DE1950920A1 - Inorganic separator for alkaline batteries - Google Patents
Inorganic separator for alkaline batteriesInfo
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Description
22.897(32.659)/Sohli. Dr. |nf). Äömann 7.10.196922,897 (32,659) / Sohli. Dr. | nf) . Äömann October 7, 1969
DuiiburgDuiiburg
2424
Yardney International Corp., New York NoY. I00I3 / UoS.A. 4o-52 Leonard StreetYardney International Corp., New York NoY. I00I3 / UoS.A. 4o-52 Leonard Street
Anorganischer Separator für alkalische AkkumulatorenInorganic separator for alkaline batteries
Die Erfindung betrifft einen anorganischen Separator für alkalische Akkumulatoren mit einer löslichen Zinkelektrode und einer Gegenelektrode aus Silber, Nickel oder einer Luftdepolarisationselektrode, bestehend aus der Schicht einer anorganischen Verbindung, die unmittelbar auf einer Elektrode abgelagert oder einem selbsttragenden, zwischen den Elektroden angeordneten Separator zugeordnet ist, und hat eine besonders zweckmäßige Zusammensetzung und ein hierfür geeignetes Herstellungsverfahren zum Gegenstand, daran welches die Leistung und Lebensdauer des Akkumulators wesentlich gesteigert wird.The invention relates to an inorganic separator for alkaline batteries with a soluble zinc electrode and a counter electrode made of silver, nickel or an air depolarization electrode consisting of the layer an inorganic compound deposited directly on an electrode or a self-supporting, between is assigned to the electrodes arranged separator, and has a particularly expedient composition and a for this purpose Appropriate manufacturing process to the subject, which the performance and service life of the battery is essential is increased.
Die bekannten Separatoren, einschließlich der anorganischen Separatoren haben den Nachteil, daß sie bei Verwendung in alkalischen Akkumulatoren und wiederaufladbaren Luftdepolarisationszellen, welche wiederaufladbare Zinkelektroden haben, in relativ kurzer Zeit oxydieren. Bei alkalischen Nickel/ Zinkakkumulatoren oder alkalischen Silber/Zinkakkumulatoren bereitet außerdem die Löslichkeit des Zinks im alkalischen Elektrolyten (z.B. Kaliumhydroxyd) in der Form von Zinkationen und die Löslichkeit des Silbers Schwierigkeiten. Silberoxyd ist bekanntlich ein starkes Oxydationsmittel und die meisten bei den vorbekannten Batterien oder Akkumulatorenzellen mit Silberelektroden verwendeten Separatoren verursachen ein Wandern des Silbers zum organischen Separator, der gegenüber Silberoxyd und Silberperoxyd ein Reduktionsmittel darstellt. Die Oxydation des auf Zellulose oder einem ähnlichen polymeren oder semipolymeren Materials basierenden organischen Separators führte zu einer mechanischen ZerstörungThe known separators, including the inorganic separators, have the disadvantage that they are used in alkaline batteries and rechargeable air depolarization cells, which have rechargeable zinc electrodes, oxidize in a relatively short time. For alkaline nickel / zinc batteries or alkaline silver / zinc batteries also prepares the solubility of zinc in alkaline electrolytes (e.g. potassium hydroxide) in the form of zinc ions and the solubility of the silver difficulties. Silver oxide is known to be a strong oxidizing agent and the cause most of the separators used in the previously known batteries or accumulator cells with silver electrodes a migration of the silver to the organic separator, which is a reducing agent compared to silver oxide and silver peroxide represents. The oxidation of the on cellulose or one based on similar polymeric or semi-polymeric material organic separator led to mechanical destruction
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durcn welche die Isolierung zwischen den Zellenplatten verringert wurde, so daß frühzeitig ein Kurzschlußstrom entstand. Andererseits besteht an den Zinkelektroden die Schwierigkeit, daß das im Elektrolyten gelöste Zink beim Wiederabscheiden auf der Zinkelektrode dendritisch auswächst und bei einem häufigeren Lade-Entladevorgang auch hier zu Kurzschlüssen führt. Zinkelektroden haben weiterhin den Nachteil, daß sie einer Gestaltsänderung ausgesetzt sind, weil bei dem Lade-Entladevorgang das aktive Elektrodenmaterial von dem oberen Plattenbereich nach unten zum Boden hin wandert. Hierdur cn findet im ο Deren .bereich der Elektrode eine Verdünnung statt, während der untere Elektrodenbereich im Laufe · W der Zeit immer dicker wird. Eine solche Gestaltsänaerung verringert die Kapazität der Akkumulatorenzelle in den folgenden Lade-Entladezyklen ganz erheblich.due to which the insulation between the cell plates was reduced, so that a short-circuit current developed early on. On the other hand, there is the problem with zinc electrodes that the zinc dissolved in the electrolyte grows dendritically when it is redeposited on the zinc electrode and leads to short circuits here too if the charge-discharge process is more frequent. Zinc electrodes also have the disadvantage that they are subject to a change in shape because, during the charge-discharge process, the active electrode material migrates from the upper plate area down to the bottom. Hierdur cn found in ο Their .bereich the electrode instead of a dilution, while the lower electrode area over · W of the time is getting thicker. Such a change in shape reduces the capacity of the battery cell in the following charge-discharge cycles quite considerably.
