DE2022456A1 - Flexible elektrolytische Zelle - Google Patents
Flexible elektrolytische ZelleInfo
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Description
Anmelders Unican Security Systems, Ltd.
flexible elektrolyti s one Zelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Anordnung für
eine elektrolytische Zelle mit einer Konstruktion, die ein
Biegen ermöglicht. Im Handel sind viele Arten von Anordnungen
für electroIytisehe Zellen "beiannt wie Blei, Säure, Nickel-Kadpium,
Silber-Zink, Wasseratoff-Sauerstoff-Brennetoffzellen
und elektrochemische Zeitgeber. Hinsichtlich der räumlichen
Anordnung ist allen diesem Systemen gemeinsam, daß sie in
planarer form oder in zylindrischer form wie bei Taschenlampenbatterien
hergestellt sind» Waaalrtiängig von der Art der Herstellung
der bekannten Systeme sind die Komponenten zur Starrheit
konstruiert·
Gemäß der vorliegenden Erfliaiaiiag sind die Komponenten dahingehend ausgewählt, daß sie befähigt sind flexibel zu sein,
gebogen zu werden oder hin laM her gebogen zu werden. Insbesondere sind die in konventionellen elektrolytischen Zellen
verwendeten Elektrolyten flüssigkeiten. Eine flüssigkeit kann
nicht gebogen oder gewunden werden. Darüberhinaus kann selbst
dann, wenn die flüssigkeit im einem tuchähnlichen Separator oder in einem Separator vom Baiver-Tyρ gehalten wird, einem
solchen Separator keine for»gegeben werden mit Ausnahme einer
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Stützung zwischen den Elektroden oder durch andere Stütz-Anordnungen.
Bs sind auch verschiedene Arten von Elektrolyten in Gel-Ροπή
angewandt worden. Jedoch ist ihr Kohäsionsvermögen schlecht. Sie brechen, wenn sie gebogen werden. Sie trocknen beim Stehen
aus, und sie werden gewöhnlich in planarer 'Form angewandt festgestützt durch Metallelektroden. Dies gilt beispielsweise
auch für Segelte in Blei-Säure-Batterfen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dagegen eine flexible elektrolytische Zelle, die gekennzeichnet ist durch eine Anode,
eine Katode und einen Film aus einem festen Elektrolyten. Dabei
liegt der zuletzt genannte PiIm vorzugsweise in Form eines
anorganischen festen Elektrolyten vor. Derartige feste Elektrolyten können in dünnen Filmen angewandt werden, so daß solche
Filme und die daraus mit einer Anode und einer Katode hergestellten Anordnungen, wie sie nachfolgend im einzelnen beschrieben
werden, ein hohes Ausmaß an Flexibilität besitzen, so daß sie gebogen und gewunden werden können, wenn sie derart
verwendet werden, daß sie etwa mit dem Umfang eines Kreises mit einem Radius im Bereich von etwa 3 mm bis etwa 30 mm übereinstimmen.
Es wurde gefunden, daß dünne Filme von Elektrolyten mit damit zusammengesetzten Elektroden nicht nur gebogen
und mit Rohren und anderen zylindrischen Objekten wie
dem Sockel einer Blitzlichtbirne zusammen angeordnet werden
können wobei diese Anordnung bei der Anwendung zu einer Ku¥ve
gebogen wird, sondern daß die elektroIytische Zelle auch in
spiralförmigen, s-förmigen oder sonst gebogenen Anordnungen verwendet werden kann. Dies wurde gezeigt anahand von flexiblen
Elektrolyten in Streifen- oder Draht-Form. Diese Materialien
können je nach Wunsch in linearer oder planarer Form angewendet
werden.
