Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Materialien mit
elektrochemischen Eigenschaften, und zwar insbesondere pastöse
Massen, aus diesen Massen herstellbare selbsttragende oder auf
einem Substrat aufliegende, ggf. flexible Schichten und daraus
hergestellte Schichtverbünde, die als Primärbatterien,
Akkumulatoren, Niedertemperaturbrennstoffzellen, Solarzellen
verwendbar sind.
Seit Beginn der siebziger Jahre hat man versucht,
elektrochemische Bauelemente wie Akkumulatoren
in Form dünner Schichten zu erzeugen. Das Ziel ist es,
Folienverbünde zu erhalten, die durch eine extrem hohe
Kontaktfläche zwischen den einzelnen elektrochemischen
Bestandteilen wie Elektroden und Elektrolyten, bezogen auf das
eingesetzte Volumen an elektrochemisch aktivem Material,
besonders günstige Lade- und Entladeeigenschaften aufweisen. In
speziellen Fällen benötigt man darüber hinaus eine hohe
Flexibilität solcher Verbünde, so daß diese aufgerollt oder
einer anderen gewünschten Form angepaßt werden können.
Um derartige Elektrodenmaterialien herzustellen, ist man bisher
von festem oder zähflüssigem Teflon ausgegangen, welches mit
einem gewissen Prozentsatz Kohlenstoff und dem eigentlichen
Elektrodenmaterial gemischt und dann auf geeignete
Ableitelektroden gepreßt oder aufgesprüht wurde. Dabei entstehen
jedoch Schichten ungenügender Flexibilität. Des weiteren wurde
vorgeschlagen, Elektrodenschichten herzustellen, die mit PVC und
Tetrahydrofuran oder einem anderen in einem Lösungsmittel
gelösten Polymer hergestellt wurden, aus dem das Lösungsmittel
anschließend ausgetrieben wurde. Allerdings ist die
Leitfähigkeit der hergestellten Produkte ungünstig.
Besondere Probleme bereitet die Herstellung einer Schicht, die
in einem entsprechenden elektrochemischen Verbund als Elektrolyt
fungieren kann. Die US 5 456 000 beschreibt wiederaufladbare
Batteriezellen, die durch Laminierung von Elektroden- und
Elektrolytzellen erzeugt werden. Als positive Elektrode wird ein
Film oder eine Membran eingesetzt, die getrennt aus LiMn2O4-
Pulver in einer Matrix aus einem Polymer-Copolymeren hergestellt
und anschließend getrocknet wurde. Die negative Elektrode
besteht aus einer getrockneten Beschichtung einer pulverisierten
Kohlenstoff-Dispersion in einer Matrix eines Polymer-
Copolymeren. Zwischen den Elektrodenschichten wird eine
Elektrolyt/Separatormembran angeordnet. Hierfür wird ein
Poly(vinylidenfluorid)-Hexafluorpropylen-Copolymeres mit einem
organischen Plastifizierer wie Propylencarbonat oder
Ethylencarbonat umgesetzt. Aus diesen Bestandteilen wird ein
Film erzeugt, und anschließend wird der Plastifizierer aus der
Schicht herausgelöst. In diesem "inaktiven" Zustand wird die
Batteriezelle gehalten, bis sie ihrer Benutzung zugeführt werden
soll. Um sie zu aktivieren, wird sie in eine geeignete
Elektrolytlösung eingetaucht, wobei sich die durch das
Austreiben des Plastifiziermittels gebildeten Kavitäten mit dem
flüssigen Elektrolyten füllen. Anschließend ist die Batterie
gebrauchsfertig.
Nachteilig an einem derartigen Konstrukt ist es, daß die
Batterie kurz vor dem Zeitpunkt aktiviert werden muß, zu dem sie
in Gebrauch genommen werden soll. Dies ist in den meisten Fällen
nicht hinnehmbar.
Die DE 39 29 316 A1 beschreibt eine Mischung aus einem chemisch
inerten, anorganischen Feststoff als Adsorbens und Träger für
und mit einem Elektrolyten auf Basis eines aprotischen
Lösungsmittels. Zwar wird durch die Pastenform des so
hergestellten Elektrolyten eine Reihe von Vorteilen erreicht wie
volumetrische Dosierbarkeit oder Haftung auf den Elektroden.
Allerdings lassen sich daraus keine Folien oder Folienverbünde
herstellen, die, wie voranstehend beschrieben, heute das Mittel
der Wahl sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von
pastösen Massen, die den entsprechenden Leiter (Ionen- oder
gemischten Leiter, insbesondere den Elektrolyten oder mindestens
eine der Elektroden) in flüssiger Form bereits enthalten und für
die Herstellung von elektrochemisch aktivierbaren Schichten mit
einem solchen flüssigen Leiter in entsprechenden, sofort
einsetzbaren elektrochemischen Bauelementen geeignet sind. Diese
Bauelemente sollen für eine breite Palette von Produkten wie
Primärbatterien, wiederaufladbare Batterien (Akkumulatoren),
Niedertemperaturbrennstoffzellen, Solarzellen, elektrochemische
Sensoren oder dergleichen geeignet sein, die Schichtform,
insbesondere die Form eines Folienlaminates besitzen können,
sehr gute Leitungseigenschaften und ggf. eine hohe Flexibilität
aufweisen und die darüber hinaus nicht auslaufen können und
daher nicht notwendigerweise in Gehäusen, insbesondere in
dichtenden Gehäusen, angeordnet werden müssen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in
elektronischen Bauelementen verwendbare, pastöse Massen
bereitgestellt werden, die eine Mischung aus (A) einer
mindestens ein organisches Polymer, dessen Vorstufen oder dessen
Präpolymere enthaltenden oder hieraus bestehenden Matrix, (B)
einer elektrochemisch aktivierbaren, die Matrix nicht oder im
wesentlichen nicht lösenden, anorganischen Flüssigkeit sowie
ggf. (C) einem pulverförmigen Feststoff, der gegenüber der
elektrochemisch aktivierbaren Flüssigkeit inert ist, umfassen
oder daraus bestehen. Diese pastösen Massen lassen sich zu
entsprechenden selbsttragenden oder aufliegenden Schichten
(z. B. Folien, sogenannten "Tapes") verarbeiten, die zu
elektrochemischen Bauelementen zusammensetzbar sind oder mit
anderen Bestandteilen kombiniert solche Bauelemente ergeben. In
manchen Fällen werden alternativ die Massen aus den
Bestandteilen (A) und ggf. (C) gebildet, dann zu Schichten
verfestigt und erst danach mit dem Bestandteil (B) versehen.