Zur Beseitigung der vorgenannten Schwierigkeiten sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, die jedoch alle zu keinem befriedigendem Ergebnis geführt haben. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, semipermeable Membranen (z.B. aus Zellulose) mit anorganischen Verbindungen oder elementarem Metall zu imprägnieren. Obwohl hierdurch die mechanische Festigkeit des Separatormaterials verbessert und der Oxydationsvorgang verringert wurde, ließ sich mit dieser Ausführung das Wandern ) des Zinks und eine Dendritenbildung nicht verhindern. Diese Systeme geben nur einen geringen Schutz gegen eine mechanische Zerstörung unu bleiben für eine Oxydation durch Silberoxyd bzw. Silberperoxyd sehr empfänglich. Um der Gestaltsänderung der Elektrodenform beim LösungsVorgang entgegenzutreten ist beispielsweise vorgeschlagen worden, das Aktivmaterial t»- schenförmig einem Elektrodenträger zuzuordnen, durch welches es an der Platte gehalten wird. Auch der Vorschlag, nicht oxydierbare synthetische Kunststoffe als Isolatoren zwischen den aktiven Elektroden zu verwenden, erwies sich als unwirksam hinsichtlich der vorgenannten Probleme. Diese Ausführungen hatten eine geringere Permeabilität und ungünstigere elektrische Eigenschaften.Numerous proposals have been made to overcome the aforementioned difficulties, but none of them have led to a satisfactory result. For example, it has been proposed to use semipermeable membranes (e.g. made of cellulose) impregnate with inorganic compounds or elemental metal. Although this increases the mechanical strength of the separator material was improved and the oxidation process was reduced, the migration could be made with this design ) of zinc and do not prevent dendrite formation. These systems give only a low level of protection against mechanical Destruction and remain very susceptible to oxidation by silver oxide or silver peroxide. About the change in shape the shape of the electrodes is to be countered during the solution process For example, it has been proposed to assign the active material to an electrode carrier in the form of a bag, through which it is held on the plate. Even the suggestion, no Using oxidizable synthetic plastics as insulators between the active electrodes proved ineffective regarding the aforementioned problems. These remarks had a lower permeability and less favorable electrical properties.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Separator für alkalische Akkumulatoren mit einer löslichen Zinkelektrode zu entwickeln, welcher ohne Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften des Akkumulators gegenüber einer Oxydation besonders widerstandsfähig ist und eine Formänderung der Elektroden infolge eines Zinkwandems ausschließt. Gleicnzeitig soll der Separator auch zu Zwecken einer Dialyse, Elektrophorese, Osmose, als Molekularsieb oder als milliporöse oaer mikroporöse Filtermembran verwendbar sein.In contrast, the invention is based on the object of a separator for alkaline batteries with a to develop soluble zinc electrode, which is particularly resistant to oxidation without impairing the electrical properties of the accumulator and a change in shape of the electrodes as a result of a Excludes zinc wandems. At the same time, the separator should also for the purposes of dialysis, electrophoresis, osmosis, as a molecular sieve or as a milliporous or microporous filter membrane be usable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da» der anorganische Separator aus der Kristallschicht eines im Elektrolyten unelöslichen Übergangsmetall- oder seltenen Erdmetalloxydes oder -hydroxydes besteht, wobei der Ionenradius des Elements größer als o,7 A* ist.According to the invention, this object is achieved in that the inorganic separator consists of the crystal layer of an im Electrolytes of insoluble transition metal or rare earth metal oxides or hydroxides are made, with the ionic radius of the element is greater than 0.7 A *.
In überraschender Weise zeigt ein erfindungsgemäß aufgebauter Separator eine wesentlicn geringere Zinkwanderung, so daß eine Gestaltsänderung der Zinkelektroden kaum in Erscheinung tritt, wobei der Separator einer Oxydation aucia bei Vorhandensein von Silberoxyden wi-^dersteht, wenn die anorganischen Stoffe derart ausgewählt sind., daß sie im alkalischen Elektrolyten (z.B. Kaliumhydroxyd) unlöslich sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Separator durch ein einfacnes Ausfällen hergestellt werden kann, wobei das Fällungsmittel dem alkalischen iSLektrolyt selbst entspricht. Der Separatorniederschlag kann entweder unmittelbar auf einer Elektrode aufgetragen werden oder in Verbindung mit synthetischen Kunststoffen vermischt und zu einer selbsttragenden Separatorfolie verarbeitet werden.Surprisingly, a separator constructed according to the invention shows a significantly lower zinc migration, so that there is hardly any change in shape of the zinc electrodes occurs, the separator also resisting oxidation in the presence of silver oxides, if the inorganic Substances are selected so that they are insoluble in alkaline electrolytes (e.g. potassium hydroxide). Another The advantage is to be seen in the fact that the separator can be produced by a simple precipitation, the Precipitant corresponds to the alkaline iS electrolyte itself. The separator can either be deposited directly on a Electrode can be applied or mixed with synthetic plastics and become a self-supporting Separator foil can be processed.
