DE1927093A1 - Air-breathing electrode - Google Patents
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Description
Anmelder: ESB IncorporatedApplicant: ESB Incorporated
Luftsauerstoffatmende ElektrodeAir-breathing electrode
Die vorliegende Erfindung betrifft eine luftsauerstoffatmende Elektrode sowie eine Luftsauerstoff-Zelle bzw. ein Luftsauerstoff-Element, das eine Metallanode und eine luftsauerstoffatmende Elektrode enthält, die einen mikroporösen I1IIm aus einem IPluakohlenstoffpolymerisat auf eine Seite aufgetragen enthält, die unmittelbar der Atmosphäre ausgesetzt ist und die Luftsauerstoff-Elektrode befähigt den flüssigen Elektrolyten in das Innere der Zelle zu beschränken und gleichzeitig den Sauerstoff der Luft aus der Atmosphäre zu "atmen", indem er die Luft (Sauerstoff) von der Umgebung durch die Luftelektrode fließen und den Bezirk der Elektrolyt-Luftelektrode-Grenzfläche erreichen läßt. Eine Wiederaufladung kann mittels einer Ladeelektrode oder durch einfachen Ersatz der Metallanode erreicht werden.The present invention relates to an air-oxygen-breathing electrode and an air-oxygen cell or an air-oxygen element which contains a metal anode and an air-oxygen-breathing electrode which contains a microporous I 1 IIm made of an IPluocarbon polymer applied to one side that is directly exposed to the atmosphere and The air oxygen electrode enables the liquid electrolyte to be confined to the inside of the cell and at the same time to "breathe" the oxygen in the air from the atmosphere by allowing the air (oxygen) from the environment to flow through the air electrode and the area of the electrolyte air electrode -Lets reach the boundary. Recharging can be achieved using a charging electrode or by simply replacing the metal anode.
Ein konventionelles Brennstoffelement hat zwei Metallelektroden, die oft aus dem gleichen Material hergestellt sind und in einen Elektrolyten eintauchen, wobei alles in einem Behältnis angeordnet ist. Es werden für Brennstofftlement- Blektroden teuere Katalysatormaterialien verwendet, und es eind sorgfältig ausgearbeitete Installationen erforderlich zur Zuführung dtr Brennstoffe, Sauerstoff und Wasserstoff,^2- A conventional fuel element has two metal electrodes, often made of the same material, immersed in an electrolyte, with everything placed in a container. Expensive catalyst materials are used for fuel metal electrodes , and carefully worked out installations are required for the supply of fuels, oxygen and hydrogen, ^ 2-
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zu den jeweiligen Elektroden und zur Entfernung des Nebenprodukts Wasser. Derartige Zellen bzw. Elemente haben gute LeMungskennwerte. Die mechanischen Schwierigkeiten, .die im Zusammenhang mit der Wartung auftreten, lassen es aber wünschenswert erscheinen, ein Element bzw. eine Zelle zu entwickeln, die in vorteilhafter Weise die Brennstoffelement-Technologie verwertet, dabei aber die mechanischen Probleme eleminiert, die der Benutzung von Brennstoffelementen innewohnen. Forschungen auf dem Gebiet verschiedener Energiequellen führten zur Entwicklung von Luftsauerstoff-Elementen, die eine Sauerstoffelektrode besitzen, die zum "Atmen" von Luft befähigt ist, während sie unter mannigfaltigen Bedingungen einschließlich seiner Standard-Atmosphären-Umgebung arbeitet.to the respective electrodes and to remove the by-product water. Such cells or elements have good ones LeMing parameters. The mechanical difficulties Occur in connection with maintenance, but make it appear desirable to develop an element or a cell, which utilizes the fuel element technology in an advantageous manner, but at the same time the mechanical problems eliminated, inherent in the use of fuel elements. Research in the field of various energy sources led to the development of atmospheric oxygen elements, which have an oxygen electrode that is used to "breathe" Air is capable while under a variety of conditions including its standard atmospheric environment is working.
Die konventionelle Luftsauerstoff-Zelle, die auch als Metall-Luft-Zelle beschrieben wird, besteht aus einem Behältnis, das mindestens eine negative Elektrode, z.B. Zink, und eine poröse Luftelektrode enthält. Der Elektrolyt ist in der Eegel eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid. Diese Art von Zellen wird als "air depolarized" (Luft-depolarisiert) bezeichnet, da aus der Atmosphäre Luft durch die poröse Elektrode tritt, was zu einer Dreiphäsen-Grenzflache von Elektrodenoberfläche-Luft-Elektrolyten in dem Bezirk führt,,in dem Sauerstoff der Luft als Depolarisationsmittel wirkt. Die poröse Luftelektrode taucht in den Elektrolyten ein, der in die Poren hineinfließt und die Elektrode durchdringt. Eine vollständige Sättigung der Luftelektrode durch den Elektrolyten führt jedoch dazu, daß das Element nicht funktioniert, da die Verstopfung der Elektrodenporen durch den Elektrolyten den Sauerstoff davor hindert, die Elektrodenoberfläche zu erreichen. Dadurch hört die Depolarisation auf.The conventional atmospheric oxygen cell, also called a metal-air cell is described, consists of a container that holds at least one negative electrode, e.g. zinc, and one contains porous air electrode. The electrolyte is usually an aqueous solution of sodium hydroxide. This kind of Cells are called "air depolarized", since air passes through the porous electrode from the atmosphere, which leads to a three-phase interface between the electrode surface-air-electrolyte in the district where oxygen in the air acts as a depolarizing agent. The porous air electrode is immersed in the electrolyte that is in flows into the pores and penetrates the electrode. Complete saturation of the air electrode by the electrolyte however, it leads to the element not working because of the clogging of the electrode pores by the electrolyte prevents the oxygen from reaching the electrode surface. This stops the depolarization.
Das Anpassen einer Brennstoffelement-Sauerstoffelektrode an eine Metall-Luft-Zelle würde das Erforderniss der benötigten Ausrüstung zur Zuführung von Sauerstoff zur Elektrode ele-Matching a fuel element oxygen electrode to a metal-air cell would be the requirement of the needed Equipment for supplying oxygen to the electrode ele-
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minieren. Falls die Sauerstoffeleictrode dazu befähigt werden könnte, den Sauerstoff aus der Atmosphäre zu "atmen" und dabei den Elektrolyten auf die Zelle zu beschränken, würde ein unbeschränkter Zustrom von Sauerstoff vorhanden sein, um einen maximalen Bereich der Elektrodenoberfläche zu erreichen. Man würde dann den Typ einer Metall-Luft-Zelle erhalten, worin die Luftelektrode auch eine Behälterwand sein könnte. Eine solche Elektrode wird durch die vorliegende Erfindung offenbart.mine. If the oxygen electrodes are enabled to do so could "breathe" the oxygen from the atmosphere while confining the electrolyte to the cell, there would be an unrestricted flow of oxygen to reach a maximum area of the electrode surface. One would then obtain the type of a metal-air cell in which the air electrode is also a container wall could. Such an electrode is disclosed by the present invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metall-Luft-Zelle, in der eine neue Lufteleirfcrode verwendet wird, die flüssigkeitsdicht ist und auf eine Oberfläche einen aufgetragenen Film eines mikroporösen Fluorkohlenstoff-Polymerisats enthält. Diese neue Elektrode dient gleichzeitig als Elektrode und als Behälterwand.The present invention relates to a metal-air cell in which a new air electrode is used which is liquid-tight and contains an applied film of a microporous fluorocarbon polymer on one surface. These The new electrode serves both as an electrode and as a container wall.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß eine luftsauer st off atmende Elektrode, die gekennzeichnet ist durch ein metallisches Gitterteil, eine auf das Gitterteil aufgebrachte Katalysatormasse, und ein dünnes mikroporöses Folienmaterial aus einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat, das auf eine Seite der LuftsauerstofiSLektrode aufgebracht ist.The present invention accordingly relates to an electrode which breathes in air and is characterized by a metallic lattice part, a catalyst mass applied to the lattice part, and a thin microporous film material made of a fluorocarbon polymer, which is applied to one side of the atmospheric oxygen electrode.
