DE2262660B2 - Nichtwäßriges galvanisches Element - Google Patents
Nichtwäßriges galvanisches ElementInfo
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Description
enthält, wobei R ein Halogen, eine Alkylgruppe mit 1
bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygnippe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Schwefel, eine N-substituierte
Aminogruppe oder eine Nitrogruppe bedeutet
3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Doppelsalz
aus einer Lewis-Säure und einem anorganischen ionisierbaren Salz enthält
4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt aus einer Lösung von
Lithium-Aluminium-Tetrachlorid in Nitrobenzol besteht
5. Nichwäßriges galvanisches Element nach Ansprüchen ί bis 4, dadurch gekennzeichnet, dao die
negative Elektrode aus Lithium besteht, der Elektrolyt eine Lösung von Lithium-Aluminium-Tetrachlorid
in Nitrobenzol ist und daß die positive Elektrode aus Nickelfluorid, Nickeloxid, NickeI(I)-Chlorid,
Kupfer(II)-Fluorid, Kupfer(II)-Sulfid, Silberchlorid
oder Bleichlorid besteht.
Die Erfindung betrifft ein nichtwäßriges galvanisches Element mit einer negativen Elektrode aus einem oder
mehreren Alkalimetallen, mit einer positiven Elektrode, insbesondere aus einem Metallhalogenid, einem Metallsulfid
oder einem Metalloxid, und mit einem Elektrolyten, der aus einer Lösung einer Lewis-Säure in einer
organischen Nitroverbindung besteht
Die Entwicklung von galvanischen Elementen mit hoher Energie macht die Verwendung von positiven und
negativen Elektroden mit hoher Energiedichte notwendig, wobei die Benutzung von wäßrigem Elektrolyten
wegen der hohen Aktivität der für die negative Elektrode in Betracht kommenden Werkstoffe ausgeschlossen
ist.
Es ist bekannt, aus derartigen Elektroden mit hoher Energiedichte Elemente aufzubauen, die als Elektrolyt
Lösungen von Lewis-Säuren in einem geeigneten nichtwäßrigen organischen Lösungsmittel enthalten. In
der FR-PS 15 16 899 wird beispielsweise ein System beschrieben, das eine negative Elektrode aus Lithium
lind eis Kathodenmaterial Nickelfluorid. Kupferfluorid
oder Silberchlorid enthält, wobei als nichtwäßriger Elektrolyt eine Lösung von Lewis-Säuren in aprotischen,
die Äthergruppierung aufweisenden Lösungsmitteln benutzt wird. In der US-PS 35 08 966 werden als
nichiwäßrige Elektrolyten Lösungen von Lewis-Säuren
in Lösungsmitteln wie Nitromethan oder Propylencarbonat
genannt Bei einem Primärelement mit Zink als Lösungselektrode werden nach der AT-PS 2 35 919 aus
einer Lösung von Elektrolytsalzen in einer organischen
ίο Flüssigkeit bestehende Elektrolyte vorgeschlagen. Unter
den organischen Flüssigkeiten werden vor allem Nitrile und zusammen mit einer großen Anzahl anderer
organischer Stoffe auch Nitroverbindungen, z. B. Nitrobenzol
oder Nitromethan, genannt Nitrobenzol soll
is jedoch als eine reduzierbare organische Substanz im
Elektrolyten gelöst oder suspendiert werden und in dieser Kombination als Depolarisator dienen. In dem
letztgenannten System mit Zink als Lösungselektrode ist jedoch die Verwendung von Lewis-Säuren im
Elektrolyten nicht vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Elektrolyten nicht jeweils alle Eigenschaften gleichzeitig aufweisen,
die an die Leistung, die Stabilität des Systems und die Lebensdauer der Elemente gestellt werden müssen.