Offenbar wirkt der erfindungsgemäß zusammengesetzte Separator wie ein Molekularsieb, durch welches ein Zinkwandern durch Ionenaustausch oder mechanische Vorgänge verhindert wird. Der anorganische Separator benachteiligt auch nicht den elektrischen Widerstand der Zelle, so daß diese beim Wiederaufladen eine gute Leistung gibt und eine große Lebensdauer besitzt.Apparently the separator composed according to the invention acts like a molecular sieve through which zinc migrates is prevented by ion exchange or mechanical processes. The inorganic separator is also not disadvantageous the electrical resistance of the cell, so that this when Recharging gives good performance and has a long lifespan.
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Die vorteilhafte Wirkung erstreckt sich auf die Oxyde und. Hydroxyde der Übergangsmetalle und seltenen Erdmetalle, welche die Kristallstruktur des Cadmiumjodids (CdJ2) erhalten, wenn sie mit Kaliumhydroxyd aus einer Salzlösung dieser chemischen Elemente mit verschiedenen Anionen, z.B. Sulfatanionen (SO*"") oder Acetatanionen (CH^COO*") ausgefällt werden. Offenbar sind aber nicht alle Übergangsmetalloxyde und«-hydroxyde als anorganisches Separatormaterial geeignet· Es ist festgestellt worden, daß der Ionenradius dieser chemischen Elemente bei einer Ausführung, wo der anorganische Separator unmittelbar auf einer Silber- oder Zinkelektrode aufgetragen ist, gleich oder größer als " 0,8 Ä sein soll, während er be i Verwendung in selbsttragenden Separatorfolien, die durch Zugabe synthetischer Kunststoffe hergestellt sind, auch etwas darunter liegen kann, beispielsweise bei oder über o,7 i.The beneficial effect extends to the oxides and. Hydroxides of transition metals and rare earth metals, which get the crystal structure of cadmium iodide (CdJ 2 ) when they are precipitated with potassium hydroxide from a salt solution of these chemical elements with various anions, e.g. sulfate anions (SO * "") or acetate anions (CH ^ COO * ") Apparently not all transition metal oxides and hydroxides are suitable as inorganic separator material "Should be 0.8 Å, while when used in self-supporting separator films that are made by adding synthetic plastics, it can also be somewhat below, for example at or above o.7 i.
In allen Fällen soll es sich aber um Oxyde und Hydroxyde handeln, welche in Kaliumhydroxyd ausgefällt sind und in diesem unlöslich sind.In all cases, however, it should be a question of oxides and hydroxides which are precipitated in potassium hydroxide and in this are insoluble.
Für den anorganischen Separator erwiesen sich die Oxyde oder Hydroxyde folgender Übergangsmetalle oder seltenen Erdmetalle als besonders geeignet; Dreiwertige Didymin- ) oxyde und -hydroxyde, Mangan(II)-Hydroxyd, Cer(III)-Oxyd und die entsprechenden Hydroxyde und Oxyde von Praseodymium, Neodymium, Samarium, Europium, Lanthan, Scandium, Yttrium, Hafnium, Zirkonium und Thorium. Mit nicht ganz so guten Ergebnissen zeigten sich aber auch als brauchbar: Cadmium(II)-Hydroxyd und Eisen (II)-Hydroxyd.The oxides or hydroxides of the following transition metals or rare earth metals have proven to be particularly suitable for the inorganic separator; Trivalent Didymin-) oxides and hydroxides, manganese (II) hydroxide, cerium (III) -Oxyd and the corresponding hydroxides and oxides of praseodymium, neodymium, samarium, europium, lanthanum, scandium, yttrium, hafnium, zirconium and thorium. With results that were not quite so good, the following were also found to be useful: Cadmium (II) hydroxide and iron (II) hydroxide.
Wenn das anorganische Separatormaterial unmittelDar auf der Elektrode abgeschieden wird, können die vorgenannten Stoffe bzw. Verbindungen auch zusammen mit Nickel(II)-Hydroxyd verwendet werden. Allerdings ist zu beachten, daß das Nickelhydroxyd für gewisse Anwendungsbereich· wegen seiner Tendenz zur Oxydation nicht so geeignet ist.When the inorganic separator material is deposited directly on the electrode, the aforesaid Substances or compounds also together with nickel (II) hydroxide be used. However, it should be noted that the nickel hydroxide for certain areas of application · because of its tendency is not so suitable for oxidation.