Das Verfahren zur Herstellung der mikroporösen Luftelektrode besteht im wesentlichen darin, eine poröse benetzungsbeständige Katalysatormasse auf ein metallisches Gitterteil aufzupressen und anschließend auf die eine Seite dieses Grundjcörpers ein mikroporöses Folienmaterial aus einem Fluorkohlenstoff-Polymerisat aufzubringen, das befähigt ist die Elektrode flüssigkeitsdicht zu machen. Als mikroporöses Folienmaterial aus einem Fluorkohlenstoffpolymerisat wurde Polytetrafluoräthylen verwendet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es also eine Metall-Luftzelle zu entwickeln, die eine Luftelektrode besitzt, welche den Elektrolyten in die Zelle beschränkt und dazu befähigt ist, Luft aus der Atmosphäre durch die Elektrode durchfließen zu lassen zur __,Essentially, the method of making the microporous air electrode is to make a porous wetting-resistant one Pressing the catalyst mass onto a metallic grid part and then onto one side of this base body to apply a microporous film material made of a fluorocarbon polymer, which is capable of To make the electrode liquid-tight. The microporous film material made from a fluorocarbon polymer was used Polytetrafluoroethylene used. The present invention thus makes it possible to develop a metal-air cell which has an air electrode which confines the electrolyte into the cell and is capable of drawing air from the atmosphere to flow through the electrode to __,
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inneren Elektrodenoberfläche, und zwar aufgrund des Films aus ' einer mikroporösen Fluorkohlenstoffpolymerisat-Masse, welche auf die äußere Oberfläche der Luftelektrode aufgebracht ist. Man kann von einer Luftelektrode mit diesen Eigenschaften sagen, daß sie Luft oder Sauerstoff "atmet".inner electrode surface, due to the film of ' a microporous fluorocarbon polymer mass which is applied to the outer surface of the air electrode. An air electrode with these properties can be said to "breath" air or oxygen.
Ein weiterer Lösungsweg gemäß der Erfindung liegt in einer Metall-Luftzelle, in der ein Film aus Polytetrafluoräthylen auf die·Oberfläche der Luftelektrode aufgetragen ist, welche Oberfläche direkt der Atmosphäre ausgesetzt ist, und wobei die Poren des Films aus Polytetrafluoräthylen eine solche Größe aufweisen, daß sie die Lufteleictrode befähigen Luft zu "atmen", während sie für den Elektrolyten undurchlässig ist.Another approach according to the invention is a metal-air cell in which a film made of polytetrafluoroethylene is applied to the surface of the air electrode, which surface is directly exposed to the atmosphere, and wherein the pores of the film made of polytetrafluoroethylene have such a size that they enable the Lufteleictrode to air "breathe" while impervious to the electrolyte.
Ebenfalls zur vorliegenden Erfindung gehört eine Metall-Luftzelle mit zwei negativen Elektroden und zwei Luftelektroden, wobei jede Luftelektrode als Behälterwand der Zelle dient und eine Beschichtung aus einem Fluorkohlenstoffpolymerisatfilm auf der Elektrodenoberfläche enthält, die der Atmosphäre ausgesetzt ist. Die Schicht aus dem mikroporösen Fluorkohlenstoffpolymerisat befähigt die Luftelektroden dazu zugleich als Luftelektroden und als Behälterwände zu dienen. Gemäß der Erfindung ist mikroporöses Polytetrafluoräthylen als Film verwendet worden, der auf die äußeren Oberflächen der Luftelektroden aufgebracht wurde. Die vorliegende Erfindung umfaßt auch eine Metall-Luftzelle, die eine luftsauerstoffatmende Elektrode mit einem mikroporösen Fluorkohlenstoffpolymerisat-Film auf einer Seite sowie eine negative Elektrode enthält, wobei die Zelle leicht wiederaufgeladen werden kann mittels einer Ladeelektrode oder durch Entfernung der negativen Elektrode und deren Ersatz durch eine neue Elektrode.The present invention also includes a metal-air cell with two negative electrodes and two air electrodes, each air electrode serving as the container wall of the cell and a coating of a fluorocarbon polymer film Contains on the electrode surface that is exposed to the atmosphere is. The layer made of the microporous fluorocarbon polymer enables the air electrodes to do this at the same time to serve as air electrodes and as container walls. According to the invention, microporous polytetrafluoroethylene is used as the film applied to the outer surfaces of the air electrodes. The present invention includes also a metal-air cell, which is an oxygen-breathing cell Contains an electrode with a microporous fluorocarbon polymer film on one side and a negative electrode, whereby the cell can be easily recharged by means of a charging electrode or by removing the negative electrode and replacing it with a new electrode.
Ebenfalls zur vorliegenden Erfindung gehört eine Metall-Luftzelle, in der die Luftelektrode eine Oberfläche besitzt, die unmittelbar der äußeren Umgebung ausgesetzt ist und wobei diese Oberfläche mit einem Fluorkohlenstoffpolymerisat-Film versehen ist, der die Luftelektrode dazu befähigt ihre Funktion c The present invention also includes a metal-air cell in which the air electrode has a surface which is directly exposed to the external environment and which surface is provided with a fluorocarbon polymer film which enables the air electrode to perform its function c
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in einer Atmosphäre auszufüllen, die teilweise Sauerstoff enthält. to be filled in an atmosphere partially containing oxygen.
Zum besseren Verständnis der Durchführung und der Merkmale der vorliegenden Erfindung und der damit erzielten Ergebnisse wird auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen.To better understand the practice and features of the present invention and the results achieved therewith reference is made to the accompanying drawings.
Figur 1 ist eine Darstellung der Zelle ohne Metall-Ladeelektrode. Sie erläutert die Konstruktion eines Primärelementes mit luftsauerstoffatmenden Elektroden und nur einer negativen Elektrode.Figure 1 is an illustration of the cell without the metal charging electrode. It explains the construction of a primary element with electrodes breathing oxygen and only one negative electrode.
Figur 2 ist eine Darstellung der Zelle mit der Metall-Ladeelektrode. Sie kann als Erläuterung der Konstruktion eines Sekundärelementes betrachtet werden, das zwei luftsäuerstoffatmende Elektroden enthält.Figure 2 is an illustration of the cell with the metal charging electrode. It can be seen as an explanation of the construction of a secondary element, the two air-oxygen breathing elements Contains electrodes.
