DE2262935A1 - ELECTRODE - Google Patents

ELECTRODE

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DE2262935A1
DE2262935A1 DE19722262935 DE2262935A DE2262935A1 DE 2262935 A1 DE2262935 A1 DE 2262935A1 DE 19722262935 DE19722262935 DE 19722262935 DE 2262935 A DE2262935 A DE 2262935A DE 2262935 A1 DE2262935 A1 DE 2262935A1
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manganese dioxide
electrode
electrically conductive
conductive material
mixture
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DE19722262935
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German (de)
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Karl Victor Kordesch
Akiya Kozawa
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Union Carbide Corp
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Union Carbide Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material

Description

20. Dezember 1972 • Gzy/Ra.December 20, 1972 • Gzy / Ra.

Union Carbide Corporation, New York, N.Y. 1001? / USAUnion Carbide Corporation, New York, N.Y. 1001? / UNITED STATES

Elektrodeelectrode

Die Erfindung betrifft zusammenhängende, Mangandioxyd enthaltende Elektroden, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und elektrochemie sehe Vorrichtungen, in welchen diese Elektroden verwendet werden.The invention relates to continuous manganese dioxide containing Electrodes, a process for their manufacture and electrochemistry see devices in which these electrodes are used.

Teilchenförmiges Mangandioxyd im Gemisch mit gepulverter Kohle and/oder Graphit wird in weitem Urs fange als kathodisches Material oder als Depolarisator, in handelsüblicher; Batterien verwendet. Es ist verhältnismäßig billig und liefert zufriedenstellende Energie, Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß bei der Herstellu!?- solcher Batterien die kathodischen, Marigandioxyd enthaltenden Gemische nicht zu solchen Formkörpern zusammengepreßt werden können, die eine genügende Festigkeit haben, um selbsttragend au sein, wenn sie vom Elektrolyten benetzt werden. Daher hat r.an Mangandioxyd enthaltende Elektroden mit einer Art von mechanischem Träger versehen, wenn solche Elektroden in Berührung mit einem flüssigen wässrigen Elektrolyten verwendet werden sollen. Zu solchen mechanischen Trägern gehören Metallbehälter, welche ringförmige Elektroden umgeben, und das Zusammenpressen eines Stapels von flachen Elektroden. Ohne einen solchen Träger zerfallen Mangandioxyd enthaltende Elektroden ziemlich schnell in flüssigen Elektrolyten, insbesondere in alkalischen Lösungen. Ein Zerfall findet auch mit der Zeit statt, wenn ein gutes Bindemittel für die Kathode, z.B. Portlandzement, wie in &®r USA-Patentschrift 2 962 540 beschrieben, verwendet wird» Auch Zement enthaltende Elektroden benötigen einen iaechanis^laeiiBParticulate manganese dioxide mixed with powdered charcoal and / or graphite is widely used as a cathodic material or as a depolarizer, commercially available; Batteries used. It is relatively cheap and provides satisfactory energy. However, experience has shown that in the manufacture of such batteries, the cathodic mixtures containing marigandioxide cannot be compressed into molded bodies that have sufficient strength to be self-supporting, if they are wetted by the electrolyte. Therefore r.an provided electrodes containing manganese dioxide with a kind of mechanical support if such electrodes are to be used in contact with a liquid aqueous electrolyte. Such mechanical supports include metal containers surrounding annular electrodes and the compression of a stack of flat electrodes. Without such a carrier, electrodes containing manganese dioxide disintegrate fairly quickly in liquid electrolytes, especially in alkaline solutions. Decomposition also takes place over time if a good binding agent is used for the cathode, for example Portland cement, as described in US Pat. No. 2,962,540 . Electrodes containing cement also require a mechanical mechanism

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z.B. einen Stahlbehälter, welcher die Kathode umgibt. Der Zerfall der Kathode bringt besonders dann Schwierigkeiten mit sich, wenn die Elektrode in einer wiederaufladbaren Zelle verwendet wird, die abwechselnd aufgeladen und entladen wird. Die Ausdehnung des Gitters beim Entladen und die Zusammenziehung beim Auf- , laden, die besonders bei Mangandioxyd auftreten, tragen ferner zu dem Zerfall der Elektrode bei.e.g. a steel container surrounding the cathode. The decay the cathode presents difficulties especially when the electrode is used in a rechargeable cell that is alternately charged and discharged. The expansion of the grid when discharging and the contraction when charging, Charges, which occur especially with manganese dioxide, also contribute to the decay of the electrode.

Da Mangandioxyd enthaltende Elektroden bei Berührung m.it dem Elektrolyten nicht die erforderliche Festigkeit und den Zusammenhalt haben, war es bisher nicht möglich, Mangandioxyd als Depolarisator in Form einer dünnen Schicht zu verwenden, obwohl diese Form für die aktive Ausnutzung des elektrochemischen Materials die wirksamste ist. Wegen dieser Nachteile wurde Mangandioxyd als Depolarisator üblicherweise nur in solchen elektrochemischen Zellen verwendet, die niedrige und mittlere Entladungsströme lieferten, und zwar ungeachtet der durch Versuche festgestellten Tatsache, dall Mangandioxyd eine hohe stromliefernde Kapazität hat.Since electrodes containing manganese dioxide come into contact with the Electrolytes do not have the required strength and cohesion So far it has not been possible to use manganese dioxide as a depolarizer in the form of a thin layer, though this form is the most effective for the active utilization of the electrochemical material. Because of these disadvantages, manganese dioxide became Usually used as a depolarizer only in those electrochemical cells that have low and medium discharge currents supplied, notwithstanding the fact established by experiments, that manganese dioxide had a high current-supplying power Has capacity.

Das wesentliche Ziel der Erfindung sind Mangandioxyd enthaltende Elektroden mit einem verbesserten Zusammenhalt , insbesondere bei Berührung mit wässrigen Elektrolyten. Ein weiteres Ziel der Erfindung sind zusammenhängende dünne, Mangandioxyd enthaltende Elektroden. Ein weiteres Ziel der Erfindung sind Mangandioxyd enthaltende Elektroden, die eine hohe Entladungsrate besitzen. Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine wirksamere elektrochemische Ausnutzung des Mangandioxyds in elektrochemischen Zellen. Noch ein Ziel der Erfindung sind elektrochemische Zellen, die bei Temperaturänderunsen eine verbesserte Beständigkeit haben. Ein weiteres Ziel der Erfindung sind elektrochemische ZellenThe main aim of the invention are electrodes containing manganese dioxide with improved cohesion, in particular with Contact with aqueous electrolytes. Another object of the invention is contiguous thin manganese dioxide containing Electrodes. Another object of the invention are electrodes containing manganese dioxide which have a high discharge rate. Yet another object of the invention is a more efficient electrochemical one Exploitation of manganese dioxide in electrochemical cells. Another object of the invention are electrochemical cells, which have an improved resistance to changes in temperature. Another object of the invention are electrochemical cells

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wit einem verbesserten Verhalten bei niedrigen Temperaturen. lvToch ein Ziel der Erfindung sind Mangandioxyd enthaltende Elektroden, die beim abwechselnden Aufladen und Entladen verbesserte Eigenschaften beibehalten.wit improved behavior at low temperatures. lv T och an object of the invention manganese dioxide containing electrode having improved when alternating charging and discharging characteristics are maintained.

Die Erfindung betrifft eine zusammenhängende Elektrode zur Verwendung in elektrochemischen Zellen, die einen wässrigen Elektrolyten enthalten. Die Elektrode enthält teilehenförmiges Mangandioxyd, kolloidales elektrisch leitendes Material und teilchenfbrmiges elektrisch leitendes Material. Diese Stoffe sind verbunden durch ein aus einem Polymeren bestehendes Bindemittel» das vom Elektrolyten benetzbar ist. Das kolloidale elektrisch leitende Material gewährleistet innerhalb der Elektrode einen elektrischen Kontakt von einem Teilchen zn. dem anderen. J)ie Elektrode ist gekennzeichnet durch ihren Widerstand gegen Quellen in wässrigem Elektrolyten.The invention relates to a coherent electrode for use in electrochemical cells which contain an aqueous electrolyte. The electrode contains particulate manganese dioxide, colloidal electrically conductive material and particulate electrically conductive material. These substances are connected by a binding agent consisting of a polymer which can be wetted by the electrolyte. The colloidal electrically conductive material ensures electrical contact with a particle within the electrode . the other. J) he electrode is characterized by its resistance to swelling in aqueous electrolytes.

Die Grundlagen der Erfindung werden weiter unten im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert; Diese Figuren zeigen:The principles of the invention are detailed below explained with reference to the figures; These figures show:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer flachen, Mangandioxyd enthaltenden Elektrode gemäß der Erfindung.Fig. 1 is a perspective view of a flat manganese dioxide containing electrode according to the invention.

Fig. 2 zeigt perspektivisch in auseinandergenommenem Zustand die Bestandteile einer erfindungsgemäßen Zelle.Fig. 2 shows in perspective in a disassembled state the components of a cell according to the invention.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Zelle nach Fig. 2.FIG. 3 shows in section a cell according to FIG. 2.

Fig. h zeigt in auseinandergenonimenem Zustand eine andere er— findungsgemäße Zelle.FIG. H shows another cell according to the invention in the disassembled state.

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Fig. 5 zeigt graphisch das Verhältnis der Entladungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Ausnutzung des Mangandioxyds und der gesamten Kapazität in einer erfindungs— geraäßen Zn/KOH/MnO„-Zelle nach der Erfindung im Vergleich mit einer Zn/K0H/Mn0o-Zelle der bekannten Art.Fig. 5 shows the ratio of the discharge velocity depending on the utilization of the manganese dioxide and the total capacitance in a inventiveness geraäßen Zn / KOH / MnO "graphically shows cell according to the invention compared with a Zn / K0H / o Mn0 cell of the known Art.

Fig. 6 zeigt graphisch die Abhängigkeit der Entladungszeit von der Spannung für frisch hergestellte erfindungsgemäße Zn/KOü/MnOg-Zellen flacher Form und solcher Zellen nach einmonatiger Lagerung bei etwa 50 C, im Vergleich mit dem Verhalten von üblichen Zn/KOJU/MnOg—Zellen.6 shows graphically the dependence of the discharge time of the tension for freshly made according to the invention Zn / KOü / MnOg cells of flat shape and such cells after one month of storage at about 50 C, in comparison with the behavior of common Zn / KOJU / MnOg cells.

Fig. 7 zeigt graphisch die Abhängigkeit der Entladungszeit von der Spannung bei erfindungsgemäßen und üblichen Zn/KOH/MnOg-Zellen flacher Form bei Haumtemperatür, bei O0C und bei -120C.Fig. 7 is a graph showing the dependence of the discharge time of the voltage in the present invention and conventional Zn / KOH / MnOg cells flat shape at Haumtemperatür, at 0 C and -12 0 C.