Beispielsweise wurde festgestellt, daß nichtwäßrige Zellen mit einer negativen Elektrode aus Lithium und
einem Elektrolyten, der als Lösungsmittel Nitromethan enthält, in hohem Maß unstabil sind, so daß die von der
Kombination von Elektroden mit hoher Energiedichte und nichtwäßrigem organischem Elektrolyten erwarteten
Eigenschaften nicht verwirklicht werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, aus einer Vielzahl von Lösungsmitteln für nichtwäßrige
organische Elektrolyte ein System von Lösungsmitteln und Lösung auszuwählen, das einen breiten Flüssigkeitsbereich, hohe Ionenleitfähigkeit und Stabilität aufweist
Ein breiter Fiüssigkeitsbereich, d. h, ein hoher Siedepunkt und niedrig liegender Gefrierpunkt des Lösungsmittels
ist wesentlich, damit das Element auch bei Temperaturen außerhalb der Raumtemperatur mit
Erfolg betrieben werden kann. Die hohe Ionenleitfähigkeit erlaubt die erwünschte hohe Belastung und die
Stabilität gegenüber den Elektroden und den Werkstoffen des Elements sowie den Reaktionsprodukten bei der
Reaktion der Zelle. Dies ist erforderlich, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Elektrolyt, der aus einer Lösung einer
Lewis-Säure in einer organischen Nitroverbindung besteht, als eine solche Nitroverbindung Nitrobenzol
und/oder ein substituiertes Nitrobenzol enthält Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
kann der Elektrolyt als organische Nitroverbindung eine Verbindung enthalten, bei der ein Wasserstoff
durch ein Halogen, eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygnippe mit 1 bis 5
Kohlenstoffatomen, Schwefel, eine N-substituierte Aminogruppe oder eine Nitrogruppe ersetzt ist.
Besonders vorteilhafte Elemente ergeben sich dadurch, daß der Elektrolyt ein Doppelsalz aus einer Lewis-Säure und einem organischen ionisierbaren Salz enthält, wobei vorzugsweise der Elektrolyt aus einer Lösung von Lithium-Aluminium-Tetrachlorid in Nitrobenzol besteht.
Besonders vorteilhafte Elemente ergeben sich dadurch, daß der Elektrolyt ein Doppelsalz aus einer Lewis-Säure und einem organischen ionisierbaren Salz enthält, wobei vorzugsweise der Elektrolyt aus einer Lösung von Lithium-Aluminium-Tetrachlorid in Nitrobenzol besteht.
Als positive Elektrode kann dabei Nickelfluorid, Nickeloxid, Kupfer(I)-Chlorid, Kupfer(II)-Fluorid, Kupfer(II)-Sulfid,
Silberchlorid oder Bleichlorid verwendet werden.
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebautes nichtwäßriges galvanisches Element ist zum besseren
Verständnis der Erfindung in den Fig. 1 bis 3 dargestellt j
In den Figuren bedeutet 10 im allgemeinen eine runde flache Zelle aus Metall mit einem unteren Teil 12 und
einem oberen Abschnitt 14, der eine durchgehende zentrale öffnung 16 aufweist, die gegenüber dem
restlichen oberen Abschnitt durch das nichtleitende keramische Fitting 18 elektrisch isoliert ist. Im unteren
Abschnitt 12 ist die positive Elektrode 20, etwa aus Silberchlorid, angeordnet, die von einem Metallsieb 22
getragen wird; außerdem befindet sich dort ein Separator 24, beispielsweise aus einer Glasfasermatte,
und die negative Elektrode aus zwei Scheiben von Lithiummetall, die mit 26 und 28 bezeichnet sind. Sie
sind, wie insbesonder Pig.3 zeigt, auf beiden Seiten
eines Metallsiebes 30 eingepreßt und enthalten einen zentralen Drahtabschnitt 32. 34 stellt eir.^n zweiten
Separator dar, der eine zentrale öffnung 36 aufweist, die
mit dem Drahtabschnitt 32 fluchtet
Zum Zusammenbau der fertigen Zelle werden die in F i g. 3 dargestellten Einzelteile in der richtigen Reihenfolge
zusammengesteckt, wobei abschließend der obere Teil der Dose 14 auf den unteren Teil 12 aufgesteckt
wird, so daß der Drahtabschnitt 32 durch die öffnung 36
des zweiten Separators 34 und durch die öffnung 16 im oberen Teil 14 der Dose hindurchreicht Nachdem der
obere Teil 14 aufgesteckt ist wird der Rand des unteren Teils bei 38 umgebördelt Anschließend wird eine
Lötdichtung 14 rund um die Zelle angebracht um diese flüssigkeits- und gasdicht zu verschließen. Durch die
öffnung 16 wird die Elektrolytlösung etwa im Vakuum in das Element eingebracht wonach diese Öffnung
durch die Lötstelle 42 verschlossen wird. Die Entladung des Elements erfolgt über den unteren Teil 12, der als
positive Sammelelektrode dient und den Drahtabschnitt 32, der die Verbindung zur negativen Elektrode
darstellt
Dieser Elementaufbau gewährleistet eine einfache Fertigungstechnik und erlaubt bei geringfügigen Änderungen
auch eine Automatisierung der Elementherstellung.