Figur 3 ist eine Seitenansicht einer Metall-Luftzelle der in Fig« 1 dargestellten Art, jedoch voll zusammengesetzt und fertig zur Verwendung. Sie zeigt die Zellenrahmen im Schnitt und den übrigen Teil der Zelle im Aufriß. In den einzelnen Figuren bezeichnen die einzelnen Bezugszahlen jeweils gleiche Teile.FIG. 3 is a side view of a metal-air cell of FIG Fig «1 shown type, but fully assembled and ready for use. It shows the cell frames in section and the rest of the cell in elevation. In the individual figures, the individual reference numbers denote the same in each case Parts.
Figur 4 erläutert einen Trägerrahmen für die inneren Elemente der in Fig. 1 und 2 dargestellten Zellen.FIG. 4 illustrates a support frame for the inner elements of the cells shown in FIGS.
Die Figuren zeigen jeweils eine Einzelzelle mit zwei Luftelektroden, die als positive Elektroden betrachtet werden können. Die Zellen haben jedoch nicht die gleiche Anzahl an negativenThe figures each show a single cell with two air electrodes, which can be viewed as positive electrodes. However, the cells do not have the same number of negatives
lektroden. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die hier dargestellten speziellen Zellen-Konstruktionen nicht als eine Beschränkung des Schutzumfanges angesehen werden ollen. In Fig. 2 ist eine Zelle gemäß der Erfindung dargetellt, die zwischen den beiden negativen Elektroden eine Metall-Ladeelektrode enthält. Ein Element kann auch ohne eine ladeelektrode betrieben werden. In diesem Fall kann eine Zelle,electrodes. However, it is expressly pointed out that the special cell constructions shown here are not be viewed as a limitation of the scope of protection oll. In Fig. 2 a cell according to the invention is shown, a metal charging electrode between the two negative electrodes contains. An element can also be operated without a charging electrode. In this case a cell,
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wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und wobei nur eine negative •Elektrode verwendet wird, hergestellt werden. Natürlich kann auch die Ladeelektrode einfach bei der in Mg. 2 dargestellten Zelle zwischen den beiden negativen Elektroden entfernt werden. as shown in Fig. 1 and with only one negative • Electrode is used. Of course you can the charging electrode can also simply be removed between the two negative electrodes in the cell shown in Mg. 2.
In Figur 1 ist eine Metall-Luftzelle 20 dargestellt, wobei die einzelnen Komponenten zur besseren Klarheit auseinandergezogen sind. Kunststoff-Endrahmen 2 dienen als bauliches Gerüst für die Zelle. Zwischen diesen Endrahmen wird die Zelle fest zusammengedrückt, wobei die Luftelektroden 3 als Außenwände dienen. Ein Fluorkohlenstoffpolymerisat-lilm 11 ist auf die äußere Oberfläche der Luftelektsode aufgebracht und der Atmosphäre ausgesetzt, während die feuchtigkeitsbeständige Oberfläche 17 der Luftelektrode in Kontakt mit dem Elektrolyten ist. Das metallische Gitterteil der Luftelektrode ist mit 24 bezeichnet.In Figure 1, a metal-air cell 20 is shown, wherein the individual components have been pulled apart for clarity. Plastic end frames 2 serve as a structural Scaffolding for the cell. The cell is firmly compressed between these end frames, the air electrodes 3 as External walls serve. A fluorocarbon polymer film 11 is applied to the outer surface of the air electrode and exposed to the atmosphere, while the moisture-proof Surface 17 of the air electrode is in contact with the electrolyte. The metallic grid part of the air electrode is denoted by 24.
Diese Luftelektroden enthalten ein metallisches Gitter, auf die eine poröse katalytische Masse heiß aufgepreßt ist. Das Gittermetall ist vorzugsweise Streckmetall- oder siebähnlich, um eine gute Haftung der katalytischen Masse am Gitter sicherzustellen. Die katalytische Masse besteht aus einem feuchtigkeitsbeständigem Agenz vermischt mit einem elektrischleitenden Trägermaterial in Partikelform, wobei ein elektrochemisch aktiver Katalysator auf den Partikeln niedergeschlagen ist. Eine feuchtigkeitsbeständige Masse könnte auch ohne einen elektrochemisch aktiven Katalysator hergestellt werden. Die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit im Bereich der Luftelektrode würde dann aber notwendigerweise herabgesetzt sein. Deshalb ist es bevorzugt einen Katalysator bei der Herstellung der Luftelektrode mit zu verwenden.These air electrodes contain a metallic grid onto which a porous catalytic mass is hot-pressed. That Grid metal is preferably expanded metal or screen-like in order to ensure good adhesion of the catalytic mass to the grid. The catalytic mass consists of a moisture-resistant Agent mixed with an electrically conductive carrier material in particle form, one being electrochemically active catalyst is deposited on the particles. A moisture-proof mass could also can be produced without an electrochemically active catalyst. The electrochemical reaction rate im The area of the air electrode would then necessarily be reduced. Therefore it is preferably a catalyst to be used in the manufacture of the air electrode.
Die Abstandshalter 4 können aus Kunststoff hergestellt sein ..The spacers 4 can be made of plastic.
und dienen als Abstandshalter zwischen den Luftelektroden und der negativen Elektrode 5, die auch in ein Trennmaterial 6 eingewickelt ist. Das Trennmaterial kann aus einer gegenüberand serve as spacers between the air electrodes and the negative electrode 5, which are also made of a separating material 6 is wrapped. The separating material can consist of an opposite
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dem Elektrolyten widerstandsfähigen, stark absorbierenden mattierten Faser hergestellt sein, wie sie im Handel beispielsweise unter der Warenbezeichnung "Webril" erhältlich ist.' Diese Abstandhalter sind gemäß der Erfindung nicht wesentlich. Sie füllen aber die sehr nützliche Funktion aus, daß sie ein größeres Elektrolytvolumen ergeben als es ohne diese Abstandhalter vorhanden sein würde. Ein größeres Elektrolytvolumen ist wünschenswert im Hinblick auf die Neigung des Wassers aus dem Elektrolyten durch die Poren der Luftelektroden in die Atmosphäre außerhalb der Zelle zu·verdampfen. Die Streifen 7 der Luftelektroden werden parallel miteinander verbunden zur äußeren Anschlußklemme der Luftelektroden. Der Streifen 8 dient als Anschlußklemme für die negativen Elektroden. Wenn eine Ladeelektrode nicht vorhanden ist, wie in Figur 1, kann eine einzige negative Elektrode anstelle der zwei Elektroden 16, die in Figur 2 dargestellt sind, verwendet werden. Die Abstandhalter 4 und die negative Elektrode 5 können in der richtigen Stellung mittels eines Rahmens gehalten werden, der zwischen die Luftelektroden angeordnet wird» Solch ein Rahmen 25 ist im Sinne der Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Er Jsfc jedoch eine bequeme Hilfe bei der Zusammensetzung der Zelle gemäß der Erfindung und ist in Figur 4 dargestellt.the electrolyte-resistant, highly absorbent matt fiber, such as those commercially available, for example is available under the trade name "Webril". These spacers are not essential to the invention. But they fulfill the very useful function that they are a result in greater electrolyte volume than would be present without these spacers. A larger volume of electrolyte is desirable in view of the tendency of the water from the electrolyte through the pores of the air electrodes into the To evaporate the atmosphere outside the cell. The stripes 7 the air electrodes are connected to one another in parallel to the outer connection terminal of the air electrodes. The strip 8 is used as a terminal for the negative electrodes. If a charging electrode is not present, as in Figure 1, a single negative electrode can be used in place of the two electrodes 16 shown in FIG. The spacers 4 and the negative electrode 5 can be held in the correct position by means of a frame between the air electrodes is arranged »Such a frame 25 is not absolutely necessary for the purposes of the invention. He jsfc however a convenient aid in assembling the cell according to the invention and is shown in FIG.
