DE2004418A1 - Rechargeable metal-oxygen battery, especially metal-air battery - Google Patents
Rechargeable metal-oxygen battery, especially metal-air batteryInfo
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Description
Aufladbare Metall-Sauerstoff-Batterie, insbesondere Metall-Luft-BatterieRechargeable metal-oxygen battery, in particular Metal-air battery
(Die Priorität der entsprechenden US-Patentanmeldung Serial JJo». 798 293 vom 11.2.1969 wird beansprucht.)(The priority of the corresponding US patent application Serial JJo ». 798 293 of February 11, 1969 is claimed.)
Die Erfindung betrifft eine aufladbare Metall-Sauerstoff-Batterie, insbesondere Metall-Luft-Batterie, mit wenigstens einer Zelle, die aus wenigstens einer Gaselektrode, wenigstens einer aufladbaren Metallelektrode und einer Aufladehilfselektrpde besteht, wenigstens eine an die Gaselektrode angrenzende Gaskammer aufweist und einen mit den Elektroden in Berührung stehenden Elektrolyten enthält.The invention relates to a rechargeable metal-oxygen battery, especially metal-air battery, with at least a cell consisting of at least one gas electrode, at least one chargeable metal electrode and a charging auxiliary electrode consists, has at least one gas chamber adjoining the gas electrode and one with the electrodes in contact contains standing electrolytes.
Aufladbare Metall-Sauerstoff-Batterien, insbesondere Eisenluft-Batterien, sind bekannt * Bei Eisen-Luft-Batterien wird während der Entladung der für die Oxydation des aktiven Eisens notwendige Sauerstoff nicht durch ein anderes Oxid nachgeliefert, sondern durch elektrochemische Umwandlung des gasförmigen Sauerstoffes der Luft, der in die Gaselektrode der Batterie eindiffundiert. Derartige Gaselektroden können aus einer porösen Struktur bestehen, die im allgemeinen eine hydrophobe Membran und Katalysatoren aus Metallen, wie Platin und Silber, enthält, welche in der Lage sind, Sauerstoffatome in einem alkalischen Medium in Hydroxylionen umzuwandeln. Wenn eine solche Eisen-Luft-Batterie dadurch aufgeladen wird, daß eine Spannungaquelle an die Eisen- und Gaselektroden gelegt wird, deren Spannung höher ist als die Zellspannung, korrodiert,und oxidiert der dabei an der Gaselektrode entwickelte Sauerstoff die Katalysatoren« Diese Reaktion an der Gaselektrode verschlechtert die Fähigkeit des aktiven Katalysatormaterials dieser Elektrode, während der folgenden Entladung die Umwandlung von Sauerstoff in Hydroxylionen zu fördern.Rechargeable metal-oxygen batteries, especially iron-air batteries, are known * In iron-air batteries, the oxygen required for the oxidation of the active iron is not supplied by another oxide during discharge, but by electrochemical conversion of the gaseous oxygen in the air which diffuses into the gas electrode of the battery. Such gas electrodes can consist of a porous structure which generally contains a hydrophobic membrane and catalysts made of metals, such as platinum and silver, which are capable of converting oxygen atoms into hydroxyl ions in an alkaline medium. If such an iron-air battery is charged by applying a voltage source to the iron and gas electrodes, the voltage of which is higher than the cell voltage, corrodes and the oxygen developed at the gas electrode oxidizes the catalysts Gas electrode impairs the ability of the active catalyst material of this electrode to promote the conversion of oxygen into hydroxyl ions during the subsequent discharge.