Alle vorstehend diskutierten festen Elektrolyten sind homogene anorganische Stoffe. In der gleichzeitig eingereichten Pa-
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tentanmeldiing mit demTitel "Elektrolytisch leitender fester
ElelrbrolytfilM1·» Aktenzeichen P
(Patentnr. ) - unser Akt T 47 230 - ist ein elektrolytisch leitender fester Elektrolytfilm beschrieben, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß er zum größeren ΐeil aus einem
festen Elektroljtem und zum kleineren Seil aus einem filmbildenden Bestandteil !besteht. Als filmbildender Bestandteil kann
beispielsweiBe Pol^phenylenoxid verwendet werden, der auch
einen Wcninaclier nie Polypropylenpolyazelate (Plastolein 970)
enthalten kann.» Biese festen Elektrolyt-Mis chungen können zu
großen dünnen äußerst flexiblen festen Elektrolyt-Pilmen verarbeitet
werden· Sie flexiblen Filme gemäß der erwähnten
Parallelannteldimg können in ^aminat-IOrm zwischen einer Anode
und einer Kathode, die im allgemeinen ebenfalls flexibel sind, verwendet "werden, um eine flexible elektrolytische Zelle gemäß
der Erfindung nerzosteilen. Der feste Elektrolyt kann jedoch auch unmittelbar auf eine Elektrodenoberfläche z.B. einen
flexiblen SiXberanaden-Streif en auf getragen werden, ohne daß
ein Filmbildner oder ein Weichmacher verwendet wird. Der erhaltene aufgetragene feste Elektrolyt ist dann immer noch ausreichendfelxitiel,
am das Biegen der Anordnung im oben geschilderten Ausmaß zu ermöglichen. Dies ist eine bevorzugte
Aus führungsfora .
Die verwendeten festen Elektrolyten sind in fester Form leitend«
Es können feste Metallkoinplex-Halogenid-Elektrolyten sein. Die
bevorzugt verwendete» Elektrolyten sind anorganische siIberhaltige Metalltomplex-Elektrolyten. Spezielle Beispiele hierfür
sind EUg4J5, A^SJ imä Ag2S-Ag2HgJ.. Es können je do cn auch
andere derartige Electrolyte wie Ag2Se-HgJg und Ag2Te-AgJHg2
eingesetzt werden. Auch Cu2S-Ag2S kann verwendet werden. Als
Elektroden können fcevoraugt Silber und Jod-Kohlenstoff verwendet
werden· Es können auch andere Elektrodensysteme angewandt werden einschließlich Silberlegierungen wie Silber-ßold,
RbJ, und Br2-£onlenstoff. Metallelektroden werden zweckmäßigerweise in dünnen flexiblen Streif en z.B. Silberstreifen, oder
in porösen Sinterstoffen, auf die der feste Elektrolyt aufgetra-
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gen werden kann, verwendet. Die Kathoden können in Form von
Halogenen wie Jod und Brom, in innigem Gemisch mit Kohlenstoff oder vermischt mit Bindemitteln wie Polyphenylenoxid und
Weichmachern verwendet werden. Sie können so auf die Oberfläche des festen Elektrolyten aufgetragen werden.
In diesen festen Elektrolyten wird die Hauptmenge an elektro-Iyti
sehen Transport durch Silberionen durchgeführt. Es wird angenommen, daß diese durch das Atomgitter wandern. Das Silber
stammt von einer Silber-Anode, welche A g in Ag+ überführt, das dann durch das Gitter wandert und an der Kathode
mit reduziertem Jod oder Jodkomplex, enthalten an dieser Kathode, oder mit anderen Kathoden wie einer Brom-Kohlenstoff-Kathode
reagiert.
Der verwendete elektrolytische PiIm kann eine Stärke im
Bereich von etwa 0.1 bis etwa 1000 mjj^aufweisen. Bevorzugt ist
eine Stärke von etwa 10 bis etwa 100 mfu Die elektroIytischen
Filme können im Vakuum abgeschieden, kompakt gesintert oder aus der Gasphase abgeschieden werden. Auf diese Weise können falls
gewünscht-sehr dünne Filme hergestellt werden.