Der Ausdruck "in elektrochemischen Bauelementen verwendbar"
impliziert, daß die elektrochemisch aktivierbare anorganische
Flüssigkeit eine ionenleitende oder elektronenleitende
Flüssigkeit sein kann, die sich als flüssiges Elektrodenmaterial
oder Flüssigelektrolyt eignet. Auch elektronisch leitende
Flüssigkeiten, die zusätzlich ihre Stöchiometrie ändern können
- was mit einem Wertigkeitswechsel und einem Ladungstransport
verbunden ist - fallen darunter. Solche Flüssigkeiten können
feste Interkalationselektroden ersetzen.
Die Masse erhält ihre pastöse Konsistenz durch die Verwendung
einer geeigneten Matrix (A) vorzugsweise in Verbindung mit dem
pulverförmigen Feststoff (C), der als Füll- und Stützmaterial
dient. Der Ausdruck "pastös" soll dabei bedeuten, daß die Masse
nach ihrer Herstellung mit Hilfe von gängigen
Pastenauftragsverfahren verarbeitbar ist, beispielsweise
aufgestrichen, aufgespachtelt, aufgerakelt oder mit diversen
Druckverfahren auf einem Untergrund aufgebracht werden oder aber
zu einer Folie verarbeitet werden kann. Je nach Bedarf kann sie
dabei relativ dünnflüssig bis sehr zäh gehalten werden.
Für die Matrix (A) kann eine Vielzahl von Materialien verwendet
werden. Dabei kann man mit lösungsmittelfreien oder
lösungsmittelhaltigen Systemen arbeiten. Als lösungsmittelfreie
Systeme eignen sich beispielsweise vernetzbare, ggf. flüssige,
vor allem aber pastöse Harzsysteme. Beispiele hierfür sind Harze
aus vernetzbaren Additionspolymeren oder Kondensationsharzen. So
können beispielsweise Vorkondensate von Phenoplasten (Novolake)
oder Aminoplasten eingesetzt werden, die nach Ausformen der
pastösen Masse zur Schicht eines elektrochemischen
Schichtverbundes endvernetzt werden. Weitere Beispiele sind
ungesättigte, beispielsweise durch Pfropf-Copolymerisation mit
Styrol vernetzbare Polyester, durch bifunktionelle
Reaktionspartner härtbare Epoxiharze (Beispiel: Bisphenol-A-
Epoxiharz, kalt gehärtet mit Polyamid), vernetzbare
Polycarbonate wie durch ein Polyol vernetzbares Polyisocyanurat,
oder binäres Polymethylmethacrylat, das ebenfalls mit Styrol
polymerisiert werden kann. Die pastöse Masse wird dabei jeweils
aus dem mehr oder weniger zähflüssigen Vorkondensat bzw.
unvernetzten Polymer als Matrix (A) oder unter Verwendung
wesentlicher Bestandteile davon, zusammen mit der Komponente
(B), gebildet.
Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Polymeren oder
Polymer-Vorstufen zusammen mit einem Lösungs- oder Quellmittel
für das organische Polymer. Im Prinzip besteht hier keine
Beschränkung bezüglich der einsetzbaren synthetischen oder
natürlichen Polymere. Nicht nur Polymere mit Kohlenstoff-
Hauptkette sind möglich, sondern auch Polymere mit Heteroionen
in der Hauptkette wie Polyamide, Polyester, Proteine oder
Polysaccharide. Die Polymere können Homo- oder Copolymere sein;
die Copolymere können statistische Copolymere, Pfropfcopolymere,
Blockcopolymere oder Polyblends sein; eine Beschränkung ist hier
nicht gegeben. Als Polymere mit reiner Kohlenstoff-Hauptkette
sind beispielsweise natürliche oder synthetische Kautschuke
verwendbar. Besonders bevorzugt sind fluorierte
Kohlenwasserstoff-Polymere wie Teflon, Polyvinylidenfluorid
(PVDF) oder Polyvinylchlorid, da hiermit bei den aus der
pastösen Masse gebildeten Folien oder Schichten besonders gute
wasserabweisende Eigenschaften erzielt werde können. Dies
verleiht den damit erzeugten elektrochemischen Bauelementen eine
besonders gute Langzeitstabilität. Weitere Beispiele sind
Polystyrol oder Polyurethan. Als Beispiele für Copolymere seien
Copolymere von Teflon und amorphem Fluorpolymer sowie
Polyvinylidenfluorid/Hexafluorpropylen (im Handel als Kynarflex
erhältlich) genannt. Als Beispiele für Polymere mit Heteroatomen
in der Hauptkette seien Polyamide vom Diamin-Dicarbonsäure-Typ
oder vom Aminosäure-Typ, Polycarbonate, Polyacetale, Polyether
und Acrylharze genannt. Weitere Materialien umfassen natürliche
und synthetische Polysacharide (Homo- und Heteroglykane),
Proteoglykane, beispielsweise Stärke, Cellulose,
Methylcellulose. Auch Substanzen wie Chondroitinsulfat,
Hyaluronsäure, Chitin, natürliche oder synthetische Wachse und
viele andere Substanzen können eingesetzt werden. Zusätzlich
können auch die vorgenannten Harze (Präkondensate) in Lösungs-
bzw. Verdünnungsmitteln verwendet werden.
Lösungs- bzw. Quellmittel für die vorgenannten Polymere sind dem
Fachmann bekannt.
Unabhängig davon, ob die Matrix (A) ein Lösungs- oder
Quellmittel enthält oder nicht, kann ein Plastifiziermittel
(auch Weichmacher) für das bzw. die eingesetzten Polymere
vorhanden sein. Unter "Plastifizierer" oder "Weichmacher" sollen
hier Substanzen verstanden werden, deren Moleküle durch
Nebenvalenzen (Van-der-Waals-Kräfte) an die Kunststoffmoleküle
gebunden werden. Sie verringern dadurch die
Wechselwirkungskräfte zwischen den Makromolekülen und setzen
damit die Erweichungstemperatur und die Sprödigkeit und Härte
der Kunststoffe herab. Dies unterscheidet sie von Quell- und
Lösungsmitteln. Aufgrund ihrer höheren Flüchtigkeit lassen sie
sich üblicherweise auch nicht durch Abdampfen aus dem Kunststoff
entfernen, sondern müssen ggf. durch ein entsprechendes
Lösungsmittel herausgelöst werden. Das Einarbeiten eines
Plastifizierers bewirkt eine hohe mechanische Flexibilität der
aus der pastösen Masse erzeugbaren Schicht.