Um dieee Korrosion zu verhindern, hat man bereits bei einer '"■ 009835/1399 In order to prevent the corrosion, one already has a '"■ 009835/1399
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bekannten Metall-Sauerstoff-Zelle mit einer aufladbaren Metallelektrode und einer Gaselektrode zwischen diesen Elektroden eine Aufladehilfselektrode angeordnet (US-Patentschrift 3 219 486). Während der Aufladung der Zelle wird die Gaselektrode nicht benutzt, sondern der gesamte Ladestrom wird von der Aufladehilf selektrode übernommen, die an ihrer überfläche Sauerstoff freisetzt. Bei dieser bekannten Zelle umschließt die zylinderförmig ausgebildete Aufladehilfselektrode die aufladbare Metallelektrode. Beide Elektroden sind wiederum in der gleichzeitig als Elektrolytgefäß dienenden topfförmigen Gaselektrode angeordnet. known metal-oxygen cell with a chargeable metal electrode and a gas electrode arranged between these electrodes an auxiliary charging electrode (US Pat. No. 3,219,486). While the cell is being charged, the gas electrode is not used; the entire charging current is used by the charging aid selected electrode, which releases oxygen on its surface. In the case of this known cell, it encloses the cylinder in the shape of a cylinder formed charging auxiliary electrode the chargeable metal electrode. Both electrodes are in turn arranged in the pot-shaped gas electrode, which also serves as an electrolyte vessel.
Metall-Luft-Batterien sollen jedoch oft mehr als hundert Zellen in Serie enthalten. Daher sind Gewicht, Elektrodenaufbau und Zellenaufbau kritische Parameter. Um leistungsfähig zu arbeiten, sollten die Zellen möglichst kompakt gebaut sein und die Oberfläche der Metallelektrode sollte so groß wie möglich sein. Diese Anforderungen werden von der bekannten Zelle nicht erfüllt. Außerdem besteht bei dieser Zelle die Gefahr, daß bei zu geringem Abstand zwischen Gaselektrode und Aufladehilfselektrode . der bei der Aufladung an der Aufladehilfselektrode entstehende Sauerstoff mit der Gaselektrode in Berührung kommt, so daß diese nicht wirksam gegen Korrosion geschützt ist. Zum Aufbau kompakter Batterien ist die bekannte Zelle daher wenig geeignet.However, metal-air batteries are often said to contain more than a hundred cells in series. Therefore, weight, electrode structure and Cell structure critical parameters. In order to work efficiently, the cells and the surface should be as compact as possible the metal electrode should be as large as possible. The known cell does not meet these requirements. In addition, with this cell there is the risk that if the distance between the gas electrode and the auxiliary charging electrode is too small. the oxygen produced during charging on the auxiliary charging electrode comes into contact with the gas electrode, so that the latter is not effectively protected against corrosion. The known cell is therefore not very suitable for building compact batteries.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine aufladbare Metall-Sauerstoff-Batterie, insbesondere Metall-Luft-Batterie, mit wenigstens einer Zelle so auszugestalten, daß eine hohe Leistungsfähigkeit und ein kompakter und hinsichtlich des Gewichtes leichter Aufbau erzielt wird.The object of the invention is to provide a rechargeable metal-oxygen battery, in particular metal-air battery, to be designed with at least one cell so that high performance and a compact and lightweight structure is achieved.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zelle zwei im Abstand voneinander angeordnete Gaselektroden und zwei zwischen diesen Gaselektroden angeordnete Metallelektroden weist und daß die Aufladehilfselektrode zwischen den beiden Metallelektroden angeordnet ist.This is achieved according to the invention in that the cell has two gas electrodes and two spaced apart gas electrodes between these gas electrodes arranged metal electrodes and that the charging auxiliary electrode between the two Metal electrodes is arranged.
Die .Elektroden sind dabei vorzugsweise in Form von ebenen Platten ausgebildet.The .Elektroden are preferably in the form of flat Plates formed.