Fig. 8 zeigt graphisch das Verhalten einer wiederaufladbaren, flachen, erfindungsgemäßen Cd/KOH/MnOg-Zelle beim abwechselnden Aufladen und Entladen.Fig. 8 graphically shows the behavior of a rechargeable, flat, inventive Cd / KOH / MnOg cell when alternating Charging and discharging.

Fig. 9 und 10 zeigen graphisch das Verhalten von aufladbaren, flachen, erfindungsgemäßen Zn/KOH/MnOg-Zellen beim abwechselnden Aufladen und Entladen.9 and 10 graphically show the behavior of chargeable, flat Zn / KOH / MnOg cells according to the invention when alternating Charging and discharging.

Fig. 11 zeigt graphisch die Abhängigkeit der Entladungszeit von der Spannung bei erfindungsgemä.
bei verschiedenen Stroiodicliten.
11 shows graphically the dependence of the discharge time on the voltage in the case of the invention.
in various stroiodiclites.

der Spannung bei erfindungsgemäßen Zn/KOli/MnO„-Zellenthe voltage in Zn / KOli / MnO “cells according to the invention

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Fig. 12 und 13 zeigen graphisch die Abhängigkeit der Entladungszeiten von der Spannung bei erfindungsgemäßen, nassen MgZMgBr0ZMnO0-Ze11en und PbZu0SO.ZMn0o~Zellen.FIGS. 12 and 13 graphically show the dependence of the discharge times of the voltage in the present invention, wet MgZMgBr ZMnO 0 0 0 -Ze11en and PbZu SO.ZMn0 ~ o cells.

Fig. lh zeigt graphisch das Verhalten einer erfindungsgsmäßen ZnZKOIlZMnO0-ZeIIe beim pulsierenden Abnehmen starker Ströme.Fig. Lh the behavior of a erfindungsgsmäßen ZnZKOIlZMnO graphically shows 0 -ZeIIe when pulsating removing high currents.

Fig. 15 zeigt perspektivisch eine erfindungsgemäße. Zelleneinheit, wobei die Elektroden parallel verbunden sind.15 shows a perspective view of one according to the invention. Cell unit, the electrodes being connected in parallel.

Fig, 16 zeigt perspektivisch ein Batteriegehäuse, das acht Zelleneinheiten nach Fig. 15 in fleihe geschaltet aufnehmen soll.Fig, 16 shows in perspective a battery case, the eight Cell units according to FIG. 15 are connected in line target.

Fig. 17 zeigt graphisch die Abhängigkeit der Entladungszeit von der Spannung in einer Zelleneinheit nach Fig. 15 und in einer handelsüblichen Blei-Säure-Zelle.FIG. 17 graphically shows the dependence of the discharge time on the voltage in a cell unit according to FIG. 15 and in a standard lead-acid cell.

Fig. 18 zeigt graphisch das Verhalten einer Zelleneinheit nach Fig. 15 beim pulsierenden Abnehmen eines starken Stromes,Fig. 18 graphically shows the behavior of a cell unit according to 15 when a strong current is pulsed,

Fig. 19 zeigt in vergrößertem Maßstab einen idealisierten Querschnitt eines Teiles einer erfindungsgemäßen, Mangan-, dioxyd enthaltenden Elektrode.19 shows an idealized cross section on an enlarged scale part of a manganese dioxide-containing electrode according to the invention.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße flache, Mangandioxyd enthaltende Elektrode 21 mit einem eingebetteten, als Stromabnehmer dienenden Metallgitter 22. Das Verfahren zur !Herstellung •einer solchen Elektrode .wird im einzelnen weiter unten beschrieben werden. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine flache Zelle mit einerFig. 1 shows a flat manganese dioxide according to the invention containing electrode 21 with an embedded, as a current collector serving metal mesh 22. The method of! production • Such an electrode is described in detail below will. Figures 2 and 3 show a flat cell with a

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Mangandioxyd enthaltenden Elektrode 21 nach Fig. 1. Die Zelle enthält eine Elektrode 21 zwischen zwei Zinkgittern 23 und 2kf wobei die Elektrode 21 und die Gitter 23 und 2k durch Scheider 25 und 26, z.B. aus durch Fasern verstärkter regenerierter Zellulose, voneinander getrennt sind. Ein geeigneter Elektrolyt ist in den Scheidern 25 und 26 absorbiert. Die Zelle befindet sich in einem Gehäuse 27 aus einem geeigneten Kunststoff wie beispielsweise Polystyrol. In aufgeladenem Zustande ist die Mangandioxyd enthaltende Elektrode 21 die Kathode, und die Ziitkgitter 23 und 24 sind die Anoden.Manganese dioxide-containing electrode 21 according to FIG. 1. The cell contains an electrode 21 between two zinc grids 23 and 2k f , the electrode 21 and the grids 23 and 2k being separated from one another by separators 25 and 26, for example made of regenerated cellulose reinforced with fibers. A suitable electrolyte is absorbed in separators 25 and 26. The cell is located in a housing 27 made of a suitable plastic such as polystyrene. When charged, the manganese dioxide-containing electrode 21 is the cathode and the grid 23 and 24 are the anodes.

Eine flache Anode und eine flache Kathode, die durch Scheider voneinander getrennt sind und in einem Gehäuse aus Kunststoff untergebracht sind, wie die Fig. 2 und 3 es zeigen, können verwendet werden zur Herstellung von flachen Zellen, die aus wenigstens zwei flachen, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden und aus wenigstens zwei flachen metallischen Elektroden bestehen, wobei die Elektroden in der Regel parallel miteinander verbunden sind.A flat anode and a flat cathode by separators are separated from each other and are housed in a housing made of plastic, as shown in FIGS. 2 and 3, can be used are used for the production of flat cells, which consist of at least two flat, manganese dioxide containing electrodes and consist of at least two flat metallic electrodes, the electrodes usually connected in parallel with one another are.

Die Fig. k zeigt eine Art einer runden Zelle mit einer erfindungsgemäßen, Mangandioxyd enthaltenden Elektrode. Die Zelle enthält in aufgeladenem Zustande eine aufgerollte, Mangandioxyd enthaltende Kathode 28, die auf einem Stromabnehmer 29 aus einem Drahtgitter aufgebracht ist, und eine Anode 3i aus einer Zinkfolie, wobei die beiden Elektroden durch einen geeigneten Scheider voneinander getrennt sind, z.H. aus einer oder zwei Schichten 32 und 33 aus modifizierten Acrylfasern. Die aufgerollten Elektroden sind in einem zylindrischen Stahlbehälter 3** angeordnet. DerFIG. K shows a type of round cell with an electrode according to the invention containing manganese dioxide. When charged, the cell contains a rolled up, manganese dioxide-containing cathode 28, which is attached to a current collector 29 made of a wire mesh, and an anode 3i made of zinc foil, the two electrodes being separated from one another by a suitable separator, e.g. one or two Modified acrylic fiber layers 32 and 33. The rolled up electrodes are arranged in a cylindrical steel container 3 **. Of the

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Elektrolyt ist in den Scheidem32 und 33 absorbiert,Electrolyte is absorbed in the sheaths32 and 33,

Fig. 15 zeigt eine Zelleneinheit aus mehreren abwechselnden flachen, Mangandioxyd enthaltenden Kathoden und Anoden aus zusaniraengepreßtein pulverförmiger Zink, wobei die Elektroden parallel miteinander verbunden sind und durch Scheider voneinander getrennt sind. Die Zelleneinheit befindet sich in einem Gehäuse 35 aus Kunststoff, wobei der kathodische Stromabnehmer 36, der anodisehe Stromabnehmer 37 und eine Öffnung 38 zum Pullen sich über, das Oberteil des Gehäuses 35 hinauserstrecken.Fig. 15 shows a cell unit made up of several alternating ones flat, manganese dioxide containing cathodes and anodes made of pressed stone powdered zinc, with the electrodes parallel are connected to each other and separated from each other by separators. The cell unit is located in a housing 35 Plastic, the cathodic current collector 36, the anodisehe Current collector 37 and an opening 38 for pulling over that The upper part of the housing 35 extend outwards.

Fig.. l6 zeigt ein Gehäuse 39 für eine Batterie, das acht Zellencinheiten nach Fig. 15? die in Reihe geschaltet sind, aufnehmen soll. Jede dieser Zelleneinheiten befindet sich in einem Abteil, das von den Trennwänden M gebildet ist.Fig. L6 shows a housing 39 for a battery, the eight cell units according to Fig. 15? connected in series target. Each of these cell units is located in a compartment which is formed by the partition walls M.

Fig. 19 zeigt in vergrößertem Maßstäbe einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße, Mangandioxycl enthaltende Elektrode. Teilchen 42 von Mangandioxyd und Teilehen 43 von Acetylenruß als teilchenförmiges elektrisch leitendes Material sind eingebettet in eine poröse Matrix·44 aus einem polymeren Bindemittel. Das polymere Bindemittel 44 enthält zur Erzeugung der Leitfähigkeit kolloidalen Graphit. Das Gemisch aus dem Bindemittel und dem kolloidalen Graphit erfüllt zwei Aufgaben. Erstens soll es mechanisch die Teilchen 42 von Mangandioxyd und die Teilchen 43 von acetylenruß miteinander verbinden, so daß die Elektrode bei Berührung mit einem wässrigen Elektrolyten nicht quillt. Zweitens soll dadurch ein elektrischer Kontakt zwischen den einzelnen Teilchen innerhalb der Elektrode gewährleistet sein.19 shows a cross-section through on an enlarged scale an electrode according to the invention containing mangandioxyclic. Particle 42 of manganese dioxide and parts 43 of acetylene black as particulate electrically conductive material are embedded in a porous matrix · 44 of a polymeric binder. That polymeric binder 44 contains to produce the conductivity colloidal graphite. The mixture of the binder and the colloidal graphite fulfills two tasks. First, it's supposed to be mechanical the particles 42 of manganese dioxide and the particles 43 of acetylene black join together so that the electrode at Contact with an aqueous electrolyte does not swell. Secondly this is intended to create electrical contact between the individual Particles within the electrode can be guaranteed.

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Die erfindungsgemäßen, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden können so hergestellt werden, daß man ein polymeres Bindemittel, ein kolloidales elektrisch leitendes Material, teilchenförmiges Mangandioxyd und ein teilchenförmiges elektrisch leitendes Material mischt und diese Mischung dann zu einer zusammenhängenden Elektrode formt.The electrodes according to the invention, containing manganese dioxide, can be prepared so that a polymeric binder, a colloidal electrically conductive material, particulate Manganese dioxide and a particulate electrically conductive material mixes and then forms this mixture into a coherent electrode.