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Wie bereits ausgeführt worden ist, läßt sich das anorganisch-e Separatormaterial entweder unmittelbar auf eine der Elektroden auftragen oder läßt sich zu einer selbsttragenden Separatorfolie verarbeiten, wobei es mit einem geeigneten Kunststoffbinder verbunden wird. In allen Fällen wird aber das anorganische Separatormaterial aus einer wässerigen Lösung eines Übergangsmetall- oder seltenen Erdmetallsulfats oder -acetats durch Zugabe von Kaliumhydroxyd ausgefällt» Dieses Ausfällen kann unmittelbar auf der Elektrode erfolgen, wobei dann die Zinkelektrode in ein entsprechendes Salzbad eingetaucht und das Kaliumhydroxyd als Fällungsmittel zugeführt wird; der ausgefällte Teststoff wird sich dann unmittelbar an der Zinkelektrode ablagern· Andererseits läßt sich das anorganische Separatormaterial auch aus der Lösung gewinnen und das Abscheidungsprodukt nach dem Spülen auf eine Zinkelektrode in pastöser Form auftragen· Versuche ergaben, daß es auch möglich ist, entsprechende Ablagerungen auf der Zinkelektrode durch eine elektrolytische (kathodische) Ablagerung aus einer Nitratlösung zu erhalten.As has already been stated, the inorganic-e Separator material can either be applied directly to one of the electrodes or can be made into a self-supporting one Process the separator film, connecting it with a suitable plastic binder. In all cases but the inorganic separator material is made from an aqueous solution of a transition metal or rare earth metal sulfate or acetate precipitated by adding potassium hydroxide »This precipitation can occur directly on the electrode take place, the zinc electrode then immersed in a suitable salt bath and the potassium hydroxide as Precipitant is supplied; the precipitated test substance will then be deposited directly on the zinc electrode On the other hand, the inorganic separator material and the deposition product can also be obtained from the solution after rinsing apply to a zinc electrode in pasty form.Tests have shown that it is also possible Corresponding deposits on the zinc electrode through an electrolytic (cathodic) deposit from a nitrate solution to obtain.
Selbstverständlich können zusätzlich zu Kaliumhydroxyd andere wasserlösliche Alkalimetall- und Erdalkalimetallhydroxyde als Fällungsmittel Verwendung finden· Versuche ergaben jedoch, daß es vorteilhaft ist, wenn das Fällungsmittel identisch ist mit dem Elektrolyten des elektrochemischen Systems, in dem die Elektrode später verwendet werden soll. Handelt es sich um eine Silber/Zinkzelle oder um eine Nickel/Zinkzelle mit Kaliumhydroxyd als Elektrolyt, so wird als Fällungsmittel zweckmäßig Kaliumhydroxyd verwendet. Die Ursache für diese vorteilhafte Wirkung ist noch nicht bekannt, wobei davon ausgegangen werden kann, daß es sich um recht komplizierte Kristallstrukturen handelt, die durch die üblichen Oxyd- und Hydroxydformeln nicht wiedergegeben werden können· Of course, in addition to potassium hydroxide, other water-soluble alkali metal and alkaline earth metal hydroxides can be used as precipitants.However, tests have shown that it is advantageous if the precipitant is identical to the electrolyte of the electrochemical system in which the electrode is later to be used. In the case of a silver / zinc cell or a nickel / zinc cell with potassium hydroxide as the electrolyte, potassium hydroxide is expediently used as the precipitating agent. The cause of this beneficial effect is not yet known, although it can be assumed that the crystal structures involved are quite complicated and cannot be represented by the usual oxide and hydroxide formulas.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das anorganische Separatormaterial in vorteilhafter Weise auch in Verbindung mit synthetischen Kunststoffen 2m einer selbsttragenden Separatorfolie verarbeitet werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man das Fällungsprodukt mit Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen oder Polyvinylalkohol, zweckmäßig in der Form einer Emulsion, vermischte Die auf diese Art und Weise hergestellten Pasten können zu selbsttragenden Folien ausgerollt werden» In überraschender Weise zeigen sie die gleichen guten semipermeablen Eigenschaften und sind praktisch vollständig widerstandsfähig gegenüber der Oxydation in Zellensystemen . mit starken Oxydationsmitteln und zeigen deutlich bessere Eigenschaften als jene, bei denen organische Separatoren metallisiert worden sind. In allen Fällen sollte das Separatormaterial zweckmäßig eine Dicke von etwa über o,l mm haben, wobei die obere Grenze nur durcji die Verhältnisse der Zelle bestimmt werden. Bei Zellen für eine hohe Stromentladung oder -ladung wird man also dünnes Separatormaterial wählen, hingegen für langsame Eatlapdungen und Ladungen entsprechend dickere·It has already been pointed out that the inorganic separator material can also advantageously be used in combination with synthetic plastics 2m one self-supporting Separator film can be processed. This can be done, for example, by the precipitation product with polytetrafluoroethylene, polyethylene or polyvinyl alcohol, expediently in the form of an emulsion, mixed The pastes produced in this way can be rolled out into self-supporting foils »In Surprisingly, they show the same good semipermeable properties and are practically complete resistant to oxidation in cell systems. with strong oxidizing agents and show clearly better ones Properties than those where organic separators have been metallized. In all cases it should Separator material expediently have a thickness of about 0.1 mm, the upper limit only by the proportions of the cell. So with cells for a high current discharge or charge one becomes thin Select separator material, but for slow eating and loads correspondingly thicker
Die neuartigen anorganischen Separatorfolien lassen sich in vorteilhafter Weise als Membranen oder semipermeable Separatoren auch für anaere Zwecke verwenden. Geeignet sind sie ' als Membranen für Zwecke der Dialyse, als Molekularsiebe oder als mikroporöse Filter, als Zellenunterteiler und Membranen in elektrochemischen Systemen für Wasserentsalzung und Elektrophorese. Sie lassen sich auch in nicht elektrischen Systemen verwenden, wo mehr eine Membranmechanische Diffusion erwünscht ist.The novel inorganic separator films can advantageously be used as membranes or semipermeable separators for other purposes as well. They are suitable 'as membranes for purposes of dialysis, as molecular sieves or microporous filters as cell dividers and membranes in electrochemical systems for water desalination and electrophoresis. They can also be used in non-electrical systems where more membrane mechanical diffusion is desired.
