DE2011224A1

DE2011224A1 - Anodenelektrode eines Metall-/Sauerstoff-Elementes und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2011224A1
Application number: DE19702011224
Authority: DE
Inventors: Dennis Alton; Wiacek Marian Baughurst; Hampshire Cork (Großbritannien)
Original assignee: Energy Conversion Ltd., London
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR2039785A5; AU1265370A

Description

ENERGY CONVERSION LIMITED, Britannic House, Moor Lane,

London, E,C. 2, England

Anodenelektrode eines Metall-/Sauerstoff-Elementes _un(j Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung betrifft elektrochemische Elemente, insbesondere Batterien.

Gemäß der.Erfindung ist eine Anodenelektrode für ein Metall-/ Sauerstoff-Element vorgesehen, welche ein abstützendes Umfangsgehäuse aufweist, durch welches ein aktiver Bestandteil der Elektrode umrandet bzw. abgegrenzt Ist.

Der Rahmen kann aus synthetischem Kunststoff hergestellt sein. Er kann ferner ein oder mehrere Querglieder oder-gitter aufweisen, welche mit dem Umfangsgehäuse zur Unterstützung der Abstützung des aktiven Bestandteiles der Elektrode einteilig ausgebildet sind.

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Das Gehäuse soll gemäß einer Weiterbildung der Erfindung elektrische Klemmen oder Anschlußstücke aufweisen, welche elektrisch mit dem aktiven Bestandteil der Elektrode verbunden sind.

Die Klemmen oder Anschlußstücke können in das Gehäuse eingegossen und mit dem Stromabnehmer verbunden sein, welcher in Kontakt mit dem aktiven Bestandteil der Elektrode steht. Der Stromabnehmer kann ein leitendes Gitter oder Netz aufweisen, welches von dem Umfangsgehäuse getragen oder abgestützt wird. In Abänderung dazu kann der Stromabnehmer einen an den Quergliedern oder Gittern vorgesehenen, elektrischleitenden Überzug aufweisen, wenn diese mit dem Kunststoffmaterial einteilig sind.

Der aktive Bestandteil der Elektrode kann ein Pulver aufweisen, welches zur Bildung einer starren, porösen Masse gepreßt worden ist. Das Pulver kann eine Mischung aus Zink und Quecksilber aufweisen, wobei das Quecksilber zwischen 1 und 10 Gewichtsprozent von der Mischung beträgt und vorzugsweise in eier Größenordnung von 3 Gewichtsprozent der Mischung liegt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der Anodenelektrode eines Metall-/Sauerstof f'-(Luft)Elemcni es, wobei ein gepulverter aktiver Bestandteil der Elektrode in ein Umfangsgehäuse gepreßt, wird und das Umfangsgehäuse einen Teil der b'ortn Vüv das Pressen bildet.

Das Umrangsgehäuse kann geformt oder' gepreßt, vorzugsweise aus synthetischem Kunststoff vor dem Pressen gespritzt werden. Gitter oder QuerglLtxler können einteilig mit dem Umfangsgehäuse während des Pressens oder Sptitzens gebildet werden.

BAD ORIGINAL

η η η π α η /1 3 2 7

5.3.1970 B/He - 3 - Ε/ρ 6794

Vorzugsweise werden ein oder mehrere elektrische Leitungen für einen äußeren Anschluß von der Elektrode in das Gehäuse während seines Pressens oder Spritzens eingegossen.

Ein elektrischleitendes Gitter oder Netz kann als Stromsammler so angeordnet werden, daß es von dem Umfangsgehäuse abgestützt und angelötet oder auf andere Weise'elektrisch mit der oder den elektrischen Leitungen vor dem Pressen verbunden wird.

In Abänderung dazu kann das einteilig hergestellte Gitter oder Querglied mit einem elektrischleitenden Material beschichtet und elektrisch mit der oder den elektrischen Leitungen vor dem Pressen oder Spritzen verbunden werden.