Geeignete Werkstoffe für die negative Elektrode sind die Alkalimetalle oder deren Legierungen miteinander
oder mit anderen Metallen. Unter der Bezeichnung »Legierungen« werden auch feste Lösungen, wie etwa
Lithiummagnesium und intermetallische Verbindungen, wie Lithiummonoaluminid verstanden. Bevorzugt dienen
als Werkstoffe für die negative Elektrode Lithium, Natrium oder Kalium.
Die Auswahl eines Kathodenmaterials (Kathode = positive Elektrode) ist nicht besonders kritisch und
wenn verträglich, können beliebige bekannte Kathodenmaterialien für nichtwäßrige Systeme in den
erfindungsgemäßen Elementen verwendet werden. Ein Kriterium für die Vertäglichkeit besteht dann, daß das
Kathodenmatieral in dem Lösungmittel für den Elektrolyten im wesentlichen unlöslich ist Zu den
geeigneten Kathodenmaterialien gehören Halogenide, wie etwa Silberchlorid, Nickelfluorid, Kadmiumchlorid,
Bleichlorid, Kadmiumfluorid, Kupfer(I)-Chlorid, Kupfer(II)-Fluorid,
Bleidifluorid, Bleitetrafluorid, Silbermonofluorid, Silberdifluorid und Kupfer(II)-Chlorid; Sulfide,
wie etwa Kupfer(II)-Sulfid; und Oxide, wie etwa Silberoxid, Kupfer(II)-Oxid, Mangandioxid, Mononickeloxid
und'Bleioxid. Unter diesen gehören zu den bevorzugten Kathodenmaterialien Silberchlorid, Kupferchlorid,
Kupferchlorid, Nickelfluorid, Kadmiumchlorid,
Bleichlorid, Kupfer(II)-Fluorid und Kadmiumfluorid
Zu den in Nitrobenzol oder einen substituierten
Nitrobenzol gelösten Stoffen gehören die Komplexe von anorganischen oder organischen Lewis-Säuren und
anorganische ionisierbare Salze. Das einzige Erfordernis an die Brauchbarkeit besteht darin, daß der Komplex
mit dem verwendeten Lösungsmittel verträglich ist und daß dabei eine Lösung erhalten wird, die Ionenleitfähigkeit
aufweist Entsprechend der Auffassung von Lewis, oder der elektronischen Betrachtung von
Säuren und Basen, können viele Stoffe, die keinen aktiven Wasserstoff enthalten, als Säuren oder Akzeptoren
von Elektronen-Doublets wirken. Die grundlegenden Anschauungen sind in der chemischen Literatur
beschrieben, beispielsweise G. N. L e w i s, J. A. C S. 46,
2027 (1024). Ein Reaktionsmechanismus über die Wirkung dieser Komplexe in organischen Lösungsmitteln
ist im Detail in dem US-Patent 3542 602 beschrieben, wo vorgeschlagen wird, daß ein gelöster
Stoff vom Lewis-Säuretpy, d. h. ein Stoff, der fähig ist
ein oder mehr Elektronen-Doublets aufzunehmen, einen Additions-Komplex mit einem organischen Lösungsmittel
bildet und in einer zweiten Stufe ein anorganisches ionisierbares Salz mit diesem Komplex reagieren kann,
wobei ein zweiter Komplex gebildet wird, der beständiger ist als der erste Komplex.
Als typische Lewis-Säuren, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, seien Borbromid, Aluminiumchlorid,
Aluminiumbromid, Borfluorid und Borchlorid genannt
Zu den ionisierbaren Salzen, die in Kombination mit diesen Lewis-Säuren verwendet werden können, gehören
Lithiumfluorid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Natriumfluorid, Natriumchlorid, Natriumbromid, KaIiumfluorid,
Kaliumchlorid und Kaliumbromid. Doppelsalze, die aus einer Lewis-Säure und einem anorganischen
ionisierbaren Salz gebildet werden, können auch direkt verwendet werden; die Lewis-Säure und das
ionisierbare Salz können aber auch getrennt zugegeben werden. Ein solches Doppelsalz ist z. B. Lithiumaluminiumtetrachlorid,
das bei der Kombination von Aluminiumchlorid mit Lithiumchlorid entsteht
Als Beispiele für in erfindungsgemäßen Elementen geeignete substituierte Nitrobenzole werden 2-Nitrotoluol,
1-Chlornitrobenzol und p-Methylisopropyl-Nitrobenzol
genannt.
Ebenfalls verwendbar sind die Nitrobenzol-Derivate, die üblicherweise bei Raumtemperatur fest sind. Diese
Verbindungen können in aromatischen Lösungsmitteln, wie etwa Benzol, Toluol oder selbst Nitrobenzol gelöst
werden, damit ein Lösungsmittel in flüssiger Form für den Elektrolyten erhalten wird. Ein Beispiel für
derartiges Material ist 1-FluornitrobenzoI in Benzol
gelöst Der für den Elektrolyten benötigte Feststoff kann in diesem flüssigen System gelöst werden, um die
vollständige Elektrolyt-Lösung zu erhalten.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Mit einem rechteckigen Trog aus Polytetrafluorethylen wurde ein Testelement gebaut das für die Zuleitung
zu den Elektroden zwei Schlitze im Abstand von etwa 1,25 cm aufwies. Eine Scheibe aus Lithiummetall, die in
ein Nickelsieb gepreßt war, dient als negative Elektrode, während die Dositive Elektrode, die aus Silberchlorid auf
einem Nickelsieb bestand, bis zu einer Gesamtkapazität von 440 Milliampere-Stunden beladen wurde. Diese
Elektrode hatte eine nominelle Oberfläche von 10 cm2. Der Elektrolyt bestand aus einer Lösung von ungefähr
11 Gewichtsprozent Lithiumaluminiumtetrachlorid in NitrobenzoL Die Beladung erfolgte mit einer Geschwindigkeit
von 2,0 Milliampere pro Quadratzentimeter und einer Spannung von 3,5 Volt. Wenn die Endspannung bis
auf 4 Volt angestiegen ist, wird die Beladungsgeschwindigkeit auf 0,25 Milliampere pro Quadratzentimeter
zurückgenommen und die letzten 60 Milliampere-Stunden der Beladung werden bei einer Spannung von 3,5
Volt vervollständigt
Bei einer Entladungsgeschwindigkeit von 1,0 Milliampere pro Quadraizentirneier entwickelte diese Zelle 370
Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 2,5 Volt und 20 Milliampere-Stunden bei einer Spannung
von 2,5 Bis 2,0 Volt
Das Element nach Beispiel 1 wurde entsprechend be- und entladen. Bei dem zwölften Zyklus wurde die Zelle
mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Milliampere pro Quadratzentimeter beladen, bis zu einer Kapazität von
47 Milliampere-Stunden, mit 03 Milliampere pro Quadratzentimeter für 74 Milliampere-Stunden und mit
0,4 Milliampere pro Quadratzentimeter für 120 Milliampere-Stunden.
