DE2027721A1 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/22—Immobilising of electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
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- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
Description
Dip!. Ing. R. MerteosDip !. Ing.R. Merteos
Patentanwalt
jB Frankfurt/Main 1, Ammelburgstr. 34-Patent attorney
jB Frankfurt / Main 1, Ammelburgstr. 34-
WA*. Frankfurt am Main, WA *. Frankfurt am Main,
den 4. Juni 1,9?O June 4th 1.9? O
H 51 P 206^H 51 P 206 ^
HONEYWELL INC. ■
2701 Pourth Avenue South.
Minneapolis, Minn. /USJL HONEYWELL INC. ■
2701 Pourth Avenue South. Minneapolis, Minn. / USJL
" Eletrochemische Stromquelle11 "Electrochemical power source 11
Die Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Stromquellen mit einer Anode» einer Kathode und einem wasserlöslichen Elektrolyten, welcher bei aktivierter Stromquelle in Form einer wässerigen Lösung im chemischen Kontakt mit der Anode und der Kathode ist. Die Erfindung ist gleichermaßen anwendbar bei sofort aktiven und auch bei nachträglich aktivierbaren Stromquellen. Bei den sofort aktiven Stromquellen werden die Anode, die Kathode und der Elektrolyt sogleich bei der Herstellung miteinander in aktiven Kontakt gebracht, während bei nachträglich aktivierbaren Stromquellen eine oder mehrere dieser Komponenten, üblicherweise der Elektrolyt oder ein Elektrolytlösungsmittel, zunächst ferngehalten und erst.zum Zeitpunkt der gewünschten Aktivierung zugesetzt wird. Bei· solchen nachträglich aktivierbaren Zellen wird der Elektrolyt vielfach in einem Behälter innerhalb der Stromquelle aufbewahrt und zur Aktivierung der Behälter zerstört, so daß sein Inhalt in den die eigentlichen Zellen enthaltenden Raum der Stromquelle eintreten kann. Die Stromquelle kann eine oder mehrere zusammen eine Batterie bildende elektrochemische Zellen enthalten.The invention relates to electrochemical power sources with an anode »a cathode and a water-soluble electrolyte, which when the power source is activated in the form of an aqueous solution in chemical contact with the anode and the Cathode is. The invention is equally applicable to immediately active and also to subsequently activated current sources. In the case of the instantly active power sources, the anode, the cathode and the electrolyte are used immediately during manufacture brought into active contact with each other, while with subsequently activated power sources one or more of these components, usually the electrolyte or an electrolyte solvent, initially kept away and only at the time the desired activation is added. In the case of such, retrospectively Activatable cells, the electrolyte is often stored in a container within the power source and to activate the container destroyed, so that its contents in the space containing the actual cells of the power source can occur. The power source can contain one or more electrochemical cells which together form a battery.
Die Verwendung einer wässerigen Elektrolytlösung in einerThe use of an aqueous electrolyte solution in one
dem
elektrochemischen Zelle ist mit/Nachteil verbunden, daß das Wasser mit der Zeit aus der Elektrolytlösung verdampft in Abhängigkeit
von Umgebungsdruck und Temperatur der Zelle, wodurch die gesamte Betriebsdauer der Zelle verkürzt wird. Die
Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Beseitigungto the
Electrochemical cell is associated with / disadvantage that the water evaporates from the electrolyte solution over time as a function of the ambient pressure and temperature of the cell, whereby the total operating time of the cell is shortened. The invention is primarily concerned with elimination
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oder zumindest Verringerung dieser nachteiligen Erscheinung* und hat die Aufgabe, Aufbau und Wirkungsgrad elektrochemischer Zellen der eingangs genannten Art zu verbessern.or at least reduce this disadvantageous phenomenon * and has the task of improving the structure and efficiency of electrochemical cells of the type mentioned above.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß dieTo solve this problem, the invention provides that the
einen
Stromquelle/hygroskopischen Stoff enthält, welcher zumindest einen Teil des als Lösungsmittel für den Elektrolyten benötigten
Wassers aufnimmt und gegebenenfalls speichert«a
Contains power source / hygroscopic substance, which absorbs at least part of the water required as a solvent for the electrolyte and, if necessary, stores it «