In Figur 2 ist eine Metall-Luftzelle 21 dargestellt mit einer Ladeelektrode 14, die zwischen die beiden negativen Elektroden 16 eingesetzt ist. Die Ladeelektrode ist auch von einem Separator-Material umgeben, beispielsweise aus Cellophane. Die Streifen 7 verbinden die Luftelektroden parallel zur äußeren Anschlußklemme, während die Zuleitungen 9 die gleiche Funktion für die negativen Elektroden ausüben. Die Ladeelektrode ist durch den Streifen 14 mit dem äußeren Anschluß verbunden.In Figure 2, a metal-air cell 21 is shown with a charging electrode 14, which is between the two negative electrodes 16 is inserted. The charging electrode is also surrounded by a separator material, for example made of cellophane. the Strips 7 connect the air electrodes parallel to the external terminal, while the leads 9 have the same function for the negative electrodes to exercise. The charging electrode is connected by the strip 14 to the external terminal.
Während der Arbeit einer Zelle, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, gelangt Luft unmittelbar aus der Atmosphäre durch die Mikroporen des Fluorkohlenstoffpolymerisat-Filmes in die Luftelektroden 3 und wirkt als Depolarisierungsmittel an der G-renzfläche zwischen dem Elektrolyten und der Oberfläche derDuring the operation of a cell, as shown in Figure 2, air passes directly from the atmosphere through the Micropores of the fluorocarbon polymer film in the air electrodes 3 and acts as a depolarizing agent on the Boundary between the electrolyte and the surface of the
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Luftelektrode. Durch die Größe der Mikroporen des Fluorkohlenstoff polymerisat-Filmes 11, in diesem Falle aus Polytetrafluoräthylen, der auf die äußeren Oberflächen der Luftelektroden aufgebracht ist, sind die Luftelektroden in der Läge undurchlässig für den Elektrolyten zu sein, während sie einen freien Durchgang der Luft durch die Elektroden gestatten.Air electrode. By the size of the micropores of the fluorocarbon polymer film 11, in this case made of polytetrafluoroethylene, which is applied to the outer surfaces of the air electrodes is applied, the air electrodes are able to be impermeable to the electrolyte during a Allow air to pass freely through the electrodes.
Das Separator-Material 13, das die negativen Elektroden umgibt dient dazu diese Elektroden von den Luftelektroden abgetrennt zu halten, womit geholfen wird einen Kurzschluß zwischen den Elektroden zu verhindern. Die Ladeelektrode kann auch in ein Separator-Material eingeschlossen sein, was auf die Wirksamkeit der Zellenleistung keinen Einfluß hat, aber auch einen Kontakt zwischen der Ladeelektrode und den negativen Elektroden verhindert, in dem es das Dendrit-Wachsennicht zuläßt, das während dem Laden der Zelle eintreten kann. Nach der Entladung können die negativen Elektroden unter Verwendung der Ladeelektrode wieder geladen werden. Falls die Konstruktion eines Primärelementes gemäß Figur 1 verwendet wird, kann zur Wiedsraufladung die entladene negative Elektrode einfach durch eine neue ersetzt werden. Die Abstandshalter 4, die negativen Elektroden 16 und die Ladeelektrode 14 können alle am richtigen Platz zv/ischen den Luftelektroden durch einen Rahmen gehalten werden ähnlich demjenigen, der oben beschrieben und in Figur 4 dargestellt ist.The separator material 13 surrounding the negative electrodes serves to keep these electrodes separated from the air electrodes, which helps a short circuit to prevent between the electrodes. The charging electrode can also be enclosed in a separator material, which is based on the effectiveness of the cell performance has no influence, but also a contact between the charging electrode and the negative ones Electrodes by preventing the dendrite growth that can occur during cell charging. After the discharge, the negative electrodes can be charged again using the charging electrode. if the Construction of a primary element according to FIG. 1 is used, the discharged negative electrode can be used for recharging can simply be replaced with a new one. The spacers 4, the negative electrodes 16 and the charging electrode 14 can all be held in place between the air electrodes by a frame similar to that shown in FIG is described above and shown in FIG.
In Figur 3 ist eine Seitenansicht einer zusammengesetzten Zelle 20 gemäß Figur 1 teilweise im Schnitt und teilweise im Aufriß dargestellt. Eine solche Ansicht einer Zelle gemäß der Erfindung ist im gewissen Umfang irreführend, da sie den Eindruck geben kann, daß die Zelle dick ist und ein größerer Abstand zwischen den Luftelektroden vorliegt als er tatsächlich gegeben ist. Es sei deshalb hier bemerkt, daß eine zusammengesetzte Zelle gemäß der Erfindung sehr schmal ist, wenn sie von der Seite aus gesehen wird. Sie wurde in Fig. i> lediglich der besseren Klarheit wegen teilweise breiter dargestellt. QFIG. 3 shows a side view of an assembled cell 20 according to FIG. 1, partly in section and partly shown in elevation. Such a view of a cell according to the invention is to some extent misleading as it does Can give the impression that the cell is thick and that there is a greater distance between the air electrodes than it actually is given is. It should therefore be noted here that a composite cell according to the invention is very narrow, when seen from the side. It was shown in FIG only partially shown in a broader way for the sake of clarity. Q
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Xn Figur 3 halten die Kunststoff-Bndrahmen 2 Luftelektroden 3 der gemäß der Erfindung offenbarten Art fest zusammengepreßt mit den Abstandshaltern 4, zwischen denen eine negative Elektrode 5 eingehüllt durch ein Separator-Material 6 angeordent ist. Die Luftelektroden liegen parallel und sind zur äußeren Anschlußklemme durch Streifen 7 verbunden. Der Streifen 8 dient als die äußere Zuleitung für die negative Elektrode. Die Elemente 4, 5 und 6 sind innerhalb eines Rahmens 25 von der Art, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, gezeigt. Der Elektrolyt 26 füllt den Innenraum der Zelle zwischen den Luftelektroden 3 aus.In FIG. 3, the plastic ribbon frames 2 hold air electrodes 3 of the type disclosed according to the invention firmly pressed together with the spacers 4, between which a negative electrode 5 is encased by a separator material 6 arranged. The air electrodes are parallel and facing the outer Terminal connected by strip 7. The strip 8 serves as the external lead for the negative electrode. the Elements 4, 5 and 6 are shown within a frame 25 of the type shown in FIG. The electrolyte 26 fills the interior of the cell between the air electrodes 3.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion der Luftelektroden 3. Während die innere Oberfläche 17 und die äußere Fluorkohlenstoffpolymerisat-Oberflache 11 einer Luftelektrode gemäß der Erfindung in den Figuren 1 und 2 gesehen werden kann, wird nunmehr auf die Figur 1 Bezug genommen, um die Konstruktion der Luftelektrode und seine neun Merkmale zu erläutern.An important feature of the present invention is the construction of the air electrodes 3. While the inner surface 17 and the outer fluorocarbon polymer surface 11 of an air electrode according to the invention in the figures 1 and 2, reference is now made to FIG. 1 to illustrate the construction of the air electrode and to explain its nine characteristics.