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ν 20QU18ν 20QU18
Die .erfindungsgemäße Batterie erlaubt einen gedrängten, kompakten Zellenaufbau bei großenElektrodenflachen. Ferner hat diese Batterie den Vorteil, daß die Aufladehilfselektrode durch die Metallelektroden von den Gaselektroden getrennt ist, so daß der beim Aufladevorgang an der Aufladehilfselektrode entstehende Sauerstoff mit den Graselektroden praktisch nicht in Berührung kommen kann. ■;..,-The .inventive battery allows a compact, compact cell structure with large electrode areas. Furthermore has this battery has the advantage that the auxiliary charging electrode through the metal electrodes are separated from the gas electrodes, so that the charge generated during the charging process on the auxiliary charging electrode Oxygen can practically not come into contact with the grass electrodes. ■; .., -
Die erfindungsgemäße Batterie kann vorteilhaft so ausgebildet sein, daß mehrere Zellen hintereinander angeordnet sind und daß !zwischen zwei einander gegenüberstehenden-Gaselektroden je zweier Zellen eine gemeinsame Gaskammer vorgesehen ist. ■■■"■■■ '' ■ ■■ : ■■ ■ - ; The battery according to the invention can advantageously be designed in such a way that several cells are arranged one behind the other and that a common gas chamber is provided between two opposing gas electrodes for each two cells. ■■■ "■■■ '' ■ ■■ : ■■ ■ - ;
Die Aufladehilfselektrode kann vorteilhaft eine Grundplatte und mehrere sich von der Grundplatte aus in vertikaler Richtung erstreckende,;-zinkenartige Teile aufweisen.The auxiliary charging electrode can advantageously have a base plate and several extending vertically from the base plate, - prong-like Have parts.
Die Gaselektroden können vorteilhaft eine hydrophobe Membran und aktives Katalysatormaterial aus Platin, Silber, Nickel, Palladium, Mangan, Kobaltoxid, Chromoxid, Nickeloxid, Eisenoxid oder Manganoxid oder Mischungen daraus enthalten.The gas electrodes can advantageously have a hydrophobic membrane and active catalyst material made of platinum, silver, nickel, Palladium, manganese, cobalt oxide, chromium oxide, nickel oxide, iron oxide or manganese oxide or mixtures thereof.
Die aufladbaren Metallelektroden können vorteilhaft aus porösen, gebundenen, mit aktiver Masse imprägnierten Metällfaserplatten bestehen» Die Fasern der Metallfaserplatten können dabei insbesondere aus Nickel oder nickelplattierter Stahlwolle bestehen. Ferner kann jede Metallelektrode vorteilhaft in eine hydrophile Trennmembran eingehüllt Bein.The chargeable metal electrodes can advantageously be made of porous, bonded metal fiber boards impregnated with active material consist »The fibers of the metal fiber panels can in particular made of nickel or nickel-plated steel wool. Furthermore, each metal electrode can advantageously be converted into a hydrophilic one Separating membrane encased leg.
Die aufladbaren Metallelektroden sollten möglichst dick sein, um die höchstmögliche Kapazität zu erreichen und gleichzeitig bei Stromverbrauch noch eine annehmbare Polarisation zu liefern.The chargeable metal electrodes should be as thick as possible, in order to achieve the highest possible capacity and at the same time still deliver an acceptable polarization while consuming power.
Anhand von Figuren und AüBführungsbeispielen sollen die Erfindung und die ifii/t ihr verbundenen Vorteile noch näher erläutert werden.The invention is intended to be based on figures and exemplary embodiments and the ifii / t associated advantages are explained in more detail.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie;Fig. 1 shows a cross section of an embodiment of the battery according to the invention;
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte AusfuhrungsfOrni' der Auf ladehilf s-Fig. 2 shows a preferred AusungsfOrni 'the charging aid s-
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elektrode.electrode.
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Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße aufladbare Batterie 1, die mehrere Zellen 9 umfaßt. Jede dieser Zellen besteht aus mit Katalysatormaterial versehenen Gaselektroden 2, die eine hydrophobe Membran 3 enthalten, aus Eisenelektroden 4, die in hydrophile Separatoren 5 eingehüllt sind, und aus einer dazwischen angeordneten Aufladehilfselektrode 6. Die Batterie besitzt ferner Kammern 7» die einen Elektrolyt enthalten, und Luftkammern 8. Die Batterie kann in jedes geeignete Gehäuse eingesetzt werden, das die Zirkulation eines sauerstoffhaltigen Gases, wie Luft, durch die Luftkammern erlaubt. Ferner sind die elektrischen Verbindungsleitungen 10, 11 und 12 der einzelnen Elektroden der Batterie dargestellt, die zur elektri- h sehen Verbindung der Zellen untereinander dienen.1 shows an exemplary embodiment for a rechargeable battery 1 according to the invention, which comprises a plurality of cells 9. Each of these cells consists of gas electrodes 2 provided with catalyst material which contain a hydrophobic membrane 3, iron electrodes 4 which are encased in hydrophilic separators 5, and an auxiliary charging electrode 6 arranged between them. The battery also has chambers 7 which contain an electrolyte, and air chambers 8. The battery can be inserted into any suitable housing that allows an oxygen-containing gas, such as air, to circulate through the air chambers. Further, the electrical connecting lines 10, 11 and 12 of the individual electrodes of the battery are shown, which serve to see electric h compound of the cells with one another.