Der gepulverte aktive Bestandteil zum Pressen kann durch ein elektrolytisches Reduzieren einer Mischung aus gepulvertem Zinkoxyd und Quecksilberoxyd präpariert werden, und vorzugs-

vird - '

weise/ein Betrag an Mischung reduziert, welcher für eine Vielzahl von Elektrodenausführungen ausreichend ist. Die Mischung aus Zinkoxyd und Quecksilberoxyd kann derart sein, daß in der reduzierten Mischung zwischen 1 und 10 Gewichtsanteilen, vorzugsweise ungefähr 3 Gewichtsprozent Quecksilber vorhanden ist.

Ein Beutel oder ein Blatt bzw. Blätter aus elektrolytisch benetzbarem Material, wie beispielsweise Polypropylenpapier wird so angeordnet, daß er alle aktiven Bestandteile der Elektrode enthält, und mit dem Umfangsrahmen entlang einer oder mehrerer Ränder beispielsweise durch Heißabdichten abgedichtet .

V'-rzugsweise wird das Pulver über die von dem Umfangsgehäuse umgebene Fläche vor dem Pressen nivelliert oder eingeebnet.

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BAD

50.1970 W/He - 4 - E/p

Das Pressen kann dadurch durchgeführt werden, daß das Gehäuse auf eine Grundfläche gestellt, das Pulver über die von dem Gehäuse umgebenen Fläche eingeebnet und mit einer Platte gepreßt wird, das Gehäuse seitlich als Begrenzungsteil für das Pressen wirkt, um so die Notwendigkeit für eine vollständige Form zu vermeiden, obgleich, wenn das Gehäuse aus Kunststoffmaterial besteht, es eine Abstützung erfordert, um einen Bruch während des Pressens zu vermeiden.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Umfangsgehäuse nach der Erfindung in Seitenansicht in der ersten Herstellungsstufe einer Anode für eine Meta]!-/Sauerstoff-(Luft)Batterie,

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht, teilweise weggeschnitten, eine weitere Herstellungsstufe der Anode,

Fig. 3 zeigt die Anodenelektrode nach ihrer Herstellung in Seitenansicht.

Die erste Stufe bei der Herstellung einer auswechselbaren Anodenelektrode für eine Metall-/Sauerstoff-(Luft)Ba_lterie umfaßt ein Mischen von Zinkoxydpulver und Quecksjlberoxydpulver und ein elektrolytisches Reduzieren der Mischung in einem Bad. Die ursprüngliche Mischung ist so, daß die endgültig reduzierte Mischung zwischen 1 bis 10 Gewichtsanteile, vorzugsweise 3 Gi.-wichtsanteile Quecksilber enthält. Es wird eine ausreichende Mischung zur Herstellung einer großen Anzahl von besonderen Anoden hergestellt.

BAO ORIGINAL

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5.3-1970 B/He - 5 - Ε/ρ 6794

Die nächste. Stufe in der Herstellung umfaßt ein Herstellen eines Abstützgehäuses für die Anode aus einem synthetischen Kunststoff durch Einspritzguß verfahr en. Solch ein Abst.ützgehäuse ist in Fig. 1 dargestellt und weist einen oberen Häuptteil 11 auf, durch welchen die Anode in eine Metall-/Sauerstoff-(Luft)Batterie eingefügt und daraus entfernt werden kann. Unter dem oberen Hauptteil 11 befindet sich ein Einstellteil 12, welcher dazu dient, die Anode in der Batterie genau einzustellen. Von den Enden des Einstell geiles IS hängt ein tlmf angsteil 13 herab, welcher zusammen mit dem Einstellteil 12 einen offenen, mittleren Bereich zur Aufnahme der gepulverten Mischung umrandet bzw. umgrenzt. Klemmen, Anschlüsse oder Leitungen 14 des elektrischleitenden Materials sind einteilig in die Teile 11 und 12 des Gehäuses eingegossen und sehen einen äußeren Anschluß von der Anode vor.