Die Gesamtbeladungs-Kapazität von 241 Milliampere-Stunden wurde bei 3,4 bis 3,5 Volt
vervollständigt
Beim zwölften Zyklus erfolgte das Entladen dieses Elementes mit einer Geschwindigkeit von 1 Milliampere
pro Quadratzentimeter, das Element entwickelte 220 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 2,5
Volt und 150 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von Z5 bis 2,0 Volt
Ein ähnliches Element wie in Beispiel 1 wurde über mehrere Zyklen betrieben. Es enthielt eine Bleichlorid-Elekirode
anstelle von Silberchlorid wie in Beispiel 1, und der vierte Beiadungs-Eniiadungs-Zyklus wurde mit
einer Geschwindigkeit von 0,5 Milliampere pro Quadratzentimeter bis zu einer Kapazität von 115
Milliampere-Stunden bei 3,1 bis 33 Volt beladen.
Dieses Element wurde entladen bei einer Geschwindigkeit von 0,2 Milliampere pro Quadratzentimeter und
entwickelte 42 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 23 bis 2,0 Volt
Ein Element wie in Beispiel 1, jedoch mit einer positiven Elektrode aus Kupfer(I)-Chlorid wurde mit
einer Geschwindigkeit von 0,4 Milliampere pro Quadratzentimeter bei einer Spannung von 3,0 bis
33VoIt bis zu einer Gesamtkapazität von 425 Milliampere-Stunden beladen.
Die Entladung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 1,1 Milliampere pro Quadratzentimeter; die
Leistung betrug 420 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2^ bis 2,0 Volt
Das Element nach Beispiel 4 wurde fiber IO Beladungs-Entladungs-Zyklen betrieben. Beim zehnten
Zyklus wurde es mit einer Geschwindigkeit von 0,8 Milliampere pro Quadratzentimeter bei einer Spannung
von 3,0 bis 3,8 Volt bis zu einer Gesamtkapazität von 205 Milliampere-Stunden beladen.
Das Entladen erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 1,1 Milliampere pro Quadratzentimeter, wobei das
Element 160 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 1,8 Volt entwickelte.
In einem Nickelbehälter wurde ein abgedichtetes Element gebildet, das aus einem tassenförmigen
iä Unterteil und einem flachen Verschiußdecke! bestand.
Der Verschluß enthielt ein keramisches Fitting mit einer Metallröhre, die durch den Verschluß hindurchreichte
und von dem Rest des Verschlusses elektrisch isoliert war. Die positive Elektrode bestand aus Kupfer(I)-ChIorid,
das auf einem Nickelsieb als Substrat niedergeschlagen war; sie befand sich im unteren Bereich und war mit
einem Separator aus Glasfasermatte überdeckt. Die negative Elektrode bestand aus zwei Scheiben von
Lithium-Metall, die auf die gegenüberliegenden Seiten eines Nickelsiebes aufgepreßt waren und wies einen
zentralen Drahtabschnitt auf. Die Elektrode war ebenfalls mit einer zusätzlichen Glasfasermatte überdeckt
durch deren zentrale Bohrung der Drahtabschnitt hindurchgeführt war. Der Verschlußdeckel wurde auf
dem Unterteil angebracht, entsprechend umbördelt und an der Umbördelung mit dem Drahtabschnitt verlötet
der durch die Röhre in dem Verschlußdeckel reichte. Das Element wurde im Vakuum imprägniert mit einem
Elektrolyten, der aus einer Lösung bestand, die ungefähr 11 Gewichtsprozent Lithium-Aluminium-Tetrachlorid
in Nitrobenzol enthielt Die Röhre wurde abgedichtet und Kontakt zu dem Drahtkabel und dem Unterteil
wurden hergestellt
Die positive Kupfer(I)-Chlorid-Elektrode wurde bis zu einer Kapazität von 238 Milliampere-Stunden
beladen und bei einer Entladungsgeschwindigkeit von 0,5 Milliampere pro Quadratzentimeter wurden von der