Der hygroskopische Stoff kann auf verschiedene Weise in die Zelle eingebracht werden. Bei sofort aktiven Stromquellen kann er beispielsweise in der wässerigen Lösung des Elektrolyten gelöst sein und zusammen mit dieser in die Zelle eingebracht werden oder er wird in trockenem Zustand mit dem Grundstoff des Elektrolyten gemischt und in die Zelle eingebracht, so daß er Wasser in die Zelle einsaugt und den Grundstoff des Elektrolyten befeuchtet, wodurch die Zelle nach einer kurzen Verzögerungszeit aktiviert wird. Bei nachträglich aktivierbaren Batterien wird der hygroskopische Stoff entweder mit der wässerigen Elektrolytlösung vermischt oder im trockenen Zustand mit dem Grundstoff des Elektrolyten vermischt in einem hermetisch abgeschlossenen Behälter innerhalb der Stromquelle aufbewahrti beispielsweise in einem Plastikbeutel, welcher zum Zwecke der Aktivierung zerstörbar ist.The hygroscopic substance can enter the Cell can be introduced. In the case of immediately active power sources, it can, for example, in the aqueous solution of the electrolyte be dissolved and introduced into the cell together with this or it is in a dry state with the The basic material of the electrolyte is mixed and introduced into the cell, so that it sucks water into the cell and humidifies the base material of the electrolyte, which causes the cell to activated after a short delay time. With retrospectively activated batteries, the hygroscopic substance is either mixed with the aqueous electrolyte solution or in the dry State mixed with the base material of the electrolyte in a hermetically sealed container within the power source stored, for example, in a plastic bag, which is used for Purposes of activation is destructible.
Vorzugsweise bildet der Hygroskopische Stoff gleichzeitig zumindest teilweise den wasserlöslichen Grundstoff des Elektrolyten und dient somit entweder allein oder in Verbindung mit einem anderen wasserlöslichen Elektrolytgrundstoff als Quelle für die Ionen in der wässerigen Lösung, sobald die Zelle aktiviert ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Stromquelle letztgenannter Art, ist der hygroskopische Stoff, mi.% ? ai dem Kathodenmaterial vermischt. Er kann entweder in gelöst und dann mit dem Kathodenmaterial vermischt. eine Paste oder einen Brei bilden oder er wird in trockenemThe hygroscopic substance preferably simultaneously at least partially forms the water-soluble base material of the electrolyte and thus serves either alone or in conjunction with another water-soluble electrolyte base material as a source for the ions in the aqueous solution as soon as the cell is activated. In a preferred embodiment of a power source of the last-mentioned type, the hygroscopic substance, mi.% ? a i mixed with the cathode material. It can either be dissolved in and then mixed with the cathode material. to make a paste or a pulp or it will in dry
η fi Q π ζ "? / 1 ζ % %η fi Q π ζ "? / 1 ζ%%
Zustand mit dem Kathodenmaterial vermischt und zieht aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften Wasser in die Zelle, um die erforderliche wässerige Elektrolytlösung zu bilden. Im letztgenannten Falle rührt bei aktivierter Stromquelle der Wassergehalt der Elektrolytlösung praktisch vollständig von der Wirkung des hygroskopischen Stoffes her. Bei dieser Ausführungsform braucht man überhaupt kein Lösungsmittel für den Elektrolyten in die Zelle einbringen, sondern diese aktiviert sich selbst, wenn der hygroskopische Stoff der Atmosphäre ausgesetzt wird. Danach dient er zum Ersatz des während des Betriebs durch Verdampfen oder aufgrund eines Lecks entweichenden Wassers, indem er diesen Wasserdampf oder dieses Wasser oder zusätzlichen Wasserdampf aus der Atmosphäre aufsaugt. Diesem Ersatz des entweichenden Wassers dient der hygroskopische Stoff auch dann, wenn er bereits in Wasser gelöst ist, um die wässerige Elektrolytlösung zu bilden.State mixed with the cathode material and pulls due to Its hygroscopic properties allow water into the cell to form the required aqueous electrolyte solution. in the In the latter case, the water content of the electrolyte solution moves practically completely from the activated power source Effect of the hygroscopic substance. In this embodiment, there is no need at all for the electrolyte solvent Introduce into the cell, but this activates itself when the hygroscopic substance is exposed to the atmosphere will. It is then used to replace the water that evaporates or leaks during operation, by sucking up this water vapor or this water or additional water vapor from the atmosphere. This replacement of the escaping The hygroscopic substance also serves water when it is already dissolved in water to form the aqueous electrolyte solution.