Der Gegenstand der Erfindung ist anhand mehrerer Ausfiirungsbeispiele erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 einen mittleren Querschnitt durch eine wiederauf-The subject matter of the invention is based on several exemplary embodiments explained, namely Fig. 1 shows a central cross section through a re-
ladbare jUckumulatortn-ztll· und Fig. 2 eintn mittleren Querschnitt durch eine wiederauf-loadable jUckumulatortn-ztll · and Fig. 2 shows a middle cross-section through a re-
ladbare Gaadepolarisationszell··Chargeable Gaadepolarization Cell · ·
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Figur 1 zeigt eine Zelle Io mit einer negativen Zinkelektrode 11, bei dex· die Masse des elektrochemisch aktiven Materials 12 mit einem anorganischen Separator 14 versehen ist, der eine in den folgenden Beispielen beschriebene Zusammensetzung haben kann. Ein selbsttragender anorganischer Separator 14a (vgl. Beispiel II) ist zwischen der Elektrode 11 und einer Gegenelektrode 13 angeordnet, welche als Silber- oder Nickelelektrode ausgestaltet und mit einem dünnen Film aus einem anorganischen Separatormaterial 14 versehen ist. Der Elektrolyt 17 der Zelle besteht aus Kaliumhydroxyd.Figure 1 shows a cell Io with a negative zinc electrode 11, at dex · the mass of the electrochemically active material 12 with an inorganic separator 14, the one in the following examples may have the composition described. A self-supporting inorganic separator 14a (see Example II) is arranged between the electrode 11 and a counter electrode 13, which is designed as a silver or nickel electrode and provided with a thin film of an inorganic separator material 14. The electrolyte 17 of the Cell is made of potassium hydroxide.
In Figur 2 ist eine Zinkelektrode 21 der Zelle 2ο mit einem anorganischen Separatorüberzug 22 versehen und ist gegenüber einer Luftdepolarisationselektrode 24 angeordnet, in welche Luft durch eine Leitung 25 eingespeist wird. Dieses System läßt sich über die Anschlüsse 26 und 27 aufladen und verwendet einen Kaliumhydroxydelektrolyten 2o.In Figure 2 is a zinc electrode 21 of the cell 2ο provided with an inorganic separator coating 22 and is arranged opposite an air depolarization electrode 24, in which air is fed through a line 25. This system can be charged via connections 26 and 27 and uses a potassium hydroxide electrolyte 2o.
Eine Zink/zinkoxydelektrode für eine Silber-Zink- oder eine Nickel-Zink-Zelle nach Figur 1 oder eine wiederaufladbare Luftdepolarisationszelle gemäß Figur 2 wurde durch Eintauchen der Zinkelektrode in eine Nickelsulfatlösung (12o g 4 HpO pro Liter) auf die Dauer von fünf Minuten bei Raumtemperatur hergestellt. Die Elektrode wurde dann herausgenommen und in eine 35^-ige wässerige KOH-Lb"sung auf eine Dauer von einer Minute eingetaucht. Sie wurde dann wieder in das Nickelsulfatbad für eine Dauer von fünf Minuten und schließlich nochmals für eine Minute in die KOH-Lo*sung eingetaucht. Danach wurde die Platte bei loo°C auf die Dauer von vier Stunden in einem Umluftgebläse ofen getrocknet. Die Platten hatten einen Überzug aus Nickel(II )-Hydroxyd Ni(OH)0 und wurden bei etwa 63 kg/cm gepreßt, so daß ein zusammenhängender Überzug mit einer Dicke von etwa o,5 mm entstand. Die mit einem Jfickelhydroxydüberzug versehene Zinkelektrode wurde dann in eine Zinkluftzelle eingesetzt, die eine üblicheA zinc / zinc oxide electrode for a silver-zinc or a nickel-zinc cell according to FIG. 1 or a rechargeable air depolarization cell according to FIG Room temperature produced. The electrode was then removed and immersed in a 35% aqueous KOH solution for one minute. It was then re-immersed in the nickel sulfate bath for five minutes and finally again in the KOH solution for one minute The plate was then dried in a forced-air oven for four hours at 100 ° C. The plates had a coating of nickel (II) hydroxide Ni (OH) 0 and were pressed at about 63 kg / cm so that a continuous coating was formed about 0.5 mm thick. The zinc electrode, provided with a nickel hydroxide coating, was then placed in a zinc air cell, which is a conventional one