Eine Abdichtung 20 (Fig. l) kann rund um den Teil 12 des Gehäuses herum zum Abdichten der Anode mit einem Element durch Spritzgußverfahren hergestellt werden, in welches es während der Benützung eingefügt wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Gehäuse wird dann auf eine Platte mit einem umrandenden Teil gestellt, um ein Reißen zu verhindern, und ein bestimmter Betrag an Zink~/Q,uecksilberpulver wird in den offenen mittleren Bereich des Gehäuses eingebracht. Das Pulver wird dann nivelliert oder eingeebnet und durch eine obere Platte gepreßt, wobei die Gehäuseteile 12 und I^ den abgrenzenden Teil der Form für das Pressen bilden. Dadurch wird ein starres, poröses G.1 ied L5 (B'ig.. 2) innerhalb des Gehäuses vorgesehen.

Die Anode ist in diesem Zustand in Fig. 2 dargestellt. Der weggeschnittene Teil bei Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Aus.führungsform, Vielehe einen mittleren Bauteil 16-enthält, welcher aus einem an die Leitung 14 bei Vf angelöteten oder auf andere Weise verbundenen Stromabnehme_ir,-;b.es.t.ehe,n·· kann.

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5.3-1970 B/He - 6 - Ε/ρ 6794

¹P
Der Stromabnehmer kann 'der Form eines Metallgitters oder -netzes vorgesehen werden, welches in einer nicht dargestellten Ausnehmung in den Teilen 12 und 13 des Gehäuses angeordnet und damit veriämt, heiß versiegelt oder auf andere Weise verklebt wird, oder solch ein Metallgitter oder Netz kann in das Gehäuse eingegossen werden.

In der Abänderung dazu kann der mittlere Bauteil aus Kunststoffmaterial einteilig geformte Querstreben oder ein Quergitter enthalten,und bei einem großen Gehäuse das Abstützen des Pulvers unterstützen. Solche Streben oder solches Gitter kann dann mit W einem leitenden Material zur Bildung eines Stromsammlers beschichtet werden.

Der mittlere Bauteil 16 wird natürlich vor dem Preßvorgan^ hergestellt, es muß jedoch betont werden, daß solch ein Bauteil oder Stromsammler keinesfalls wichtig ist. Ausgezeichnete Resultate haben sich in der Praxis durch Anoden ergeben, welche in der oben beschriebenen Weise ohne einen solchen mittleren Bauteil oder Stromleiter außer den Leitungen 14 hergestellt sind.

Flg. 3 zeigt die fertige Anode, bei welcher ein Beutel l6 A aus elektrolytischem, benetzbarem Material, wie beispielsweise Piilypropylenpapier um den Gehäuseteil. 13 herum angeordnet worden und mit dem Gehäuseteil L3 heiß versiegelt oder bei 19 verklebt ist, um aLß Trennstück oder Zwischenlager zu wirken.

Die auf diese Weise hergestellten Anoden sind i'üv einen Gebrain-h in Bikathodenel ementen eines Metall-/,Sauerstot'r-(Lui't )Batt er ie besonders zweckmäßig. Bei solch einer Verwendung dienen die Anschlüsse 14 ali; Steckerte LJ e und passen mit Sockeln in der Blkathode zusammen und bilden eine in Reihe geschaltete eLektrl-S(JhH Verbindung von Elementen in der Batterie.

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BAD ORIGINAL

0.1970 B/He - 7 - Ε/ρ 679A

Das Herstellungsverfahren hat die Vorteile,, daß keine kostspieligen Preßwerkzeuge für den Preßvorgang vorgesehen werden müssen, und eine große Menge an Zinkoxyd-/Quecksilberoxydpulvtr gleichzeitig reduziert werden "kann.