Die elektrolytischen Zellen gemäß der Erfindung können als
Element oder getrennte Einheit hergestellt und dann gebogen und in Kontakt mit einer gebogenen oder unregelmäßig geformten
Oberfläche gebracht werden» Die Zellen können jedoch auch auf der gebogenen oder dem unregelmäßig geformten Werkstück selbst
nach verschiedenen Herstellungs- und Abscheidungs-Verfahren erzeugt werden. Beispielsweise kann der Sockel einer Blitzlicl&irne
in eine gebogene feste Elektrolyt-Batteriezelle umgewandelt werden. Die flexible Zelle oder Batterie gemäß der
Erfindung kann beispielsweise auch zu einem gebogenen elektrochemischen Timer oder einer anderen galvanischen Anordnung
verarbeitet werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert.
Einige Beispiele stehen in Zusammenhang mit der bei-
liegenden Zeichnung. Pig. 1 bis 6 sind s chemat'i s ehe Darstellungen
von verschiedenen Ausführungsformen von flexiblen
elektroIytiseben Zellen gemäß der Erfindung» Die Zeichnungen
sind teilweise zum Zweck eines besseren Verständnisses übertrieben.
Unter Bezugnahme, auf Fig. 1 und 2 der Zeichnung wurde ein
Silberstreifen 10 mit den Ausmaßen 4.0»' χ 0.25" x 0.005" in
Trichloräthylen entfettet und in ein keramisches Bohr gehängt,
durch das HpS und Luft im Verhältnis 1s2 geleitet wurde. Es
wurde 1 Std. lang eine Temperatur von 1950C aufrechterhalten.
Der Streifen wurde dann entnommen und in eine geschlossene Kammer gegeben, die 37 Std. lang mit Jg-Dampf gesättigt war.
Nach Entnahme wurde diese Probe in einer inerten Atmosphäre 8 Std. auf 415°C erhitzt. Die Untersuchung und Messung ergab,
daß eine 35 mp dicke Schicht an Ag~SJ als fester Elektrolyt
mit der spezifischen Leitfähigkeit 2x10""2 Ohm""1 cm"*1 auf dem
Silberstreifen 10 entstanden war. Auf die Oberfläche des Elektrolyten 12 wurde ein Gemisch 14 aus SOf0 J2 und 10$
Kohlenstoff aufgetragen. Über das J2 - C-G-emisch wurde ein
Silberstreifen 16 gelegt. Leitungen 18 wurden mit den Silberstreifen 10 und 16 verbunden. Die galvanische Anordnung gemäß
Pig. 1 wurde gebogen und auf ein Eisenrohr 20 mit einem Radius von 1" aufgelegt, wie dies in Pig. 2 erläutert ist, und in
Übereinstimmung mitder Form des Rohres gebracht. Die Leitungen 18 der Batterie lieferten die Energie für eine kleine Birne
22, die dazu diente das Rohr zum Zwecke der Wartung zu lokalisieren. Es wurden Leistungen von 0.58 Volt bei 300 microampere/
ρ
cm erreicht.
cm erreicht.
* mit den Abmessungen 4.0» χ 0.25" χ 0.001"
80 Mol io AgJ und 20 Mol $ RbJ wurden in pulverisierter Form
vermischt und in einem verschlossenen Rohr in inerter Atmosphäre auf 3000C erhitzt. Die Schmelze wurde 1 Std. lang auf 3000C
gehalten und dann langsam auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.
