DE2135226A1 - Elektrodengeraet fuer schwefelsaure akkumulatoren - Google Patents

Elektrodengeraet fuer schwefelsaure akkumulatoren

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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
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Description

  • ElektrodengerUst für- schwefelsaure Akkumulatoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrodengerdst für schwefelsaure Akkumulatoren, bestehend aus Titan und darauf aufgebrachter leitender Schutzschicht.
  • Alle Bemühungen, das speicherspezifische Gewicht von Bleiakkumulatoren entscheidend zu verringern, sind bisher daran gescheitert, daß für die Elektrodengerüste kein anderes Material als bestimmte Bleilegierungen in Frage zu kommen schienen. Selbst neueste Entwicklungen, die statt eines Antimonzusatzes zum Gitterblei Kalzium, Kobalt oder sogar Silber einführen, haben hier keine wesentlich leichteren Konstruktionen ergeben.
  • Immer sind es die entscheidenden Eigenschaften des Bleis, seine Sulfatbildung und seine Überspannungseigenschaften, die allein eine ordentliche Funktion des schwefelsauren Akkumulators garantieren. Dazu verlangt der bei Ladung und Entladung auStretende elektrochemische Angriff immer eine relativ starke Ausführung der verschiedenen, das Elektrodengitter bildenden#Bauelemente, seien es Stäbe oder Stege. Damit werden alle Elektroden für schwefelsaure Bleiakkumulatoren, ganz besonders aber die sogenannten, massiven Oberflächenplatten sehr schwer.
  • Die Elektrodengerüste haben zuviel Totgewicht. Die großen Gerüstquerschnitte sind im übrigen aus rein elektrischen Gründen notwendig, da Blei ein schlechter metallischer Leiter ist.
  • Elektrodengerüste aus Titan könnten allen Erfordernissen im schwefelsauren Bleiakkumulator Rechnung tragen und wesentlich leichter ausgeführt werden als Elektrodengerüste aus Blei oder Bleilegierungen. Sie sind auch vorgeschlagen worden (vgl. US-PS 2 631 115). Blankes Titan ist jedoch als Gitter für Bleiakkumulatoren direkt nicht verwendbar. Ein positives Titangitter passiviert sich bis zur völligen Stromsperre und im Einsatz als negatives Gitter geht Titan aus elektrochemischen Gründen in Berührung mit dem auf der negativen Seite des Bleisammlers vorhandenen, metallischen Blei seinerseits aktiv in Lösung, d.h. ein blankes Titangitter löst sich dort auf. Insbesondere diese letzterwähnte Erscheinung hat lange keine Möglichkeit zum Einsatz von Titan erlaubt. Es mußten Wege gefunden werden, die Oberfläche des Titans dauerhaft so zu verändern, daß es zu keinen elektrochemischen Reaktionen mit dem metallischen Blei kommt. In Jüngster Zeit ist dazu (vgl. Dt-OS 1 938 409) vorgeschlagen worden, das metallische Titan mit einer Schicht aus dem elektrisch sehr gut leitenden Titannitrid zu überziehen.
  • Im Einsatz als positives Gitter in Schwefelsäure hat sich jedoch gezeigt, daß sich das Titannitrid nach wiederholter Zyklisierung doch passiviert. Der Stickstoff wird gegen Sauerstoff ausgetauscht und die bekannt unerwünschten Titanoxidschichten treten auf. Damit wird der anodische Stromfluß unmöglich. Als Gerüst für negative Elektroden ist ein mit Titannitrid überzogenes Gitter wohl grundsätzlich einsatzfähig, jedoch muß die Nitrierung porenfrei vorliegen und in genügender Schichtstärke aufgebracht sein, um eine Aktivierung der darunterliegenden Titanbasis zu verhindern. Im übrigen ist die Nitrierung ein schwieriges, zeitraubendes und kostspieliges Verfahren, weil nur mit absolut reinem Stickstoff gearbeitet werden darf, wenn anders von vornherein Fremdstoffe und Sauerstoff in die Deckschicht mit eingebaut werden. Faserporöse Gerüste als Elektroden werden darüber hinaus durch die Nitrierung in störendem Maße brüchig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eth Elektrodengerüst zu schaffen, welches allen Erfordernissen im schwefelsauren Akkumulator genügt, auf einfache Weise herstellbar und frei von den beschriebenen Nachteilen nitrierter Elektrodengerüste auf Titan ist.
  • Die Erfindung betrifft ein Elektrodengerüst für schwefelsaure Akkumulatoren, bestehend aus Titan und darauf aufgebrachter leitender Schutzschicht. Die Erfindung besteht darin, daß die Schutzschicht aus Kohlenstoff besteht. Um sicherzustellen, daß diese Schutzschicht aus Kohlenstoff auf dem Titan besonders gut haftet, ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus graphitischem Kohlenstoff besteht und dieser unter Zwisehenschaltung einer auf dem Titan gebildeten Titancarbidschicht mit dem Titan verbunden ist.
  • Handelt es sich um Elektrodengerüste für negative Elektroden, so empfiehlt die Erfindung, auf die Schutzschicht aus Kohlenstoff einen Bleiüberzug aufzubringen. Handelt es sich um ein Elektrodengerüst für positive Elektroden, so besteht die Erfindung darin, daß auf die Schutzschicht aus Kohlenstoff ein Bleisuperoxidüberzug aufgebracht ist. Stets kann es zweckmäßig sein, zwischen der Schutzschicht aus Kohlenstoff und der Bleischicht bzw. der Bleisuperoxidschicht ein haftvermittelndes Metall, vorzugsweise eine Goldschicht oder eine Wolframschicht, anzuordnen. Gold und auch Wolfram haben eine hohe Überspannung gegen Sauerstoff und stören das Betriebsverhalten eines Bleiakkumulators, der mit erfindungsgemäßen Elektroden ausgerüstet istj nicht.
  • Die Schutzschichten aus Kohlenstoff können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Elekträdengerüsten der beschriebenen Gestaltung, welches auf besonders einfache Weise die Erzeugung von Schutzschichten aus Kohlenstoff auf den zunächst in ihrem mechanischen Aufbau (vollständig oder in Form von Bauelementen) vorgeformten Elektrodengerüsten zuläßt, und zwar unter Zwischenschaltung der als besonders vorteilhaft erkannten Titancarbidschicht. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch übliche Carburierung erzeugt und die darauf aufgebrachten weiteren Schichten einzeln oder gemeinsam bei Temperaturen zwischen 700 und 10000 C unter Schutzgas oder im Vakuum eingebrannt werden. Als Schutzgas eignen sich beispielsweise Stickstoff, Argon oder andere Edelgase.
  • Die Carburierung wird in der Art und Weise durchgeführt, wie es zur Carburierung von Metallen an sich bekannt ist.
  • Im Gegensatz zur Nitrierung des Titans (ein Prozeß, der ausschließlich zum Titannitrid führt und gewissermaßen in das Titangefüge hineingeht) erfolgt beim Carburieren eine Auflage von Material, nämlich von graphitischem Kohlenstoff, so daß das Grundgefüge des Titans weitgehend erhalten bleibt. Zudem sorgt die bei der Carburierung auftretende Zwischenschicht von Titancarbid süd eine besonders gute Haftfähigkeit des Oberflächenkohlenstoffs. Carburiertes Titan ist trotz völliger Veränderung der Titanoberfläche elastisch und es kommt selbst bei feinen, faserporösen Strukturen nicht zu den im Rahmen von Nitrierungsmaßnahmen gefürchteten Versprödungserscheinungen.
  • Darüber hinaus und gleichgültig wie die Schutzschicht aus Kohlenstoff aufgebracht ist, widerstehen Elektrodengerüste aus Titan, die eine Schutzschicht aus Kohlenstoff aufweisen, weentlich länger als nitrierte Elektrodengerüste aus Titan einer anodischen oder kathodischen Polarisation ohne ihre elektrochemischen Eigenschaften zu verlieren.
  • Ausführungsbeispiel 1 Ein alf Elektrodenform zugeschnittenes Titanstreckmetallstück wird nach Reinigung in verdünnter Nalogenwasserstoffsäure oder durch längeres Kochen in 25 %-iger Oxalsäure an seiner Oberfläche abgebeizt. Anschließend erfolgt die Carburierung dieser Oberfläche durch pyrolytische Zersetzung von gas- oder dampfförmigen, kohlenstoffhaltigen Verbindungen im Temperaturbereich zwischen 800 und 2800 0. Bei Temperaturen bis 1000 0C wird Kohlenstoff abgeschieden. Oberhalb 1500 °C kommt es zur Bildung von Pyrographitschichten. Qualität und Struktur der Deckschicht hängt wesentlich von der Abscheidungstemperatur ab. Das nunmehr carburierte Kohlengerüst wird danach galvanisch in einem Goldbad mit einem etwa 1 mü starken Goldüberzug und anschließend nach Spülung mit destilliertem Wasser in einem fluoridischen Bleibad mit einem ca. 100 mü starken Bleiüberzug versehen. Danach wird zwischen die oeffnungen des Streckgitters negative Masse einpastiert, bei ca. 60 Or getrocknet und kathodisch formiert.
  • Aus führungsbeispiel 2 Ein durch pyrolytische Zersetzung von gas- oder dampfförmigen, kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Alkyle oder Aryle carburierter Titanrundstab von ca. 3 mm Durchmesser wird mit einem etwa 50 mü starken Überzug aus Bleisuperoxid versehen. Dies geschicht elektrochemisch in einem Bleinitratbad, wobei die Elektrode als Anode geschaltet wird. Nach ca 10 Minuten Behandlung wird der Rundstab abgewaschen und kann nach Art der Panzerplattenröhren mit positiver Masse gefüllt und einem entsprechenden, ringzylindrischen, elektrolytdurchlässigen Scheider umgeben werden. Nach Formierung ist das Röhrchen als positive Elektrode einsatzbereit.

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    0. Elektrodengerüst für schwefelsaure Akkumulatoren, bestehend aus Titan und darauf aufgebrachter leitender Schutzschicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schutzschicht aus Kohlenstoff besteht.
  2. 2. Elektrodengerüst nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus graphitischem Kohlenstoff besteht und dieser unter Zwischenschaltung einer auf dem Titan gebildeten Titancarbidschicht mit dem Titan verbunden ist.
  3. 3. Elektrodengerüst nach den Ansprüchen 1 und 2, insbesondere in der Ausführungsform für negative Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schutzschicht aus Kohlenstoff ein Bleiüberzug aufgebracht ist.
  4. 4. Elektrodengerüst nach den Ansprüchen 1 und 2, insbesondere in der Ausführungsform für positive Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schutzschicht aus Kohlenstoff ein Bleisuperoxidüberzug aufgebracht ist.
  5. 5. Elektrodengerüst nach den Ansprüchen 3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schutzschicht aus Kohlenstoff und der Bleischicht bzw. der Bleisuperoxidschicht ein haftvermittelndes Metall, vorzugsweise eine Goldschicht oder eine Wolframschicht, angeordnet ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung von Elektrodengerüsten nach den Ansprüchen 1 bis 5, die zunächst in ihrem mechanischen Aufbau (vollständig oder in Form von Bauelementen) vorgeformt unddanach mit einer Schutzschicht versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht durch übliche Carburierung erzeugt und die darauf aufgebrachten weiteren Schichten einzeln oder gemeinsam bei Temperaturen zwischen 700 und 10000 C unter Schutzgas oder im Vakuum eingebrannt werden.
DE2135226A 1971-07-14 1971-07-14 Masseträger aus Titan und darauf aufgebrachter leitender Schutzschicht für die Elektroden von Bleiakkumulatoren Expired DE2135226C3 (de)

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DE2135226B2 DE2135226B2 (de) 1973-06-20
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