Die auf diese Weise hergestellte Anode hat den Vorteil, verhältnismäßig robust zu'sein, da ein schützendes Umfangsgehause aus synthetischem Kunststoff rund um die Kanten der gepreßten Mischung herum vorgesehen ist. Weiterhin können die Kosten gesenkt werden, wenn man von einem Stromsammler absieht.

Wenn ein Stromsammler in dem mittleren Teil des Gehäuses vorgesehen ist, kann der Preßvorgang in zwei Stufen durchgeführt werden, indem der Stromsammler auf einer Seite unterstützt ist und das Pulver auf der anderen Seite gepreßt, wird und dann das Pulver auf der einen Seite zur Vervollständigung der Anode gepreßt wird.

Der Beutel 1-8 kann durch ein oder' zwei Blätter aus benetzbarem

Elektrolytmaterial ersetzt werden, wobei die eine Hälfte oder

das eine Blatt mit den umgenzenden Teilen 12 und 13 auf jeder

Seite des Gehäuses verklebt oder heiß versiegelt wird.

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Claims

5.3-1970 B/He - 8 - E/p 6794

Patentansprüche;

(1. Anodenelektrode eines Metall-Zsauerstoff-Elementes, gekennzeichnet durch ein abstützendes Umfangsgehäuse (12, 13), durch welches ein aktiver Bestandteil der Elektrode umrandet ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 13) aus synthetischem Kunststoff besteht.

3· Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 13) mindestens ein querliegendes, mit ihm einteiliges Glied oder Gitter (l6) zur Un-terstützung der Abstützung des aktiven Bestandteiles der Elektrode aufweist.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12, 13) mit elektrischen Klemmen oder Anschlüssen (14) versehen ist, welche mit dem aktiven Bestandteil der Elektrode elektrisch verbunden sind.

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme oder der Anschluß ('4) in das Gehäuse (12) eingegosser ist.

6. Elektrode nach Anspruch 4 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Klemme oder der Anschluß (14) mit einem Stromsammler (l6) verbunden ist, welcher sich in Kontakt mit dem aktiven Bestandteil der Elektrode befindet.

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammler (16) elektrischleitende Gase oder Gitter aufweist, welche von dem Umfangsgehäuse (12, 13) abgestützt ist.

8. Elektrode nach Anspruch 3j 4 und o, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammler (16) e'inen auf dem Quergl ledern oder -sieb vorgesehenen, elektrisehleitenden "ber^ug aufweist, welcher mit dem Unifantfsgehäuse (12, 13) eint ei Mj-; sind.

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BAD ORIGINAL

5.J. 1970 B/He . - 9 - . Ε/ρ 6794

9· Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Abdichtungsglied (20), welches rund um eine Kante (12) des Umfangsgehäuses durch Spritzgußverfahren hergestellt ist.

10. Elektrode nach einem-der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Bestandteil der Elektrode ein Pulver enthält, welches unter Bildung-einer starren, porösen Masse gepreßt worden ist.

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

das Pulver eine Mischung aus Zink und Quecksilber aufweist, wobei das Quecksilber zwischen 1 und 10 Prozent Gewichtsanteilen der Mischung liegt. .

12. Elektrode nach Anspruch 11", dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber 3 Gewichtsprozent der Mischung beträgt.

13. Verfahren zur Herstellung einer Anodenelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß ein gepulverter, aktiver Bestandteil für die Elektrode innerhalb eines Umfangsgehäuses gepreßt wird und das Umfangsgehäuse einen Teil' der Form für den PreßVorgang bildet.

14. Verfahren nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, daß der gepulverte aktive Bestandteil für den PreBvrgang durch elektrolytisches Reduzieren einer Mischung aus gepulvertem Zinkoxyd und Quecksilberoxyd vorbereitet wird.

15. Verfahren nach Anspruch l4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge an Mischung reduziert wird, welche für eine Vielzahl von Elektrodenausführungen ausreichend ist. ,

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