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Depolarisationselektrode besaß, nachdem sie in einer Nylongewebetasche eingelagert una mit verschiedenen Schichten eines Zellophanseparatormaterials umwickelt war. Die Zelle wurde mit einer 3i>7S~igen wässerigen Kaliumhydroxydlösung mit 80 g Zinkoxyd (ZnO) pro Liter gefüllt. Eine Vergleichszelle wurde bei Verwendung von unbehandelten Zinkoxydplatten hergestellt. Die Versuchs- und Vergleichszelle wurde in identischer Weise geladen und mit einer Entladerate von 31 m A/cm entladen. Nach 24 Lade-Entladezyklen hatte die Vergleichszelle einen Verlust von mehr als 5o $ ihrer ursprünglichen Kapazität, während bei 44 Zyklen die mit . einem anorganischen Separator versehene Versuchszelle noch nahezu ihre ursprüngliche Amperestundenkapazität besäße Wegen einer Oxydation durch Silberoxyd eignete sich dieser anorganische Nickelhydroxydseparator nicht für Silber-Zinkzellen ·Depolarization electrode after being in a nylon fabric pouch stored una with different layers of a cellophane separator material. The cell was washed with a 3% aqueous potassium hydroxide solution filled with 80 g zinc oxide (ZnO) per liter. A comparison cell was made using untreated zinc oxide plates. The test and comparison cell was charged in an identical manner and discharged at a discharge rate of 31 mA / cm. After 24 charge-discharge cycles, the Comparison cell lost more than $ 50 of its original capacity, while at 44 cycles the with . The test cell provided with an inorganic separator would still have almost its original ampere-hour capacity This inorganic nickel hydroxide separator was not suitable for silver-zinc cells because it was oxidized by silver oxide ·
Ceriumhydroxyd wurde für einen anorganischen Separator durch Erhitzung einer gesättigten Lösung von Cer-III-Chlorid (CeCL,) von etwa looo g pro Liter bei einer Temperatur von 80 bis 850C hergestellt, woraufhin konzentriertes Kaliumhydroxyd (44jt-ig) zugefügt wurde, bis die Ausfällung des Hydroxydes vollständig war. Das Kaliumhydroxyd wurde nach ί einer Erwärmung auf 800C auf die Dauer von fünf Minuten bei konstanter Bewegung der Lösung zugesetzt. Infolge der exothermen Reaktion Detrug die Errbemperatur der Lösung 950C.Was Ceriumhydroxyd was made of an inorganic separator by heating a saturated solution of cerous chloride (CeCl,) of about looo g per liter at a temperature of 80 to 85 0 C, followed by concentrated potassium hydroxide (44jt-ig) was added to the precipitation of the hydroxide was complete. The potassium hydroxide was added to ί heating to 80 0 C for a period of five minutes at constant agitation of the solution. As a result of the exothermic reaction the solution Detrug the Errbemperatur 95 0 C.
Das ausgefällte Ceriumhydroxyd wurde dann von Kaliumhydroxyd freigewaschen und bei 600C auf die Dauer von 24 Stunden getrocknete Das getrocknete Material wurde pulverisiert und durch ein Sieb mit o,74 mm Maschenweite gesiebt, und das feine Pulver mit einer Polytetrafluoräthylenemulsion (Dupon Nr· 3o TFG-Emulsion) in einem solchen Verhältnis gemischt, daß das feste Polyte trafluoräthylen etwa 2o Gewichtsprozent des gesamten Feststoffes in der Mischung ausmachte. DieThe precipitated Ceriumhydroxyd was then washed free of potassium hydroxide and dried at 60 0 C for a period of 24 hours The dried material was pulverized and sieved through a sieve o, 74 mm mesh size, and the fine powder with a Polytetrafluoräthylenemulsion (Dupon No. · 3o TFG -Emulsion) mixed in such a ratio that the solid Polyte trafluoroethylene made up about 2o percent by weight of the total solid in the mixture. the
kittartige Mischung wurde "bei loo°C auf die Dauer von vier Stunden in einem Luftumwälafen getrocknet und dann zu einer Folie bei etwa 2,31/cm2 auf eine Dicke von 0,8 mm gepreßt. Die Separatorfolie hatte einen Widerstand von o,o355 Ohm-cm in einer 44^-igen KOH-Lösung unü o,o236 Ohm-cm bei 35$ KOH. Bin Osmose-Meßgerät zeigte semipermeable Eigenschaften des Separators. Die Separatorfolie wurde zur Umhüllung der Zinkelektrode einer Zinkluftzelle verwendet, bei welcher die Elektrode zuerst in eine Gewebetasche und dann in eine Ceriumhydroxydseparatorfolie eingehüllt wurde. Zum Versanlieüen von drei Kanten der Folie wurde Epoxyd verwendet, welche dann eine kopfoffene Tasche bildete. Wie vorstehend beschrieben, zeigt eine Zelle mit einer 35^-igen KOH-Lösung bei 80 g ZnO pro Liter ein*»e Lebensdauer mit aufrechterhaltener Kapazität von 51 Zyklen. Eine überprüfung der Zelle nach der Kurzschlußbildung zeigte einige mechanische Zerstörungen und Brüche, aber keine Zinkdurchdringung.The putty-like mixture was dried in an air circulator at 100 ° C. for a period of four hours and then pressed into a film at about 2.31 / cm 2 to a thickness of 0.8 mm. The separator film had a resistance of 0.0355 Ohm-cm in a 44% KOH solution and 0.0236 ohm-cm at 35 $ KOH. An osmosis meter showed the separator's semipermeable properties. The separator film was used to enclose the zinc electrode of a zinc air cell, in which the electrode first Epoxy was used to seal three edges of the film, which then formed an open-headed pocket.As described above, a cell with a 35% KOH solution at 80 g ZnO per Liters a * »e service life with sustained capacity of 51 cycles A check of the cell after the formation of a short circuit showed some mechanical damage and breaks, but no zinc penetration.