Der Fachmann kennt geeignete Weichmacher für die jeweiligen
Kunststoffgruppen. Sie müssen mit dem Kunststoff, in den sie
eingearbeitet werden sollen, gut verträglich sein. Gängige
Weichmacher sind hochsiedende Ester der Phthalsäure oder der
Phosphorsäure, beispielsweise Dibutylphthalat oder
Dioctylphthalat. Weiterhin eignen sich beispielsweise
Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethoxyethan,
Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Butyrolacton,
Ethylmethylsulfon, Polyethylenglykol, Tetraglyme, 1,3-Dioxolan
oder S,S-Dialkyldithiocarbonat.
Die Zugabe von Feststoff (C) dient unter anderem einer
Verbesserung der Eigenschaften der Matrix (A), z. B. in Bezug auf
deren Stützung oder das Verhalten beim Ziehen des Tapes. Der
Feststoff (C) sollte in fein verteilbarer Form (z. B. als Pulver)
eingesetzt werden. Es eignen sich alle Substanzen, die von der
Flüssigkeit (B) nicht angegriffen, insbesondere auch
oxidativ/reduktiv nicht verändert werden. Da diese häufig
chemisch sehr aggressiv ist, wird man vorwiegend Substanzen wie
SiO2, Si3N4, Al2O3, AlN, MgO und dergleichen verwenden. Es sind
aber auch alle anderen Substanzen verwendbar, die gegenüber dem
jeweils eingesetzten Elektrolyten oder Elektrodenmaterial inert
sind.
Die als Elektrode, Elektrolyt oder dergleichen einzusetzende
Flüssigkeit soll, zumindest in wesentlichen Teilen,
anorganischer Natur sein. Als Elektrodenmaterial kann
beispielsweise Vanadiumoxichlorid oder -bromid zur Verwendung
kommen, bei dem sich die Oxidationsstufe des Vanadiums über VOX,
VOX2, VO2X von +III nach +V erhöhen kann. Mit derartigen
Materialien lassen sich Zersetzungselektroden erhalten, die im
Vergleich zu Interkalationselektroden den Vorteil aufweisen, daß
sie die für Interkalationselektroden typische Volumenausdehnung
nicht aufweisen. Hierdurch läßt sich eine verbesserte
Alterungsbeständigkeit erzielen.
Als Elektrolytmaterial kann im Prinzip jeder für das jeweilige
System geeignete flüssige Elektrolyt verwendet werden; eine
Vielzahl solcher Systeme und entsprechender Elektrolyte ist
bekannt. So können wäßrige Systeme wie Schwefelsäure bzw. KOH
als protonenleitende Elektrolyte in Systemen wie
Bleiakkumulatoren oder Ni-Pb-Akkumulatoren bzw. Nickel-Cadmium-
bzw. Nickelmetall-hydrid-Akkumulatoren eingesetzt werden,
wodurch sich vorteilhafte Packungsdichten erreichen lassen.
Um den Transport der leitenden Flüssigkeit in der möglicherweise
wasserabweisenden Matrix zu erleichtern, kann dem Elektrolyten
ggf. ein Alkohol oder ein anderes polares, mit Wasser mischbares
organisches Lösungsmittel zugesetzt werden. Geeignet sind hier
besonders gerad- oder verzweigtkettige Mono-, Di- oder
Trialkohole mit bevorzugt 1-6 Kohlenstoffatomen wie Methanol,
Ethanol, Propanol, Glykol, Glycerin oder dergleichen.
Insbesondere dann, wenn eine Polymermatrix mit Plastifizierer
eingesetzt wird, der aus der Polymermatrix wieder herausgelöst
wurde, netzt eine derartige wäßrige Mischung die - ggf.
vernetzte - Matrix in der fertigen Schicht leicht, so daß der
Transport erleichtert wird. Es sollte jedoch klar sein, daß der
Ausdruck "im wesentlichen anorganische Flüssigkeit" ausschließen
soll, daß der Elektrolyt im wesentlichen oder ganz aus einem
Salz und einem rein organischen Lösungsmittel wie Ethylcarbonat,
Diethoxyethan oder dergleichen besteht. Ein ggf. vorhandener
Gehalt an organischem Lösungsmittel sollte daher nicht mehr als
70 Vol.-%, bevorzugt 50 Vol.-% der gesamten Lösungsmittelmenge
ausmachen. Je nach Eigenschaft der Matrix und/oder des
organischen Lösungsmittels sind auch beispielsweise max. 30 oder
15 Vol.-% davon ausreichend.
In einer Alternative kann das Matrixmaterial einen Weichmacher
oder Plastifizierer enthalten, der mit Wasser mischbar ist.
Dadurch erhöht sich die Hydrophilie des Matrixmaterials mit
derselben Folge. Für die Maximalmenge des organischen Zusatzes
gilt hier das vorstehend Gesagte. In einer weiteren Variante
kann dem Matrixmaterial ein hygroskopisches Salz, z. B. MgCl2,
beigemischt werden. Dieses zieht Wasser in die Matrix, mit der
gleichen Folge, daß der Transport des Elektrolyten durch die
Matrix erleichtert wird.
Bei den Elektrolyten kann es sich neben wäßrigen Systemen auch
um wasserfreie, flüssige anorganische Elektrolyte wie H2SO4 oder
LiAlCl4/SO2 handeln (letzteres System entsteht bei der Einwirkung
von gasförmigem Schwefeldioxid auf Lithiumaluminiumchlorid).
Auch solche Systeme haben eine relativ hohe Oberflächenspannung
gegenüber stärker hydrophoben Polymermatrices. Um auch ihre
Wanderung durch die Polymermatrix zu erleichtern, bietet sich
wiederum eine Reihe von Maßnahmen an, vor allem die beiden für
wäßrige Elektrolyte erstgenannte Varianten, nämlich der Zusatz
von Alkohol oder dergleichen zum Elektrolyten und/oder der
Zusatz von Plastifizierer zur Polymermatrix.
