DE2053362A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit aktiver Eisenmasse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit aktiver EisenmasseInfo
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Description
Reg.-Nr. ZLP 178 DT ό Frankfurt/Main, den 27.10.1970
VARTA AKTIENGESELLSCHAFT
6 Frankfurt/Main, Neue Mainzer Straße 53
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit aktiver Eisenmasse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit aktiver Eisenmasse, insbesondere für Metall-Luft-Zellen.
Es gibt verschiedene Anwendungsgebiete der Akku-Technik, wo negative Elektroden mit großer Flächenkapazität benötigt
v/erden. Z.B. haben die Sauerstoff-Elektroden eine theoretisch unbegrenzt hohe Kapazität, da der Depolarisator dauernd nachgeliefert
wird. Für einen wirtschaftlichen Einsatz muß dann die negative Elektrode ebenfalls eine entsprechend hohe Kapazität
besitzen. Würde man beispielsweise eine Sauerstoff-Elektrode, die mit 100 - 200 mA/cm belastet werden kann, benutzen,
so müßte bei einer Flächenstromdichte von 100 mA/cm dann, z.B. für eine 5-stündige Entladung, die negative Elek-
p * trode eine Mindestkapazität von 500 mAh/cm haben.
Bei Metall-Luft-Zellen werden als positive Elektroden poröse Metallelektroden, die Katalysatoren enthalten, benutzt, während
zur Herstellung der negativen Elektroden z.B. Zink, Cadmium und Eisen verwendet werden.
Wird Zink als aktive Masse benutzt, so kann sehr leicht die erforderliche Kapazität erreicht werden. Das bei der Entladung
in Lösung gegangene Zink wird bei der anschließenden La-
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dung als Schwamm oder dendritenartig abgeschieden. Leider naf-
tet dieser Zink-Schwamm sehr schlecht an der Elektrode und ' wächst
durch den Separator hindurch, so daß nur eine begrenzte-Zyklenzahl
erreicht werden kann.
Versuche mit Cadmium zeigen, daß mit einer genügend dicken Ausbildung der Cadmium-Elektrode die erforderliche Kapazität
von 500 mAh/cm ebenfalls zu erreichen ist. Abgesehen von dem wesentlich höheren Preis des Cadmiums unterliegt die Cadmium-Elektrode
nach einigen wenigen Zyklen einer Alterung, die mit einer starken Kapazitätsverringerung verbunden ist.
Eine Elektrode, die als aktive Masse Eisen besitzt, kennzeich- ^ net sich durch eine gute Aufladbarkeit und einen niedrigen Gestehungspreis
aus. Leider ist die Ausbeute sehr gering; sie liegt bei maximal 25 - 30 %. Hinzu kommt, daß selbst diese geringe
Ausbeute nur mit dünnen Elektroden zu erreichen ist. Vergrößert man die Dicke einer herkömmlichen Eisen-Elektrode
zwecks Erhöhung der Flächenkapazität, so fällt die Ausbeute stark ab.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile einer negativen Elektrode zu vermeiden und ein Verfahren zur
Herstellung einer dickeren Elektrode zu entwickeln, die eine hohe Ausbeute besitzt und deren hohe Kapazität über eine sehr
große Zyklenzahl konstant bleibt.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Körnchen der aktiven Eisenmasse in mikroporöse,
laugebeständige Kunststoffgewebe-Röhrchen eingefüllt und anschließend in einem stromlosen Nickelbad "mit einer dünnen, für
den Elektrolyten durchlässigen Nickelschicht überzogen werden.
Die erfindungsgemäße Elektrode wird im folgenden anhand der Figur 1 näher erläutert.
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Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Elektrode, bei der ein Kunststoffgewebe-Röhrchen
aufgeschnitten ist.
Die Kunststoffgewebe-Röhrchen 1 sind oben und unten mit Kunststoffstopfen
2 abgeschlossen. Die oberen Kunststoffstopfen 2 sind in der Mitte durchbohrt zwecks Durchführen der Ableiter
3, die aus Kupfer oder Nickel bestehen. Die Kunststoffgewebe-Röhrchen
1 und die Kunststoffstopfen 2 sind beständig gegen Lauge und bestehen z.B. aus Polyvinylchlorid oder Polyäthylen.