Bei Entladung der Batterie sind die Gaselektroden (positiv) und die Eisenelektroden (negativ) mit einem äußeren Lastkreis, beispielsweise einem Motor, verbunden. Strom fließt durch den Kreis und Hydroxylionen wandern von den Gaselektroden 2 durch den Elektrolyten zu den Eisenelektroden 4 (negativ), um die aktive Eisenmaase zu oxydieren, die in den Poren der Eisenelektroden enthalten ist. Wenn dieser OxydationsVorgang fortgeschritten oder beendet ist, ist die Batterie zur Aufladung bereit. Bei der Aufladung werden die Eisenelektroden 4 stärker negativ gemacht und die Aufladehilfselektroden 6 werden so stark positiv gemacht, daß der passende Ladestrom durch das System fließt und die Sauer- W stoffblasenentwicklung nicht zu heftig ist. Die Leitungen werden mit der aufladenden Quelle, beispielsweise einer Batterie, verbunden, um die oxydierte aktive Masse der Eisenelektrode zu reduzieren und an der Aufladehilfselektrode Sauerstoffblasen entstehen zu lassen. Diese Blasen steigen durch den Elektrolyten auf und entweichen durch die öffnungen 13 an die Luft oder in eine geeignete Speicherkammer. Während der Aufladung sind die Zuleitungen zu den Gaselektroden unterbrochen.When the battery is discharged, the gas electrodes (positive) and the iron electrodes (negative) are connected to an external load circuit, for example a motor. Current flows through the circuit and hydroxyl ions migrate from the gas electrodes 2 through the electrolyte to the iron electrodes 4 (negative) to oxidize the active iron maase contained in the pores of the iron electrodes. When this oxidation process has progressed or is finished, the battery is ready to be charged. When charging the iron electrodes 4 are made more negative and the Aufladehilfselektroden 6 are made as strong positive, that the appropriate charging current flows through the system and the oxygen bubble-W material development is not too violent. The lines are connected to the charging source, for example a battery, in order to reduce the oxidized active mass of the iron electrode and to allow oxygen bubbles to develop on the auxiliary charging electrode. These bubbles rise through the electrolyte and escape through the openings 13 into the air or into a suitable storage chamber. The supply lines to the gas electrodes are interrupted during charging.
Bei Verwendung einer Eisenelektrode laufen im wesentlichen die folgenden Reaktionen ab:When using an iron electrode, the following reactions essentially take place:
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Reaktion an der Luftelektrode: Q2 + 2 H2O + 4e~ —^ 4 OH Reaktion an der Eisenelektrode: Ee +■ 2 OH" Fe (OH)2 + 2e~.Reaction on the air electrode: Q 2 + 2 H 2 O + 4e ~ - ^ 4 OH Reaction on the iron electrode: Ee + ■ 2 OH "Fe (OH) 2 + 2e ~.
Es ist bekannt, daß die Entladungsreaktion an der Eisenelektrode in einer elektrolytischen Zelle mit hoher Stromergiebigkeit bei normalen Temperaturen durchgeführt werden kann und daß die Entladung in zwei verschiedenen Spannungsschritten erfolgt. Ferner ist zu bemerken, daß die Aufladung und die Entladung auch auf einem verwickeiteren Weg erfolgen kann, beispielsweise über die Bildung von 3?e,Q. an der Eisenelektrode« Die Reaktion des Eisens ist sehr vorteilhaft im Hinblick auf die Energiemenge, die pro Gewichtseinheit der benutzten Reaktanten frei wird, und ist zusätzlich auch wirtschaftlich günstig. It is known that the discharge reaction at the iron electrode in an electrolytic cell with high current yield normal temperatures can be carried out and that the discharge takes place in two different voltage steps. Further it should be noted that charging and discharging can also be done in a more complicated way, for example via the Formation of 3? E, Q. on the iron electrode «The reaction of iron is very beneficial in terms of the amount of energy that is per Unit weight of the reactants used is free, and is also economically favorable.