Zelle 155 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 23 bis 2,0 Volt entwickelt
Ein Element ähnlich demjenigen in Beispiel 6, jedoch so mit einer positiven Elektrode aus Silberchlorid mit einer
Kapazität von 163 Milliampere-Stunden, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Milliampere pro
Quadratzentimeter entladen, und entwickelte 140 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 2,0
Volt
Eine Reihe von Elementen mit negativen Elektroden aus Lithhnn-Metall-Scheiben, positiven Elektroden aus
verschiedenen Mischungen aus leitfähigem Kohlenstoff und Nickelfluorid, Glasfaser-Separatoren, und mit
einem Elektrolyten aus 11,0 Gewichtsprozent AJuminiumchlorid
und 2,75 Gewichtsprozent Lithiumchlorid in 86,25 Gewichtsprozent Nitrobenzol wurden hergestellt
Die Zusammensetzungen der positiven Elektroden und die Entladungsdaten für diese Zellen sind in der
folgenden Tabelle aufgeführt
Entladungsergebnisse
Lithium-Elektrode gegenüber Nickelfluorid-Elektrode
Nr. | Gew.-% | Gewichts | Theoretische | Tatsächliche | Wirksamkeit der |
NiF2 | verhältnis | Zellkapazität | Zellkapazität | positiven Elek | |
C: NiF2 | trode | ||||
(g) | (mAh) | (mAh) | (%) | ||
1 | 0,12 | 4:1 | 66,5 | 51,1 | 77,5 |
2 | 0,08 | 4:1 | 44,3 | 44,4 | 100,5 |
3 | 0,08 | 4:1 | 44,3 | 48,4 | 109,0 |
4 | 0,15 | 3:1 | 83,0 | 50,4 | 60,5 |
5 | 0,10 | 3:1 | 55,4 | 60,0 | 108,0 |
6 | 0,10 | 3:1 | 55,4 | 52,8 | 93,8 |
7 | 0,20 | 2:1 | 110,0 | 49,6 | 44,8 |
8 | 0,13 | 2:1 | 72,4 | 58,1 | 80,5 |
9 | 0,13 | 2:1 | 73,6 | 50,3 | 68,5 |
10 | 0,30 | 1:1 | 166,0 | 48,7 | 29,4 |
11 | 0,20 | 1:1 | 111,0 | 45,0 | 40,5 |
12 | 0,20 | 1:1 | 110,8 | 33,2 | 30,0 |
13 | 0,22 | 4:1 | 120,0 | 115,0 | 95,8 |
14 | 0,22 | 4:1 | 120,0 | 110,0 | 91,6 |
Gewisse der in der Tabelle aufgeführten Elemente zeigen eine tatsächliche Kapazität, die größer ist als die
theoretische Kapazität. Dies ist auf die Anwesenheit von Verunreinigungen in dem leitfähigen Kohlenstoff
und in den positven Elektroden zurückzuführen. Diese Verunreinigungen tragen einen kleinen Anteil zur
Kapazität der Elemente bei und sind für die Wirksamkeiten über 100% verantwortlich.
Ein Element für Testzwecke wurde hergestellt unter
Verwendung einer negativen Elektrode aus einer Lithium-Metall-Scheibe, einer positiven Elektrode aus
Nickelfluorid und einem Elektrolyten, der durch Auflösen von 50 g 1-Fluornitrobenzol in 10 ml Benzol
und anschließendes Auflösen von 7,1 g Aluminiumchlorid und 1,6 g Lithiumchlorid in dieser Flüssigkeit
erhalten wurde. Das Element wurde entladen bei einem laufenden Strom von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter und entwickelte 35 Milliampere-Stunden bei
einem Spannungsniveau von ungefähr 23 Volt
Beispiel 10
Ein Element nach Beispiel 9, jedoch unter Verwendung von 2-Nitrotoluol als Lösungsmittel für den
Elektrolyten entwickelte ungefähr 20 Milliampere-Stunden bei einer Stromentnahme von 1 Milliampere pro
Quadratzentimeter bei einem Spannungsniveau von ungefähr 2$ Volt
Ein Element mit einer Lithium-Metall-Elektrode, einer Nickelfluorid-Elektrode und einem Elektrolyten
aus 8,2 Gewichtsprozent Aluminhimbromid und 13
Gewichtsprozent Lithiumchlorid in 90,5 Gewichtsprozent Nitrobenzol konnte bei einer Stromentnahme von
1 Milliampere pro Quadratzentimeter entladen werden und lieferte eine Kapazität von 20 Milliampere-Stunden
35
40
45
50
55
60
65
bis zu einem Abbruch bei 1,8VoIt. Das Spannungsniveau lag bei Beginn der Entladung bei 2,9 Volt.