Die Ableiter sind an einer Seite mit einem Quersteg verbunden. In den Raum zwischen innerer Mantelfläche der Kunststoffgewebe-Röhrchen
1 und längs deren Achse verlaufendem Ableiter 3 werden " die Körnchen der aktiven Eisenmasse bis zu einer Dichte von
ungefähr 2,3 - 2,5 g/cm eingestampft. Diese Körnchen besitzen vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 5 - 15 /u und bestehen
aus metallischem Eisen und Magnetit.
Anschließend wird die gesamte Eisenelektrode in ein stromloses Nickelbad getaucht, dessen Nickel-Gehalt 0,3 bis 0,6 % beträgt.
Als Beispiel sind die wichtigsten Bestandteile eines solchen Nickelbades angeführt:
| 10 | g/l | 2 Ni . CO3 . 3Ni(OH)2 |
| 6 | ml/1 | 70 % Flußsäure |
| 5,5 | g/l | Zitronensäure |
| 15 | g/l | NH4HF2 |
| 20 | g/l | NaH2PO2 . H2O |
| 30 | ml/1 | 30 % Ammoniak |
Der pH-Wert eines solchen Bades liegt bei 6,5 und die Temperatur sollte 80 - 90° C betragen.
Eine Tauchzeit von 1/2 bis 1 Stunde erwies sich als sehr vorteilhaft.
Die einzelnen Körnchen der aktiven Eisenmasse werden
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dabei mit einer dünnen Nickelschicht von etwa 5 bis 10 /U
überzogen. Eine solche dünne Nickelschicht ist noch porös genug, um einen guten Kontakt der aktiven Eisenmasse mit dem
Elektrolyt zu gewährleisten, andererseits ist sie ausreichend dick, um eine gute elektrische Leitfähigkeit der einzelnen
Körnchen und damit einen geringen Innenwiderstand der Zelle zu bewirken.
Eine Elektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, besitzt verschiedene, wesentliche Vorteile. Der Innenwiderstand
einer Metall-Luft-Zelle, die eine solche negative Elektrode besitzt, ist sehr klein. Um eine große Flächenkapazität
zu erreichen, kann der Durchmesser der einzelnen Kunststoff gewebe-Röhrchen bis etwa 8,5 mm vergrößert werden, ohne
daß die Ausbeute wesentlich geringer wird. So ergab sich bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten,
10 g aktive Masse enthaltende Elektrode mit Kunststoffgewebe-Röhrchen
von 8 cm Länge und 8,4 mm Durchmesser eine Ausbeute von 40 % und die Kapazität blieb über 1300 Zyklen in etwa
konstant. Bei einer den gleichen Versuchsbedingungen unterworfenen Elektrode, die nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt worden war, ergab sich dagegen nur eine Ausbeute von 13 %. Auch eine 320 g Masse enthaltende, nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Elektrode mit Röhrchen von 16 cm Länge und 8,4 mm Durchmesser ergab eine
Ausbeute von 35 % ohne nennenswerten Kapazitätsverlust über 300 Zyklen.
- Patentansprüche -
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Claims (4)
1./ Verfahren zur Herstellung einer Elektrode mit aktiver
Eisenmasse, insbesondere für Metall-Luft-Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnchen der aktiven Eisenmasse
in mikroporöse, laugebeständige Kunststoffgewebe-Röhrchen
eingefüllt und anschließend in einem stromlosen Nickelbad mit einer dünnen, für den Elektrolyten durchlässigen
Nickelschicht überzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen-Körnchen mit einem Durchmesser von 5 - 15 /U verwendet
werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisen-Körnchen mit einer Nickelschicht
von 5 - 10 /ti Dicke überzogen werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nickelbad mit 0,3 - 0,6 % Nickel-Gehalt
benutzt wird.
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