 3isen-3aueratoffverbindungen, einschließlich sowohl der Hydroxide, der Oxide ala Gemischen davon, bezeichnet werden.It is known that an iron electrode works in an alkali electrolyte on the basis of the oxidation of metallic iron to form hydroxides or oxides of iron or both. The exact structure of the substance or substances is not fully known. Although the formation of Fe (OH) 2 , Fa 3 C 3 and / o <ier Fe (OH) 3 has been assumed as a prerequisite, it doesn't seem like that ? G 2 Q 4 *** most likely to be the dominant material. The additions to the substances formed are essential because they determine the theoretical limit of the yield or the hours spent per Graaa electrode material. In the following, the term "iron oxide" is used to denote the iron-iron oxide compounds, including both the hydroxides and the oxides ala mixtures thereof.

Sofarn die Elektrode nur aua Eiaea beetoht, hat eine d*ait ausgerürtete Batterie wos*n der schnellen Bildung einoa paseivierenden Tilaea auf der Eiaonfllahe ein* begrenzte Auebeute. Tür praktischeIf the electrode is only used, a d * ait fully equipped battery has a paseivating rate of rapid formation Tilaea on the Eiaonfllahe a * limited harvest. Door practical

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AnT,'Gndunfjsfälle besteht die Eißenelektrode üblicherweise aus Eisenoxidpulver, das bis auf die gewünschte Dichte zusammengepreßt wird. Um die Entladungsv/irkung den zusammengepreßten Pulvers zu fördern und außerdem die Ladung der Elektrode, zu erleicht&rn, wird für die Elektrode ein reaktionsfordernder Zusatzstoff (Additiv) benötigt. Ein solcher Zusatzstoff soll die Eisenfläche in einem aktiven Zustand halten. Andererseits soll dadurch nicht die Entladung beschleunigt werden. Eine Koalition soll nur dann ablaufen, wenn der Batteriestrpm entnommen wird.Otherwise, the iron electrode usually consists of iron oxide powder, which is compressed to the desired density. To promote the discharge effect of the compressed powder and besides, the charging of the electrode, to facilitate & rn, is made for the Electrode requires a reaction-promoting additive. Such an additive is said to keep the iron surface in an active state. On the other hand, this is not intended to accelerate the discharge will. A coalition should only expire when the battery speed is removed.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Schwefel oder schwefelhaltige Stoffe zu den in einem Alkalielektrolyten arbeitenden sog. "Eisenelektroden" zuzugeben, insbesondere in der US-Patentschrift 2 871 281, aber dabei wurde die Schiefelmenge im.-Rahmen dieser bekannten Vorschläge nach dem Stand der Technik auf sehr kleine Beträge beschränkt, etwa oinen Schwefelgehalt von 0,05 - 0,1 Gev% im Eisen. ■ ■ .· ■ It has already been proposed to add sulfur or sulfur-containing substances to the so-called "iron electrodes" working in an alkali electrolyte, in particular in US Pat limited to very small amounts, such as a sulfur content of 0.05-0.1 % by weight in iron. ■ ■. · ■

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Elektrode Tür ein Sekundärelement oder einen Akkumulator, die einen erhöhten Wirkungsgrad bzw. eine erhöhte Ausbeute gewährleistet.The object of the present invention is to provide an improved Electrode door a secondary element or an accumulator, the one increased efficiency and an increased yield guaranteed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Elektrode für ein Sekundärelement, die eine Platte aus Kiteinander vermengten und dabei aktive Elektrodentsasse mit Eisenoxidpartikeln auf nehmende! Fasern «uf weist , erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse, bezogen auf das Gewicht des Eisens,mindestens 5 Gew% Schwefel, Selen, Tellur oder Gemische daraus enthält.To solve this problem, an electrode for a secondary element, which mixed a plate of kit with each other and thereby active Electrode discharge with iron oxide particles! Fibers according to the invention characterized in that the active mass, based on the weight of the iron, at least 5% by weight of sulfur, selenium, Contains tellurium or mixtures thereof.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen stit weiteren Merknalen anhand eines Aunführung3beiDpiels in Verbindung mit der .zugehörigen Zeichnung erläutert. In dor Zeichnung zeigen:The invention is described below together with other features of an example 3 in connection with the associated Drawing explained. In the drawing show:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht eine negative Elektrode nach der Erfindung für ein Sekundärelernent;1 shows a perspective view of a negative electrode according to the invention for a secondary element;