Die vorliegenden, erfindungsgemäßen pastösen Massen und daraus
hergestellten Schichten eignen sich, wie bereits erwähnt, für
eine Vielzahl elektrochemischer Bauelemente, die vorzugsweise
als Folien-Schichtverbund gestaltet sind. Der Fachmann kann
hierfür dieselben Flüssigkeiten (B) auswählen, die er für
klassische elektrochemische Bauelemente, d. h. solche ohne den
Zusatz von Kunststoffen, verwenden würde.
Beispielhaft seien nachstehend mögliche Bestandteile eines
Akkumulators in Lithiumtechnologie genannt:
untere Ableitelektrode |
Al, Cu, Pt, Au, C |
positive Elektrode |
LiF, LixNiVO4, Lix[Mn]2O4, LiCoO2, LiNiO2, LiNi0,5SCo0,5O2, LiNi0,8Co0,2O2, V2O5, LixV6O13 |
Elektrolyt |
LiAlCl4/SO2 (wasserfrei) |
Negative Elektrode |
Li, Li4+xTi5O12, LixMoO2, LixWO2, LixC12, LixC6, Lithiumlegierungen |
obere Ableitelektrode |
Al, Cu, Mo, W, Ti, V, Cr, Ni |
Während die Elektrolytschicht dieses Akkumulators aus einer
pastösen Masse gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden
kann, lassen sich die anderen Schichten ggf. ebenfalls mit Hilfe
pastöser Massen erzeugen, in denen anstelle einer
Flüssigkeit (B) pulverförmiges Elektrodenmaterial eingearbeitet
wird. Das Elektrodenmaterial ist dabei bevorzugt in der
Polymermatrix nicht löslich. Besonders bevorzugt wird dabei ein
Verhältnis von Elektrodenmaterial zu Polymermatrix von annähernd
70 zu 30 Gew.-% eingehalten. Die Polymermatrix kann die gleichen
Bestandteile aufweisen wie oben für die erfindungsgemäßen Massen
beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf
Akkumulatoren in Lithiumtechnologie beschränkt. Wie oben
erwähnt, ist eine Vielzahl von Anwendungen möglich. So können
die erfindungsgemäßen Massen zu selbsttragenden Folien oder auf
Substraten aufliegenden Schichten verarbeitet werden, die in
Primär- oder Sekundärbatterien, Zersetzungsbatterien,
Niedertemperaturbrennstoffzellen, Solarzellen oder
elektrochemischen Sensoren einsetzbar sind.
Die vorstehend beschriebenen Bestandteile, aus denen die
erfindungsgemäße pastöse Masse hergestellt wird, können auf
konventionelle Art und Weise vermischt werden, vorzugsweise
durch heftiges Rühren oder Verkneten der Bestandteile.
Gegebenenfalls werden das organische Polymer oder seine
Vorstufen im Lösungs- oder Quellmittel vorgelöst oder
vorgequollen, bevor die Komponenten (B) und ggf. (C) zugegeben
werden. Die Komponente (C) wird, wenn vorgesehen, mit der
Komponente (A) vorzugsweise vor einer Verfestigung der Matrix
zur genannten pastösen Masse verarbeitet. Auch die Komponente
(B) kann bereits in diesem Stadium zugegeben werden.
Alternativen hierzu werden weiter unten beschrieben.
Die erfindungsgemäßen pastösen Massen eignen sich insbesondere
für das Erzeugen von Dünnfilm-Batterien und anderen
entsprechenden elektrochemischen Bauelementen wie z. B.
elektrochemische Sensoren. Bevorzugt handelt es sich um
Bauelemente in der sogenannten "Dickschicht-Technologie". Die
einzelnen Schichten dieser Elemente werden auch "Tapes" genannt.
Hierfür werden einzelne elektrochemisch aktive bzw. aktivierbare
Schichten in einer Dicke von etwa 10 µm bis etwa 1 bis 2 mm
erzeugt, aufeinander aufgelegt und in innigen Kontakt gebracht.
Der Fachmann wird die der Anwendung gemäße Dicke jeweils
entsprechend auswählen. Bevorzugt sind Bereiche von etwa 50 µm
bis 500 µm, ganz besonders bevorzugt ein Bereich von etwa
100 µm. Es ist erfindungsgemäß allerdings auch möglich,
entsprechende Dünnschicht-Bauelemente herzustellen (dieser
Begriff umfaßt Dicken von vorzugsweise 100 nm bis zu
einigen µm). Diese Anwendung dürfte aber beschränkt sein, da
entsprechende Bauelemente den gängigen Kapazitätanforderungen in
einer Vielzahl von Fällen nicht genügen dürften. Denkbar ist
allerdings die Anwendung beispielsweise für Backup-Chips.
Die vorliegende Erfindung umfaßt daher weiterhin selbsttragende
oder auf einem Substrat aufliegende, elektrochemisch aktive bzw.
aktivierbare Schichten, bevorzugt in den angegebenen Dicken, die
aus den voranstehend beschriebenen pastösen Massen erzeugt
werden können. Die Schichten sind vorzugsweise flexibel.
Zur Erzeugung sowohl der selbsttragenden Schichten (Folien,
Tapes) als auch der auf einem Substrat aufliegenden Schichten
kann auf die üblichen, im Stand der Technik bekannten Verfahren
zurückgegriffen werden, die für die entsprechenden
Polymermaterialien der Matrix anwendbar sind. Die Verfestigung
der pastösen Massen erfolgt dabei je nach Material
beispielsweise durch Härten (von Harzen oder anderen
Präkondensaten), durch Vernetzen von Präpolymerisaten oder
linearen Polymerisaten, durch Abdampfen von Lösungsmittel (z. B.
Aceton) oder auf ähnliche Art und Weise. Wenn
die Polymermatrix einen Plastifizierer enthält, kann die pastöse
Masse während des Entweichens des Lösemittels besonders günstig
ausreichend viskos gehalten werden, so daß die homogene
Verteilung der Bestandteile erhalten bleibt. Wenn die Erfindung
in einer Ausgestaltung vergesehen ist, in der der Plastifizierer
keine weiteren Aufgaben erfüllen soll (wie z. B. die Erhöhung
der Hydrophilie des Matrixmaterials), kann er anschließend an
die Verfestigung der pastösen Masse zu einer selbsttragenden
oder aufliegenden Schicht gegebenenfalls wieder entfernt werden,
sofern die Polymermatrix nicht zu einer starken Kristallisation
und daraus resultierenden Brüchigkeit und mangelnden
Flexibilität neigt. Ein Beispiel für ein ausreichend flexibles
Polymer ist die Kombination von Polyvinylidenfluorid mit
Hexafluorpropylen als Polymer/Copolymer.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird die
Komponente (B) noch nicht oder nur teilweise bei der Herstellung
der pastösen Masse zugesetzt. Wenn nämlich, wie voranstehend
beschrieben, der Plastifizierer nach der Verfestigung der Masse
aus der entstandenen, selbsttragenden oder aufliegenden Schicht
wieder entfernt wird (z. B. durch Austreiben nach Zusatz eines
Lösungsmittels wie Hexan), bilden sich in der verfestigten
Matrix Kavitäten, vergleichbar einem Schwamm. Durch Eintauchen
in eine Flüssigkeit (B) kann diese dann, unterstützt von
Kapillarkräften, in die entstandenen Hohlräume aufgesaugt werden
und darin stabil verbleiben.
Um Folien zu erhalten, die selbsttragend sind, kann
beispielsweise eine geeignete pastöse Masse auf Kalandern in der
geeigneten Dicke ausgeformt werden. Hier kann auf
Standardtechnologie verwiesen werden. Selbsttragende Schichten
können auch durch Auftragen der pastösen Masse auf ein Substrat
und Abziehen der erzeugten Schicht nach ihrer Verfestigung
gebildet werden. Voraussetzung ist dabei jeweils, daß das
Produkt eine ausreichende Flexibilität besitzt. Die Beschichtung
kann mit üblichen Pastenauftragsverfahren durchgeführt werden.
Beispielhaft sei hier das Aufstreichen, Aufrakeln, Aufspritzen,
Spincoating und dergleichen genannt. Auch Drucktechniken sind
möglich. Die Flüssigkeit (B) kann dabei wie voranstehend
beschrieben entweder bereits in die pastöse Masse eingearbeitet
werden oder aber nach Verfestigen einer aus zumindest der
Polymermatrix (A) und dem Füllstoff (C) bestehenden pastösen
Masse und Entfernen des darin enthaltenen Weichmachers in die
entstehenden Kavitäten gefüllt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden
vernetzbare Harzmassen (Präkondensate), wie weiter oben für die
pastösen Massen beschrieben, eingesetzt und nach Ausformen der
Schicht durch UV- oder Elektronenbestrahlung ausgehärtet. Eine
Härtung kann natürlich auch thermisch oder chemisch
(beispielsweise durch Eintauchen der erzeugten Schicht in ein
entsprechendes Bad) bewirkt werden. Gegebenenfalls werden den
Massen geeignete Initiatoren oder Beschleuniger oder dgl. für
die jeweilige Vernetzung zugesetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Schichtverbünde mit
elektrochemischen Eigenschaften, wie insbesondere Akkumulatoren
und andere Batterien oder Sensoren, die durch eine entsprechende
Abfolge der obengenannten Schichten gebildet werden oder diese
umfassen.
Fig. 1 zeigt eine möglichen Abfolge einer solchen Anordnung.
Die Bezugsziffern bedeuten: Ableitelektrode 1,
Zwischentape 2, Elektrode 3, Elektrolyt 4, Elektrode 5,
Zwischentape 6 und Ableitelektrode 7. Näheres hierzu ist im
nachfolgenden Text erläutert.
Für die Herstellung von Schichtverbünden können die einzelnen
pastösen Massen Lage für Lage aufeinander mittels
Pastenauftragsverfahren aufgebracht werden. Dabei kann entweder
jede einzelne Lage für sich vernetzt oder von Lösungsmittel
befreit oder auf sonstige Weise in die Schichtform gebracht
werden; es kann aber auch eine Verfestigung der einzelnen
Matrices durch Vernetzung oder Abdampfen des Lösungs- oder
Quellmittels oder dergleichen nach Beendigung des Auftragens
aller benötigten Schichten vorgenommen werden. Letzteres ist
beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die einzelnen
elektrochemisch aktivierbaren Schichten mit einem Druckverfahren
aufgetragen werden, das analog zu einem Vielfarbendruck erfolgt.
Als Beispiel hierfür sei die Flexodruck-Technik erwähnt, mit
deren Hilfe kontinuierlich mehrere Meter/Sekunde eines Substrats
mit den erforderlichen elektrochemisch aktivierbaren Schichten
bedruckt werden können.
Alternativ kann jede Schicht oder Folie einzeln in ihren
endverfestigten Zustand überführt werden. Handelt es sich um
selbsttragende Folien, so können die entsprechenden Bestandteile
des zu bildenden Bauelementes anschließend durch Laminierung
miteinander verbunden werden. Hierfür können konventionelle
Laminiertechniken eingesetzt werden. Genannt sei hier
beispielsweise das Extrusionsbeschichten, wobei die zweite
Schicht durch Anpreßwalzen mit einer Trägerschicht verbunden
wird, Kalanderbeschichten mit zwei oder drei Walzspalten, worin
neben der pastösen Masse die Trägerbahn mit einläuft, oder
Doublieren (Verbinden unter Druck und Gegendruck von bevorzugt
erhitzten Walzen). Der Fachmann wird die entsprechenden
Techniken ohne weiteres auffinden, die sich durch die Wahl der
Matrices für die jeweiligen pastösen Massen ergeben oder
anbieten.
Ein Preßvorgang während des Verbindens (Laminierens) der
einzelnen Schichten kann häufig erwünscht sein, z. B. zum
besseren Verbinden (und damit dem Erzielen einer besseren
Leitfähigkeit) der einzelnen Schichten. Hierfür sind gängige
Techniken anwendbar. Vorteilhaft kann eine Kaltverpressung (bei
Temperaturen unter 60°C) erfolgen, sofern die eingesetzten
Materialien dies erlauben. Ein besonders guter Kontakt der
einzelnen Schichten untereinander wird dadurch gewährleistet.
Der Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen pastösen Massen
bzw. der daraus hergestellten selbsttragenden Folien oder auf
einem Substrat aufliegenden Schichten ist bei allen Anwendungen
die Kostengünstigkeit, die hohe praktische Energiedichte durch
den kompakten Aufbau sowie eine hohe Auslaufsicherheit, da der
flüssige Elektrolyt oder die flüssige Elektrode in der
Polymermatrix wie in einem Schwamm gebunden ist.