Eines der Hauptanwendungsgebiete einer Eisen-Luft-Batterie könnte der Antrieb von Kraftfahrzeugen sein. Eine solche Antriebsbatterie von etwa 70 Volt würde vermutlich etwa hundert in Reihe geschaltete Zellen erfordern. Unter diesen Aspekten sind die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung aus den Figuren ersichtlich. Die bevorzugte Batterieanordnung weist eine Zellenausführung aus dünnen Platteneinheiten auf. Jede der in Reihe geschalteten, in Fig. 1 mit 9 bezeichneten Zellen ist etwa 2,54 cm dick. Die Eisenelektroden sind etwa 4,8 mm dick. In jeder Zelle werden zwei Eisenelektroden benutzt, um eine maximale Beladung der aktiven Masse und ferner eine maximale Oberfläche zu gewährleisten und so eine hohe Nutzbarmachung der Energie zu sichern. Um j eine kompakte Bauweise zu erzielen, ist die Aufladehilfselektrode 6 zwischen den beiden Eisenelektroden angeordnet. Eine solche Anordnung hat noch viele andere sehr bedeutsame Vorteile. Der erste Vorteil ist, daß die Eisenelektroden sich in enger Nachbarschaft zu der Aufladehilfselektrode befinden. Am bedeutendsten ist jedoch, daß die Eisenelektroden während der Entwicklung der Saueratoffblasen ale Schild dienen, so daß der Katalysator in den Gaaelektroden während der Aufladung praktisch nicht oxydiert werden kann. Ferner erfordert diese Anordnung nur eine einzige Aufladehilfaelektrode und ist daher raum- und gewichtssparend. Die Aufladehilfselektrode 6 hat vorzugsweise eine in vertikaler Richtung gegabelte und gefurchte Form mit voneinander getrennten Teilen 20t die, wie Fig. 2 zeigtr durch Punktechweißen an denOne of the main areas of application for an iron-air battery could be the propulsion of motor vehicles. Such a drive battery of about 70 volts would presumably require about a hundred cells connected in series. Under these aspects, the advantages of the arrangement according to the invention can be seen from the figures. The preferred battery assembly has a cell design of thin plate units. Each of the serially connected cells, labeled 9 in Figure 1, is approximately 2.54 cm thick. The iron electrodes are about 4.8 mm thick. Two iron electrodes are used in each cell in order to ensure a maximum loading of the active material and also a maximum surface area, thus ensuring a high level of utilization of the energy. In order to achieve a compact design, the auxiliary charging electrode 6 is arranged between the two iron electrodes. Such an arrangement has many other very significant advantages. The first advantage is that the iron electrodes are in close proximity to the auxiliary charging electrode. However, the most important that the iron electrodes are used during the development of Saueratoffblasen ale plate, so that the catalyst in the Gaaelektroden during charging can not be oxidized practical. Furthermore, this arrangement only requires a single auxiliary charging electrode and is therefore space-saving and weight-saving. The Aufladehilfselektrode 6 preferably has a bifurcated in the vertical direction and grooved shape with parts separated of 20 t which, as Fig. 2 shows r by the Punktechweißen
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Punkten 23 mit einer Grundplatte 21 verbunden sind. Diese Ausgestaltung trägt zur Erleichterung der Entwicklung von Gasblasen ohne strukturbedingte Störungen bei.Points 23 are connected to a base plate 21. This design contributes to the facilitation of the development of gas bubbles without structural disturbances.