Beispielsweise kann so vorgegangen werden, daß zwei Gramm eines Epoxyharzes, Diglycidyläther von Bisphenol A, zusammen mit einem als liärter dienenden Amin in lh g einer Suspension von kolloidalem Graphit in einem Alkohol, z.B. IsopropylalJkohol, gelöst werden. Ein Gemisch aus 90 Gew.-% teilchenförmigen Mangandioxyds und 10 Gew,—$ eines teilchenförmigen elektrisch leitenden Materials, z.B. 8 % Graphitpulver und 2 % Acetylenruß, wird dann mit dem Gemisch aus dem Epoxyharz und dem kolloidalen Graphit in einem Verhältnis von 30 g des Mangandioxyd enthaltenden Gemisches ,zu 12 g des Gemisches aus dem Epoxyharz und dem kolloidalen Graphit gemischt. Das Gemisch bat eine kittähnliche Konsistenz, so daß es leicht auf einem als Stromabnehmer dienenden Metallgitter ausgebreitet werden kann. Gewünschtenfalls kann Druck angewendet werden, um die Löcher in dem Gitter gleichmäßiger zu füllen und um einen guten Kontakt zwischen dem Gemisch und dem Stromabnehmer zu gewährleisten. Dann erhitzt man das Gemisch auf dem als Träger dienenden Gitter etwa 1/2 Stunde lang auf etwa 50 C, um die in dem Gemisch enthaltene Flüssigkeit auszutreiben und das Epoxyharz zu härten. Die zusammenhängende Elektrode kann dann in üblicher Weise in eine elektrochemische Zelle eingebaut werden.For example, can proceed such that two grams of an epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol A, together with one serving as liärter amine in lh g of a suspension of colloidal graphite in an alcohol, eg IsopropylalJkohol be solved. A mixture of 90% by weight of particulate manganese dioxide and 10% by weight of a particulate electrically conductive material, for example 8% graphite powder and 2 % acetylene black, is then mixed with the mixture of the epoxy resin and the colloidal graphite in a ratio of 30 g of the Manganese dioxide-containing mixture, mixed to 12 g of the mixture of the epoxy resin and the colloidal graphite. The mixture had a putty-like consistency so that it could easily be spread on a metal grid serving as a current collector. If desired, pressure can be applied to more evenly fill the holes in the grid and to ensure good contact between the mixture and the current collector. The mixture is then heated on the grid serving as a support for about 1/2 hour at about 50 ° C. in order to drive off the liquid contained in the mixture and to cure the epoxy resin. The connected electrode can then be built into an electrochemical cell in the usual way.

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Das erfindungsgeraäße polymere Bindemittel soll· in der fertigen Elektrode ein Benetzen der Elektrode durch den in der Zelle verwendeten Elektrolyten möglich machen, soll aber gleichzeitig so beschaffen sein, daß die Elektrode bei Berührung mit dem Elektrolyten nicht quillt, um.die Schwäche der iiblichen, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden zu vermeiden» Der Ausdruck "Benetzen" bedeutet eine derartige Ausbildung der Oberfläche, daß der Elektrolyt in die Poren der Elektrode eindringen kann, um einen maximalen ionischen Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem aktiven Material in der Elektrode zu erreichen.The polymeric binder according to the invention should be used in the finished product Electrode make it possible for the electrode to be wetted by the electrolyte used in the cell, but should at the same time be such that the electrode does not swell when it comes into contact with the electrolyte, to avoid the weakness of the usual manganese dioxide containing electrodes »The term" wetting "means such a design of the surface, that the electrolyte can penetrate into the pores of the electrode in order to achieve maximum ionic contact between the electrolyte and the active material in the electrode.

Außer den schon erwähnten Epoxyharzen kann das polymere Bindemittel aus anderen Polymeren bestehen, z„BB aus Gopolymeren von Acrylnitril, Butadien und Styrol, aus polymeren Acrylaten wie Polymetliylmethacrylat oder .anderen Polymeren von niederen Alkylestern der Acrylsäure oder Methacrylsäure9 wobei die AlkylresteBesides the already mentioned epoxy resins, the polymeric binder can be made of other polymers, "B z B from Gopolymeren of acrylonitrile, butadiene and styrene, from polymeric acrylates such Polymetliylmethacrylat .anderen or polymers of lower alkyl esters of acrylic acid or methacrylic acid where the alkyl radicals 9

beispielsweise 1 bis h Kohlenstoffatome enthalten, aus Melamin-Formaldehydr-Harz, aus Harnstoff-Forraaldehyd-Harz, aus chlorierten Polyäthern mit wiederkehrenden strukturellen Einheiten der FormelFor example, contain 1 to h carbon atoms, from melamine-formaldehyde resin, from urea-foraldehyde resin, from chlorinated polyethers with recurring structural units of the formula

CH0ClCH 0 Cl

t t *

-0-CH0-C-CH0-CH2Cl -0-CH 0 -C-CH 0 -CH 2 Cl

aus Polycarbonaten, aus Phe.nol<~Formaldehyd-Harzen, - Polysulfone», aus Polystyrolen, aus Copolymere^ von Styrol mit Monomeren wie Acrylnitril, aus Vinylharze» wie Polyvinylchlorids aus Polyvinylalkohol, aus Copolymeren von Vinylchlorid und Vinylacetat;, aus Copolymeren von Styrol und Butadien»from polycarbonates, from Phe.nol <~ formaldehyde resins, - polysulfones », from polystyrenes, from copolymers ^ of styrene with monomers such as acrylonitrile, from vinyl resins »such as polyvinyl chloride from polyvinyl alcohol, from copolymers of vinyl chloride and vinyl acetate ;, from Copolymers of styrene and butadiene »

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Das polymere Bindemittel kann die üblichen Zusatzstoffe enthalten, wie Stabilisatoren und Weichmacher, die gegenüber den anderen Stoffen in der elektrochemischen Zelle inert sind.The polymeric binder can contain the usual additives, such as stabilizers and plasticizers, which are inert to the other substances in the electrochemical cell.

Die jeweiligen Bindemittel sollten beständig sein gegenüber dem in der Zelle enthaltenen Elektrolyten, Man sollte beispielsweise Polyvinylalkohol, Copolymere aus Acrylnitril, Butadien und Styrol, llarnstoff-Formaldehyd-iiarze, und Phenol-Formaldehydiiarze nicht in alkalischen Zellen verwenden, da sie während einer längeren Zeitdauer gegenüber dem Alkali nicht beständig sind. Die Beständigkeit des polymeren Bindemittels gegenüber dem Elektrolyten ist entweder bekannt oder kann leicht durch Versuche festgestellt werden. Zu den gegenüber einem alkalischen Elektrolyten beständigen Bindemitteln gehören Polysulfone, Acrylpolyincre wie Polymethylmethacrylat, Epoxyharze und Polystyrol .The respective binders should be resistant to the electrolytes contained in the cell, for example Polyvinyl alcohol, copolymers of acrylonitrile, butadiene and styrene, urea-formaldehyde-iiarze, and phenol-formaldehyde-iiarze Do not use in alkaline cells as they are not resistant to the alkali for a long period of time are. The resistance of the polymeric binder to the electrolyte is either known or can easily be determined by Attempts to be determined. To the opposite of an alkaline Electrolyte resistant binders include polysulfones, acrylic polyincre such as polymethyl methacrylate, epoxy resins, and polystyrene .

Bei der Herstellung des Gemisches für die Elektrode ist es zweckmäßig, das polymere Bindemittel in einem flüssigen Träger zu verwenden, um ein gleichmäßiges und inniges Mischen der Bestandteile zu erleichtern. Es ist also erwünscht, das Bindemittel in Form einer Lösung zu verwenden, weil die meisten dieser Polymeren feste Stoffe sind. Selbst bei Verwendung von Epoxyharzen, die vor dem Aushärten flüssig sind, ist es vorzuziehen, eine Lösung zu verwenden, weil die meisten Epoxyharze bei Raumtemperatur ziemlich viskos sind. Eine Lösung eines Epoxyharzes kann leichter ein gleichmäi3iges Gemisch ergeben, als das unverdünnte viskose Harz. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das polymere Bindemittel in Form eines Pulvers zu verwenden, das gewünschtenfalls in einer Flüssigkeit dispergiert sein kann.When preparing the mixture for the electrode, it is advisable to to use the polymeric binder in a liquid carrier to ensure uniform and intimate mixing of the ingredients to facilitate. So it is desirable to use the binder in the form of a solution because most of these polymers are solid substances. Even when using epoxy resins, which are liquid before curing, it is preferable to use a solution because most epoxy resins are at room temperature are quite viscous. A solution of an epoxy resin can produce a uniform mixture more easily than the undiluted viscous one Resin. Another possibility is to use the polymeric binder in the form of a powder, if desired can be dispersed in a liquid.

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- ii- ii

Die Art der als Lösungsmittel oder als Dispersionsmittel für das polymere Bindemittel verwendeten Flüssigkeit hangt in gewissem Ausmaße von der Art des polymeren Bindemittels ab. Die Flüssigkeit sollte nicht nur ein Lösungsmittel oder ein Dispersionsmittel für das polymere Bindemittel sein,, sondern sollte auch inert sein gegenüber den anderen Bestandteilen der Elektrode. So sollte beispielsweise die Flüssigkeit nicht oxydiert werden durch das in dem Gemisch enthaltene Mangandioxyd. Zu solchen brauchbaren Flüssigkeiten gehören organische Flüssigkeiten wie Isopropylalkohol, t~Buty!alkohol, liexy !alkohol und andere Alkohole. Weitere brauchbare Flüssigkeiten sind Ketone wie Aceton, Methyläthylkelon und Methylisobütylketon. Chlorierte Kohlenwasserstoffe wie Metliylendichlorxd, Chloroform, Trichlorethylen, Perchloräthylen und andere Lösungsmittel wie Tetra-· hydrofuran sind ebenfalls erfindungsgemäß brauchbar. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, ein Gemisch von Flüssigkeiten zu verwenden. Die Flüssigkeit muß flüchtig sein. Der Ausdruck "flüchtig" bedeutet hierbei, daß die Flüssigkeit praktisch vollständig verdampfbar ist bei mäßigen Temperaturen, z.B. bei Temperaturen bis herauf zu iOO°C.The kind of liquid used as a solvent or a dispersant for the polymeric binder depends to a certain extent Dimensions depend on the type of polymeric binder. The liquid should not just be a solvent or a dispersant for the polymeric binder, but should also be inert to the other components of the electrode. For example, the liquid should not be oxidized by the manganese dioxide contained in the mixture. To such Usable liquids include organic liquids such as isopropyl alcohol, t-buty! alcohol, liexy! alcohol, and others Alcohols. Other liquids that can be used are ketones such as acetone, methyl ethyl kelon and methyl isobutyl ketone. Chlorinated Hydrocarbons such as methylene dichloride, chloroform, trichlorethylene, Perchlorethylene and other solvents such as tetrahydrofuran can also be used according to the invention. In some In some cases it is advisable to use a mixture of liquids. The liquid must be volatile. The term "fleeting" means here that the liquid is practically completely evaporable at moderate temperatures, e.g. at temperatures up to 100 ° C.

Ein anderer bei dem erf iiidungsgemäßen Verfahren verwendeter Bestandteil ist das kolloidale elektrisch leitende Materialβ Zu solchen Stoffen gehören Graphit, Ruß und pulverförmige Metalle wie Silber und Nickel. Das kolloidale elektrisch leitende Material wird vorzugsweise j η Form einer kolloidalen Dispersion in einer Flüssigkeit verwendet,, Bekanntlich haben die einzelnen Teilchen des kolloidalen elektrisch leitenden Materials Durchmesser von weniger als i Mikronβ Als Flüssigkeit zum Disper-■gieren des kolloidalen elektrisch leitenden Materials können dieAnother component used in the method iiidungsgemäßen erf is the colloidal electrically conductive material β Such materials include graphite, carbon black and powdered metals such as silver and nickel. The colloidal electrically conductive material is preferably η j form of a colloidal dispersion used in a liquid ,, is well known that the individual particles of colloidal electrically conductive material diameter of less than i micron β as the liquid for the colloidal dispersants ■ yaw electrically conductive material can

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oben erwähnten Flüssigkeiten verwendet werden, die als Lösungsmittel oder Dispersionsmittel für das polymere Bindemittel dienen. Kolloidaler Graphit ist das bevorzugte kolloidale elektrisch leitende Material. Er wird bevorzugt als kolloidale Dispersion in einem chlorierten Kohlenwasserstoff wie Trichloräthylen oder in einem Alkohol wie Isopropylalkohol verwendet.Above mentioned liquids are used as solvents or dispersants serve for the polymeric binder. Colloidal graphite is the preferred colloidal electrically conductive material. It is preferred as a colloidal dispersion in a chlorinated hydrocarbon such as trichlorethylene or used in an alcohol such as isopropyl alcohol.

Der dritte wesentliche Bestandteil der erfindungsgemäßen Elektroden ist das teilchenförmige Mangandioxyd. Hierbei können die üblichen Formen von Mangandioxyd verwendet werden, z.B. natürliche Erze wie Pyrolusit, chemisch behandelte natürliche Erze, elektrolytisch hergestelltes Mangandioxyd und chemisch hergestelltes Mangandioxyd.The third essential component of the electrodes according to the invention is the particulate manganese dioxide. The usual Forms of manganese dioxide are used, e.g. natural ores such as pyrolusite, chemically treated natural ores, electrolytically manufactured manganese dioxide and chemically manufactured manganese dioxide.

Teilchenförmiges elektrisch leitendes Material wird ebenfalls in den Mangandioxyd enthaltenden Elektroden verwendet. Hierbei können die üblichen in Mangandioxyd enthaltenden depolarisiereuden Gemische verwendeten Stoffe gebraucht werden. Zu diesen gehören Acetylenruß und pulverförmiger Graphit,Particulate electrically conductive material is also used in the electrodes containing manganese dioxide. Here can use the usual depolarizing agents contained in manganese dioxide Mixtures of substances used are needed. These include acetylene black and powdered graphite,

In den erfindungsgemäßen Elektroden ist das Mangandioxyd das elektrochemisch aktive Material. Das polymere Bindemittel gibt der Elektrode den Zusammenhalt und die Festigkeit und erlaubt ein Benetzen der Elektrode durch den Elektrolyten. Das teilchenförinige elektrisch leitende Material dient demselben Zweck wie der Acetylenruß oder der gepulverte Graphit in bekannten, Mangandioxyd enthaltenden Depolarisatorgemischen. Dieser Zweck besteht in der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Elektrode. Das kolloidale elektrisch leitende Material dient zur Beseitigung von Schwierigkeiten, die mit der Verwendung eines polymeren Bin-In the electrodes according to the invention, this is the manganese dioxide electrochemically active material. The polymeric binder gives the electrode cohesion and strength and allows wetting of the electrode by the electrolyte. The particulate Electrically conductive material serves the same purpose as the acetylene black or the powdered graphite in the well-known, manganese dioxide containing depolarizer mixtures. This purpose is to improve the electrical conductivity of the electrode. The colloidal electrically conductive material is used to eliminate difficulties associated with the use of a polymeric binder

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demittels in der Elektrode entstellen. Das Bindemittel neigt dazu, die einzelnen Teilchen des Mangandioxyds Hnci des teilchenförmigen elektrisch leitenden Materials zu überziehen. Da die als Bindemittel verwendeten Polymere Elektrizität nicht leiten, so würde das Bindemittel bei Abwesenheit des kolloidalen elektrisch leitenden Materials eine isolierende Schicht um die einzelnen Teilchen des Mangandioxyds und des teilchenförmigen elektrisch leitenden Materials bilden. Durch das kolloidale Material wird diese Neigung überwunden und ein elektrischer Kontakt zwischen den einzelnen Teilchen innerhalb der Elektrode gesichert. Mit anderen Worten bedeutet das, daß das kolloidale Material im Gemisch mit dem Polymer das 'Bindemittel leitfähig macht.disfigured by means of the electrode. The binder tends to separate the individual particles of the manganese dioxide Hnci of the particulate electrically conductive material to be coated. Since the polymers used as binders do not conduct electricity, so, in the absence of the colloidal electrically conductive material, the binder would form an insulating layer around the manganese dioxide and particulate individual particles Form electrically conductive material. This tendency is overcome by the colloidal material and an electric one Contact between the individual particles within the electrode is ensured. In other words, it means that the colloidal Material mixed with the polymer makes the binder conductive.

In der liegel sollen das kolloidale elektrisch leitende Material, das polymere Bindemittel und das teilchenförmige elektrisch leitende Material in so geringen Mengen gebraucht werden, daß gerade die oben erwähnten Wirkungen erzielt werden. Es ist erwünscht, daß die Elektrode soviel wie möglich von dem Mangan— dioxyd enthält, um eine maximale Kapazität in Ampere-Stunden je Gewichtseinheit der Zelle zu erreichen.The colloidal electrically conductive material, the polymeric binder and the particulate electrically conductive material are used in so small amounts that just the above-mentioned effects are achieved. It is desirable that the electrode contains as much of the manganese dioxide as possible to achieve a maximum capacity in ampere-hours per unit weight of the cell.

Die Elektrode sollte als Mindestmengen etwa i bis 2 Gew.-% des kolloidalen elektrisch leitenden Materials, etwa 5 his 10 Gew.-% des teilchenförmigen elektrisch leitenden Materials, etwa 1 bis 2 Gew.-$ des polymeren Bindemittels enthalten, wobei der Best aus Mangandioxyd besteht. Diese Mengen sind bezogen auf das Gewicht der fertigen Elektrode ohne den Stromabnehmer. Wie man sieht, kann die Elektrode wenigstens 85 oder 90 Gew.-^ Mangandioxyd enthalten, in der Regel wenigstens etwa 70 Gew,-%. Die üblichen Elektrodengemis.che enthalten höchstens etwa 70 bis 80 Gew.-# Mangandioxyd. 'The minimum amount of the electrode should be about 1 to 2% by weight of the colloidal electrically conductive material, about 5 to 10% by weight of the particulate electrically conductive material, about 1 to Contain 2 wt .- $ of the polymeric binder, the order consists of manganese dioxide. These amounts are based on the weight of the finished electrode without the current collector. How one sees, the electrode can be at least 85 or 90 wt .- ^ manganese dioxide contain, usually at least about 70% by weight. the conventional electrode mixtures contain a maximum of about 70 to 80 wt .- # manganese dioxide. '

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Die oben erwähnten Bestandteile werden verwendet zur Herstellung von zusammenhängenden, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden. Die Bestandteile werden zunächst innig gemischt. Bevorzugter— weise mischt man zuerst das polymere Bindemittel un»l das kolloidale elektrisch leitende Material, und gibt dann die anderen Bestandteile hinzu. Dadurch wird ein optimaler elektrisch leitender Kontakt zwischen dem kolloidalen elektrisch leitenden Material und den Teilchen von Mangandioxyd und dem teilchenförmigen elektrisch leitenden Material gesichert, wobei das Mischen nur während einer kurzen Zeit durchgeführt zu werden braucht.The above-mentioned ingredients are used in the manufacture of connected electrodes containing manganese dioxide. The components are first mixed intimately. Preferred- It is wise to mix the polymeric binder with the colloidal oil first electrically conductive material, and then releases the other components added. This creates an optimal electrically conductive contact between the colloidal electrically conductive material and the particles of manganese dioxide and the particulate electrically conductive material secured, the mixing needs to be carried out only for a short time.

Die Art des Mischens bei der Herstellung ist nicht kritisch. In den meisten Fällen genügt ein einfaches Rühren zum gleichmäßigen Mischen der Bestandteile.The type of mixing used during manufacture is not critical. In in most cases, a simple stir is sufficient to mix the ingredients evenly.

Dann wird aus dein Gemisch eine Elektrode geformt. In den meisten Fällen ist es angebracht, die Elektrode so zu formen, daß das Gemisch auf ein als Stromabnehmer dienendes Gitter aus Metall oder Kohle aufgebracht wird, in der Regel in der Form einer verhältnismäßig dicken Paste. Hierbei können die üblichen Verfahren verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Elektrode hergestellt durch Aufeinanderschichten von zwei als Stromabnehmer dienenden Gittern oder Geweben mit dem Gemisch zwischen ihnen. Dadurch werden Schwierigkeiten vermieden, die auftreten, wenn beim Überladen der Zelle Gas entwickelt wird. In vielen Fällen ist es angebracht, bei der Herstellung Druck zu verwenden, um den Kontakt zwischen dem Gemisch und dem Stromabnehmer zu verbessern. Gewünschtenfalls kann derAn electrode is then formed from the mixture. In most In some cases it is advisable to shape the electrode so that the mixture is placed on a metal grid serving as a current collector or coal is applied, usually in the form of a proportionate thick paste. The usual methods can be used here. In a preferred embodiment of the invention the electrode is made by layering it on top of each other of two grids or fabrics serving as pantographs with the mixture between them. This will avoid difficulties which occur when gas is evolved when the cell is overcharged. In many cases it is appropriate during manufacture Use pressure to improve the contact between the mixture and the pantograph. If desired, the

Sc hm i erin i 11 e 1-Stromabnehmer auch mit einem Stoff wie/Graphit, gesintertem Metallpulver oder durch Elektroplattieren aufgebrachtes Silber überzogen sein, um den elektrischen Kontakt zwischen demSchm i erin i 11 e 1 pantograph also silver applied with a substance such as / graphite, sintered metal powder or by electroplating be coated to make electrical contact between the

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Elektrodengemisch und dein als Stromabnehmer dienenden Gitter zu verbessern. Der Stromabnehmer kann aus einem beliebigen Stoff bestehen, der inert in dem System ist. Stahl, Nickel, Kohle, Silber und mit Nickel oder Silber überzogener Stahl können zur Herstellung von Stromabnehmern verwendet werden.Electrode mixture and your grid serving as a current collector to enhance. The pantograph can be made of any material that is inert in the system. Steel, nickel, coal, Silver and steel coated with nickel or silver can be used to make pantographs.

Nach der Formung der Elektrode werden die in dem Gemisch enthaltenen Flüssigkeiten entfernt. Das kann geschehen durch einfaches Trocknen an der Luft, obwohl in einigen Fällen ein mäßiges Erwärmen erwünscht ist. Ein mäßiges Erwärmen ist auch deshalb erwünscht, um ein Aushärten zu bewirken, wenn das polymere Bindemittel ein in der Wärme härtbares Harz ist, wie beispielsweise eiu Epoxyharz. Epoxyharze können zwar häufig schon bei Itaumtemperatur aushärten, das Härten wird aber durch Erwärmen erheblich beschleunigt. Man kann eine halbe bis etwa eine Stunde lang auf etwa 40 bis 5O0C erwärmen.After the electrode has been formed, the liquids contained in the mixture are removed. This can be done by simply air drying, although moderate warming is desirable in some cases. Moderate heating is also desirable to effect curing when the polymeric binder is a thermosetting resin such as an epoxy resin. Epoxy resins can often harden at room temperature, but hardening is accelerated considerably by heating. It may take half as long to warm up for one hour at about 40 to 5O 0 C.

Zur Verbesserung des Kontaktes des elektrodischen Gemisches mit dem Stromabnehmer und zur Beseitigung von Blasen aus dem Geraisch kann die Elektrode vor dem Trocknen gepreßt werden, wobei Drücke von etwa 5 Atmosphären bis zum Zehnfachen und darüber geeignet sind.To improve the contact between the electrical mixture and the current collector and to remove bubbles from the device For example, the electrode may be pressed prior to drying, using pressures from about 5 atmospheres to ten times and above being suitable are.

Vor dem vollständigen Entfernen der Flüssigkeiten aus dem Gemisch und vor dem Aushärten der härtbaren Harze können die erfindungsgemäßen Elektroden in die verschiedensten physikalischen Formen gebracht werden. Man kann sie beispielsweise spiralig aufrollen, man kann sie biegen, oder man kann sie einfach in Form von flachen Elektroden herstellen.Before the liquids are completely removed from the mixture and before the hardenable resins are hardened, the inventive Electrodes can be brought into various physical forms. They can be spiraled, for example roll them up, they can be bent, or they can simply be made in the form of flat electrodes.

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Eine der wichtigen Eigenschaften der Erfindung besteht darin, daß die zusammenhängenden, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden zu dünnen Schichten geformt werden können. So kann man beispielsweise Mangandioxyd enthaltende Elektroden erfindungsgeinäß mit Dicken von etwa 0,25 his etwa 1,25 mm herstellen. Diese Tatsache ist bedeutungsvoll, weil in dünnen Elektroden das aktive Material wirkungsvoll elektrochemisch ausgenutzt werden kann, und weil dadurch Zellen mit einer unüblichen hohen Entladungsgeschwindigkeit bei verhältnismäßig weitgehender Ausnutzung das Mangandioxyds hergestellt werden können. Alle erfindungsgemäßen, auch dünnen, Elektroden können in wiederaufladbaren Zellen verwendet werden, die ein längeres wiederholtes Aufladen und Entladen aushalten.One of the important features of the invention is that the connected electrodes containing manganese dioxide thin layers can be formed. For example, electrodes containing manganese dioxide can be used with the invention Make thicknesses from about 0.25 to about 1.25 mm. This fact is significant because the active in thin electrodes Material can be used effectively electrochemically, and because it allows cells with an unusually high discharge rate with relatively extensive use of the Manganese dioxide can be produced. All electrodes according to the invention, including thin ones, can be used in rechargeable cells that can withstand prolonged repeated charging and discharging.

Die erfindungsgemäßen Elektroden sind porös. Sie absorbieren etwa 20 bis etwa kO Gew.-?!* (bezogen auf das Gewicht der Elektrode) an Elektrolyten. Die Porosität wird in den meisten Fällen erzielt durch das Verdampfen der in dem Gemisch enthaltenen Flüssigkeit. Wenn bei der Herstellung des elektrodischen Gemisches keine flüchtigen Flüssigkeiten verwendet werden, so kann die Porosität durch andere an sich bekannte Maßnahmen erzielt werden, z.B. durch Einarbeiten solcher Stoffe in das Gemisch, die sich schon bei niedrigeren Temperaturen unter Bildung von Gasen zersetzen. Als Beispiel eines solchen Stoffes sei Ammoniumcarbonat erwähnt.The electrodes according to the invention are porous. They absorb about 20 to about kO wt .-?! * (Based on the weight of the electrode) of electrolytes. In most cases, the porosity is achieved by the evaporation of the liquid contained in the mixture. If no volatile liquids are used in the production of the electrical mixture, the porosity can be achieved by other measures known per se, for example by incorporating substances into the mixture which decompose at lower temperatures with the formation of gases. Ammonium carbonate is an example of such a substance.

Die erfindungsgemäßen, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden werden nach bekannten Verfahren in elektrochemische Zellen eingebaut. Diese Elektroden können als Kathoden verwendet werden zusammen mit bekannten Anoden,beispielsweise aus Zink, Magnesium, Cadmium, Aluminium und Blei. Es können entweder alka- The electrodes according to the invention, containing manganese dioxide, are built into electrochemical cells by known methods. These electrodes can be used as a cathode in conjunction with known anodes, such as zinc, magnesium, cadmium, aluminum, and lead. Either alkaline

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lische oder saure wässrige Elektrolyten verwendet werden, was von der Art der Zelle und in einigen Fällen auch von dei~ Art der Anode abhängt.or acidic aqueous electrolytes are used what on the kind of cell, and in some cases of the kind the anode depends.

In den nachstehenden Beispielen wurde das Verfahren i verwendet, wenn nicht was anderes gesagt ist.In the examples below, method i was used, if not otherwise said.

Verfahren 1
Stromabnehmer
Procedure 1
Pantograph

Ein 0,125 dm dickes Gitter aus getempertem, mit Nickel plattiertem Stahl wird als Stromabnehmer verwendet. Zur Verbesserung der Haftung des elektrodischen Gemisches auf dem Gitter ist es zweckmäßig, ein Haftmittel zu verwenden. Das Haftmittel enthält leitendes Material wie kolloidalen Graphit und ein Polymer, welches durch das Lösungsmittel in dem elektrodischen Gemisch aufgeweicht wird. Die nachstehenden Zusammensetzungen können als Haftmittel bei solchen elektrodischen Gemischen verwendet werden, die entweder Polymethylmethacrylat oder ein Polysulfon"enthalten;A 0.125 dm thick grid of tempered nickel plated Steel is used as a pantograph. It is used to improve the adhesion of the electrical mixture to the grid expedient to use an adhesive. The adhesive contains conductive material such as colloidal graphite and a polymer which is softened by the solvent in the electrode mixture. The following compositions can be used as Adhesives can be used in such electrodic mixtures containing either polymethyl methacrylate or a "polysulfone";

Haftmittel 1:Adhesive 1:

5 Gramm Polymethylniethacrylat
100 ml Lösungsmittel (Trichloräthylen, Chloroform
5 grams of polymethyl methacrylate
100 ml solvent (trichlorethylene, chloroform

Dichlormethan oder Gemische dieser Stoffe) 300 Gramm einer Suspension von kolloidalem Graphit, die aus 10 Gew..-^ Graphit in Trichloräthylen besteht.Dichloromethane or mixtures of these substances) 300 grams of a suspension of colloidal graphite, which consists of 10 wt ..- ^ graphite in trichlorethylene.

Haftmittel 2:Adhesive 2:

10 Gramm Polj^sulfon
100 ml Dichlormethan,
300 Gramm einer Suspension von- kolloidalem Graphit.
10 grams of Polj ^ sulfon
100 ml dichloromethane,
300 grams of a suspension of colloidal graphite.

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Der nach diesen Beispielen verwendete kolloidale Graphit ist, wenn nichts anderes gesagt wird, ein handelsübliches Produkt, das unter der Bezeichnung "DAG Nr. 155" von der Acheson Colloids Division of Acheson Industries, Inc., Port Huron, Michigan, vertrieben wird.The colloidal graphite used in these examples is, unless otherwise stated, a commercial product, under the designation "DAG No. 155" from the Acheson Colloids Division of Acheson Industries, Inc., Port Huron, Michigan, is distributed.

Aufler der Verwendung eines liaf tmittels, um die Haftung an dem Gitter zu verbessern, kann durch Plattieren des nickelplattierten Gitters mit Silber vor dem Aufbringen des Haftmittels das Verhalten der Elektrode bei hoher Stromabnahme verbessert werden. Nur ein sehr dünner Überzug mit Silber ist, erforderlich.Instructor to use a lubricant to maintain adhesion to the Enhancing the grid can be done by plating the nickel-plated grid with silver prior to applying the adhesive Behavior of the electrode can be improved at high current consumption. Only a very thin plating of silver is required.

Mangandioxyd enthaltendes GemischMixture containing manganese dioxide

Elektrolytisch hergestelltes Mangandioxyd wird verwendet. Als teilclieui'örmiges elektrisch leitendes Material wird Graphitpulver verwendet mit Teilehendurchmessern unter 0,075 nun. Dieser Stoff ist im Handel unter der Bezeichnung "Dixon Air-Spun Graphite, Type 200-09" erhältlich und wird von der Joseph Dixon Crucible Company, Jersey City, New Jersey, vertrieben. In einigen Fällen werden Fasern aus modifizierten Acrylverbindungen oder aus Kohle zugegeben, uui den Zusammenhalt des elektrodischen Gemisches zu verbessern. Wenn das elektrodische Gemisch eine bessere Leitfähigkeit haben und/oder Wasserstoff absorbieren soll, so wird Ag2O zugesetzt. Brauchbar ist die nachstehende Zusammensetzung:Electrolytically produced manganese dioxide is used. Graphite powder with part diameters below 0.075 is now used as a partially electrically conductive material. This fabric is commercially available under the designation "Dixon Air-Spun Graphite, Type 200-09" and is sold by the Joseph Dixon Crucible Company of Jersey City, New Jersey. In some cases, fibers made from modified acrylic compounds or from carbon are added to improve the cohesion of the electrical mixture. If the electrode mixture is to have better conductivity and / or to absorb hydrogen, Ag 2 O is added. The following composition can be used:

1000 Gioiiiin elektrolytisch hergestelltes Mangandioxyd 100 Gramm Graphitpulver,
20 Gramm Fasern aus modifizierten Acrylverbindungen
1000 gioiiiin electrolytically produced manganese dioxide 100 grams of graphite powder,
20 grams of fibers made from modified acrylic compounds

mit Längen vpn etwa 3 mm (wahlweise) 10 Gramm Ag0O (wahlweise)with lengths of approx. 3 mm (optional) 10 grams Ag 0 O (optional)

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Zusammensetzung des BindemittelsComposition of the binder

Die verwendeten polymeren Bindemittel hatten die nachstehenden Zusammensetzungen:The polymeric binders used had the following compositions:

Zusammensetzung mit Polysulfon:Composition with polysulfone:

10 Gramm einer 10~Gew.-$igen Lösung von Polysulfon in Diclilorinethan und/oder Triclilorätliylen10 grams of a 10 wt% solution of polysulfone in diclilorinethane and / or triclilorethylene

10 Gramm einer 10-Gewe-$igen Suspension von kolloidalem Graphit in Trichloräthylen.10 grams of a 10-percent e - $ suspension of colloidal graphite in trichlorethylene.

Diese Zusammensetzung wird vorzugsweise kurz vor dem Gebrauch hergestellt.This composition is preferably just before use manufactured.

Zusammensetzung mit Polymethylmethacrylat:Composition with polymethyl methacrylate:

10 Gramm einer 5—Gew.—feigen Lösung von Polymethyl— methacrylat in Chloroform9 Dichlorinethan und/oder Trichloräthylen10 grams of a 5% by weight solution of polymethyl methacrylate in chloroform 9 dichlorinethane and / or trichlorethylene

10 Gramm einer 10~Gew.-%igen Suspension von kolloidalem Graphit in Trichloräthylen.10 grams of a 10 ~ wt% suspension of colloidal Graphite in trichlorethylene.

Diese Zusammensetzung sollte kurz vor dem Gebrauch, beispielsweise innerhalb einer halben Stunde, vor der Verwendung hergestellt werden.This composition should be just before use, for example within half an hour before use.

Elektrodisches GemischElectrodic mixture

Die nachstehenden Zusammensetzungen sind typisch für die in den Beispielen verwendeten elektrodischen GemischesThe following compositions are typical of those in US Pat Examples of the electrical mixture used

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Polysulfon enthaltendes Gemisch:Mixture containing polysulfone:

30 Gramm der Zusammensetzung mit Mangandioxyd 18 Gramm der Zusammensetzung mit Polysulfon30 grams of the composition with manganese dioxide. 18 grams of the composition with polysulfone

Polymethylmethacrylat enthaltendes Gemisch:Mixture containing polymethyl methacrylate:

30 Gramm der Zusammensetzung mit Mangandioxyd 18 Gramm der Zusammensetzung mit Polymethylmethacrylat 30 grams of the composition with manganese dioxide. 18 grams of the composition with polymethyl methacrylate

Nach dem Ausbreiten des Gemisches auf dem mit dem Haftmittel versehenen Gitter bringt man die Elektrode zwischen zwei Platten, wobei zwischen der Elektrode und den Platten eine Schicht aus absorbierendem Papier angeordnet wird. Man preßt die Elektrode eine Minute lang bei einem Druck von 350 at, und erhöht dann den Druck während einer Minute auf 700 at. Dann trocknet man die Elektrode an Luft zur Entfernung der flüchtigen Lösungsmittel. Wenn die organische Flüssigkeit ganz oder vorwiegend aus Trichlorethylen besteht, so ist es angebracht, zur Entfernung der gesamten Flüssigkeit etwa eine Stunde lang auf 40 C zu erwärmen.After spreading the mixture on the grid provided with the adhesive, the electrode is placed between two plates, a layer of absorbent paper being placed between the electrode and the plates. The electrode is pressed for one minute at a pressure of 350 at, and then the pressure is increased to 700 at for one minute. The electrode is then dried in air to remove the volatile solvents. If the organic liquid consists entirely or predominantly of trichlorethylene, it is advisable to heat to 40 ° C. for about an hour to remove all of the liquid.

Wenn die Elektrode geformt werden soll, z.B. spiralig aufgerollt werden soll, so geschieht das nach dem Pressen und vor dem Trocknen. If the electrode is to be formed, for example, to be wound spirally so that happens after pressing and prior to drying.

Die getrockneten Platten haben eine Dicke von etwa 0,50 bis 0,75 mm, wenn das Gemisch in einer Dicke von etwa 2,5 mm aufgetragen war» Die getrockneten Platten haben ein Gewicht von etwaThe dried plates have a thickness of about 0.50 to 0.75 mm when the mixture was applied in a thickness of about 2.5 mm . The dried plates have a weight of about

0,20 bis etwa 0,25 g/cm , einschlieülich eines einzigen als Stromabnehmer dienenden Metallgitters, das ein Gewicht von 0.20 to about 0.25 g / cm, einschlieülich a single serving as current collector metal grid having a weight of

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0,03 g/cm2 hat.0.03 g / cm 2 .

Die oben beschriebene Elektrode mit einem Polysulfon als Bindemittel enthält etwa 80 bis 85 Gew,-$ Mangandioxyd? etwa 9 bis 10 G&w.~fo Grapiiitpulver, etwa 2,5 bis 3 Gew.-$> Polysulfon und etwa 2,5 bis 3 Gew.-% kolloidalen Graphit. Die Elektrode mit Polymethylmethacrylat enthält etwa 82 bis 87 Gewe-»% Mangandioxyd, etwa 9 bis 10 Gew.-% Graphitpulver, etwa 1,2 bis 1,5 Gew.-# Polymethylmethacrylat und etwa 2 bis 3 Gew.—% kolloidalen Graphit.The electrode described above with a polysulfone as a binding agent contains about 80 to 85% by weight of manganese dioxide ? about 9 to 10 w & w. ~ fo Grapiiitpulver, about 2.5 to 3 wt .- $> polysulfone and about 2.5 to 3 wt .-% colloidal graphite. The electrode with polymethyl methacrylate contains about 82 to 87 percent by e - '% manganese dioxide, about 9 to 10 wt .-% of graphite powder, about 1.2 to 1.5 wt .- # polymethyl methacrylate and about 2 to 3 wt .-% colloidal graphite .

Verfahren 2Procedure 2

Dieses andere Verfahren kann angewendet werden, ms erfindungsgemäße zusainmenhängende, Mangandioxyd enthaltende Elektroden herzustellen: This other method can be applied to ms according to the invention To make coherent electrodes containing manganese dioxide:

1· .Leitfähiges polymeres Bindemittel; 100 Gramm einer iO-Gew.~ ..- folgen Lösung von Polysulfon in einem Gemisch aus 60 c/o Trichlorethylen und 30 % Chloroform werden mit 100 Gramm einer 10-Gew.-^igen Suspension von kolloidalem Graphit in Trichloräthylen gemischt.1 · .Conductive polymeric binder ; 100 grams of a NG-wt. ~ ..- follow solution of polysulfone in a mixture of 60 c / o trichlorethylene and 30% chloroform with 100 grams of a 10 wt .- ^ mixed suspension of colloidal graphite in trichlorethylene.

2. Leitfähiges polymeres Bindemittel zusammen„mit, Graphitpulver; 200 Gramm Graphitpulver werden mit soviel Trichloräthylen. gemischt, daß eine Paste entsteht. Dann werden 200 Gramm des leitfähigen polymeren Bindemittels augegeben, und das Ganze wird gut gemischt. Man bringt das Gemisch in einen bei ?0°C gehaltenen Ofen mit einem guten Abzug und trockneto Nach dem Trocknen wird das Gemisch aus dem Ofen entfernt und zu einem •Pulver gemahlen.2. Conductive polymeric binder together with, graphite powder; 200 grams of graphite powder are mixed with that much trichlorethylene. mixed to form a paste. Then 200 grams of the conductive polymeric binder is added and mixed well. Place the mixture in an oven kept at -0 ° C with a good hood and dry. After drying, the mixture is removed from the oven and ground to a powder.

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3. Teilweise und leitend verbundener Graphit zusammen mit Ma ng a η d i ο xy d:3. Partially and conductively connected graphite together with Ma ng a η di ο xy d :

150 Gramm des im Verfahrensschritt 2 erhaltenen Pulvers werden sofort mit 850 Gramm von elektrolytisch hergestelltem Mangaudioxyd gemischt. Das Pulver und das Mangandioxyd müssen gut ge- mischt werden.150 grams of the powder obtained in process step 2 are immediately with 850 grams of electrolytically produced manganese dioxide mixed. The powder and manganese dioxide must be mixed well.

k. Verbinden und Klebrigmachen des Gemisches: In das nach dem Verfahrensschritt 3 erhaltene Gemisch wird unter fortwährendem Mischen Trichloräthylen fein eingesprüht, bis das Gemisch feucht ist. Ohne es zu trocknen, werden dann in Formen Kathoden hergestellt, wobei ein Druck von etwa kO at angewendet wird, und zwar nach Verfahren j die denen nach dem Verfahren 1 ähneln, k. Bonding and making the mixture sticky : Trichlorethylene is finely sprayed into the mixture obtained after process step 3 with continuous mixing until the mixture is moist. Without drying it, cathodes are then made in molds, using a pressure of about kO at, according to method j, which are similar to those according to method 1,

5. Entfernung des Lösuηg smitte1s: Die Kathoden werden 15 Minuten lang bei 50 C in einem Ofen mit einem guten Abzüge getrocknet.5. Removal of the solution : The cathodes are dried for 15 minutes at 50 ° C. in an oven with a good hood.

Dieses Verfahren kann nur dann angewendet werden, wenn ein unter normalen Bedingungen festes Bindemittel verwendet wird, das wieder erweicht oder wieder gelöst werden kann durch die Zugabe geringer Mengen eines Lösungsmittels nach dem Verfahreiisschritt k. This method can only be used if a binder which is solid under normal conditions is used, which can be re-softened or redissolved by adding small amounts of a solvent after process step k.

Beispiel 1example 1

Erfindungsgemiiß können dünne Elektroden hergestellt werden, in welchen das Mangandioxyd sehr wirksam ausgenutzt werden kann. Dieses Beispiel zeigt die wirksame Ausnutzung des Mangandioxyds in einer erfindungsgemäil hergestellten dünnen Elektrode.According to the invention, thin electrodes can be made in which manganese dioxide can be used very effectively. This example shows the effective use of manganese dioxide in a thin electrode produced according to the invention.