Die Grundstruktür einer Luftelektrode gemäß der Erfindung ist bereits oben erläutert worden. Insbesondere besteht die Luftelektrode, wobei auf Figur 1 Bezug genommen wird, aus drei Grundelementen: nämlich einem metallischen Gitterteil 24, einer feuchtigkeitsbeständigen katalytischen Masse, die auf das erwähnte Gitterteil aufgepreßt und als die innere Oberfläche 17 der Luftelektrode dargestellt ist, und eine Oberflächenschicht oder ein Film aus einem Fluorkohlenstoffpolymerisat 11, das auf die eine Seite des Gitters aufgebracht ist. The basic structure of an air electrode according to the invention has already been explained above. In particular, the air electrode, with reference to FIG. 1, consists of three basic elements: namely a metallic grid part 24, a moisture-resistant catalytic mass which is pressed onto the mentioned grid part and is shown as the inner surface 17 of the air electrode, and a surface layer or a Film made of a fluorocarbon polymer 11 which is applied to one side of the grid.
Das metallische Gitterglied 24 hat die Funktion eines Stromsammlers und eines tragenden Gitters und ist vorzugsweise ein Streckmetall oder ein Sieb, da die gerippte Struktur die Haftung der katalytischen Masse am Gitter unter Bildung eines Gitters verstärkt. Außerdem muß das für den Gitterteil verwendete Metall eine gute Korrosionsbeständigkeit im Blektro-The metallic grid member 24 has the function of a current collector and a supporting grid and is preferably a Expanded metal or a sieve, as the ribbed structure is the Adhesion of the catalytic mass to the grid is increased to form a grid. In addition, the metal used for the grid part must have good corrosion resistance in the electro-
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lytmedium der Zelle besitzen. Bei alkalischen Elektrolytlösungen ist es im aligemeinen bevorzugt Nickelgitter zu verwenden, obwohl auch Silber- und mit Silber plattierte Kupfersiebe erfolgreich verwendet wurden. In einem sauren Elektrolyten können als G-ittermaterial Mob , Tantal, IDitan, Molybdän und Zirkon verwendet werden.possess lytmedium of the cell. With alkaline electrolyte solutions It is generally preferred to use nickel meshes, although silver and silver plated copper meshes are also preferred have been used successfully. In an acidic electrolyte, mob, tantalum, titanium, molybdenum can be used as the grid material and zircon can be used.
Die katalytische Masse, die auf der inneren Oberfläche 17 der luftelektrode vorliegt, besteht im allgemeinen aus einem elektrisch leitendem in Partikelform vorliegenden Trägermaterial, das als Träger für einen elektrochemisch aktiven Katalysator dient. Kohlenstoff ist das im allgemeinen bevorzugte Trägermaterial, und zwar im Hinblick auf den niedrigen Preis, obwohl auch andere Trägermaterialien wie Bornitrid oder fein verteilte Metallpulver verwendet werden können. Der elektrochemisch aktive Katalysator, der auf das Trägermaterial aufgetragen ist, kann einer der allgemein bekannten Brennstoffelement-Katalysatoren sein wie Silber, Gold und die Metalle der Platingruppe (Ruthenium, Rhodium, Osmium, Iridium, Palladium und Platin). Es sei bemerkt, daß Kohlenstoff material in Partikelform mit darauf niedergeschlagenen derartigen Katalysatoren im Handel erhältlich ist. Es ist auch möglich fein verteilte Katalysatorstoffe ohne einen Träger zu verwenden. Da jedoch die Katalysatoren im allgemeinen sehr teuer sind, ist es bevorzugt ein billigeres Srägermaterial wie Kohlenstoff zu verwenden. Außerdem kann fein verteilter Kohlenstoff als Katalysatormaterial ohne einen der oben erwähnten teuren Katalysatoren verwendet werden. Diese Katalysatoren verbessern jedoch wesentlich den Wirkungsgrad der elektrochemischen Reaktion, die an der Luftelektrode stattfindet. Deshalb ist es bevorzugt, daß einer oder mehrere, dieser Katalysatoren in der Katalysatormasse vorliegen.The catalytic mass present on the inner surface 17 of the air electrode generally consists of one electrically conductive carrier material in particle form, which is used as a carrier for an electrochemically active Catalyst is used. Carbon is the generally preferred support material in view of the low Price, although other carrier materials such as boron nitride or finely divided metal powder can also be used. Of the electrochemically active catalyst which is applied to the support material can be one of the generally known fuel element catalysts be like silver, gold and the metals of the platinum group (ruthenium, rhodium, osmium, iridium, Palladium and platinum). It should be noted that carbon material is in particulate form with such deposited thereon Catalysts is commercially available. It is also possible to use finely divided catalyst materials without a carrier. However, since the catalysts are generally very expensive, it is preferably a cheaper support material such as carbon to use. In addition, finely divided carbon can be used as a catalyst material without any of the above-mentioned expensive ones Catalysts are used. However, these catalysts significantly improve the efficiency of the electrochemical reaction, which takes place at the air electrode. Therefore, it is preferred that one or more of these catalysts in the catalyst mass are present.
Zusätzlich kann die Katalysatormasse ein hydrophobes Material enthalten, das als feuchtigkeitsbeständiges Agenz dient. Der-Zweck eines solchen feuchtigkeitsbeständigen Mittels besteht darin zu verhindern, daß der Elektrolyt vollständig die Luft-In addition, the catalyst mass can contain a hydrophobic material which serves as a moisture-resistant agent. The purpose of such a moisture-proof agent is to prevent the electrolyte from completely exhausting the air.
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elektrode imprägniert, wenn diese in Kontakt mit dem wässrigen Elektrolyten ist. Es ist auf dem Gebiet der Brennstof£elemente bekannt Fluorkohlenstoffpolymerisate wie Polytetrafluoräthylen, Polytrifluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polytrifluorchloräthylen und Goplymerisate davon als feuchtigkeitsbeständige" Mittel für Gaseleirtroden zu verwenden, und sie haben sich als zufriedenstellend erwiesen für die luftsauerstoffatmenden Elektroden gemäß der Erfindung. Silicon-Harze oder Paraffinwachs können auch als feuchtigkeitsbeständige Mittel verwendet werden.electrode impregnated when it is in contact with the aqueous electrolyte. It is in the field of Brennstof £ elements known Fluorkohlenstoffpolymerisate such as polytetrafluoroethylene, Polytrifluoräthylen, polyvinyl fluoride, polytrifluorochloroethylene and Goplymerisate thereof as moisture resistant "means Gaseleirtroden to use, and they have been found to be satisfactory for the oxygen in the air breathing electrodes according to the invention. Silicone resins or Paraffin wax can also be used as a moisture proof agent.