Als Gaselektroden wurden Platten mit den Maßen 10,16 cm χ 12,7 cm χ 0,254 cm aus porösem Kohlenstoff mit Polytetrafluoräthylen als Bindemittel verwendet, die mit Silber als Katalysator impräg niert waren. Die Gaselektroden können auch -aus anderen für diesen Zweck bekannten Materialien bestehen, beispielsweise aus Platten aus gesintertem Silber oder gesintertem Nickel. Eine weitere vorteilhafte Gaselektrode und ein Verfahren zu ihrer Herstellung ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung Akt.Z. P 19 56 732.9 vom 12.11.1969 beschrieben.Plates measuring 10.16 cm × 12.7 were used as gas electrodes cm χ 0.254 cm made of porous carbon with polytetrafluoroethylene used as a binder impregnated with silver as a catalyst. The gas electrodes can also consist of other materials known for this purpose, for example of Sintered silver or sintered nickel plates. Another advantageous gas electrode and a method for their Production is for example in the German patent application Akt.Z. P 19 56 732.9 of November 12, 1969.
Die Gaselektrode soll eine poröse Struktur besitzen. Sie wird aktiviert, indem man feine Katalysatorteilchen, die aktives Katalysatormaterial, wie beispielsweise Platin, Silber, Mekel, Palladium, Mangan und Oxide von Kobalt, Ghrom, Nickel, Eisen oder Mangan oder-Mischungen daraus, enthalten, in feiner Verteilung in sie einbringt oder durch Kleben oder in anderer Weise auf sie aufbringt. An der Oberfläche der katalytisch aktivierten Gaselektrode soll ein© hydrophobe Membran angebracht sein, welche die Elektrolytdurchlässigkeit kontrolliert. Solche Membranen sind bekannt und beispielsweise in den US-Patentschriften 3 097 116 und 3 276 909 beschrieben. Die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Membranen berührten den Elektrolyt und bestanden aus Polytetrafluoräthylenfolien einer solchen Dicke und Porosität, daß sie erfolgreich überschüssiges Einsaugen des Elektrolyten in die Luftkammer verhinderten. . ■·.The gas electrode should have a porous structure. It is activated by making fine catalyst particles that are active Catalyst material, such as platinum, silver, mekel, Palladium, manganese and oxides of cobalt, chromium, nickel, iron or manganese or mixtures thereof, contained in fine distribution brings into them or applies to them by gluing or in any other way. On the surface of the catalytically activated A hydrophobic membrane should be attached to the gas electrode, which controls the electrolyte permeability. Such membranes are known and for example in US patents 3,097,116 and 3,276,909. The one at the present The membranes used in the embodiment were in contact with the electrolyte and consisted of polytetrafluoroethylene foils such Thickness and porosity that they successfully prevented excess electrolyte from being drawn into the air chamber. . ■ ·.
Die aufladbaren Metallelektroden 4 können aus Grundmetallen wie beispielsweise Eisen, Zink, Nickel, Kadmium und Indium bestehen. Sie können die· Form von flachen Platten von hochporöser Struktur haben, welche die aktive. Masse enthalten. Die verwendeten Eisenelektroden waren entweder nickelplattierte, diffusionsgebundene Stahlwollfaser- oder Nickelwollfaserplatten mit den Maßen 10,16 cm χ 12,7 cm χ 0,43 cm und einer Porosität von .. wenigstens 80 #, die mit Eisenoxid als aktiver Masse imprägniert waren. Solche diffusionsgebundenen Elektroden sollten eine ·" ·The chargeable metal electrodes 4 can be made of base metals such as iron, zinc, nickel, cadmium and indium. They can take the form of flat plates with a highly porous structure, which are the active ones. Mass included. The iron electrodes used were either nickel-plated, diffusion-bonded steel wool fiber or nickel wool fiber plates measuring 10.16 cm × 12.7 cm × 0.43 cm and a porosity of at least 80 #, which were impregnated with iron oxide as the active material. Such diffusion-bonded electrodes should have a · "·