Die elektrochemischen Bauteile, die mit den erfindungsgemäßen
pastösen Massen herstellbar sind, sind nicht beschränkt. Die
nachstehend beschriebenen Ausgestaltungen sind daher nur als
Beispiele oder besonders bevorzugte Ausgestaltungen zu
verstehen.
So können wiederaufladbare elektrochemische Zellen in
Dickschichttechnologie hergestellt werden, d. h. mit einzelnen,
elektrochemisch aktivierbaren Schichten in einer Dicke von etwa
10 µm bis etwa 1 bis 2 mm und bevorzugt von etwa 100 µm. Wenn
die elektrochemische Zelle auf der Lithiumtechnologie basieren
soll, bieten sich als Flüssigkeiten für die Elektrolytschichten
bzw. Festsubstanzen für die Elektrodenschichten diejenigen
Substanzen an, die bereits voranstehend hierfür aufgezählt sind.
Dabei sind mindestens drei Schichten vorzusehen, nämlich eine
solche, die als positive Elektrode fungiert, eine, die als
Festkörperelektrolyt fungiert, und eine, die als negative
Elektrode fungiert, d. h. die Schichten 3, 4 und 5 der Fig. 1.
Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß besonders
vorteilhafte Stromdichten im Akkumulator erzielt werden, wenn
gewisse Grenzbedingungen eingehalten werden. Die Stromdichte
läßt sich bekanntlich durch den Widerstand des Elektrolyten
einstellen. Ist sie zu hoch gewählt, so können die Elektroden
durch Polarisation langfristig zerstört werden; ist sie zu
niedrig, so ist die Leistung des hergestellten Akkumulators nur
für wenige Einsatzgebiete ausreichend. Die genannte
Grenzbedingung liegt vorzugsweise bei 1 mA/cm2. Wenn die
Elektrolytschicht etwa 100 µm dick ist, ruft eine Stromdichte
von 1 mA/cm2 einen durch den Widerstand bedingten
Spannungsabfall von vernachlässigbaren 0,1 V hervor. Wenn
beispielsweise ein Elektrolyt eine Leitfähigkeit von 101 S/cm
besitzt, wird durch die Mikro-Geometrie in der Schicht
(Füllstoff und Kanäle) die auf die Schicht bezogene
Leitfähigkeit etwa bei 10° S/cm liegen. Ein sehr
empfehlenswertes Kriterium ist es, die Schichtdicke d im
Verhältnis zur Leitfähigkeit σion und einem ionischen
Widerstand (Ω) und in Bezug auf die Fläche A so zu wählen, daß
die folgende Formel erfüllt wird:
200 Ω < d/(σion.A).
Dieses Kriterium läßt sich bei Einsatz der erfindungsgemäßen
"Tapes" in hervorragender Weise einhalten.
Die genannte dreischichtige Zelle (oder jedes beliebige andere
elektrochemische Bauelement, bestehend aus positiver
Elektrode/Elektrolyt/negativer Elektrode) kann zusätzlich mit
Ableitelektroden (Schichten 1 und 7 der Fig. 1) versehen sein.
Diese bestehen zweckmäßigerweise aus Folien der geeigneten
Materialien (Materialien für Ableitelektroden, die in der
Lithiumtechnologie verwendet werden können, sind weiter vorne
beschrieben).
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird zwischen
die untere Ableitelektrode und die ihr benachbarte Elektrode
sowie die obere Ableitelektrode und die ihr benachbarte
Elektrode eine weitere dünne Kunststoffschicht ("Zwischentape",
Schichten 2 und 6 der Fig. 1) eingearbeitet, die ebenfalls mit
Hilfe einer pastösen Masse hergestellt sein kann. Diese dünne
Kunststoffschicht sollte leitende, metallische Elemente oder
Legierungen aus solchen Elementen enthalten, die geeignet sind,
Elektronen vom jeweiligen Elektrodenmaterial auf die jeweilige
Ableitelektrode zu transportieren. Beispiele hierfür sind die
Elemente Gold, Platin, Rhodium und Kohlenstoff oder Legierungen
aus diesen Elementen, wenn die Kunststoffschicht zwischen
positiver Elektrode und zugehöriger Ableitelektrode angeordnet
werden soll. Wenn sie zwischen negativer Elektrode und
Ableitelektrode angeordnet werden soll, sind als Elemente
Nickel, Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Wolfram, Vanadium,
Mangan, Niob, Tantal, Kobalt oder Kohlenstoff zu nennen. Für die
Konzentration und den Aufbau der pastösen Massen, aus denen
diese Schichten gebildet werden, gilt das voranstehend für die
Elektroden und Elektrolyte Gesagte selbstverständlich ebenfalls.
Eine Ausgestaltung mit Ableitelektroden und Zwischentapes (siehe
auch Fig. 1) besitzt, wenn sie in der erwähnten
Lithiumtechnologie mit LiAlCl4/SO2 als Elektrolyt hergestellt
ist, Lade- und Entladekurven, wie sie in Fig. 3 dargestellt
sind.
In einer anderen speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird
eine elektrochemische Zelle aus mindestens drei Schichten
bereitgestellt, wobei beide Elektroden als erfindungsgemäße
Schichten ausgebildet sind und die positive Seite (Elektrode)
ein protisches System darstellt, während die negative Seite
(Gegenelektrode) ein aprotisches System darstellt. Unter
"protisch" ist hier ein System zu verstehen, in dem ein Salz, z. B.
ein Lithiumsalz wie Lithiumnitrat oder Lithiumperchlorat in
einem "protischen", d. h. protonenabspaltenden System (H2O)
gelöst ist. Entsprechend wird für die Zwischenschicht ein fester
Elektrolyt gewählt, dessen Kation (z. B. Lithium) Leitungsion
ist. Vor allem durch die wasserabweisenden Eigenschaften der
Polymermatrix wird in dieser speziellen Ausgestaltung
verhindert, daß Wasser auf die negative Seite gelangt und dort
zersetzt wird. Vorteile sind die durch den flüssigen
Elektrolyten erhöhte Kinetik in der positiven Elektrode sowie
die breite Auswahl an möglichen Elektrolyten (hier wird das
Problem des Korrosionspotentials der positiven metallischen
Ableitelektrode umgangen, für die man aus Kostengründen gerne
Aluminium wählt; z. B. Lithiumperchlorat enthaltende Elektrolyte
oxidieren leicht die Ableitelektrode an der positiven Seite).