Als hygroskopischer Stoff eignet sich für die Zwecke der Erfindung besonders Lithiumchlorid, Zinkchlorid, Magnesiumhydrooxyd und Magnesiumchlorid. Als Anodenmaterial wird bevorzugt Zink verwendet, obwohl auch andere elektropositive Metalle, die in einer wässerigen Elektrolytlösung praktisch stabil sind, verwendet werden.können.As a hygroscopic substance is suitable for the purposes of the invention especially lithium chloride, zinc chloride, magnesium hydroxide and magnesium chloride. Zinc is preferably used as the anode material, although other electropositive metals are also used are practically stable in an aqueous electrolyte solution, can be used.
Die -Erfindung kann dazu verwendet werden, eine mit einer Anode, " einer Kathode und einer wässerigen Elektrolytlösung versehene elektrochemische Zelle gegen Zersetzung zu schützen, indem man in die Zelle einen hygroskopischen Stoff eingibt, welcher etwaige Wasserverluste der Elektrolytflüssigkeit kompensiert und dadurch die Lebensdauer der Zelle verlängert.The invention can be used to produce one with an anode, " a cathode and an aqueous electrolyte solution To protect the electrochemical cell against decomposition by introducing a hygroscopic substance into the cell, which is any Water losses of the electrolyte fluid are compensated and thereby extends the life of the cell.
Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen elektrochemischer Stromquellen gemäß der Erfindung beschrieben. In den Beispielen 1 bis 10 weist die Zelle jeweils eine Zinkanode auf,The following are some preferred embodiments more electrochemical Power sources according to the invention described. In Examples 1 to 10, the cell each has a zinc anode,
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welche mittels eines porösen, nicht gewebten, faserigen Separators von der Kathode getrennt ist und eine wirksame Oberfläche von etwa 6,^5 cm hat. Im aktiven Zustand ist die Kathode pasten- oder breiförmig und enthält in einer Mischung einen hygroskopischen Stoff, welcher zugleich ein wasserlöslicher Grundstoff eines Elektrolyten ist. Ein Kohleschicht-Kathodenanschluß ist auf den Kathodenwerkstoff aufgepreßt und bildet die positive Anschlußklemme der Zelle. Bei allen Beispielen zeigte die Zelle eine bemerkenswerte Fähigkeit, Dampf im Elektrolyten zurückzuhalten. which by means of a porous, non-woven, fibrous separator is separated from the cathode and has an effective surface area of about 6.5 cm. In the active state, the cathode is paste-like or pulpy and contains a hygroscopic in a mixture Substance that is also a water-soluble basic substance of an electrolyte. A carbon film cathode terminal is pressed onto the cathode material and forms the positive connection terminal of the cell. In all examples the cell showed a remarkable ability to retain vapor in the electrolyte.
fc Beispiel 1 fc example 1
Die Kathode besteht aus Mangandioxyd und Kohlepulver vermischt zusammen mit einer wässerigen Elektrolytlösung, welche in Wasser gelöstes Zinkchlorid enthält. Das Zinkchlorid bildet sowohl den hygroskopischen Stoff als auch den Grundstoff des Elektrolyten. The cathode consists of manganese dioxide and carbon powder mixed together with an aqueous electrolyte solution which is in water contains dissolved zinc chloride. The zinc chloride forms both the hygroscopic substance and the basic substance of the electrolyte.
Bei der Prüfung erzeugte die Zelle eine Leerlaufspannung von 1,67 V und einen Kurzschlußstrom von 1,5 A. Bei der Belastung der Zelle ergaben sich folgende Werte:When tested, the cell generated an open circuit voltage of 1.67 V and a short circuit current of 1.5 A. When loaded the cell resulted in the following values:
Spannung BelastungTension load
Volt OhmVolts ohms
1,62 1001.62 100
1,59 501.59 50
1,55 301.55 30
1,50 201.50 20
1,40 101.40 10
1,26 51.26 5
Die Zelle hat eine Kathodenzusammensetzung wie in Beispiel 1 mit Ausnahme, daß anstelle von Zinkchlorid in der wässerigen Elektrolylösung Lithiumchlorid verwendet wird. Bei der PrüfungThe cell has a cathode composition as in Example 1 with the exception that instead of zinc chloride in the aqueous one Electrolytic solution lithium chloride is used. During the exam
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erzeugte diese Zelle eine Leerlaufspannung von 1,85 V und einen Kurzschlußstrom von 1,8 A. Bei unterschiedlichen Belastungen ergaben sich die folgenden Spannungen:this cell produced an open circuit voltage of 1.85 V and a short-circuit current of 1.8 A. With different loads the following tensions resulted:
Hier wurde, bei ansonsten gleicher Kathodenzusammensetzung, Magnesiumchlorid anstelle von Zinkchlorid in der wässerigen Elektrolytlösung verwendet. Die Zelle ergab eine Leerlaufspannung von 1,71 V und einen Kurzschlußstrom von 1,5 A. Bei verschiedenen Belastungen stellten sich die folgenden Spannungen ein:Here, with otherwise the same cathode composition, magnesium chloride was used instead of zinc chloride in the aqueous solution Electrolyte solution used. The cell gave an open circuit voltage of 1.71 V and a short circuit current of 1.5 A. At the following tensions arose under various loads:
Verwendet wurde eine Kathodenzusammensetzung wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß das Mangandioxyd hygroskopisch war und anstelle von Zinkchlorid Magnesiumdioxyd in der Elektrolytlösung verwendet wurde. Die Zelle lieferte eine LeerlaufspannungA cathode composition was used as in Example 1, with the exception that the manganese dioxide was hygroscopic and instead of zinc chloride, magnesium dioxide was used in the electrolyte solution. The cell delivered an open circuit voltage
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von 1,5V und einen Kurzschlußstrom von 50 mA. of 1.5V and a short-circuit current of 50 mA.
Die Zelle hatte Kathodenzusammensetzung wie in Beispiel 2, und der Elektrolyt bestand aus einer Lösung von einem Teil Lithiumchlorid in zwei Gewichtsteilen Wasser, wobei Ammonchlorid zugefügt wurde und zwar 10 g pro 100 ml wässeriger Elektrolytlösung. Bei der Prüfung erzeugte die Zelle eine Leerlaufspannung von 1,88 V und einen Kurzschlußstrom von 1,6 A. Die Spannungsmessung bei Belastung ergab folgende Werte:The cell had a cathode composition as in Example 2, and the electrolyte consisted of a solution of one part of lithium chloride in two parts by weight of water, with ammonium chloride being added at 10 g per 100 ml of aqueous electrolyte solution. During the test, the cell generated an open-circuit voltage of 1.88 V and a short-circuit current of 1.6 A. The voltage measurement under load gave the following values:
Die Kathode enthält Quecksilberoxyd und Kohlepulver in einem Volumenverhältnis von 1:2 vermischt mit einer Elektrolytlösung aus einem Teil Lithiumchlorid in zwei Gewichtsteilen Wasser. Bei diesem Beispiel bildete das Lithiumchlorid sowohl den Grundstoff des Elektrolyten als auch den hygroskopischen Stoff. Bei Raumtemperatur erzeugte die Zelle eine Leerlaufspannung von 1,06 V und einen Kurzschlußstrom von 0,8 A. Die Messungen der Zelle unter Last ergaben folgende Werte:The cathode contains mercury oxide and carbon powder in one Volume ratio of 1: 2 mixed with an electrolyte solution of one part of lithium chloride in two parts by weight Water. In this example, the lithium chloride formed both the base of the electrolyte and the hygroscopic one Material. At room temperature, the cell generated an open circuit voltage of 1.06 V and a short-circuit current of 0.8 A. The Measurements of the cell under load gave the following values:
00985271S3900985271S39
Die Zelle hat eine Kathodenzusammensetzung wie in Beispiel 6, mit der Ausnahme, daß anstelle von Quecksilberoxyd zitronensaueres Eisenoxyd als Kathodenmaterial verwendet wird. Die Zelle erzeugte eine Leerlaufspannung von 1,1I1I V und einen Kurzschlußstrom von 1,0 A. Bei Belastung der Zelle ergaben sich folgende Spannungen:The cell has a cathode composition as in Example 6, with the exception that instead of mercury oxide, citric acid iron oxide is used as the cathode material. The cell produced an open circuit voltage of 1, 1 I 1 IV and a short circuit current of 1.0 A. Under load, the cell voltages were the following:
Die Zelle hat eine Kathodenzusammensetzung wie in Beispiel 6, nur wird anstelle von Quecksilberoxyd Schwefel als Kathodenmaterial verwendet. Die Zelle erzeugt eine Leerlaufspannung von 1,48 V und einen Kurzschlußstrom von 0,4 A.The cell has a cathode composition as in Example 6, except that instead of mercury oxide, sulfur is used as the cathode material used. The cell generates an open circuit voltage of 1.48 V and a short circuit current of 0.4 A.
009852/1539009852/1539
Die Kathodenzusammensetzung ist die gleiche wie in Beispiel 6,,. mit Ausnahme der Verwendung von Metadinitrobenzol anstelle von Quecksilberoxyd. Die Zelle erzeugte eine Leerlaufspannung von 1,53 V und einen Kurzschlußstrom von 0,5 A.The cathode composition is the same as in Example 6 ,,. except for using metadinitrobenzene instead of Mercury oxide. The cell generated an open circuit voltage of 1.53 V and a short-circuit current of 0.5 A.
Als Kathodenwerkstoff wird anstelle von Quecksilberoxyd Vanadinpentoxyd (VJ3_) verwendet. Diese Zelle erzeugt eine Leerlaufspannung von 1,63 V und einen Kurzschlußstrom von 1,8 A. Bei Belastung der Zelle ergaben sich folgende Werte:The cathode material is vanadium pentoxide instead of mercury oxide (VJ3_) used. This cell generates an open circuit voltage of 1.63 V and a short-circuit current of 1.8 A. When the cell was loaded, the following values were obtained:
Die vorstehenden Beispiele veranschaulichen die Verwendung hygroskopischer Stoffe in Elektrolytlösungen elektrochemischer Stromquellen im aktivierten Zustand. Wie bereits erwähnt, kann der hygroskopische Stoff in der Stromquelle auch zum Aufsaugen von Wasser aus der Atmosphäre zum Zwecke der anfänglichen Aktivierung der Zelle verwendet werden. Für diese Zwecke wurde der hygroskopische Stoff bei dem folgenden Beispiel benutzt.The above examples illustrate the use of hygroscopic Substances in electrolyte solutions of electrochemical power sources in the activated state. As mentioned earlier, can the hygroscopic substance in the power source also used to soak up water from the atmosphere for the purpose of initial activation of the cell. For these purposes the hygroscopic material was used in the following example.
Die Zelle hat eine wirksame Oberfläche von 12,9 cm und verwendet eine Zinkanode, welche mittels eines porösen,nicht gewebten, faserigen Separators von einer Mangandioxyd enthaltenden KathodeThe cell has an effective surface area of 12.9 cm and uses a zinc anode, which by means of a porous, non-woven, fibrous separator from a cathode containing manganese dioxide
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getrennt ist. Lithiumchlorid wurde in trockenem Zustand mit dem Kathodenmaterial gemischt und die Zelle wurde ohne Zusatz von Wasser aufbewahrt. Bei der Prüfung erzeugte eine solche Zelle zunächst eine Anfangsspannung von O3I V und keinen meßbaren Strom. Nach einer Aufbewahrungszeit von 6 Std. erzeugte sie eine Leer lauf spannung von 1,5*1 V und einen Kurzschlußstrom von 0,111 A.is separated. Lithium chloride was mixed with the cathode material in a dry state and the cell was stored without adding water. During the test, such a cell initially generated an initial voltage of O 3 IV and no measurable current. After a storage time of 6 hours, it generated an open-circuit voltage of 1.5 * 1 V and a short-circuit current of 0.111 A.
009852/1539009852/1539
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Publication Number | Publication Date |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR (1) | FR2052614A5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003034521A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Vaisala Oyj | Water activated battery cell, primary battery and its use |
-
1970
- 1970-05-29 AU AU15713/70A patent/AU1571370A/en not_active Expired
- 1970-06-05 DE DE19702027721 patent/DE2027721A1/de active Pending
- 1970-06-15 FR FR7021971A patent/FR2052614A5/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003034521A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Vaisala Oyj | Water activated battery cell, primary battery and its use |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2052614A5 (en) | 1971-04-09 |
AU1571370A (en) | 1971-12-02 |
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