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Porosität zwischen 75 und 95 fi besitzen und sind bereits in der US-Patentanmeldung Serial No. 764 527 vom 2.10.1968 vorgeschlagen. Bevorzugt wird eine poröse gebundene Metallfaserplatten-Konstruktion. Besonders geeignetes aktives Eisenmaterial ist beispielsweise in der•US-Patentanmeldung Serial Ro. 764 458 vom 2.10.1968 vorgeschlagen. Die Eisenelektroden waren in eine dünne poröse Polypropylenfolie eingehüllt, die als hydrophile (elektrolytdurchiässige) Trennmembran zwischen der Metallelektrode und den anderen Elektroden diente. Jede hydrophile Membran, die mit dem Elektrolyt verträglich ist* beispielsweise auch eine Polyäthylenmembran oder andere Membranen, wie sie in den US-Patentschriften 3 097 116 und 3 276 909* beschrieben sind, kann als Trennmembran verwendet werden.Have porosity between 75 and 95 fi and are already in US patent application Serial No. 764 527 proposed on October 2, 1968. A porous bonded metal fiber board construction is preferred. Particularly suitable active iron material is proposed, for example, in US patent application Serial Ro. 764 458 dated October 2, 1968. The iron electrodes were encased in a thin, porous polypropylene film, which served as a hydrophilic (electrolyte-permeable) separating membrane between the metal electrode and the other electrodes. Any hydrophilic membrane that is compatible with the electrolyte * including, for example, a polyethylene membrane or other membranes such as those described in U.S. Patents 3,097,116 and 3,276,909 * can be used as the separation membrane.
Als Aufladehilfselektroden wurden Nickelnetze mit den Maßen 10,16 cm χ 12,7 cm verwendet, die goldplattiert waren, um eine zu frühe Passivierung zu verhindern, die den Stromdurchgang beenden könnte. Jedes andere inerte Metall, das in. dem gewählten Elektrolyten praktisch nicht oxydierbar ist, kann ebenfalls verwendet werden.Nickel meshes with the dimensions 10.16 cm χ 12.7 cm that were gold plated to create a to prevent premature passivation that could terminate the continuity of the current. Any other inert metal in. The chosen Electrolyte which is practically non-oxidizable can also be used.
Als weiteres Beispiel für eine Aufladehilfselektrode wurde eine vertikal gefurchte Nickelstruktur mit den Maßen 10,16 cm χ 12,7 cm verwendet. Diese hatte zinkenförmige Teile,, die mit einer 6,35 mm starken Grundplatte punktverschweißt waren. Diese Ausführungsform der Aufladehilfselektrode ergab eine merkliche Verbesserung gegenüber der Netzelektrode. Pig. 2 zeigt diese vertikal gefurchte Ausführungsform. Die zinkenförmigen Teile 20 erstrecken sich ausgehend von der Grundplatte 21 in vertikaler Richtung und waren etwa 6,35 mm breit und 3,175 mm dick, gemessen entlang W. Zwischen den einzelnen zinkenförmigen Teilen ist jeweils ein 6,35 n™ breiter, offener, senkrechter Kanal 22 vorgesehen. Diese Kanäle sind mit Elektrolyt gefüllt und gestatten den Sauerstoffblasen, die an den zinkenförmigen Teilen gebildet werden, einen.leichten Durchgang durch den Elektrolyten und leichtes -Entweichen in di-e Luft während de3 Aufladens. Eine solche bevorzugte; gefurchte Struktur verhindert übermäßige Turbulenzen im Elektrolyten, die den Elektrolyten au α der Zelle verdrängen könnten, u/id erlaubt einen verbesserten Betrieb derA vertically grooved nickel structure measuring 10.16 cm × 12.7 cm was used as a further example of an auxiliary charging electrode. This had prong-shaped parts, which were spot-welded to a 6.35 mm thick base plate. This embodiment of the auxiliary charging electrode resulted in a marked improvement over the mesh electrode. Pig. Figure 2 shows this vertically grooved embodiment. The prong-shaped parts 20 extend from the base plate 21 in the vertical direction and were approximately 6.35 mm wide and 3.175 mm thick, measured along W. Between the individual prong-shaped parts is a 6.35 n ™ wide, open, vertical channel 22 provided. These channels are filled with electrolyte and allow the oxygen bubbles that are formed on the prong-shaped parts to easily pass through the electrolyte and easily escape into the air during charging. Such a preferred one; corrugated structure prevents excessive turbulence in the electrolyte, the electrolyte could displace the α au of the cell, and / id permits improved operation of the
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kompakten Batteriezellen.compact battery cells.