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Eine flache Zelle ähnlich der in den Fig„ 2 und 3 dargestellten wurde hergestellt. Sie enthielt zwei Anoden aus expandiertem Zinkblech mit einer Dicke von 0,125 mm und eine Mangandioxyd enthaltende Kathode, die nach dem Verfahren 1 unter Verwendung von Polymethylmethacrylat als Bindemittel hergestellt war. Das Gemisch enthielt kein Silberoxyd. Die Kathode hatte eine Dicke von etwa 0,625 mm» eine Größe von etwa 10 cm , und enthielt etwa 2,0 g des kathodischen Geraisches mit 80 Gew.-$> Mangandioxyd. Als Elektrolyt wurde eine 9-normale wässrige Lösung von KOIl verwendet. Diese und verschiedene andere ähnlich zusammengesetzte Zellen mit anfänglichen geschlossenen Stromspannungen von etwa 1,4 Volt wurden mit verschiedenen Geschwindigkeiten entladen, bis die Spannung auf I5O Volt gesunken war.A flat cell similar to that shown in Figures 2 and 3 was made. It contained two anodes made of expanded zinc sheet with a thickness of 0.125 mm and a manganese dioxide-containing cathode which was produced according to method 1 using polymethyl methacrylate as a binder. The mixture contained no silver oxide. The cathode had a thickness of about 0.625 mm, a size of about 10 cm, and contained about 2.0 g of the cathodic device with 80% by weight of manganese dioxide. A 9 normal aqueous solution of KOIl was used as the electrolyte. These and various other similar composite cells with initial closed voltages of about 1.4 volts were discharged at different speeds, had fallen to the voltage on I 5 O volts.

Die Entladungszeiten dieser Zellen wurden aufgetragen gegen die Zellspannung bei verschiedenen Stromdichten bei konstanter Entladung, und bezogen auf die Milliampere je Gramm Mangandioxyd, wie die Fig. 11 es zeigt. So ergibt beispielsweise eine dünne, Mangandioxyd enthaltende Kathode, die 1,6 g Mangandioxyd, 80 % eines Gemisches von 2g, enthält, während 2J2 Stunden einen Konstanten ' y The discharge times of these cells were plotted against the cell voltage at various current densities with a constant discharge, and based on the milliamperes per gram of manganese dioxide, as FIG. 11 shows. For example, a thin, manganese dioxide-containing cathode which 1.6 g of manganese dioxide, 80% results in a mixture of 2 g containing, while 2J2 hours a constant 'y

/Strom von 0,1 Ampere (62,5 mA je g Mangandioxyd) bis zu einer Trennspannung von 1,0 Volt, was O522 Ampere-Stunden entspricht (siehe die Kurve für 100 mA in Fig. 11)» Theoretisch sollte diese Elektrode 0,496 Ampere-Stunden liefern« (0,496 = 1,6 χ 0,31 unter der Annahme, daß bei der Reaktion in der Zelle das MnO0 beim Entladen in Mn0O,, übergeführt wirds und daß diese Umsetzung vollständig ist, wobei 1 g Mangandioxyd etwa 0,3i Ampere-Stunden liefert.) Die Ausnutzung des Mangandioxyds in dieser Elektrode bis zu einer Trennspannung von 1,0 Volt beträgt etwa 45 % der Theorie./ Current of 0.1 amps (62.5 mA per g of manganese dioxide) to a separation voltage of 1.0 volts, which corresponds to 5 O 22 ampere-hours (see the curve for 100 mA in FIG. 11) "Theoretically this should electrode 0.496 ampere-hours provide "(0.496 χ 0.31 = 1.6, assuming that is converted in the reaction in the cell, the MnO 0 when unloading in Mn O ,, 0 s and that this reaction is completed, wherein 1 g of manganese dioxide supplies about 0.31 ampere-hours.) The utilization of the manganese dioxide in this electrode up to a separation voltage of 1.0 volt is about 45 % of theory.

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Die Fig. 5 vergleicht das mittlere Verhalten von erfindungsgemiißen dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Kathoden in flachen Zellen der oben beschriebenen Art mit dem Verhalten von handelsüblichen alkalischen runden Zellen der Größe D, die Mangandioxyd enthielten» Jede dieser letzteren Zellen enthielt 35 g Mangandioxyd in dem kathodischen Gemisch innerhalb des Behälters aus Stahl. Die Stromabnahme hei Zellen, welche diese Art von Mangandioxyd enthaltenden Kathoden hatten, bei einer Stroralieferung von 62,5 mA je g Mangandioxyd würde 2,2 Ampere erreichen (35 x 0,0625). Bei Versuchen wurde festgestellt, daß aus solchen Zellen bei konstanter Stromabnahme von 2,2 Aapere während 0,7 Stunden 1,5^ Ampere-Stunden erhalten wurden. Dor theoretische Wert würde 35 x 0,3t = 10,85 Ampere-Stunden betragen. Die mittlere Ausnutzung des Mangandioxyds In diesel" Zelle liegt also bei lh fo. Bei diesem vergleichenden Versuch wurde eine Trennspannung von 0,7 Volt bei 2,2 Ampere in der üblichen Zelle verwendet, da der Spannungsabfall wegen des inneren Widerstandes höher ist, als in der erfindungsgemäßen dünnen und flachen Kathode. Bei der dünnen erfindungsgemäßen Kathode wurde eine Trennspannung von 1,0 Volt verwendet. Die Fig. 5 zeigt ferner, daß bei höheren Entladungsgeschwindigkeiten die mittlere Ausnutzung des Mangandioxyds in den üblichen Zellen schnell abfiel, verglichen mit derjenigen bei ei~findungsgemäßen dünnen Elektroden.Figure 5 compares the mean behavior of thin manganese dioxide-containing cathodes according to the invention in flat cells of the type described above with the behavior of commercial size D alkaline round cells containing manganese dioxide. Each of these latter cells contained 35 g of manganese dioxide in the cathodic mixture inside the steel container. The current decrease in cells which had this type of cathode containing manganese dioxide, with a current supply of 62.5 mA per g of manganese dioxide, would reach 2.2 amperes (35 x 0.0625). In experiments it was found that 1.5 ampere-hours were obtained from such cells with a constant current decrease of 2.2 ampere for 0.7 hours. The theoretical value would be 35 x 0.3t = 10.85 ampere-hours. The mean utilization of the manganese dioxide in the diesel "cell is thus 1h fo. In this comparative experiment, a separation voltage of 0.7 volts at 2.2 amperes was used in the usual cell, since the voltage drop is higher than in the internal resistance due to the internal resistance The thin cathode according to the invention used a separation voltage of 1.0 V. Fig. 5 also shows that at higher discharge rates, the mean utilization of manganese dioxide in conventional cells decreased rapidly compared with that in ei ~ thin electrodes according to the invention.

Dieses Beispiel zeigt die außerordentlich hohe Ausnutzung der elektrochemischen Energie des Mangandioxyds, die in erfindungsgemäßen dünnen Elektroden festzustellen ist. In erfindungsge~ mäßen dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Elektroden können wenigstens 25 %, in vielen Fällen wenigstens 35 £>, der elektrochemie.. sehen Energie des Mangandioxyds bei einer konstanten Stromabnahme von 100 mA je g Mangandioxyd gegen eine Vergleichs-This example shows the extraordinarily high utilization of the electrochemical energy of manganese dioxide, which can be found in thin electrodes according to the invention. In thin electrodes according to the invention, containing manganese dioxide, at least 25%, in many cases at least 35 %, of the electrochemistry.

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elektrode aus Zink unter Verwendung einer 9-ncmnalen wässrigen Lösung von KOH als Elektrolyt erzielt werden, bevor die Spannung unter etwa 0,9 Volt sinkt. Als.elektrochemische Energie-des Mangandioxyds wird hierbei die theoretische Elektrizitätsinenge, ausdgedrückt in Ampere-Stunden 9 bezeichnet, die bei der vollständigen Umsetzung von MnO0 zu Mn0C7," beim Entladen der Zelle erzielt werden könnte»Electrode made of zinc using a 9 nm aqueous solution of KOH as the electrolyte, before the voltage drops below about 0.9 volts. The electrochemical energy of the manganese dioxide is the theoretical amount of electricity, expressed in ampere-hours 9 , which could be achieved with the complete conversion of MnO 0 to Mn 0 C 7 , "when discharging the cell"

Beispiel 2Example 2

Die erfindungsgemäßen Elektroden sind verhältnismäßig beständig auch bei hohen und tiefen Temperaturen,, Dieses Beispiel beschreibt diese Vorzüge. Es wurden flache Zellen mit abwechselnd angeordneten flachen Anoden und Kathoden nach den Figo 2 und 5 verwendet 5 die parallel verbunden waren« Jede der flachen Zellen enthielt drei dünne, flache, Mangandioxyd enthaltende Kathoden, die nach dem oben beschriebenen Verfahren 1 hergestellt waren. Jede Kathode enthielt 2 g des kathodischen Gemisches (etwa 1,6 g Mangandioxyd) und jede hatte eine FlächeThe electrodes according to the invention are relatively stable even at high and low temperatures ,, This example describes these advantages. There were flat cells with alternating arranged flat anodes and cathodes according to Figures 2 and 5 used 5 which were connected in parallel «each of the flat Cells contained three thin, flat ones containing manganese dioxide Cathodes made by Method 1 described above was. Each cathode contained 2 grams of the cathodic mixture (about 1.6 grams of manganese dioxide) and each had an area

ο
von etwa 10 cm . Die vier Anoden bestanden aus "Zink,- als Elektrolyt wurde eine 9-molare wässrige Lösung von KOJI verwendet. Die Scheider bestanden aus durch-Pasern verstärkter regenerierter Zellulose»
ο
of about 10 cm. The four anodes consisted of "zinc, - a 9-molar aqueous solution from KOJI was used as the electrolyte. The separators consisted of regenerated cellulose reinforced by pasers»

Nach einer Lagerung bei einer höheren Temperatur von etwa 5Q°C und bei tieferen Temperaturen von 0° und -120C wurde das Verhalten dieser flachen Zellen verglichen mit dem Verhalten an handelsüblichen alkalischen Zellen der Abmessungen AA5 die MnO2 und Zink enthielten. Der Inhalt dieser Vergleichszellen war vergleichbar mit dem Inhalt der flachen Zellen0 Jede der erfindungsgemäßen Zellen hatte ein Gewicht von i6 bis 19 gs während die handelsüblichen Zellen einschließlich der Staiilbe-After storage at a higher temperature of about 5Q ° C and at lower temperatures of from 0 ° and -12 0 C the behavior is this flat cells compared with the behavior of commercial alkaline cells of the dimensions AA 5, MnO 2, and contained zinc. The content of this comparative cells was comparable to the contents of the flat cells 0 Each of the cells of the invention had a weight of i6 to 19 s g while the standard cells including the Staiilbe-

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hälter ein Gewicht von je 2h g hatten. Jede der flachen Zelleu enthielt 6 g Mangandioxyd, jede der handelsüblichen Zellen mit den Abmessungen AA enthielt etwa 7 g Mangandioxyd.containers had a weight of 2h g each. Each of the flat cells contained 6 g of manganese dioxide, each of the commercially available cells with the dimensions AA contained about 7 g of manganese dioxide.

