DE2065511C3 - Festkörperbatterie mit einem festen Ionen leitenden Elektrolyten - Google Patents

Festkörperbatterie mit einem festen Ionen leitenden Elektrolyten

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DE2065511C3
DE2065511C3 DE2065511*A DE2065511A DE2065511C3 DE 2065511 C3 DE2065511 C3 DE 2065511C3 DE 2065511 A DE2065511 A DE 2065511A DE 2065511 C3 DE2065511 C3 DE 2065511C3
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Geoffrey Wharton Strongsville Ohio Mellors (V.St.A.)
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Union Carbide Corp
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    • 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
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte

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Description

wobei M Kalium, Rubidium, Caesium oder ein Gemisch von zwei oder drei dieser Stoffe bedeutet, und wobei χ einen Werf zwischen 0,45 und 0,95 hat, y den Wert (1 — λ) hat, das Verhältnis y zu ζ zwischen unendlich und 1 liegt, oder wobei χ einen Wert zwischen 0,45 und 0,95 hat, ζ den Wert (1 — x) hat und das Verhältnis ν zu ζ zwischen 1: 1 und 1: 9 liegt.
2. Festkörperbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß χ den Wert von 0,80 hat.
3. Festkörperbatterie nach Anspruch 1 oder 2 mit einer negativen Silberelektrode und einer Jod freisetzenden positiven Elektrode, gekennzeichnet durch einen Elektrolyten der allgemeinen Formel
M — Ag4 — J4 — CN
wobei M Kalium, Rubidium oder Caesium bedeutet oder der Formel
K-Rb-Ag8-J8-(CN)2
oder der Formel
Rb — Cs — Ag12 — J12 — (CN)3
Die Erfindung betrifft eine Festkörperbatterie mit einem festen Ionen leitenden Elektrolyten.
Es sind schon Batterien dieser Art bekannt, die als Elektrolyten die feste Verbindung MAg4J5 enthalten. Diese bekannten Batterien haben den Nachteil, daß lie nicht sehr beständig sind, insbesondere in Gegenwart einer feuchten Atmosphäre. Sie lassen sich ferner nicht wieder aufladen.
Aufgabe der Erfindung ist eine Festkörperbatterie dieser Art, die auch in feuchter Atmosphäre lagerbeständig ist und sich wiederaufladen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Batterie einen Elektrolyten der allgemeinen Formel
A-Ag — >'MCN — zAgCN
enthält. In dieser Formel bedeutet M Kalium, Rubidium, Caesium oder ein Gemisch von zwei oder drei dieser Stoffe, .v hat einen Wert zwischen 0,45 und 0,95, y hat den Wert (1 — x), und das Verhältnis y zu ζ liegt zwischen unendlich und 1. Oder aber χ hat einen Wert zwischen 0,45 und 0,95, ζ hat den Wert (1 - .v), und das Verhältnis y zu ζ liegt zwischen 1: 1 und 1 : 9.
Besonders gut sind Festkörperbatterien der genannten Art, bei denen .v den Wert von etwa 0,80 hat.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Festkörperbatterie mit einer negativen Silberelektrode und einer Jod freisetzenden positiven Elektrode. Hierbei hat der Elektrolyt eine Zusammensetzung gemäß der allgemeinen Formel:
Monokalium - Tetrasilber - Tetrajodid - Monocyanid kann durch direkte Reaktion von Kaliumcyanid und Silberjodid im Verhältnis von 1 Mol Kaliumcyanid zu 4 Mol Silberjodid hergestellt werden. Die sich ergebende Verbindung ist ein grau-grüner Feststoff bei Raumtemperatur, dessen Leitfähigkeitsmechanismus bei dieser Temperatur ionischer Natur ist. Der Strom wird hauptsächlich durch Silberionen getragen; die spezifische Leitfähigkeit der Verbinduna bei 25°C beträgt 1,4 · 10'1 Ohm1 ■ cm1.
■ Monorubidium-Tetrasilber-Tetrajodid-Monocyanid kann durch Reaktion von Rubidiumjodid, Silbercyanid und Silberjodid in dem Verhältnis von 1 Mol Rubidiumjodid zu 1 Mol Silbercyanid und 3 Mol Silberjodid hergestellt werden. Die sich ergebende Verbindung ist cremefarben-gelb; ihr Leitfähigkeitsmechanismus ist bei Raumtemperatur ionischer Natur. Die spezifische Leitfähigkeit dieser Verbindung bei 25°C beträgt 1,8 · 10"1 Ohnr l ■ cm1.
Monocaesium-Tetrasilber-Tetrajodid-Monocyanid kann durch Reaktion von 1 Mol Caesiumjodid mit 1 Mol Silbercyanid und 3 Mol Silberjodid hergestellt werden. Die sich ergebende Verbindung ist der Farbe nach gräulich und hat eine spezifische Leitfähigkeit bei 25°C von 9,1 · 10"4 Ohm1 · cm-1.
Monokalium - Monorubidium - Octosilber - Octojodid-Dicyanid wird durch Reaktion von 1 Mol Rubidiumjodid mit 1 Mol Monokalium-Monosilber-Dicyanid und 7 Mol Silberjodid hergestellt. Die sich ergebende Verbindung ist ein grauer Feststoff bei Raumtemperatur und gibt eine spezifische Leitfähigkeit von 1,5 · ΙΟ"1 Ohm-1 · cm"1 bei 25°C.
Monorubidium - Monokalium - Monocaesium-Dodecasilber-Dodecajodid-Tricyanid wird durch Reaktion unter Stickstoff mit 1 Mol Rubidiumjodid, 1 Mol Kaliumjodid, 1 Mol Caesiumjodid, 3 Mol Silbercyanid und 9 Mol Silberjodid hergestellt. Die sich ergebende Verbindung ist bei Raumtemperatur ein Feststoff und weist eine spezifische Leitfähigkeit von 1,9 · 10-2 Ohm-1 · cm1 bei 25°C auf.
Typische spezifische Leitfähigkeiten, die man durch Modifikationen von Monokalium-Tetrasilber-Tetrajodid-Monocyanid innerhalb des ternären Diagramms erhält, gehen aus der folgenden Tabelle hervor:
Tabelle 1
Zusammensetzungen Spezifische
Leitfähigkeit
(Ohm-1 cm"1
be; 250C)
2 AgJ - KAg(CN)2 2,9 · 10~2
3 AgJ - KAg(CN)2 6,7 · 102
4 AgJ - KAg(CN)2 1,2-ΙΟ-1
9 AgJ - KAg(CN)2 3,8 · 10-2
19 AgJ — KAg(CN)2 4,5 · ΙΟ"3
Aus dieser Tabelle kann man entnehmen, daß die spezifische Leitfähigkeit verschiedener Zusammensetzungen modifiziert werden kann durch Verände-
rung der Anteile des anwesenden Silberjodids, während die Anteile von Kaliumcyanid und Silbercyanid in einem Molverhältnis von 1 : 1 konstant gehalten werden. Die spezifische Leitfähigkeit der Zusammensetzungen, die entlang der Süberjodid-Kaliumcyanid-Achse des Dreistoffdiagramms liegen, zeigen ferner die Flexibilität dieses Systems, was auch aus der folgenden Tabelle hervorgeht:
Tabelle 2
Zusammensetzung
(Molprozent)
KCN
Spezifische
Leitfähigkeit
(Ohm-1 cm-1
bei 25°C)
95 5 2,9 -10-3
90 10 3,20 · 10- 2
82,5 17,5 9,5 · ΙΟ"2
80 20 1,40· 10-1
75 25 9,34 · ΙΟ2
70 30 6,31 · ΙΟ2
65 35 4,10- ΙΟ-2
62,5 37,5 3,62 · ΙΟ-2
60 40 3,23 · 10-2
55 45 1,00 · ΙΟ-2
50 50 3,5 -ΙΟ3
Die größere Stabilität der trfindungsgemäßen Verbindungen wurde mittels differentieller Thermoanalyse demonstriert. Bei diesem zum Vergleich benutzten Verfahren wurde ein bekannter Wasserdampfdruck in ein geschlossenes System eingeführt, welches die festen ionischen Leiter enthielt. Die differentielle Thermoanalyse der Verbindungen wurde durchgeführt und zeigte endothermische Spitzen bei allen früher erhältlichen festen ionischen Leitern, die eine Zersetzung anzeigen, während gleichzeitig bei Monokalium - Tetrasilber - Tetrajodid -Monocyanid wesentlich weniger Spitzen erschienen und bei Monorubidium-Tetrasilber-Tetrajodid-Monocyanid unter identischen Testbedingungen überhaupt keine Zersetzung festgestellt wurde.
Beispiel
Eine Feststoffzelle wurde unter Benutzung von Monokalium-Tetr&silber-Tetrajodid-Monocyanid als Feststoffelektrolyt zusammengebaut. Die negative Elektrode bestand aus Silbermetall und die positive Elektrode aus einer Mischung von Jod und Kohlenstoff in einem Verhältnis von 4:1. Die Zelle hat bei offenem Stromkreis eine Spannung von 0,68 Volt, und eine Entladung mit der Rate von 0,02 Milliampere pro Quadratzentimeter (0,14 Milliampere pro inch2) war für kurze Zeitperioden möglich.

Claims (1)

  1. M — Ag1 — J1 — CN Patentansprüche:
    wobei M Kalium, Rubidium oder Caesium bedeutet, 1. Fesikörperbatterit: mit einem festen Ionen oder gemäß der Forme! leitenden Elektrolyten, gekennzeichnet durch einen 5
    Elektrolyten der allgemeinen Formel
    oder gemäß der Formel .vAgJ — jMCN — zAgCN
    K-Rb-Ag8-J8-(CN)2 K — Rb — Cs — Ag18 — J12 — (CN)3
DE2065511*A 1969-03-06 1970-03-05 Festkörperbatterie mit einem festen Ionen leitenden Elektrolyten Expired DE2065511C3 (de)

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US80500269A 1969-03-06 1969-03-06
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DE2065511A1 DE2065511A1 (de) 1973-12-06
DE2065511B2 DE2065511B2 (de) 1975-05-22
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US3963518A (en) * 1970-07-16 1976-06-15 Union Carbide Corporation Solids ionically conductive at elevated temperatures
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DE2010399A1 (de) 1970-10-01
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DE2010399B2 (de) 1975-12-04
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CH522298A (fr) 1972-04-30
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CH523091A (fr) 1972-05-31

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