Die erfindungsgemäßen Massen eignen sich u. a. zur Verwendung in
Primärbatterien, wobei sie sich vor allem für die Herstellung
der Elektrolytschichten eignen. Geeignete Elektrodensysteme
hierbei sind z. B. Zink-Kohle, Alkali-Mangan (Zn-MnO2), Zink-
Quecksilberoxid (Zn-HgO), Zink-Silberoxid (Zn-Ag2O), Zink-
Luftsauerstoff (Zn-O2), Magnesium-Luftsauerstoff (Mg-O2),
Aluminium-Luftsauerstoff (Al-O2). Als Elektrolyte bieten sich
alkoholische Lösungen von Alkali- und Ammoniumbromiden und
-chloriden oder Alkalihydroxiden (vor allem der Alkalimetalle
Natrium und Kalium) an.
Die erfindungsgemäßen Massen eignen sich weiterhin zur
Verwendung in Sekundärbatterien. Einige derartige Systeme wie
der Bleiakkumulator und die Nickel-Metallhydridzelle wurden
voranstehend bereits erwähnt; ergänzend seien die Systeme
Nickel-Cadmium, Nickel-Eisen, Zink-Silberoxid sowie die Alkali-
Mangan-Sekundärzelle genannt. Geeignete Elektrolyte hierfür sind
z. B. wäßrige oder wasserfreie H2SO4 (z. B. für den Bleiakku)
oder Kalilauge.
Auch für einen neuen Typus von Batterien lassen sich die
erfindungsgemäßen Massen einsetzen, nämlich die sogenannte
Zersetzungsbatterie. Hierbei wird ein Salz in der positiven
Elektrode zersetzt, beispielsweise MgBr2, und das entstehende
Brom wird in einer Kohlenstoffolie ("Kohlenstofftape")
gespeichert. Der Elektrolyt der pastösen Masse bzw. der daraus
hergestellten Folie oder Schicht ist in diesem Falle MgCl2, das
nicht zersetzt wird, da seine Zersetzungsspannung höher liegt
als die von MgBr2. Als negative Elektrode wird Mg in situ in
einer Metallfolie oder Kohlenstoffolie, die als Schwamm
fungieren, abgeschieden. Alternativ kann das Magnesium an der
Oberfläche der genannten Materialien abgeschieden werden, wenn
diese in geschlossener Form vorliegen; erstere Variante ist
jedoch wegen der günstigeren Volumenverhältnisse bevorzugt. Die
Zellspannung ist gleich der Zersetzungsspannung von MgBr2.
Besonders vorteilhaft an derartigen Akkumulatoren ist, daß sich
hier höherwertige Ionen einsetzen lassen, da sich die Kapazität
mit der Wertigkeit multipliziert. Insbesondere werden die
leichten und kostengünstigen Elemente Mg und Al zugänglich. In
diesen Systemen sollten anorganische, wäßrige oder zumindest
flüssige Elektrolyte eingesetzt werden, da die Beweglichkeit
höherwertiger Ionen bei Raumtemperatur in Festelektrolyten zu
gering für Batterie- und Akkumulatorenanwendungen ist. Die
Elektroden können entweder als Metall- oder Kohlenstoffolie oder
aber als pulverförmiges Elektrodenmaterial vorliegen, das in
eine folienförmige Polymermatrix eingebettet ist, wie bereits
zuvor beschrieben.
Ein weiteres Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen pastösen Massen
sind Niedertemperaturbrennstoffzellen. Hier hat man bisher
protonenleitende Polymerelektrolyte (PEM: Proton Exchange
Membrane) wie Nation verwendet. Dieser Polymerelektrolyt ist
jedoch teuer und empfindlich gegen Austrocknung. Insbesondere
gibt es auch keine einfache Wiederaufladung der Brennstoffzelle;
in der Regel muß der Wasserstoffspeicher, der als kleine und
teure Stahlflasche vorliegt, komplett ausgetauscht werden. Der
Platzbedarf eines solchen Wasserstoffspeichers hat bisher die
Ausgestaltung derartiger Zellen als Struktur dünner Schichten
unmöglich gehalten. Erfindungsgemäß wird nun vorgesehen, eine
Elektrolytschicht unter Verwendung einer Polymermatrix
einzusetzen, in die ein hygroskopisches Salz eingearbeitet ist,
und diese Schicht in einer feuchtigkeitshaltigen Umgebung zu
halten. Durch das Zerfließen des Salzes enthält diese Schicht
einen Flüssigelektrolyten (das genannte Salz im aufgenommenen
Wasser), und das Wasser kann elektrochemisch zersetzt werden.
Der entstehende Wasserstoff wird dann in einem weiteren,
auflaminierten Hydridspeicher (Y, Pt, Pd, oder ein anderes
wasserstoffaufnehmendes Material in Folienform, bevorzugt in
einer organischen Polymermatrix) gespeichert. Der Wasserverlust
durch Zersetzung wird durch Nachziehen von Feuchtigkeit durch
das hygroskopische Salz immer wieder ausgeglichen.
Auch in dieser Ausgestaltung der Erfindung kann eine
Elektrolytschicht verwendet werden, die durch Vermischen von
Polymer, Lösemittel und Weichmacher für die Polymermatrix (A)
sowie Festsubstanz (C) zu einer pastösen Masse, Überführen
dieser Masse in die gewünschte "Tape"-Form, Verfestigen der Form
und bzw. durch Entfernen des Lösemittels, Herauslösen des
Weichmachers und "Befüllen" der entstandenen Kavitäten mit der
alkoholischen Lösung des hygroskopischen Salzes erzeugt wird,
worauf der Alkohol verdampft wird. Alternativ kann das Salz,
z. B. zusammen mit Alkohol als Lösungsvermittler, im Lösemittel
oder Plastifizierer gelöst in die pastöse Masse eingearbeitet
werden. In diesem Fall wird der Alkohol bevorzugt zusammen mit
dem Lösemittel ausgetrieben. Der Füllstoff (C) ist hier
vorzugsweise vergesehen, um die mechanische Stabilität des
entstandenen, membranartigen Tapes zu verbessern. Er kann
gegebenenfalls weggelassen werden.
Auch für Solarzellen lassen sich die erfindungsgemäßen pastösen
Massen und die daraus hergestellten Folien oder Schichten
einsetzen. Das System, auf dem diese Solarzellen basieren, nutzt
bevorzugt nicht die Silicium-Technologie, sondern den
sogenannten Honda-Fujishima Effekt (1972). Oxide wie Titandioxid
oder Wolframtrioxid sind in der Lage, bei Bestrahlung mit
Sonnenlicht Wasser oder auch andere Substanzen wie Ameisensäure
zu zersetzen (zu elektrolysieren). Dies liegt darin begründet,
daß Elektronen in das Leitungsband angeregt werden und die
verbliebenen Löcher hochoxidierend wirken, da bereits Oxide in
dem der Chemie bekannten höchsten Oxidationszustand vorliegen.
Die Solarzellen umfassen drei Schichten ("Tapes"), und zwar eine
wasserstoffspeichernde, die wie für die
Niedertemperaturbrennstoffzelle beschrieben aufgebaut sein kann,
eine Elektrolyt-Schicht, die Wasser enthält, das im Betrieb
zersetzt wird und deshalb ebenfalls wie für die Brennstoffzelle
beschrieben ausgestaltet sein kann, sowie ein zusätzlich TiO2
oder WO3 und vorzugsweise ein Metallpulver oder Kohlenstoff (zur
Gewährleistung ausreichender elektronischer Leitfähigkeit)
enthaltendes Tape, das ansonsten analog zum Elektrolyttape
ausgebaut ist. Im Gegensatz zur Brennstoffzelle wird die
Solarzelle mit Licht "geladen". Während der Entladung arbeitet
sie wie eine Brennstoffzelle.
Die erfindunggemäßten pastösen Massen und daraus hergestellte
Folien oder Schichten sind ferner auch für elektrochemische
Sensoren geeignet. Eine Polymermatrix wird für die Anwendung mit
einem hygroskopischen Salz versetzt, das Wasser zieht. Über die
Salzkonzentration, die Umgebungsfeuchte und die Temperatur läßt
sich der Wassergehalt in einer aus der Masse hergestellten Folie
sehr fein einstellen. Gegenüber einer Referenzelektrode, die als
dagegenlaminiertes Tape ausgebildet ist, treten unterschiedliche
Spannungen als Funktion des Feuchtigkeistgehaltes auf und
erlauben so eine Feuchtigkeitsmessung.
Die elektrochemischen Bauelemente der vorliegenden Erfindung
können beispielsweise in einem kunststoffbasierten Gehäuse
versiegelt werden. Gegenüber Metallgehäusen wird hier das
Gewicht vorteilhaft verringert; Vorteile ergeben sich weiterhin
für die Energiedichte.
Der elektrochemische Schichtverbund (das elektrochemische
Bauelement) kann auch zwischen zwei oder mehr Folien aus einem
mit Wachs oder Paraffin beschichteten Kunststoff eingebettet
werden. Diese Materialien wirken als Versiegelung und können
zusätzlich aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften mechanischen
Druck auf den Schichtverbund ausüben, wodurch in vorteilhafter
Weise eine Kontaktverbesserung im Schichtverbund durch
Preßwirkung erzielt wird.
Wenn das elektrochemische Bauelement wie vorstehend oder auf
andere Weise versiegelt wird, kann man das Innere mit einem
vorgegebenen Wasser-/Sauerstoff-Partialdruck beaufschlagen, der
eine hohe elektrochemische Stabilität bewirkt. Dies läßt sich
beispielsweise durch das Versiegeln des elektrochemischen
Elementes in einer solchen Umgebung mit entsprechend
eingestellten und gewählten Parametern bewirken.
Die erfindungsgemäßen Schichtfolgen der elektrochemischen
Bauelemente können in beliebiger Form angeordnet werden.
Beispielsweise können die flexiblen Schichtverbünde aufgerollt
werden, wodurch eine besonders vorteilhafte Geometrie für
kompakte Akkumulatoren erzielt wird. Bei kleinem Bauvolumen des
Akkumulators ist hier eine sehr große batterieaktive Fläche
vorhanden. Fig. 2 zeigt eine solche Ausgestaltung, wobei die
Bezugszeichen 1 bis 7 die für Fig. 1 genannten Bedeutungen
besitzen und Bezugszeichen 8 eine Isolatorschicht bezeichnet.
Nicht-selbsttragende Schichtverbünde können auch auf festen
Untergründen wie Wänden zur integrierten Energiespeicherung
aufgetragen werden (selbsttragende Folienverbände können
natürlich ebenfalls aufgebracht bzw. aufgeklebt werden). Hier
können große Flächen ausgenutzt werden; ein eigener Raumbedarf
für die Akkumulatoren ist nicht gegeben. Ein spezielles Beispiel
für eine derartige Ausgestaltung ist die Integration von
Schichtverbünden für Akkumulatoren in Substrate für Solarzellen.
Hierdurch können autarke Energieversorgungseinheiten geschaffen
werden. Schichtsequenzen für Akkumulatoren können auch auf feste
oder flexible Substrate aufgebracht werden, um in elektronischen
Aufbauten der integrierten Energiespeicherung zu dienen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Beispiele näher
erläutert werden.
Beispiel 1
Herstellung einer Primärbatterie
Für die Anode werden 7 g Zinkpulver, für den Elektrolyten 5 g SiO2
und für die Kathode 7 g MnO2 mit je 1 g PVDF-HFP, 1,5 g
Dibutylphthalat und 10 g Aceton vermischt. Die Elektroden und der
Elektrolyt werden zu Tapes ausgezogen, das Aceton verdampft und
der Plastifizierer mit Hexan herausgelöst. Die Tapes werden mit
wässrig-alkoholischer KOH Lösung (Lösungsmittel: 50% Wasser, 50%
Alkohol) befüllt und zwischen zwei Edelstahlelektroden gepreßt.
Beispiel 2
Herstellung einer Sekundärbatterie
Für die Anode werden 7 g Cd(OH)2, für den Elektrolyten 5 g SiO2
und für die Kathode 7 g Ni(OH)2 mit je 1 g PVDF-HFP, 1,5 g
Dibutylphthalat und 10 g Aceton vermischt. Die Elektroden und der
Elektrolyt werden zu Tapes ausgezogen, das Aceton verdampft und
der Plastifizierer mit Hexan herausgelöst. Die Tapes werden mit
wässrig-alkoholischer KOH Lösung (Lösungsmittel: 70% Wasser, 30%
Alkohol) befüllt und zwischen zwei Edelstahlelektroden gepreßt.