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Ausbeute einer Eisenelektrode mit unterschiedlichen Zugaben an Kaliumsulf id sowie der Spannung in Abhängigkeit von der Entladungszeit für identische Elektroden einer Nikkel-/Eisenbatterie mit gleichen Mengen an zweiwertigem Eisen, jedoch unterschiedlichen Schwefelanteilen; Fig. 2 is a graph showing the yield of an iron electrode with different additions of potassium sulf id and the voltage as a function of the discharge time for identical electrodes of a nickel / iron battery with the same amounts of divalent iron, but different proportions of sulfur;

Fig. 3 und 4 die Wirkungsgradwerte (efficiencies) für Elektroden aus zwei- und dreiwertigem Eisen bei unterschiedlichen Anteilen an zugegebenem Schwefel;FIGS. 3 and 4 show the efficiencies for electrodes made of bivalent and trivalent iron with different ones Proportions of added sulfur;

Fig. 5, 6 grafische Darstellungen, die die Abhängigkeit der Aus- und 7 beute in Volt von der Zeit für Eisenelektroden mitFig. 5, 6 graphs showing the dependence of the output and 7 booty in volts on the time for iron electrodes

unterschiedlichen Zusätzen an Kaliumsulfid, Schwefelpulver bzw. Kaliumsulfid mit Carbon B&ck veranschaulichen; undillustrate different additions of potassium sulfide, sulfur powder or potassium sulfide with Carbon B &ck; and

Fig. 8 eine grafische Darstellung, die die Auswirkung des Schwefelgehaltes auf die Eisenelektrode, einmal bezogen auf das Gewicht der aktiven Masse (Fe2O3 . HgO, FeSf S) und zum anderen bezogen auf das Volumen derFig. 8 is a graph showing the effect of the sulfur content on the iron electrode, based on the weight of the active material (Fe 2 O 3. HgO, FeS f S) and based on the volume of the

Elektrode, für einen konstanten Entladungswert ent-Electrode, for a constant discharge value

2
sprechend 25 mA/cm wiedergibt.
2
accordingly reproduces 25 mA / cm.

Mit Fig. 1 ist allgemein eine mit 10 bezeichnete negative Elektrode eines sog. Eisenalkaliakkumulators wiedergegeben, die einen Elektroden-Stützaufbau 12, eine aktive Masse 14 sowie einen Abschlußstreif en 16 mit einer Anschlußfahne 18 aufweist. Die Elektrode IO ist zur Verwendung in einem geeigneten Elektrolyten wie etwa einer 25 Gew% dicken wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) bestimmt.Referring to Fig. 1, there is generally a negative electrode designated 10 a so-called. Eisenalkaliakumulators reproduced, the one Electrode support structure 12, an active mass 14 and a termination strip has 16 with a terminal lug 18. The electrode IO is for use in a suitable electrolyte such as a 25 wt% aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) certainly.

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Der Elektroden-Stützaufbau 12 besitzt eine poröse Struktur und enthält ein Gitterwerk aus elektrisch leitenden Fasern, die entweder mit gewebter oder ungewebter Textur angeordnet sind. Der Stützaufbau 12 kann beispielsweise aus einem Gitterwerk mit Metallfasern
(Eisen öder Nickel) bestehen, die mit einer Porosität von 96% zusammengepreßt sind.
The electrode support structure 12 has a porous structure and contains a latticework of electrically conductive fibers arranged in either a woven or non-woven texture. The support structure 12 can, for example, consist of a latticework with metal fibers
(Iron or nickel), which are compressed with a porosity of 96%.

An seinem oberen Ende ist der Elektroden-Stützaufbau 12 an dem Abschlußstreif en 16 befestigt, der aus einem leitenden Werkstoff,
etwa Blech besteht; er kann etwa auf das obere Ende des Aufbaus
12 aufgeklemmt sein, um diesen in seiner richtigen Lage zu halten It und einen guten elektrischen Kontakt zu schaffen. Die Anschlußfahne 18 bildet einen integralen Bestandteil des.Abschlußstreifens 16 und erstreckt sich von diesem aus in herkömmlicher Weise.
At its upper end, the electrode support structure 12 is attached to the termination strip 16, which is made of a conductive material,
is made of sheet metal; it can be placed on the upper end of the superstructure
12 must be clamped on in order to keep it in its correct position and to create good electrical contact. The terminal lug 18 forms an integral part of the end strip 16 and extends therefrom in a conventional manner.

Die aktive Masse 14 ist auf dem Stützaufbau 12 und in den Zwischenräumen des Stützaufbaus 12 angeordnet und besteht aus einem Gemisch von Pulvern, die auf das Fasernetzwerk in Form einer Paste
oder eines Breis aufgebracht wurden, der anschließend getrocknet
und in einer Form auf die gewünschte Dicke gepreßt wird. Die aktive Masse wird hergestellt, indem zunächst ein Brei aus Partikeln
mit einer Größe entsprechend einem Bereich von 80 - 130 Maschenweite (d.h. 80 - 130 Öffnungen je linearem cm) haben. Die Partikel
enthalten wenigstens ein Eisenoxid sowie das Additiv. Die Eisenoxide umfassen Eisen(III)-oxid, Eisen(II)-oxid, Eisen(II,11I)-oxid (bekannt als Magnetit) sowie Eisenhydroxid, vorzugsweise in der
Form von Niederschlägen.
The active mass 14 is arranged on the support structure 12 and in the interstices of the support structure 12 and consists of a mixture of powders which are applied to the fiber network in the form of a paste
or a slurry was applied, which is then dried
and pressed in a mold to the desired thickness. The active mass is made by first making a slurry of particles
with a size corresponding to a range of 80-130 mesh size (ie 80-130 openings per linear cm). The particles
contain at least one iron oxide and the additive. The iron oxides include iron (III) oxide, iron (II) oxide, iron (II, 11I) oxide (known as magnetite) and iron hydroxide, preferably in the
Form of precipitation.

Zu den Zusätzen (Additiven) gehören Schwefel/ Selen, Tellur und Gemische davon. Die Zusätze können entweder als Element oder als ein Salz davon zugegeben werden. So kann Schwefel in Form von Schwefelblumen, als kolloidaler Schwefel oder als ein Salz wie Kaliumeisensulfid (KFeS2) zugegeben werden.The additives include sulfur / selenium, tellurium and mixtures thereof. The additives can be added either as an element or as a salt thereof. For example, sulfur can be added in the form of sulfur flowers, as colloidal sulfur or as a salt such as potassium iron sulfide (KFeS 2 ).

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Beispielsweise können dem Oxid für je 100 g des in dem Oxid enthaltenen Eisens 5 - 66, vorzugsweise 12 - 19 g Schwefel zugesetzt und dann mechanisch dabei gemischt werden, oder der Schwefel kann in einem Lösungsmittel gelöst, mit dem Eisenoxid gemischt und sodann das Lösungsmittel verdampft werden. Der optimale Schwefelgehalt liegt etwa bei 15 g. Das Eisenoxid und der Schwefel bzw. schwefelhaltige Salze bilden ein inniges Gemisch, das anschließend durch Zugabe von genügend viel Wasser in einen Brei oder in eine Paste umgewandelt wird, um das Gemisch auf den faserigen Stützaufbau 12 aufbringen zu können, wo es dann auf die gewünschte Stärke gepreßt, außerdem getrocknet wird, um alle freie Feuchtigkeit zu eliminieren.For example, for every 100 g of the iron contained in the oxide, 5 to 66, preferably 12 to 19 g of sulfur can be added to the oxide and then mechanically mixed thereby, or the sulfur can be dissolved in a solvent, mixed with the iron oxide and then mixed the solvent will be evaporated. The optimal sulfur content is around 15 g. The iron oxide and the sulfur or Sulfur-containing salts form an intimate mixture, which then by adding enough water to a porridge or a Paste is converted to the mixture on the fibrous support structure 12 to be able to apply, where it is then pressed to the desired thickness, also dried to all free moisture eliminate.

Zweck des Zusatzstoffes ist es, eine Passivierung des Eisens während der Entladung zu verhindern und günstige Bedingungen für eine wirksame Ladungsaufnahme zu schaffen. Eine kleine, in den Eisenoxiden Fe2 03 oder Fe3°4 undder Eisenhydroxid (Fe(OH)3) enthaltene Menge an Zusatzstoff führt offenbar zu einem größeren Maß von Unregelmäßigkeit in dem Kristallaufbau, so daß dadurch die Diffusion und die elektrische Leitfähigkeit des Materials vergrößert werden, wahrscheinlich aber auch die WasserstoffÜberspannung (hydrogen overvoltage) während des Ladens und die Aufnahme von Wasserstoff durch das Eisen beeinflußt werden. Durch eine solche kombinierte Wirkung beeinflussen die Zusatzstoffe die Geschwindigkeit und das Maß der Vollständigkeit der Umwandlung der Eisenoxide während des Ladevorgangs. Wenn eine Elektrode hergestellt wird, befindet sie sich im entladenen Zustand. Sie muß dann geladen werden, indem ein Strom für die Umwandlung der Eisenoxide in Eisenmetall hindurch.,geleitet wird. Die Anwesenheit eines Zusatzstoffes vergrößert die Ladungsaufnahme und verhindert die Passivierung des Eisens nach der folgenden Entladung der Elektrode.The purpose of the additive is to prevent passivation of the iron during discharge and to create favorable conditions for effective charge absorption. A small amount of additive contained in the iron oxides Fe 2 0 3 or Fe 3 ° 4 and / ° the iron hydroxide (Fe (OH) 3 ) apparently leads to a greater degree of irregularity in the crystal structure, so that diffusion and the The electrical conductivity of the material can be increased, but the hydrogen overvoltage during charging and the absorption of hydrogen by the iron are also likely to be influenced. By such a combined effect, the additives affect the rate and degree of completeness of the conversion of the iron oxides during the charging process. When an electrode is made, it is in a discharged state. It then has to be charged by passing a current through it for the conversion of the iron oxides into ferrous metal. The presence of an additive increases the charge absorption and prevents passivation of the iron after the subsequent discharge of the electrode.

AusführungsbeispielEmbodiment

Auf einen Stützaufbau oder ein Gitter aus Nickelwolle mit einem Gröbheitsgräd von (000) oder (00) wurde sin Brei feinpülvrigeriOn a support structure or a grid made of nickel wool with a degree of coarseness of (000) or (00) sin pulp was feinpülvrigeri

Eisenoxids aufgebracht. Das aus der Wolle gebildete Netzwerk wurde in Streifen von 20 χ 10 cm geschnitten, in die ein Brei von Eisenoxidpartikeln gebracht und dann teilweise getrocknet wurde. Danach wurde das mit dem Eisenoxid beschichtete Netzwerk (Stützaufbau) in einen Behälter gebracht, in dem es mit mäßigem Druck zwischen Filterpapierlagen in eine flache Platte gepreßt und durch Trocknung von überschüssiger Feuchtigkeit befreit wurde. Die gepreßte Platte wurde dann mit angedrückten Nickelzuleitungen als elektrischen Anschlüssen versehen und mit einem großen Abschnitt Filterpapier eingeschlagen, um Abschürfungen der Platte beim Zusam menbau zu verhindern. Es wurde dann beiderseits der Eisenelektrode k jeweils eine herkömmliche Nickelelektrode angeordnet und der dabei erhaltene Aufbau in eine mit einer Entlüftung versehene Zelle gebracht. Iron oxide applied. The network formed from the wool became cut into strips of 20 χ 10 cm, into which a pulp of iron oxide particles brought and then partially dried. Thereafter the network (support structure) coated with the iron oxide was placed in a container in which it was placed under moderate pressure between Filter paper layers were pressed into a flat plate and freed from excess moisture by drying. The pressed one Plate was then provided with pressed nickel leads as electrical connections and with a large section Filter paper wrapped in to prevent abrasion of the plate when it is assembled to prevent menbau. It then became either side of the iron electrode k in each case a conventional nickel electrode arranged and the thereby The resulting assembly is placed in a vented cell.

Bei der Herstellung wirkungsvoller Elektroden können Salze des zweiwertigen und dreiwertigen Eisens verwendet werden. Bei der Ver wendung zweiwertigen Eisens wurde der Brei durch Lösung von Sg Eisen (II )-ammoniumsulfate das 1,4 g Eisen enthält und bei® Auftre ten von zwei Elektronenumwandlungsprozessen zu einer theoretischen Ausbeute von 1,09 Ah fähig ist, in 100 ml Wasser hergestellt und die so erhaltene Lösung wurde dann gefiltert. Zu dieser Lösung wurden 45 ml molare KOH-Lösung gegeben. Dabei entstand ein Niederschlag, der auf die Elektrode aufgebracht wurde. Um Schwefel*zttzufügen, wurde ein Teil des KOH durch eine molare KoS-Lösung ersetzt, wobei die 45 ml je ml der verwendeten kgS-Lösüng Q8Ü32 g Schwefel enthielten* Die K„S-Lösung wurde durch Lösung von festem K2S in Wasser hergestellt.Salts of divalent and trivalent iron can be used in making effective electrodes. When using divalent iron, the pulp was obtained by dissolving Sg iron (II) ammonium sulfate, which contains 1.4 g of iron and is capable of a theoretical yield of 1.09 Ah in 100 ml of water when two electron conversion processes occur and the resulting solution was then filtered. 45 ml of molar KOH solution were added to this solution. This produced a precipitate which was applied to the electrode. To * zttzufügen sulfur, a part of the KOH was replaced by a molar KoS solution, the 45 ml per ml of the KGA Lösüng used Q 8 Ü32 g of sulfur contained * The K "S solution was prepared by dissolving of solid K 2 S made in water.

Für die Untersuchungen mit dreiwert igesa Eisen wurde als Ausgangssalz Eisen(in)-ammoniumsulfat verwendet, von dom 8 g, die 0,928 g Eisen enthielten, das bei Oxydation in den zwe*$we1iiligelt* Zustand eine theoretische Ausbeute von Ö^SÖ An au iief^fnV\Eg 100-ml WaSser.-gelÖs^^Bll^ -Lösün^rWiMt §e*f£liiNFBSi£ : -düreh-ZugÄbe- von 50For the investigations with trivalent iron, iron (in) ammonium sulfate was used as the starting salt, 8 g of which contained 0.928 g of iron, which when oxidized to the double state gave a theoretical yield of oil ^ fnV \ Eg 100-ml WaSser.-dissolved ^^ Bll ^ -Lösün ^ rWiMt §e * f £ liiNFBSi £ : -düreh-ZugÄbe- of 50

delt. Die tatsächlich verwendeten Mengen an molarer KgS-Lösung waren 0,1, 1,5, 10 und 15 ml, die mit molarer KOH-Lösung auf 50 ml gebracht wurden.delt. The actual amounts of KgS molar solution used were 0.1, 1.5, 10 and 15 ml, which were brought to 50 ml with molar KOH solution.

Die Akkumulatorzellen wurden mit 8 Mol wässriger KOH-Lösung gefüllt und innerhalb von 10 Std. auf wenigstens 150% ihrer theoretischen Kapazität aufgeladen. Die Entladung erfolgte über einen 10 Ohm-Widerstand innerhalb von etwa 3 Std. Der Spannungsabfall über dem Widerstand wurde fortlaufend aufgezeichnet, was gleichzeitig die Stromentnahme ergab, die etwa 100 mA betrug. Die Kapazität der Elektrode wurde durch Integration der Strom-/Zeitkurven ermittelt. The battery cells were filled with 8 mol of aqueous KOH solution and within 10 hours to at least 150% of their theoretical Capacity charged. The discharge took place over a 10 ohm resistor within about 3 hours. The voltage drop across the Resistance was recorded continuously, which was simultaneously the The current draw was approximately 100 mA. The capacity of the electrode was determined by integrating the current / time curves.

Die zuerst untersuchte Eigenschaft war der Einfluß des Schwefels auf den Wirkungsgrad der Elektrode. Da für alle Untersuchungen dieselbe Menge Eisensalz verwendet wurde, zeigen die erhaltenen Werte eine definitive Tendenz an. Wenngleich der gebildete Stoff nicht auf Schwefel hin analysiert wurde, so wird doch angenommen, daß der Schwefel in dem Niederschlag insgesamt im gleichen Verhältnis enthalten ist wie er der KOH-Lösung zugemischt wurde. Im Fall des zweiwertigen Eisens wurde der gesarate Schwefel In den FeS-NiederscIilag eingebaut, während für das dreiwertige Eisen die Hälfte des Schwefels als Elementarschwefel anwesend war.The property first examined was the influence of sulfur on the efficiency of the electrode. Since the same for all examinations Amount of iron salt was used, the values obtained indicate a definite tendency. Although the fabric formed does not has been analyzed for sulfur, it is assumed that the Total sulfur contained in the precipitate in the same proportion is how it was added to the KOH solution. In the case of the The total sulfur was obtained from divalent iron in the FeS-LowercIilag built in, while for the trivalent iron half of the sulfur was present as elemental sulfur.

Die mit dem zweiwertigen Eisen erzielten Ergebnisse sind mit Fig. 2 wiedergegeben und in der grafischen Darstellung der Fig. 3 zusammengefaßt. Die Zugabe einer verhältnismäßig großen Menge von in das Oxid eingebautem Schwefel übte auf die Ausnutzung der Eisenelektrode einen günstigen Einfluß aus* Der Wirkungsgrad ohne Schwefel lag unter 10%, stieg bei Zugabe von 0,032 g Schwefel je g Eisen auf 20% an, nahm für das Sfache dieser Menge auf etwa 60% zu und sank dann auf 50% und 40% für das 10- und 15fache dieser Menge an Schwefel je g Eisen ab. Die Entladungskurve hatte zwei Plateaus, die etwa 0,12 V voneinander entfernt lagen. Im,Bereich des ersten Plateaus nahm das Potential allmählich von etwa 1,4V bis auf etwa 1,2 V ab, wo ein ausgeprägter Abfall auftrat. Das Entladungsniveau bleibtThe results obtained with the divalent iron are similar to FIG. 2 reproduced and summarized in the graph of FIG. The addition of a relatively large amount of sulfur built into the oxide had a beneficial effect on the utilization of the iron electrode. The efficiency without sulfur was below 10%, rose with the addition of 0.032 g of sulfur per g of iron 20%, increased to about 60% by five times that amount, and decreased then to 50% and 40% for 10 and 15 times that amount of sulfur from each g of iron. The discharge curve had two plateaus about 0.12 V apart. In the area of the first plateau the potential gradually decreased from about 1.4V to about 1.2V, where there was a marked decline. The discharge level remains

90&8läi102390 & 8läi1023

'■'. 1EO 8 9-5 6 '■'. 1EO 8 9-5 6

dann bei einem Wert von etwa 1,1 V einigermaßen konstant, bis ein rascher Potentialabfall anzeigt, daß die Elektrode entladen ist.then reasonably constant at a value of about 1.1 V until a rapid drop in potential indicates that the electrode is discharged.

Ähnliche Ergebnisse wurden für Untersuchungen mit dreiwertigem Eisen erhalten. Ohne Zusatzstoff ließ sich das Eisen(III)-oxid nur geringfügig ausnutzen, und die Platte wies nur eine kleine Kapazität auf. Die Zugabe einer kleinen Menge Schwefel, etwa 3 riig/g Eisen, führte zu fast keiner Änderung in dem Verlauf der Entladungskurve (Fig. 5, gestrichelte Linie 1). Mit zunehmenden Schwefelmengen stieg der Wirkungsgrad bis zu einem Spitzenwert von etwa 0,15 g Schwefel/g Eisen an, um dann bei Zugabe größerer Schwefelmengen wieder abzunehmen. Die erzielten Wirkungsgradwerte sind in Fig. 4 zusammengestellt. Das Verhalten war für zwei- und dreiwertiges Eisen ähnlich.Similar results were obtained for studies with trivalent Get iron. The iron (III) oxide could only be used without an additive marginally utilize it, and the disk had only a small capacity. The addition of a small amount of sulfur, about 3 riig / g Iron resulted in almost no change in the course of the discharge curve (FIG. 5, dashed line 1). With increasing amounts of sulfur the efficiency increased to a peak value of about 0.15 g Sulfur / g iron, and then when larger amounts of sulfur are added to take off again. The efficiency values achieved are compiled in FIG. The behavior was for divalent and trivalent iron similar.

Fig. 4 zeigt ferner die Verhältnisse für das Durchlaufen mehrerer Zyklen einer Platte, wie sie mit 5 ml molarer KgS-Ijösung erhalten wurden. Der Ausnutzungsfaktor betrug für den ersten Zyklus 63,8%, für den zweiten Zyklus 56% und für den dritten Zyklus 59%VFig. 4 also shows the relationships for traversing several Cycles of a plate as obtained with 5 ml of molar KgS solution became. The utilization factor was 63.8% for the first cycle, 56% for the second cycle and 59% V for the third cycle

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, bei denen Schwefelblumen unmittelbar mit den Niederschlägen während ihrer Bildung gemischt wurden. Sowohl zu. drei- als auch zweiwertigen Eisenlösungen wurden 0,1 g Schwefel gegeben und sodann gerührt und das Hydroxid aüsgefällt. Im übrigen wurden die Platten wie zuvor behandelt. Fig. 6 zeigt, daß elementarer Schwefel den Wirkungsgrad des Eisenhydroxids als Batteriesubstanz erhöht. Die Auswirkung auf das zweiwertige Eisen, war ausgeprägter als auf das dreiwertige Eisen, und es ergaben sich Ausnutzungsfaktoren von 54% bzw. 25%. Die Kurve 2 der " Fig. 6 zeigt insofern eine gewisse Besonderheit, als die Entladungskurve nach dem zweiten Plateau auf etwa OJY V äbfiVl und eine beträchtliche Zeit auf diesem Wert blieb. Dieses Potentiälpläteäu "* " stellt eine weitere unerklärte Entladungserscheinung dar. Bei Zu- gäbe von iSphwefel;wttrde beobachtet, daß^aer Wirkungsgrad mit der Zahl der Ladungszyklen erhöhte (Fig. 5, Kurven 1 und 2), während für KgS ein Abfall beobachtet wurde.Investigations have been carried out in which sulfur flowers immediately mixed with the precipitates during their formation. Both to. trivalent and divalent iron solutions were used 0.1 g of sulfur was added and then stirred and the hydroxide precipitated. Otherwise the plates were treated as before. Fig. 6 shows that elemental sulfur increases the efficiency of iron hydroxide increased as battery substance. The effect on the divalent iron was more pronounced than on the trivalent iron, and it resulted utilization factors of 54% and 25% respectively. The curve 2 of the " Fig. 6 shows a certain peculiarity, as the discharge curve after the second plateau to about OJY V äbfiVl and a considerable one Time stayed at this value. This Potentiälplätäu "*" represents another unexplained discharge phenomenon of iSphwefel; wttrde observed that ^ aer efficiency with the Number of charge cycles increased (Fig. 5, curves 1 and 2) while a decrease was observed for KgS.

+) (utilization values)+) (utilization values)

Allgemein gesehen hat die Zugabe von leitenden Stoffen zu dem im übrigen nicht leitenden Oxid eine günstige Wirkung auf die Ausnutzung. Der Eisen(III)-Lösung wurden vor der Ausfällung 1/2, 1 und 2 g Carbon Black zugesetzt. Eine kleine Menge Netzmittel kann verwendet werden, um die Benetzung des Carbon Blacks zu erhöhen. Wie mit Fig. 7 gezeigt, wurden Wirkungsgradwerte von 70%, 96% und 112% erzielt. Der Einbau von mehr Carbon Black übte keine weitere günstige Wirkung aus. Die Art des Einbaus wurde geändert, indem der Niederschlag teilweise zu einem dicken Brei gefiltert und dann das Carbon Black eingerührt jedoch führte dies offenbar zu keiner zusätzlichen Erhöhung der Wirkung. Die gesteigerte Ausnutzung blieb bis in den dritten und vierten Zyklus bestehen, wobei sich Werte von 70, 96 und 80% ergaben. Da Wirkungsgradwerte von 112% beobachtet wurden, könnte dies ein Anzeichen dafür sein, daß die Entladung zu Fe3O4 hin geht, wenn die aktive Masse genügend Leitfähigkeit besitzt, jedoch könnte die mögliche Teilnahme des Woll-Gitterwerkes an der Reaktion ebenfalls eine Erklärung dafür sein.In general, the addition of conductive substances to the otherwise non-conductive oxide has a beneficial effect on utilization. 1/2, 1 and 2 g of carbon black were added to the ferric solution before the precipitation. A small amount of wetting agent can be used to increase the wetting of the carbon black. As shown in FIG. 7, efficiency values of 70%, 96% and 112% were achieved. The incorporation of more carbon black had no further beneficial effect. The type of installation was changed by partially filtering the precipitate to a thick paste and then stirring in the carbon black, but this apparently did not lead to any additional increase in the effect. The increased utilization persisted into the third and fourth cycle, with values of 70, 96 and 80%. Since efficiency values of 112% were observed, this could be an indication that the discharge goes to Fe 3 O 4 if the active mass has sufficient conductivity, but the possible participation of the wool latticework in the reaction could also explain this be.

Einige Untersuchungen wurden durchgeführt, indem aktives Elektrodenmaterial mit auf die Eisenplatten aufgebrachten Gemischen von Eisen und Schwefel in einem Bereich von etwa 5% S und 95% Fe bisSome studies have been carried out by using electrode active material with mixtures of Iron and sulfur in a range of about 5% S and 95% Fe bis

3 etwa 66% S und 34% Fe verwendet und die Kapazitäten sowohl in Ah/cm als auch in Ah/g des aktiven Materials gemessen wurde.. Die in Verbindung mit diesen verschiedenen Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse sind mit den zwei Eurven der Fig. 8 wiedergegeben. Wie daraus ersichtlich, liegt bei gleicher Auftragsmenge ein guter Arbeitsbereich für das Fe:S Gew%-Verhältnis zwischen 95:5 und etwa 65:35. Ein bevorzugter Bereich für den Wirkungsgrad liegt zwischen 7% und 36% Schwefel, wobei der Bereich von 12% - 19% Schwefel ein Optimum bildet.3 used about 66% S and 34% Fe and the capacities in both Ah / cm as well as in Ah / g of active material was measured .. The related Results obtained with these various tests are shown with the two Eurven of FIG. How from it As can be seen, there is a good working range for the same order quantity for the Fe: S wt% ratio between 95: 5 and about 65:35. A preferred range for the efficiency is between 7% and 36% sulfur, with the range of 12% - 19% sulfur Optimal forms.

Patentanspruch·:Claim ·:

109139/102 3109139/102 3

Claims (4)

Pat en t an s'.p'r ü c hePat en t an s'.p'r ü c he λ Elektrode für ein Sekundärelernent, die eine Platte aus miteinander vermengten und dabei aktive Elektrodenmasse mit Eisenoxidpartikeln aufnehmenden Faserη aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse (14) , bezogen auf das Gewicht des Eisens, mindestens 5 Gew% Schwefel, Selen, Tellur oder Gemische daraus enthält. % λ electrode for a secondary element, which has a plate of mixed together and thereby active electrode mass with iron oxide particles absorbing fibers, characterized in that the active mass (14), based on the weight of the iron, at least 5% by weight of sulfur, selenium, tellurium or Contains mixtures thereof. % 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Masse (14) 5 - 66 Gew%, vorzugsweise 12 - 19 Gew%,des
Eisengewichts an Schwefel, Selen, Tellur oder Gemischen daraus enthält.
2. Electrode according to claim 1, characterized in that the active mass (14) 5 - 66 wt%, preferably 12-19 wt%, des
Contains iron weight in sulfur, selenium, tellurium or mixtures thereof.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die aktive Masse (14) 10 - 50 Gew%, vorzugsweise 35 Gew%,des
Eisengewichts an Kohlenstoff enthält.
3. Electrode according to claim 1 or 2, characterized in that
the active mass (14) 10-50% by weight, preferably 35% by weight, of the
Contains iron weight in carbon.
4. Elektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß4. Electrode according to claim 1, 2 or 3, characterized in that die Fasern aus Nickel bestehen,the fibers are made of nickel, KN/gb 3KN / gb 3 909839/1023909839/1023 Lee rs e i teLee on the back
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