-6-
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■"· O ■"·
Das erstarrte IMg4Ji- wurde auf 325 mesh oder noch feiner zur
Vakuumzerstäubung zermahlen. Wie in Pig. 3 dargestellt, wurde ein Stück eines Silberstreifens 24 mit den Abmessungen 2.0" χ
0.5" x 0.003" in den Zerstäubungsapparat gegeben, und das
RbAg4Jc wurde im Vakuum auf den Streifen abgeschieden, wobei
eine Schicht aus festem Elektrolyten 26 gebildet wurde. Die Dicke des abgeschiedenen EbAg4Jc betrug 80 mp. Auf die feste
Elektrolytoberfläche 26 wurde eine RbJ,-Kathodenschicht 28, und
auf die Kathode 28 ein Silberstreifen 30 aufgebracht. Leitungen 32 wurden an die Silberstreifen 24 und 30 silbergelötet. Die
erhaltene elektrolytische Zelle wurde zu einem Bogen gebogen,·
und die so gebogene Energiequelle wurde auf die innere Wand 34 einer Sicherungsanordnung 36 mit dem Radius 9·5 mm gegeben.
Bei Verbindung mit dem Sicherungs-Initiator 38 wurden Leistungspegel
von 0.55 V bei 3·5 mA/cm zur Betätigung erzielt.
Wie in Pig. 4 dargestellt, wurde der Sockel einer Blitzlichtbirne 40 mit einer Silberfarbe-Zubereitung DuPont #4929 41
angestrichen. Wie im Beispiel g! hergestelltes RbAg4J5-Pulver
wurde auf den versilberten Sockel der Blitzlichtbirne aufgestäubt. Die Birne selbst wurde maskiert, und die Maske wurde
nach dem Bestäuben entfernt. Ein als Kathode 42 dienender Film in einer Stärke von 0.003'1 bestehend aus 9O96 RbJ.,, 7$ Polysulfon
und 3$ Bienenwachs wurde um den Sockel gewickelt. Die
Krümmung der fertiggestellten festen Elektrolytanordnung, die
mit 44 bezeiohnet ist, und des Birnensockels betrug etwa 6.35 mn
Wenn die Drahtleitungen 46 zwischen dem versilberten Anodensockel
41 und der Kathode 42 in Kontakt mit der Blitzlichtbirne gebracht wurden, wie dies in Pig. 4 dargestellt ist, brachte
ein Spannungsstoß von 100 mA/cm die Blitzlichtbirne zur Entladung.
Wie in Pig. 5 dargestellt wurde ein 50 mja dicker PiIm aus
Ag,SJ bei 50 auf einen Silberstreifen 48 aufgebracht, wie dies im einzelnen in Beispiel 1 beschrieben wurde» Statt eine «.γ-
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:: ;■■ ; ; ■■..■ - 7 - .■■.:■ ..: ■ ■ ;:
Kathode gegen tie"Ag5SJ-Schicht 50 anzubringen, wurde ein .
SiTberstreifen 52 unmittelbar gegen den festen Elektrolyten
50 angebracht;· Ton einer Stromquelle 54 wurde eine Gleichspannung
toe 2.5 Y- an das System angelegt und ein Strom von
1 mA/cm dtirehgeleitet, bis das gesamte anodisehe Silber verbraucht war. In diesem Augenblick fand ein scharfer Anstieg
im Potential statt, der durch ein Voltmeter, 56 gemessen wurde»
Diese Anordnung wurde als elektrochemischer Eimer gemäß der
Erfindung verwendet.
Wie in 3?ig. S dargestellt, wurde die elektrolytische Zelle von
Beispiel 4, die in lig. b dargestellt ist, bei 57 gebogen und
auf ein S-förmiges Teilstück 58 einer nicht dargestellten Radar-Anordnung gelegt. Der Radius der Krümmung der S-Komponente
58 betrug etwa 9.5mm für beide Kurven. Diese Anordnung diente
als elektrochemischer Timer. Es wurde ein konstanter Strom von
1.0 mA/cm 2 Stet.- lang bei 2.5 V aufrechterhalten. Anschließend
stieg die Spannung steil auf etwa 8.0 Y an. Elektrochemische
Timer sind' von beträchtlicher Bedeutung bei der Messung von
Stör-Gleichströmen (spurious D.C* currents) in Busammenhang
mit Radargeräten.
Ag2S-Ag2HgJ, wurde als fester Elektrolyt auf einen Silberstreifen mit den Abmessungen 2.0w χ 0.5" x 0*003" aufgestäubt. Die
im Beispiel 3 beschriebene Silberfarbe-Zubereitung #4929 wurde
auf die äußere Oberfläche des festen Elektrolyten aufgestrichen
und darauf warde ein Goldstreifen gelegt. Silberdrähte wurden
an den Silberstreifen und den Goldstreifen angelötet. Ein
Potential von 2.5 V Gleichstrom wurde an das System angelegt, und 1 mA/cm wurden durchfließen gelassen, bis ein scharfer
Anstieg in der Spannung eintrat. Dies zeigte an, daß das gesamte anodistche Silber verbraucht worden war. Wenn diese Anordnung
gebogen und in das Innere eines Digital-Multimeters mit
einer zylindrischen Basis mit einer Krümmung von 12.7 mm gegeben wurde,, diente die Anordnung als wirksamer Timer oder als
: ' : .: ■ · ■ : .. -R--
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Gegenablesevorrichtung.
Ein 10 cm großes Stück Silberdraht wurde der gleichen Behandlung wie in Beispiel 1 beschrieben unterworfen, wobei eine 15 m/u
dicke Schicht von Ag*SJ' auf dem Silberdraht gebildet wurde. Eine Silberfarbe-Zubereitung wurde wie in Beispiel 5 dazu verwendet,
um eine Silberelektrode auf der Ag^SJ-Schicht herzustellen.
Die Silberbatteriezelle wurde um einen Brennstofftank-G-as-Detector-
oder -Transducer gewickelt. Die austretende elektrische Gleichspannung wurde verstärkt und an die Drahtbatteriezelle
angelegt, bis das anodische Silber entfernt war. In diesem Augenblick wurde durch den steilen Spannungsanstieg im
Drahtbatteriekreis ein Hörsignal ausgelöst.
Nach Beschreibung der Erfindung ist es für den Fachmann ersichtlich,
daß Abänderungen und Modifikationen der Erfindung möglich sind, ohne vom Schutzumfang abzuweichen.
Patentansprüche:
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Claims (8)
- Patentansprüche:Flexible elektrolytische Zelle, gekennzeichnet durch eine Anode, eine Kathode und einen PiIm aus einem festen Elektrolyten. / .:.:
- 2. Zelle gemäß Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische IiIm ein anorganischer fester Elektrolyt ist.
- 3· Zelle gemäß Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Film ein fester Metallkomplex-Halogenid-Elektrolyt ist. ■
- 4« Zelle gemäß Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste elektrolytische Film aus Ag^SJ, Ag2S-Ag2HgJ^, RbAg4Jc5, Ag2Se-HgJ2, Ag2Te-AgJHgJ2 und/oder Cu2S-Ag2S hesteht.
- 5. Zelle gemäß Ansprüchen 1-4» dadurch gekennzeichnet, daß die Anode eine Silberanode ist, die Kathode eine jodhaltige Kathode ist und der feste elektrolytische Film aus Ag^SJ, Ag2S-Ag2HgJ, und/oder RhAg/Jc "besteht.
- 6. Zelle gemäß Ansprüchen 1-5> dadurch gekennzeichnet, daß sie ein solches Ausmaß an Flexibilität aufweist, daß sie so gebogen oder gekrümmt werden kann, daß sie annähernd mit dem äußeren Umfang eines Kreises mit einem Radius im Bereich von etwa 3 bis etwa 30 mm übereinstimmt.
- 7. Zelle gemäß Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Elektrolyt aus festem Ag^SJ besteht.
- 8. Zelle gemäß Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeiehnet, daß der feste Elektrolyt aus festem RbAg4J5 besteht.009849/1307Leerseite
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