Die Methode gemäß Beispiel II wurde mit dem Unterschied ausgeführt, daß das Ceriumhydroxyd bei Raumtemperatur ausgefällt wurde, um ein Oxysalz mit der vorstehend beschriebenen Kristallschicht struktur zu erhalten. Versuche mit diesem Separatormaterial, das entsprechend Beispiel II gefertigt wurde, ergaben, daß eine Zinkluftzelle nach drei Tiefentladungen noch 8o# der ursprünglichen Kapazität besaß·The method according to Example II was carried out with the difference that the cerium hydroxide precipitated at room temperature to obtain an oxy salt having the above-described crystal layer structure. Try with This separator material, which was manufactured according to Example II, showed that a zinc air cell after three Deep discharges still had 8o # of the original capacity
Ceriumhydroxydseparatoren wurden nach Beispiel II mit dem Unterschied gefertigt, daß die Masse nach dem Mischen mit Polytetrafluoräthylen und dem Trocknen erneut mit Wasser benetzt una dann zwischen Walzen zur Bildung einer gleichmäßigen Folie mit einer Dicke von etwa 0,28 bis o,33 mm kalendriert wurde· Sie hatte einen Widerstand von o,o35 Ohm-cm bei 4o # KOH. Vergleichende Zinkdurohdringungsproben ergaben, daß der Separator nur eine geringe DwxohdringungCerium hydroxide separators were manufactured according to Example II with the difference that the mass after mixing with Polytetrafluoroethylene and drying again wetted with water una then between rollers to form a uniform Foil was calendered with a thickness of about 0.28 to 0.33 mm · It had a resistance of 0.35 Ohm-cm at 4o # KOH. Comparative zinc penetration samples showed that the separator had only a low level of penetration
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nach 1β38ο Minuten hatte; Batterieseparatormaterial, basierend auf Cellophan, hatte nur eine Dauer von 19o bis 280 Minuten, bis eine Zinkdurchdringung erfolgte una Oömosemessungen zeigten vergleichbare semipermeable Eigenschaften zwischen dem anorganischen Separator und dem Cellophanseparat or. Auch nach einem verlängerten Eintauchen in 44 $> KOH konnte keine Änderung der Elektrodenform festgestellt werden. Aus dem verbesserten Material wurden unter Verwendung von heißversiegelten Kanten Taschen hergestellt und die Zelle zeigte die gleiche Zyklenanzahl wie sie im Zusammenhang mit den Beispielen II und III beschrieben ist.had after 1β38ο minutes; Battery separator material, based on cellophane, only had a period of 190 to 280 minutes before zinc penetration occurred and oömose measurements showed comparable semipermeable properties between the inorganic separator and the cellophane separator. Even after prolonged immersion in 44 $> KOH, no change in the shape of the electrodes could be determined. Pockets were made of the improved material using heat-sealed edges and the cell exhibited the same number of cycles as described in connection with Examples II and III.
Nickel(II)-Hydroxyd wurde durch Zugabe einer 44^-igen KOH-Lösung zu einer gesättigten Lösung (625 g/Liter) aus NiSO*· 4 H„0 bei Raumtemperatur auf die Dauer von fünf Minuten unter kontinuierlichem Rühren hergestellt. Der erhaltene Nickelhydroxydniederschlag wurde gewaschen und bei 7l°C auf die Dauer von zwanzig Stunden getrocknet, pulverisiert und auf eine maximale Korngröße von o,o74 mm gesichtet. Das Pulver wurde dann mit lo^-igem faserigem Kaliumtitanat gemischt, das vorher auf maximal o,o74 mm Kormgröße abgesiebt war, und die Pulvermischung dann mit einer Polytetrafluoräthylenemulsion (Dupon Nr. 3o GFE-Emulsion) vermischt, so daß das Verhältnis des festen Polytetrafluoräthylens zum gesamten Feststoff Io Gewichtsprozent betrug. Nach dem Mischen auf die Dauer von zehn Minuten wurde das Material bei loo°C getrocknet, auf eine Dauer von vier Stunden in einem Luftumwälzofen. Die Separatorfolie wurde dann durch Pressen des Materials in einer geeigneten Form bei DrückenNickel (II) hydroxide was made by adding a 44 ^ KOH solution to a saturated solution (625 g / liter) of NiSO * 4 H "0 produced at room temperature over a period of five minutes with continuous stirring. The received Nickel hydroxide precipitate was washed and dried at 71 ° C. for twenty hours, pulverized and sighted to a maximum grain size of 0.074 mm. The powder was then mixed with 10% fibrous potassium titanate, which had previously been sieved to a maximum of 0.074 mm grain size, and the powder mixture then with a polytetrafluoroethylene emulsion (Dupon No. 3o GFE emulsion) mixed, see above that the ratio of the solid polytetrafluoroethylene to the total solid was Io percent by weight. After this Mixing for ten minutes, the material was dried at 100 ° C for four hours in a forced air oven. The separator sheet was then through Pressing the material in a suitable shape while pressing