Im allgemeinen ist das Katalysätormaterial in Mengen im Bereich zwischen etwa 0.01 und etwa 10 Gew.5k des Trägermaterials vorhanden, wobei etwa 5 i° Platin als sehr vorteilhaft sich erwiesen hat. Das feuchtigkeitsbeständige Fluorkohlenstoffpolymerisat-Mittel liegt im allgemeinen in einem Anteil von etwa 5- etwa 60 Gew.$ bezogen auf die gesamte Katalysatormasse vor, wobei etwa 20 % bevorzugt sind.In general, the catalyst material is present in amounts in the range between about 0.01 and about 10% by weight of the support material, with about 5 ° platinum having proven to be very advantageous. The moisture-resistant fluorocarbon polymer agent is generally present in a proportion of about 5 to about 60% by weight, based on the total catalyst mass, with about 20 % being preferred.
Das dünne, mikroporöse Fluorkohlenstoffpolymerisat-Material in Filmform, das auf die eine Oberfläche der Luftelektrode aufgebracht ist, ist ein wesentliches Merkmal gemäß der Erfindung. Dieses Fluorkohlenstoffpolymerisat-Filmmaterial muß eine einheitliche Mikroporosität haben, die die Elektrode dazu befähigt Luft zu atmen. Die Mikroporen müssen dabei von einer so geringen Größe sein, daß die hydrophobe Eigenschaft des Fluorkohlenstoffpolymerisats den Elektrolyten darin hindert durch das Fluorkohlenstoffpolymerisat-Folienmaterial durchzusickern. Es wurde gefunden, daß die porenbildenden Teilchen ausreichend klein sein sollten, um durch ein 200 mesh-Sieb zu passieren. Dies entspricht einer Teilchengröße von etwa 73 micron oder weniger. Teilchen, die ein 325 mesh-Sieb passieren, entsprechend einer Teilchengröße von etwa 40 micron oder weniger haben ein ausgezeichnet mikroporöses Polytetrafluoräthylen ergeben. V/eiterhin ist es erforderlich, daß das Fluorlcohlenstoffpolymerisat-Folienmaterial fest an der Katalysatormasse haftet, um zu verhindern, daß die Folie von derThe thin, microporous fluorocarbon polymer material in film form, which is applied to one surface of the air electrode, is an essential feature according to the invention. This fluorocarbon polymer film material must have a uniform microporosity that the electrode enables you to breathe air. The micropores must be of such a small size that the hydrophobic property of the fluorocarbon polymer inhibits the electrolyte therein by the fluorocarbon polymer sheet material to seep through. It has been found that the pore forming particles should be small enough to pass through a 200 mesh screen to happen. This corresponds to a particle size of about 73 microns or less. Particles passing through a 325 mesh sieve happen, corresponding to a particle size of about 40 microns or less, have an excellent microporous polytetrafluoroethylene result. Furthermore, it is necessary that the fluorine-carbon polymer film material is firmly attached to the catalyst mass adheres to prevent the film from falling off the
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Elektrode abpellt, wenn die Luft-Metallzelle, in der die Luftelektrode verwendet wird, dem Lade-Entlade-Zyklus unterworfen wird. Im allgemeinen kann das Fluorkohlenstoffpolymerisat-Folienmaterial aus den gleichen Fluorkohlenstoffpolymerisaten hergestellt sein, die als feuchtigkeitsbeständige Mittel verwendet werden. Dabei ist Polytetrafluoräthylen besonders bevorzugt. Die Herstellung des mikroporösen Fluorkohlenstoffpolymerisat-Folienmaterials ist im einzelnen in Beispiel 1 beschrieben und in einer Patentanmeldung mit dem Titel "A Method for Making Thin, Microporous Fluorocarbon Polymer Sheet Material", eingereicht von Jack C. Sklarchuk und William F. Kobie und übertragen auf die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen Fluorkohlenstoffpolymerisat-Folienmaterial mit einer Stärke im Bereich von etwa 5 bis etwa 30 mils zufriedenstellend ist.Electrode peeled off when the air-metal cell in which the air electrode is used is subjected to the charge-discharge cycle will. In general, the fluorocarbon polymer sheet material can be made from the same fluorocarbon polymers which are used as moisture proof agents. Polytetrafluoroethylene is particularly preferred. The manufacture of the microporous fluorocarbon polymer sheet material is described in detail in Example 1 and in a patent application entitled "A Method for Making Thin, Microporous Fluorocarbon Polymer Sheet Material, "submitted by Jack C. Sklarchuk and William F. Kobie and assigned to the assignee of the present patent application. It has been found that generally fluorocarbon polymer sheet material having a thickness ranging from about 5 to about 30 mils is satisfactory.
Bei einem sauren Elektrolyten ist Blei geeignet als Metall für die negative Elektrode, während Niob, Tantal, Titan, Zirkon oder Molybdän für die Ladeelektrode verwendet werden können, falls eine solche in der Zelle vorhanden ist. Antimon itann ebenfalls für die negative Elektrode bei einem sauren Elektrolyten verwendet werden. Es ist jedoch nicht so wünschenswert wie Blei, und zwar aufgrund der niedrigeren Entladespannung. Bei einem alkalischen Elektrolyten kann die negative Elektrode aus Zink, Cadmium oder Eisen hergestellt sein, während die Ladeelektrode, falls eine solche verwendet wird, aus einem Material hergestellt sein kann, das in der alkalischen Lösung korrosionsbeständig ist, beispielsweise Nickel. Magnesium ist ein geeignetes Material für die negative Elektrode in einem Salzwasserelektrolyten. Außerdem kann Graphit als Material für die Ladeelektrode in jedem Elektrolyten verwendet werden.In the case of an acidic electrolyte, lead is suitable as the metal for the negative electrode, while niobium, tantalum, titanium, zirconium or molybdenum can be used for the charging electrode, if one is present in the cell. Antimony itann can also be used for the negative electrode in an acidic electrolyte. However, it is not so desirable like lead, due to the lower discharge voltage. In the case of an alkaline electrolyte, the negative electrode made of zinc, cadmium or iron, while the charging electrode, if one is used, made of a Material can be made that is corrosion resistant in the alkaline solution, for example nickel. Magnesium is a suitable material for the negative electrode in a salt water electrolyte. Also, graphite can be used as a material can be used for the charging electrode in any electrolyte.
Die Herstellung der Luftelektrode erfordert Sorgfalt hinsichtlich der Sicherstellung einer einheitlichen Mikroporosität des Fluorkohlenstofffilms, der auf eine Oberfläche der Elektrode aufgebracht wird. In dem folgenden Beispiel ist eine ins einzelne gehende Beschreibung des Verfahrens zur Her--The manufacture of the air electrode requires care to ensure uniform microporosity the fluorocarbon film deposited on a surface of the electrode is applied. The following example provides a detailed description of the process for producing
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stellung einer Luftelektrode enthalten, die die neuen Eigenschaften der Luftelektrode gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt.position of an air electrode containing the new properties of the air electrode according to the present invention.
Oalciumformat (CaCCHOg^) wurde bei 12O0C getrocknet und durch ein -325 mesh-Sieb gesiebt. Ein 5/1 Gemisch wurde durch Vermischen von 250 g Ca(CHOp)ρ-Pulver mit 83.3 g einer Polytetrafluoräthyien-Emulsion (Teflon 30) enthaltend 50 g Polytetrafluoräthylenpolymerisat hergestellt. Die Emulsion wurde mit 50 ml Wasser verdünnt, stark gerührt, und dann wurde das Ca(CHOp)p-Pulver langsam zugegeben. flach gründlichem 10 Min. langem Mischen dieses Gemisches wurde es bei 1250C zur völligen Trockenheit getrocknet und dann in einem Schnellmischer zu Mikroteilchen zermahlen. In diese Masse wurden 15 g Paraffinwachs gründlich eingemischt, bevor sie zu Folienmaterial geformt wurde.Oalciumformat (CaCCHOg ^) was dried at 12O 0 C and sieved through a -325 mesh sieve. A 5/1 mixture was prepared by mixing 250 g of Ca (CHOp) ρ powder with 83.3 g of a polytetrafluoroethylene emulsion (Teflon 30) containing 50 g of polytetrafluoroethylene polymer. The emulsion was diluted with 50 ml of water, stirred vigorously, and then the Ca (CHOp) p powder was slowly added. Shallow thorough mixing of this mixture for 10 minutes, it was dried to complete dryness at 125 ° C. and then ground to microparticles in a high-speed mixer. 15 g of paraffin wax were thoroughly mixed into this mass before it was formed into sheet material.
Es wurde eine Gummimühle verwendet, um aus dem hergestellten Gemisch Folien zu bilden. Die Rückwalze der Mühle wurde auf 600C und die Vorderwalze auf 710C erhitzt. Der Zwischenraum zwischen den Walzen wurde so eingestellt, daß eine Folie von 20 mils Stärke erhalten wurde. Das pulverisierte Semisch wurde auf die Gummiwalze geschüttet, einmal gewalzt, von der Mahlwalze abgezogen, umgeschlagen und nochmals gewalzt. Dieses Walzen-Abstreifen-Walzen-Verfahren wurde wiederholt, um eine korrekte Stärke und Einheitlichkeit sicherzustellen. Danach wurde das Material von den Walzen abgestreift und als Folien-Material erhalten» Die Folien wurden abkühlen gelassen und wurden steif, jedoch haltbar und leicht zu verarbeiten.A rubber mill was used to form sheets from the mixture produced. The back roller of the mill was heated to 60 0 C and the front roller 71 0 C. The gap between the rollers was adjusted so that a film 20 mils thick was obtained. The pulverized semicircle was poured onto the rubber roller, rolled once, pulled off the grinding roller, turned over and rolled again. This roll-stripe-roll procedure was repeated to ensure correct strength and uniformity. The material was then stripped from the rollers and obtained as film material. The films were allowed to cool and became stiff, but durable and easy to work with.
Die gewalzten Folien wurden dann in einen Soxhlet-Extraktionsapparat gegeben, der warmes Aceton (gerade unterhalb des Siedepunktes) enthielt, um das Paraffinwachs zu entfernen. Dieses Extraktionsverfahren benötigte etwa eine halbe Stunde. Das auf dem Folienmaterial befindliche überschüssige Aceton wurde abgelöscht, und die Folie wurde in einen kalten Sinter-The rolled foils were then put into a Soxhlet extractor which contained warm acetone (just below boiling point) to remove the paraffin wax. This Extraction process took about half an hour. The excess acetone on the film material was extinguished and the foil was placed in a cold sinter
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ofen gegeben. Der Ofen wurde langsam auf 3450C erhitzt, und' das Polytetrafluoräthylen wurde etwa eine halbe Stunde lang bei 3450C gesintert. Anschließend wurde die Folie auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen.oven given. The furnace was slowly heated to 345 ° C. and the polytetrafluoroethylene was sintered at 345 ° C. for about half an hour. The film was then allowed to cool to room temperature.
Eine Katalysator-Masse wurde dadurch hergestellt, daß eine wässrige Anschlämmung eines auf einem Kohlenstoffträger niedergeschlagenen 5 i> Platin-Katalysators, der im Handel erhältlich ist von Englehardphergestellt wurde. Diese Anschlämmung wurde schnell gerührt, und eine verdünnte Lösung einer Polytetrafluoräthylen-Emulsion (Teflon 30) wurde langsam in einer solchen Menge zu der Anschlämmung gegeben, daß diese 20 Gew.% Polytetrafluoräthylen bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Katalysator-Masse enthielt. ITachdem das lolytetrafluoräthylen in die Katalysator-Masse unter Bildung eines homogenen Gemisches eingemischt worden war, wurde die Masse gründlich in Wasser, dann in Aceton und dann wieder in Wasser gewaschen. Drei g dieser feuchtigkeitsbeständigen Katalysator-Masse wurden auf ein sauberes 75 mesh-Nickelsieb bei einem Druck von 1000 kg/cm bei Zimmertemperatur aufgepreßt. Dabei wurde eine Luftelektrode erhalten, die auf jeder Seite eine Fläche von 6.35 cm χ 6.35 cm besaß.A catalyst composition was prepared by an aqueous slurry of a precipitated on a carbon support 5 i> platinum catalyst which is commercially available was of Englehardphergestellt. This slurry was stirred rapidly and a dilute solution of a polytetrafluoroethylene emulsion (Teflon 30) was slowly added to the slurry in such an amount that it contained 20% by weight of polytetrafluoroethylene based on the total weight of the dry catalyst mass. After the olytetrafluoroethylene was mixed into the catalyst mass to form a homogeneous mixture, the mass was washed thoroughly in water, then in acetone and then again in water. Three g of this moisture-resistant catalyst mass were pressed onto a clean 75 mesh nickel screen at a pressure of 1000 kg / cm at room temperature. An air electrode was obtained which had an area of 6.35 cm × 6.35 cm on each side.
Auf eine Seite dieser Luftelektrode wurde ein Stück des gesinterten Polytetrafluoräthylen-Iolienmaterials, das noch immer das Galciumformat als Porenbildner enthielt, bei einem Druck von 1000 kg/cm und bei einer !Temperatur von 205°C 2 Min. lang aufgepreßt. Nachdem die Polytetrafluoräthylen-Folie auf die Luftelektrode heiß aufgepreßt worden war, wurde die die Folie enthaltende Elektrode in warmes Wasser (99°0) eingetaucht, um den Calciumformat-Porenbildner zu entfernen. Um eine vollständige Entfernung des Porenbildners sicherzustellen, wurde die Elektrode etwa 16 Std. lang (über Facht) im warmen Wasser belassen. Anschließend wurde sie aus dem Wasser herausgenommen und trocknen gelassen.A piece of the sintered was placed on one side of this air electrode Polytetrafluoroethylene Iolienmaterials, which still contained the Galciumformat as a pore former, in one Pressure of 1000 kg / cm and at a temperature of 205 ° C for 2 minutes. After the polytetrafluoroethylene film was pressed hot on the air electrode, the electrode containing the foil was in warm water (99 ° 0) immersed to remove the calcium format pore former. To ensure complete removal of the pore former, the electrode was left in the warm water for about 16 hours (over fold). Then it became from the Taken out water and allowed to dry.
Diese Elektrode wurde als Halbzelle in einem 27$igen Kaliumhydroxidelektrolyten getestet, wobei unter verschiedenenThis electrode was used as a half-cell in a 27 $ potassium hydroxide electrolyte tested, taking under different
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lastungen die folgenden Spannungen erhalten wurden:the following stresses have been obtained:
Volt gegen H2 Volt against H 2
Leerlaufspannung 20 mA/cm 50 mA/cm 100 mA/cm2 150 mA/cm2 0.980 0.650 0.770 0.645 0.455 Open circuit voltage 20 mA / cm 50 mA / cm 100 mA / cm 2 150 mA / cm 2 0.980 0.650 0.770 0.645 0.455
In den folgenden Beispielen sind einige Arbeitscharakteristika von Metall-Luftzellen der in Figur 2 dargestellten Art wiedergegeben, die 2 Luftelektroden und 2 negative Elektroden haben, wobei verschiedene Metalle für die negativen Elektroden verwendet wurden. Die Luftelektroden waren von der in Beispiel 1 beschriebenen Art, wobei Polytetrafluoräthylen als mikroporöser Fluorkohlenstoffpolymerisat-Film verwendet wurde. Die Stärke lag im Bereich zwischen 5 und 50 mm. Die Folie war auf die Elektrodenoberflächen aufgetragen, die der Atmosphäre ausgesetzt sind.In the following examples are some working characteristics reproduced by metal-air cells of the type shown in Figure 2, which have 2 air electrodes and 2 negative electrodes, different metals were used for the negative electrodes. The air electrodes were from the example 1 type described, wherein polytetrafluoroethylene was used as a microporous fluorocarbon polymer film. The thickness was in the range between 5 and 50 mm. The foil was applied to the electrode surfaces, that of the atmosphere are exposed.
Bei der in diesem Beispiel verwendeten Zelle wurden LufteleK:- troden der in Beispiel 1 beschriebenen Art gegen Magnesiumelektroden verwendet·, und der Elektrolyt bestand aus Seewasser. Die Zelle arbeitete in einer Luftumgebung bei Normaldruck und Zimmertemperatur. Das Zellen-Potential wurde in Volt gemessen als Funktion der Stromdichte in Milliampere pro Quadratzentimeter.In the cell used in this example, air elecs were: - electrodes of the type described in Example 1 were used against magnesium electrodes, and the electrolyte consisted of seawater. The cell operated in an air environment at normal pressure and room temperature. The cell potential was in Volts measured as a function of current density in milliamps per square centimeter.
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In der gemäß diesem Beispiel verwendeten Zelle wurden die Luftelektroden der in Beispiel 1 beschriebenen Art gegen Cadmium-Elektroden arbeiten gelassen, wobei der Elektrolyt 27$ige Kaliumhydroxidlösung war. Die Zelle wurde bei einer konstanten Stromdichte von 25 Milliampere pro Quadratzentimeter arbeiten gelassen. Die Ablesewerte des Zellen-Potentials in Volt wurden über einen längeren Zeitraum als Funktion der Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen der Zelle genommen. Die Zelle wurde in Luftumgebung, die frei an Kohlendioxid war, bei Zimmertemperatur arbeiten gelassen.In the cell used in this example, the air electrodes were The type described in Example 1 was allowed to work against cadmium electrodes, the electrolyte being 27% Potassium hydroxide solution was. The cell would operate at a constant current density of 25 milliamps per square centimeter calmly. The readings of the cell potential in volts were given over a period of time as a function of the number the charge-discharge cycles of the cell are taken. The cell was allowed to work in an air environment free of carbon dioxide at room temperature.
Zeit (Min.) 0 10 20 30 40 50 60 Zellen- Zellen-Zellen- Zellen-Zellen-Zellen-Zellenpoten- poten- poten- poten- poten- poten- poten-Time (min.) 0 10 20 30 40 50 60 cells-cells-cells-cells-cells-cells-cell-potential poten- poten- poten- poten- poten-
1 0.78 0.775 0.77 0.75 0.725 0.68 0.601 0.78 0.775 0.77 0.75 0.725 0.68 0.60
50 0.68 0.66 0.63 0.60 0.55 0.48 0.5850 0.68 0.66 0.63 0.60 0.55 0.48 0.58
100 0.60 0.57 0.53 0.47 0.39 0.29 0.05100 0.60 0.57 0.53 0.47 0.39 0.29 0.05
150 0.50 0.48 0.45 0.42 0.36 0.29 0.15150 0.50 0.48 0.45 0.42 0.36 0.29 0.15
200 0.48 0.445 0.40 0.35 0.26 0.13 0200 0.48 0.445 0.40 0.35 0.26 0.13 0
250 0.48 0.445- 0.41 0.36 0.27 0.17 0250 0.48 0.445- 0.41 0.36 0.27 0.17 0
In der Zelle dieses Beispieles wurden die Luftelektroden der in Beispiel 1 beschriebenen Art gegen Zinkelektroden in einen 21% Kaliumhydroxidelektrolyten arbeiten gelassen. Die Daten wurden beim Arbeiten der Zelle bei Zimmertemperatur ermittelt. In einer Versuchsserie wurde die Stromdichte als Funktion des Zellen-Potentials gemessen, während in einer anderen Versuchsserie das Zellen-Potential bei einer konstanten Stromdichte von 25 Milliampere pro Quadratzentimeter als Funktion der Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen gemessen wurde. Die Umgebung war wiederum Luft, aus der das Kohlendioxid entfernt worden war.In the cell of this example, the air electrodes of the type described in Example 1 were made to work against zinc electrodes in a 21% potassium hydroxide electrolyte. The data were obtained when the cell was operated at room temperature. In one series of experiments, the current density was measured as a function of the cell potential, while in another series of experiments the cell potential was measured at a constant current density of 25 milliamps per square centimeter as a function of the number of charge-discharge cycles. The environment was again air from which the carbon dioxide had been removed.
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Zeit (Min.) 0 10 20 30 40 50 60 Zahl der Zellen- Zellen- Zellen- Zellen- Zellen- Zellen-Zelle Poten- Poten- Poten- Poten- Poten- Poten- Poten tial tial tial tial tial tial tialTime (min.) 0 10 20 30 40 50 60 Number of cells-cells-cells-cells-cells-cells-cells Potential potential potential potential potential tial tial tial tial tial
1.17 1.13 1.10 1.071.17 1.13 1.10 1.07
1.07 0.98 1.07 0.98
Aus den in den obigen Beispielen wiedergegebenen Daten ist es
ersichtlich, daß eine Metall-Luftzelle, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt ist, eine gute Arbeitscharakteristik
als Quelle von elektrischer Energie besitzt, und zwar zusätzlich dazu, daß sie neue mechanische und chemische Eigenschaften
aufweist. Die Fähigkeit, viele Male einen Iade-Entlade-Zyklus
unterworfen werden zu können, ist insbesondere
ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung.From the data presented in the examples above, it is
It can be seen that a metal-air cell made in accordance with the present invention has good performance characteristics
as a source of electrical energy, in addition to having new mechanical and chemical properties. The ability to be subjected to a charge-discharge cycle many times is particular
an important feature of the present invention.
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