Ein Element wurde hergestellt mit einer Natrium-Metall-Elektrode einer Nickelfluorid-Elektrode und mit
einem Elektrolyten aus 11,0 Gewichtsprozent Aluminiumchlorid und 2,75 Gewichtsprozent. Lithiumchlorid in
86,25 Gewichtsprozent Nitrobenzol. Es wurde mit einem Milliampere pro Quadratzentimeter entladen bis
zu einer Stromentnahme von 54% ihrer Kapazität, bei einer gemessenen Kapazität von ungefähr 35 Milliampere-Stunden, bis zu einem Abbruch bei 1,8 Volt Das
Spannungsniveau während der Entladung betrug etwa 2,6 Volt
Ein Element ähnlich Beispiel 12 wurde hergestellt, mit der Ausnahme, daß Lithiummonoaluminid anstelle der
Natrium-Elektrode verwendet wurde. Dieses Element wurde für 11 Stunden bei einer Spannung von ungefähr
2,5 Volt entladen und entwickelte 55 Milliampere-Stunden bis zu einem Abbruch bei einer Spannung von
1,8VoIt
Elemente, ähnlich denen von Beispiel 11 wurden
hergestellt, unter Verwendung von Borchlorid und Lithiumchlorid als Feststoff e in der Elektrolytlösung. Sie
lieferten beim Entladen eine Spannung von 33 bis 2,7 Volt für 20 Stunden bei einer Stromentnahme von 1
Milliampere pro Quadratzentimeter.
Aus den obigen Ausführungen ist klar ersichtlich, daß
Nitrobenzol und substituierte Nitrobenzole als Lösungsmittel für Elektrolyten in nichtwäßrigen Elementen
geeignet sind, wobei eine Vielzahl von negativen und positiven Elektroden und Elektrolyt-Feststoffen verwendet werden kann, und wobei Elemente für
zahlreiche Verwendungszwecke eingesetzt werden können.
Obwohl die Theorie, welche der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, zur Zeit keineswegs vollständig
entwickelt ist, ist es denkbar, daß besonders die Abwesenheit von Wasser oder einem anderen Protonendonor
in dem nichtwäßrigen System dafür verantwortlich ist, daß die Nitrobenzolverbindungen schwierig
zu reduzieren sind und daher in dem betrachteten
10
System stabil sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es daher wesentlich, daß die entsprechenden
Elemente kein Wasser enthalten und auch gegen den Zutritt von kleinen Feuchtigkeitsmengen abgedichtet sind. Um die Lebensdauer zu erhöhen und die
Korrosion der negativen Elektrode zu vermindern, ist es darüber hinaus wünschenswert, sowohl Hydroxidionen
wie bewegliche Protonen aus dem System auszuschließen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Nichtwäßriges galvanisches Element mit einer negativen Elektrode aus einem oder mehreren
Alkalimetallen, mit einer positiven Elektrode, insbesondere aus einem; Metallhalogenid, einem
MetallsuLSd oder einem Metalloxid, und mit einem Elektrolyten, der aus einer Lösung einer Lewis-Säure
in einer organischen Nitroverbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt
als organische Nitroverbindung Nitrobenzol und/oder ein substituiertes Nitrobenzol enthält
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt als organische Nitroverbindung
eine Verbindung der allgemeinen Formel
NO2
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