von l,5t/cm auf eine Dicke von 0,6 mm gepreßt. Sie hatte ei-rnen Widerstand von o, ol2 Ohm-cm in 35 # KOH. Im allgemeinen ergaben Separatoren, die ohne Kaliumtitanat hergestellt wurden, Widerstände, die eine Größenordnung höher lagen als jene mit Io # Kaliumtitanat·of 1.5t / cm pressed to a thickness of 0.6 mm. she had a resistance of 0.12 ohm-cm in 35 # KOH. In general produced separators made without potassium titanate, resistances an order of magnitude higher than those with Io # potassium titanate
Diese Separatoren wurden in Zink/Luft- und Niolcel/Zink-These separators were made in zinc / air and Niolcel / zinc
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Zellen erprobt. In Zink/Luf t-Z eilen hielt der Separator 35 Zyklen aus, und der Fehler war auf einen Bruch, aber ohne jede Durchdringung zurückzuführen. In Nickel/Zink-Zellen war nur eine mechanische Zerstörung in Erscheinung getreten, und hier bei Testserien über 22 Zyklen, ohne daß eine Zinkdurchdringung stattfand.Cells tested. The separator stopped in the zinc / air lines 35 cycles out and the failure was due to a break but no penetration. In nickel / zinc cells only a mechanical destruction appeared, and here in test series over 22 cycles without that zinc penetration took place.
Nickelhydroxydseparatoren mit Io Gewichtsprozent Kaliumtitanat und Io Grewichtsprozent Poly te traf luoräthylen wurden entsprechend Beispiel V hergestellt mit dem Unterschied, daß der Separator zu einer kontinuierlichen flexiblen Folie nach Mischen mit Wasser ausgewalzt wurde. Die trockene Separatorfolie hatte eine Dicke von o,29 mm und im gequollenen Zustand von o,4 mm. Nach dem Eintauchen auf die Dauer von 4Ö Stunden in 44 <fa KOH wurde keine Änderung der Elektrodenform festgestellt. Der Widerstand des Separators war o,oo2 Ohm-cm im Vergleich zu 0,06 0hm-cm bei einem konventionellen Cellophan-Separator, Eine Zinkdurchdringung beim Lade-Entladevorgang war praktisch nicht feststellbar, sondern nur eine Neigung zu Rissen.Nickel hydroxide separators with Io weight percent potassium titanate and Io weight percent poly te met luoroethylene were produced according to Example V with the difference that the separator was rolled out into a continuous flexible film after mixing with water. The dry separator film had a thickness of 0.29 mm and in the swollen state of 0.4 mm. After immersion for 40 hours in 44 <fa KOH, no change in the shape of the electrodes was found. The resistance of the separator was 0.02 ohm-cm compared to 0.06 ohm-cm for a conventional cellophane separator. Zinc penetration during the charge-discharge process was practically not detectable, only a tendency to crack.
Unter Verwendung der Methode nach Beispiel I wurde eine Zinkelektrode hergestellt mit einem Separatorüberzug aus Manganhydroxyd MN(OH)2, D (OH)3, D 20y Ce3O3, und den Hydroxyden von. Scandium, Yttrium, Lanthanium, Hafnium, Zirkonium, Praseodynium, Neodymium, Samarium und Europium, und bei allen stellte sich eine Verbesserung des Widerstandes des Separators in Silber/Zink-Zellen sowie hinsichtlich der Zinkdurchdringungstests und einer Begrenzung des Formhaltevermögens des Zinks in Zink/Luft zellen heraus. Das Symbol D bezieht sich auf im Handel übliche Mischungen von seltenen Erdmetallkationen in Produkten, die als Didymiumsalze bekannt sind, und welche überwiegend aus Lanthaniumsalzen bestehen. Wurden diese Verbindungen zusammen mit 5 bis 3o Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylen verwendet, sei es durch unmittelbaren Auftrag auf der Elektrode oder in der FormUsing the method according to Example I, a zinc electrode was produced with a separator coating of manganese hydroxide MN (OH) 2 , D (OH) 3 , D 2 Oy Ce 3 O 3 , and the hydroxides of. Scandium, yttrium, lanthanium, hafnium, zirconium, praseodynium, neodymium, samarium and europium, and all showed an improvement in the resistance of the separator in silver / zinc cells as well as with regard to the zinc penetration tests and a limitation of the form retention capacity of the zinc in zinc / air cells out. The symbol D refers to commercially available mixtures of rare earth metal cations in products known as didymium salts, which consist predominantly of lanthanium salts. If these compounds were used together with 5 to 3o percent by weight of polytetrafluoroethylene, be it by direct application on the electrode or in the form
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eines selbsttragenden Separaturs, wurden ähnliche Ergebnisse erhalten und das Separatormaterial konnte auch in Verbindung mit einer Silberelektrode verwendet werden.of a self-supporting separator, similar results were obtained and the separator material could also be used in Connection with a silver electrode can be used.
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