Als Elektrolyt wurde eine wässrige Lösung von KOH mit einer Konzentration von 25 bis 40 i» verwendet. Dieser Elektrolyt . wurde in die Elektrolytkammern gegossen und berührte alle drei Elektroden jeder Zelle der Batterie. Je nach den in der Batterie verwendeten Elektroden können auch andere wässrige alkalische Elektrolyte verwendet werden.An aqueous solution of KOH with a concentration of 25 to 40 liters was used as the electrolyte. This electrolyte. was poured into the electrolyte chambers and touched all three electrodes of each cell of the battery. Depending on the electrodes used in the battery, other aqueous alkaline electrolytes can also be used.
Jede Kombination aus Aufladehilfselektrode und Eisenelektrode bildet eine Aufladungseinheit, während jede Kombination aus Gaselektrode und Eisenelektrode eine Entladungseinheit bildet. Ein Zwischenraum von etwa 6,35 mm wurde zwischen jeder der in ^ Serie geschalteten Zellen freigelassen, um zwischen den Gas- r elektroden benachbarter Zellen eine Luftströmung zu ermöglichen. Wenn größere Elektroden verwendet werden sollen, kann ein größerer Zwischenraum erforderlich sein. Wenn nötig, kann die Luft durch ein Gebläse durch die Luftkammern gepreßt werden.Each combination of auxiliary charging electrode and iron electrode forms a charging unit, while each combination of gas electrode and iron electrode forms a discharge unit. A gap of about 6.35 mm was left between each of the connected in series ^ cells to allow air to flow between the gas r electrodes of adjacent cells. If larger electrodes are to be used, a larger gap may be required. If necessary, the air can be forced through the air chambers by a fan.
Beim Betrieb der Batterie werden die elektrischen Leitungen 10 und 11 mit einem äußeren Lastkreis, beispielsweise einem kleinen Motor, verbunden und es wird den Luftkammern Luft zugeführt, bis die Batterie entladen ist. Dann werden die positiven Leitungen 11 von der Luftelektrode abgetrennt und die Aufladehilfselektrode 6 wird mit einer Ladequelle, beispielsweise einer Batterie, verbunden. Kleine Sauerstoffblasen, die an der Aufladehilfselektrode erzeugt werden, steigen durch den Elektrolyten zwischen den Eisenelektroden auf. Die Ladestromdichte wird so reguliert, daß die Sauerstoffblasen den Elektrolyten nicht aus der Zelle hinaustreiben können. Nach vollständiger Aufladung werden die Leitungen 10 und 12 von der Ladequelle abgetrennt und die Batterie ist bereit, wieder mit dem äußeren Lastkreis verbunden und entladen zu werden.When operating the battery, the electrical lines 10 and 11 are connected to an external load circuit, for example a small one Motor, and air is supplied to the air chambers until the battery is discharged. Then the positive leads 11 separated from the air electrode and the auxiliary charging electrode 6 is connected to a charging source, for example a battery. Small oxygen bubbles on the auxiliary charging electrode are generated, rise through the electrolyte between the iron electrodes. The charging current density will be like this regulates that the oxygen bubbles do not drain the electrolyte drive out of the cell. After the charging is complete, the lines 10 and 12 are disconnected from the charging source and the battery is ready to be reconnected to the external load circuit and discharged.
8 Patentansprüche
2. Figuren8 claims
2. Figures
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Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US79829369A | 1969-02-11 | 1969-02-11 | |
| US79829369 | 1969-02-11 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE2004418C3 DE2004418C3 (en) | 1977-02-24 |
Family
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Also Published As
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|---|---|
| GB1242832A (en) | 1971-08-11 |
| DE2004418B2 (en) | 1976-07-15 |
| CA959925A (en) | 1974-12-24 |
| JPS4817811B1 (en) | 1973-06-01 |
| CH504113A (en) | 1971-02-28 |
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| AT292088B (en) | 1971-08-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |