DE2200806B2 - METHOD OF MANUFACTURING A HYDROGEN STORAGE ELECTRODE - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING A HYDROGEN STORAGE ELECTRODE

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DE2200806B2 DE19722200806 DE2200806A DE2200806B2 DE 2200806 B2 DE2200806 B2 DE 2200806B2 DE 19722200806 DE19722200806 DE 19722200806 DE 2200806 A DE2200806 A DE 2200806A DE 2200806 B2 DE2200806 B2 DE 2200806B2
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Description

die chemische Korrosion geschaffen werden.the chemical corrosion created.

Es wurde bereits versucht, die geschilderten NachteileAttempts have already been made to address the disadvantages outlined above

35 dadurch zu verringern, daß dem aktiven Material Nickel oder Kupfer als Support beigefügt wurde. Durch diese35 by adding nickel or copper as a support to the active material. Through this

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Beimengung eines Supportpulvers wird zwar die einer Wasserstoffspeicherelektrode, deren Elektroden- auftretende Volumenänderung verringert und eine körper Grundmaterial wie Metalle der dritten bis längere Funktionsdauer der Elektrode erreicht aber fünften Gruppe der Übergangselemente des periodi- 40 diese Beimischung von größeren Mengen inerten sehen Systems und Aktivmaterial wie Kupfer, Kobalt, Materials hat auch zur Folge, daß eine unvorteilhafte Silber, Eisen oder Nickel-Kobalt-Stahl enthält, durch Gewichtserhöhung und somit eine ganz empfindliche Vermischen dieser Ausgangsmaterialien und Sintern Verminderung der spezifischen Kapazität der gesamten oder Schmelzen der geformten Elektrode. Elektrode in Kauf genommen werden muß. ElektrodenThe invention relates to a method for the production of admixture of a support powder a hydrogen storage electrode, the electrode volume change of which reduces and a Body base material like metals reaches the third to longer functional life of the electrode, however fifth group of the transition elements of the periodi- 40 this admixture of larger amounts inert see system and active material like copper, cobalt, material also has an unfavorable consequence Contains silver, iron or nickel-cobalt steel, due to increased weight and therefore a very sensitive one Mixing these raw materials and sintering reduce the specific capacity of the whole or melting the shaped electrode. Electrode must be accepted. Electrodes

• Derartige Wasserstoffspeicherelektroden, die rever- 45 mit hohem Supportanteil und dadurch bedingter, relativ sibel arbeiten, werden in alkalischen Akkumulatoren geringer Volumenänderung weisen für den praktischen verwendet Einsatz nur unzureichende Leistungsdaten auf.• Such hydrogen storage electrodes, the reversible 45 with a high proportion of support and, as a result, relative Working carefully, alkaline accumulators show a small change in volume for practical use uses insufficient performance data.

Es sind Metallelektroden bekannt, welche sich in Im Zusammenhang mit der bereits erwähnten starkenMetal electrodes are known which, in connection with the already mentioned strong

wäßrigen alkalischen Elektrolyten elektrochemisch mit chemischen Korrosion bei den geschilderten bekannten Wasserstoff be- und entladen lassen. Derartige Elektro- 5° Wasserstoffspeicherelektroden ist noch auf einen den wurden bereits in Sekundärbatterien als Wasser- weiteren Nachteil hinzuweisen, der darin besteht, daß stoffspeicherelektroden eingesetzt Es ist auch bekannt, die Korrosion mit jedem Be- und Entladezyklus die bei diesen Elektrodentypen als aktives Material Polarisation erhöht und somit die zulässige Strombelast-Raney-Nickel zu verwenden. Praktische Bedeutung barkeit verringert Das Ergebnis sind wiederum stets konnten Akkumulatoren mit derartigen Speicherelek- 55 geringer werdende Ah/kg-Werte und eine Verringetroden jedoch nicht erreichen, da die zu erzielenden rung der Lebensdauer einer Elektrode.
Ah/kg-Werte unzureichend waren. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zuraqueous alkaline electrolytes can be electrochemically charged and discharged with chemical corrosion in the case of the known hydrogen described. Such electrical 5 ° hydrogen storage electrodes should be pointed out to another disadvantage that has already been used in secondary batteries as a further disadvantage, which consists in the fact that material storage electrodes are used increased and thus the permissible current load Raney nickel to be used. Practical relevance reduced The result is again always that accumulators with such storage electrodes could not achieve decreasing Ah / kg values and a reduction electrode, since the expected increase in the life of an electrode.
Ah / kg values were insufficient. The object of the invention is to provide a method for

Es wurde auch bereits versucht, reversibel arbeitende Herstellung einer Wasserstoffspeicherelektrode der Wasserstoffspeicherelektroden durch Verwendung von eingangs genannten Art zu schaffen, welche es Metallen der 3.—5. Gruppe der Übergangselemente im 60 ermöglicht, Elektroden zu erhalten, die einen hohen periodischen System zu verbessern, da diese Metalle Ah/kg-Wert besitzen, eine große Strombelastbarkeit zum Teil in hohem Maße Wasserstoff auf Zwischen- und lange Lebensdauer aufweisen und vor allem beim gitterplätzen einbauen können. Das relativ niedrige Ein- und Ausbau von Wasserstoff während des spezifische Gewicht und die hohe Wasserstofflöslichkeit Betriebes nur sehr geringen Volumenänderungen machen dabei insbesondere Titanhydride zu einem 6S unterworfen und damit einer vergleichsweise geringen Material hoher Wasserstoffdichte, wobei es auch chemischen Korrosion ausgesetzt sind.
bekannt ist, bei Verwendung von Titanhydriden die Ausgehend von einem Verfahren der eingangsAttempts have also already been made to create a reversibly operating production of a hydrogen storage electrode of the hydrogen storage electrodes by using the type mentioned at the outset, which uses metals of the 3rd to 5th centuries. The group of transition elements in the 60 enables electrodes to be obtained that improve a high periodic system, as these metals have Ah / kg value, have a high current carrying capacity, some of them have a high level of hydrogen for an intermediate and long service life, and especially when they are in the grid can incorporate. The relatively low installation and removal of hydrogen during the specific gravity and the high hydrogen solubility of only very small volume changes make titanium hydrides in particular subject to a 6 S and thus a comparatively low material of high hydrogen density, whereby they are also exposed to chemical corrosion.
is known, when using titanium hydrides, starting from a method of the above

Wasserstoffaufnahme noch dadurch zu aktivieren, daß genannten Gattung wird die Aufgabe gemäß derTo activate hydrogen uptake, that said genus is the task according to the

Erfindung dadurch gelöst, daß dem AusgangsmateriaJ Lithiumoxid oder Lithiumcarbonat beigemischt wird.Invention achieved in that the starting material Lithium oxide or lithium carbonate is added.

Die Lithiumverbindung beeinflußt nicht das Korngrößenwachstum, sondern hat eine spezifisch stabilisierende Wirkung auf die mechanische Festigkeit und die Volumenänderung der Wasserstoffspeicherelektrode im Betrieb.The lithium compound does not affect the grain size growth, but has a specific stabilizing effect on the mechanical strength and the Change in volume of the hydrogen storage electrode during operation.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird etwa 0,5 bis 5 Gew.-% an Lithiumoxid beigemischtAccording to an advantageous embodiment of the method according to the invention, about 0.5 to 5 % By weight of lithium oxide added

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach einem ersten Vorgang des Mischens, Pressens und Sinterns von Speicher- und Aktivmaterial der erhaltene Sinterkörper zerkleinert, dann das fein verteilte Lithiumoxid oder Lithiumcarbonat beigemischt und anschließend erneut gepreßt und gesindertAccording to a further preferred embodiment, after a first process of mixing, Pressing and sintering of storage and active material, the sintered body obtained is crushed, then finely distributed lithium oxide or lithium carbonate mixed in and then pressed again and reduced

Eine mehrfache Sinterung hat eine merkbare Kapazitätserhöhung zur Folge. Vorzugsweise läuft der Sinter- oder Schmelzvorgang in nicht oxidierender Atmosphäre oder im Vakuum ab und vorteilhafterweise erfolgt das Abkühlen in Wasserstoffatmosphäre. Auf diese Weise wird ein Aufhydrieren und eine gute Wärmeentspannung erreichtMultiple sintering results in a noticeable increase in capacity. Preferably the runs Sintering or melting process in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, and advantageously the cooling takes place in a hydrogen atmosphere. This way it becomes a rehydrate and a good one Thermal relaxation achieved

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil des Lithiumoxids in angefeuchtetem Zustand derart zugemischt, daß das zugemischte Material teilweise verklumpt und eine unvollständige Mischung entsteht und der nach einem Sintervorgang sich ergebende Überschuß herausgewaschen. Auf diese Weise läßt sich eine beliebige Porosität einstellen und damit die Strombelastbarkeit verbessern.According to a further preferred embodiment, part of the lithium oxide is moistened State mixed in such a way that the mixed material is partially clumped and incomplete Mixture is formed and the excess resulting from a sintering process is washed out. To this Any desired porosity can be set and the current-carrying capacity can thus be improved.

Zweckmäßig wird bei der Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehrfachem Zerkleinern, Pressen und Sintern eine mehrstündige Abkühlzeit zwischen diesen Zyklen vorgesehen, wobei diese Abkühlzeit vorzugsweise wenigstens 20 Stunden beträgtIn the variant embodiment of the method according to the invention with multiple comminution, pressing and sintering, a period of several hours is expedient Cooling time provided between these cycles, this cooling time preferably at least 20 hours amounts to

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung:The following examples illustrate the invention: Beispiel i:Example i:

50 Gew.% TiHrPulver mit einer Körnigkeit <50μ und 50 Gew.% Ni-Pulver mit einer Körnigkeit ~ 10 μ werden innig miteinander vermischt, getrocknet und in Form einer Platte mit einem Preßdruck von 2 t/cm2 gepreßt Diese Platte wird dann bei 850° C im Wasserstoffstrom gesintert und anschließend während eines Zeitraums von 20 bis 30 Stunden abgekühlt Daraufhin erfolgt eine Zerkleinerung zu Körnern mit50% by weight of TiHr powder with a grain size of <50μ and 50% by weight of Ni powder with a grain size of ~ 10 μ are intimately mixed with one another, dried and pressed in the form of a plate with a pressure of 2 t / cm 2 850 ° C sintered in a hydrogen stream and then cooled for a period of 20 to 30 hours. This is followed by crushing into grains with einer Korngröße von etwa 50 ju Diesem fein verteilten Material werden 5 Gew.% LfeO beigegeben, worauf eine innige Mischung erfolgt und das Material wieder zu einer Platte, und zwar mit einem Preßdruck von 2 t/cm2 gepreßt wird. Diese Platte wird anschließend im Wasserstoffstrom 3 Stunden bei 8500C gesintert und dann abgekühlta grain size of about 50 μg. 5% by weight of LfeO are added to this finely divided material, whereupon an intimate mixture takes place and the material is pressed again to form a plate with a pressure of 2 t / cm 2. This plate is then sintered in a stream of hydrogen for 3 hours at 850 ° C. and then cooled

Beispiel 2:Example 2:

Es werden 50 Atom% Ti-Pu!ver mit einer Körnigkeit < 50 μ und 50 Atom% Ni-Pulver mit einer Körnigkeit von <10μ innig miteinander vermischt Anschließend wird das Gemisch getrocknet und mit einem Preßdruck von 2 t/cm2 zu einer Platte gepreßt Diese Platte wird bei 9300C im Wasserstoffstrom 20 Stunden lang gesintert und anschließend während eines Zeitraums von 20 bis 30 Stunden abgekühlt Nach dieser Zeit erfolgt eine Zerkleinerung auf Körner mit einer Korngröße <50μ und diesem fein verteilten Material wird ein Zusatz von 5 Gew.% Li2O beigegeben Anschließend erfolgt eine intensive Mischung und ein Verpressen des Gemisches zu einer Platte. Dann wird im Wasserstoffstrom 3 Stunden bei 850° C gesintert und wieder abgekühlt Die erhaltene Elektrode besitzt dann die vorstehend im einzelnen bereits beschriebenen Eigenschaften.50 atom% Ti powder with a granularity of <50μ and 50 atom% Ni powder with a granularity of <10μ are intimately mixed with one another. The mixture is then dried and with a pressure of 2 t / cm 2 to form a plate pressed This plate is sintered at 930 ° C. in a stream of hydrogen for 20 hours and then cooled for a period of 20 to 30 hours. % Li 2 O added. This is followed by intensive mixing and pressing of the mixture to form a plate. It is then sintered in a stream of hydrogen for 3 hours at 850 ° C. and cooled again. The electrode obtained then has the properties already described in detail above.

Beispiel 3:Example 3:

50 Atom% Ti-Pulver mit einer Korngröße < 50 μ und 50 Atom% Ni-Pulver mit einer Körnigkeit <10μ werden innig miteinander vermischt, getrocknet und mit einem Preßdruck von 2 t/cm2 in die Form einer Platte gepreßt Diese Platte wird bei 9300C im Wasserstoffstrom während einer Zeit von 20 Stunden gesintert und anschließend über 20 bis 30 Stunden abgekühlt Dann wird die Platte zu Körnern mit einer Korngröße < 50 μ zerkleinert, und es werden 5 Gew.% Li2O beigegeben, worauf eine innige Mischung erfolgt50 atom% Ti powder with a grain size <50 μ and 50 atom% Ni powder with a grain size <10 μ are intimately mixed with one another, dried and pressed into the shape of a plate with a pressure of 2 t / cm 2 sintered 930 0 C in a hydrogen stream for a period of 20 hours and then cooled down over 20 to 30 hours Then, the plate is crushed μ to grains having a grain size <50, and there are added to 5 wt.% Li 2 O, whereupon an intimate mixture of he follows

Anschließend wird 1 Gew.% Li2O im feuchten Zustand, so daß das Li2O verkhimpt mehr oder weniger mangelhaft dazugemischt so daß eine unvollständige Mischung entsteht Anschließend wird diese Mischung mit einem Preßdruck von 2 t/cm2 zu Platten gepreßt und es erfolgt während einer Zeit von 3 Stunden bei 8500C im Wasserstoffstrom eine Sinterung mit anschließender Abkühlung.Then, 1 wt.% Li 2 O in the wet state, so that the Li 2 O verkhimpt more or less defective mixed therewith so that a partial mixture is obtained then this mixture is at a pressure of 2 t / cm 2 is pressed to plates and there is sintering with subsequent cooling for a period of 3 hours at 850 ° C. in a stream of hydrogen.

Die nach diesen Verfahren hergestellte Elektrode zeichnet sich durch erhöhte Porosität aus, wodurch die Strombelastbarkeit verbessert werden kann.The electrode produced by this method is characterized by increased porosity, which means that the Current carrying capacity can be improved.

Claims (4)

1 W 21 W 2 Nickel Kupfer, Silber, Eisen oder Nickel-Kobalt-Stahl Patentansprüche- zulegiert wird, wobei eines oder mehrere dieser MetalleNickel copper, silver, iron or nickel-cobalt steel patent claims is added, with one or more of these metals mit demTitanhydrid eine Verbindung eingehen.enter into a connection with the titanium anhydride. 1 Verfahren zur Herstellung einer Wasserstoff- Außerdem kann der Elektrodenkörper mit Stoffen1 Process for the production of a hydrogen In addition, the electrode body can with substances speicherelektrode, deren Elektrodenkörper Grund- 5 versetzt werden, die aufgrund ihrer geringen Löslichkeit material wie Metalle der dritten bis fünften Gruppe an den Korngrenzen im Metall ausgeschieden werden, der Übergangselemente des periodischen Systems wie MgO, ThO2 und TiO2. TiC und Wc, TiB oder TiN, um und Aktivmaterial wie Kupfer, Kobalt, Silber. Eisen die Korngrenzenbildung zu erhohen und die Wasseroder Nickel-Kobalt-Stahl enthält, durch Vermischen stoffdiffusion zu erleichtern.Storage electrode, the electrode body of which is offset from the basic 5, which due to their low solubility material such as metals of the third to fifth groups are precipitated at the grain boundaries in the metal, the transition elements of the periodic system such as MgO, ThO 2 and TiO 2 . TiC and Wc, TiB or TiN, um and active material like copper, cobalt, silver. Iron to increase the formation of grain boundaries and the water or nickel-cobalt steel contains, by mixing to facilitate material diffusion. dieser Ausgangsmaterialien und Sintern oder 10 Mit derartigen Wasserstoffspeicherelektroden kön-Schmelzen der geformten Elektrode, dadurch nen zwar gute Ergebnisse im Hinblick auf die gekennzeichnet, daß dem Ausgangsmaterial Ah/kg-Werte erzielt werden, aber es tritt insbesondere Lithiumoxid ^otfferJ Uthiumcirbonat heigemischt bei diesen Elektroden ein Nachteil in Erscheinung, der W\T(L ■<*'"■-·..;. " den praktischen Einsatz erschwert und sogar verhin-These starting materials and sintering or 10 With such hydrogen storage electrodes, the shaped electrode can be melted, which means that good results are achieved with regard to the fact that Ah / kg values are achieved for the starting material, but in particular lithium oxide otffer J uthium cirbonate is mixed with these Electrodes a disadvantage in appearance, which W \ T ( L ■ <* '"■ - · ..;." Makes practical use difficult and even prevents 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 dem kann und darin besteht, daß der Einbau und Ausbau zeichnet, daß etwa 0,5 bis 5 Gew.-% an Lithiumoxid des Wasserstoffs während des Betriebes der Elektrode beigemischt wird. zu einer Volumenänderung der Elektrode führt, die - in2. The method according to claim 1, characterized in that 15 can and consists in that the installation and removal indicates that about 0.5 to 5 wt .-% lithium oxide of the hydrogen during operation of the electrode is added. leads to a change in the volume of the electrode, which - in 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch einer Richtung gemessen - bei 3 bis 4% liegt, gekennzeichnet, daß nach einem ersten Vorgang des Längenänderungen dieser Größenordnung sind nicht Mischens, Pressens und Sinterns von Speicher- und 20 überraschend, da sich das Metallgitter beim Einbau des Aktivmaterial der erhaltene Sinterkörper zerklei- Wasserstoffs um genau diesen Wert aufweitet3. The method according to claim 1 or 2, thereby measured in one direction - is 3 to 4%, characterized that after a first operation of the length changes of this order of magnitude are not Mixing, pressing and sintering of storage and 20 surprising, since the metal grid is when installing the Active material of the obtained sintered body crushes hydrogen by exactly this value nert, dann das fein verteilte Lithiumoxid oder Die sich beim Betrieb der Elektrode in alkalischennert, then the finely divided lithium oxide or die when the electrode is operated in alkaline Lithiuracarbonat beigemischt und anschließend Zellen ergebende periodische Volumenänderung ererneut gepreßt und gesintert wird zeugt aber mechanische Spannungen, die allmählich zurLithiuracarbonate was added and then the periodic volume change resulting in cells was repeated pressed and sintered but generates mechanical stresses that gradually lead to 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden 25 Selbstzerstörung der Anordnung führen. Eine weitere Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß eine derartige des Lithiumoxids in angefeuchtetem Zustand derart Elektrode nicht ohne weiteres mit einem starren zugemischt wird, daß das zugemischte Material Stromabnehmer versehen werden kann, da durch teilweise verklumpt und eine unvollständige Mi- Auftreten von Rißbildung im aktiven Material vom schung entsteht und daß nach einem Sintervorgang 30 Stromabnehmer immer mehr aktives Material abbrökder sich ergebende Überschuß herausgewaschen kelt Auftretende Rißbildungen bringen ferner den wird. Nachteil mit sich, daß stets frische Angriffsflächen für4. Process according to one of the preceding 25 self-destructing of the arrangement. Another Claims, characterized in that a part difficulty arises from having such a of lithium oxide in the moistened state, such an electrode does not easily come with a rigid one is mixed in that the mixed material can be provided with current collectors, as through partially clumped and an incomplete mi- occurrence of cracking in the active material dated Schung arises and that after a sintering process 30 current collectors abbrökder more and more active material resulting excess washed out kelt occurring cracks also bring the will. The disadvantage that always fresh attack surfaces for
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3023618A1 (en) * 1979-06-29 1981-01-08 Hitachi Chemical Co Ltd ANODE FOR A CLOSED ASSEMBLED BATTERY AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION
DE3305405C1 (en) * 1983-02-17 1984-06-14 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Method of increasing the electrochemical activity of Ti2Ni particles

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