Die erfindungsgemäßen flachen Zellen, und die handelsüblichen AA-ZeIlen wurden bei einer konstanten Stromabnahme von 350 mA bei HauüJtemperatür entladen, und zwar sowohl gleich nach der Herstellung wie nach einmonatiger Lagerung bei etwa 50°C. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Fig. 6 dargestellt, in welcher die Spannung gegen die Zeit aufgetragen ist. Nach einmonatiger Lagerung bei etwa 50 C hatten die erfindungsgeaäßen flachen Zellen einen erheblieh höheren Anteil der ursprünglichen Wirksamkeit beibehalten, als die handelsüblichen alkalischen AA-ZeIlen.The flat cells according to the invention and the commercially available ones AA cells were measured at a constant current decrease of 350 mA discharged at home temperature, both immediately after the Manufacture as after one month of storage at approx. 50 ° C. The results of these tests are shown in FIG. 6, in which the voltage is plotted against time. After a month The inventions had storage at about 50 C flat cells have a considerably higher proportion of the original Maintains effectiveness than the commercially available alkaline AA cells.

Die erfindungsgemaßen flachen Zellen und die handelsüblichen AA-Ze11en wurden bei einen ι konstanten Strom von 220 inA bei Raumtemperatur, bei 0 C und bei -12 C entladen» In der Fig. 7 sind, die Spannungen gegen die Zeit aufgetragen. Das Verhalten der erfindungsgemäßen flachen Zellen bei niedriger Temperatur ist erheblich besser als das Verhalten der handelsüblichen AA-Zellen, obwohl das Verhalten bei Raumtemperatur ähnlich ist.The flat cells according to the invention and the commercially available AA cells were at a constant current of 220 inA discharged at room temperature, at 0 C and at -12 C »In der 7 are the voltages plotted against time. Behaviour the flat cells of the invention at low temperature is considerably better than the behavior of commercially available AA cells, although the behavior at room temperature is similar is.

Beisjxiel 3B e is j x iel 3

Die orfindungsgemaßen Zellen können als sekundäre oder wieder— aufladbare Zellen verwendet werden. Die nachstehenden zwei Versuche zeigen die Wiederaufladbarkeit von erfindungsgemaßen Zellen:The cells according to the invention can be used as secondary or re- rechargeable cells can be used. The following two attempts show the rechargeability of inventive Cells:

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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A. Mn02/K0H/Cd-Zelleffl -A. Mn0 2 / K0H / Cd cell ffl -

Eine flache Zelle mit abwechselnd angeordneten Anoden und Kathoden nach den Fig. 2 und 35 die parallel verbunden waren, wurde aus zwei dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Kathoden nach dem Verfahren 1 hergestellte Die Zelle enthielt drei handelsübliche Anoden aus Cadmium und eine 9-molare wässrige Lösung von KOH als Elektrolyt. Jede der Kathoden hatte ein Gewicht von 2,2 g mit etwa 1,6 g Mangandioxyd und eine Größe von etwaA flat cell with alternately arranged anodes and cathodes according to FIGS. 2 and 35 which were connected in parallel, was made from two thin, manganese dioxide-containing cathodes by Method 1. The cell contained three commercially available Cadmium anodes and a 9 molar aqueous solution of KOH as an electrolyte. Each of the cathodes weighed 2.2 grams with about 1.6 grams of manganese dioxide and were about

10 cm . Die Zellen wurden wiederholt entladen und aufgeladen bei einer konstanten Stromstärke von 0,2 Ampere, wobei das Aufladen begann, wenn die Zelle bis auf eine Spannung von 0,8 Volt entladen war, und beendet wurde, wenn eine Spannung von 1,5 Volt erreicht wurde«, Die kathodische Stromdichte lag10 centimeters . The cells were repeatedly discharged and charged at a constant current of 0.2 amps, where the Charging began when the cell was discharged to a voltage of 0.8 volts and stopped when a voltage was reached 1.5 volts was reached «, the cathodic current density was

2
bei 10 jiiA je cm , und die Entladungsgeschwindigkeit lag bei 50 mA je g des kathodischen Gemischeso Die Pigo 8 zeigt das Verhalten bei 100-maligem Entladen und Wiederaufladen„ Wie die Spannungsdiagraamie/werden während der ersten 40 Zyklen etwa 75 % der Entladung erreicht. Beim Fortsetzen der Zyklen nahm die Entladung auf etwa 50 % ab. . ·
2
per cm at 10 JIIA, and the discharge rate was 50 mA per g of the cathodic mixture o The Pig o 8 shows the behavior at 100 times of discharging and recharging "Like the Spannungsdiagraamie / are reached approximately 75% of the discharge during the first 40 cycles . As the cycles continued, the discharge decreased to about 50%. . ·

Die Zelle lieferte insgesamt 180 Zyklen, aber nach 13O Zyklen nahm der
/innere Widerstand zu und die Wiederaufladungsfäliigkeit sank
The cell gave a total of 180 cycles, but after 130 cycles it decreased
/ internal resistance increased and the recharge time decreased

unter die praktisch brauchbaren Grenzen, B. MnOg/KOH/Zn-Zelle.below the practical limits, B. MnOg / KOH / Zn cell.

Eine Zelle mit einer dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Kathode nach Fig. 1, die nach dem Verfahren 1 hergestellt war, mit einer gelierten Anode aus Zinkpulver und einem Elektrolyten aus einer 9-inolaren wässrigen Lösung von KOH wurde hergestellt· Die Kathode hatte ein Gewicht von 2*g (etwa 1,6 g Mangandioxyd), und eineA cell with a thin, manganese dioxide-containing cathode according to FIG. 1, which was produced by the method 1, with a A gelled anode made from zinc powder and an electrolyte from a 9-inolar aqueous solution of KOH was made. The cathode had a weight of 2 * g (about 1.6 g of manganese dioxide), and one

309850/078S309850 / 078S

Fläche von etwa 6,5 cm , Die Elektroden waren voneinander getrennt durch zwei Schichten aus regenerierter Zellulose. Das Entladen und Wiederaufladen der Zelle dauerte 1 Stunde lang bei einer konstanten Stromstärke von 0,1 Ampere.Area of about 6.5 cm. The electrodes were separated from each other through two layers of regenerated cellulose. The cell took 1 hour to discharge and recharge at a constant current of 0.1 amps.

Fig. 9 zeigt das Verhalten der Zelle hierbei bei 58 Zyklen und bei einer konstanten Stromdichte von 50 mA je g Mangandioxyd, wobei die Stromstärke beim Aufladen und Entladen bei 0,1 Ampere lag. Unter den beschriebenen Bedingungen hielt die Zelle 55 Zyklen aus. Dann nahm die Kathode nur eine niedrige Ladung auf und es hatten sich Dendriten aus Zink gebildet.9 shows the behavior of the cell here at 58 cycles and at a constant current density of 50 mA per g of manganese dioxide, the current intensity during charging and discharging at 0.1 amps. The cell withstood 55 cycles under the conditions described. Then the cathode only took a low one Charge and dendrites of zinc had formed.

Bei einer niedrigeren Entladung, beispielsweise von 25 mA/g Mangandioxyd, kann eine erheblich höhere Zahl von Zyklen erreicht werden. Die Fig. 10 zeigt beispielsweise das Verhalten einer der beschriebenen ähnlichen Zelle, welche aber zwei dünne, Mangandioxyd enthaltende Kathoden in Parallelschaltung anstelle einer Kathode enthielt. Die Anode befand sich zwischen den Kathoden, so wie es ähnlich in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Die Stromstärken beim Aufladen und Entladen lagen bei O5I Ampere. Eine Entladung mit 25 mA je g Mangandioxyd im kathodischen Gemisch würde einem Strom von 1,0 Ampere in einer Zelle von D-Größe entsprechen. Der maximale empfohlene Entladungsstrom für eine typische handelsübliche wiederaufladbare D-Zelle mit MnO2/KüM/Zn liegt bei 0,625 Ampere. Dieser Vergleich zeigt das gute Verhalten der erfindungsgeraäßen Zellen.With a lower discharge, for example 25 mA / g manganese dioxide, a considerably higher number of cycles can be achieved. FIG. 10 shows, for example, the behavior of a cell similar to that described, but which contained two thin cathodes containing manganese dioxide connected in parallel instead of one cathode. The anode was located between the cathodes as similarly shown in FIGS. The currents during charging and discharging were O 5 I amps. A discharge of 25 mA per gram of manganese dioxide in the cathodic mixture would correspond to a current of 1.0 ampere in a D-size cell. The maximum recommended discharge current for a typical commercially available rechargeable D-cell with MnO 2 / KüM / Zn is 0.625 amperes. This comparison shows the good behavior of the cells according to the invention.

Das Beispiel zeigt ferner, daß eine lange Lebensdauer beim Aufladen und Entladen von Zellen mit den erfindungsgemäßen Elektroden erreicht werden kann. In der Regel können wiederaufladbare Zellen mit Mangandioxyd enthaltenden Elektroden ge-The example also shows that a long life when charging and discharging cells with the invention Electrodes can be reached. As a rule, rechargeable cells can be made with electrodes containing manganese dioxide.

309850/0786309850/0786

maß der Erfindung wenigstens 150 Aufladungen and Entladungen
aushalten, wenn sie bis zu 30 % bei einer konstanten Stromabnahme von 100 inA/g Maxigandioxyd entladen werden, bevor die
Kathode versagt. Das Versagen der Kathode zeigt sich durch eine schlechte Aufnahme von Strom, durch eine Zunahme des ¥iderstaii~ des, und dergleionen. /
the invention measured at least 150 charges and discharges
withstand if they are discharged up to 30% with a constant current decrease of 100 inA / g maxigand dioxide before the
Cathode fails. The failure of the cathode is shown by a poor absorption of current, by an increase in the static energy and the ions. /

Beispiel example kk

Flache aufgerollte (liuciienrolle) alkalische MnOp-Zn-ZeIlen Flat rolled up (liuciienrolle) alkaline MnOp-Zn cells

Eine primäre alkalische runde Zinkzelle der Größe C9 die der in Fig. h dargestellten entsprichts wurde unter Verwendung einer
Zinkfolie als Anode, von modifizierten Acrylfasern als Scheider und einer als Bindemittel Polymethylmethacrylat und als aktives Material Mangandioxyd enthaltenden Kathode hergestellte Das Gemisch wurde nach dem Verfahren 1 auf ein Gitter aufgebracht 9 ge~
A primary alkaline zinc round size cell C 9, the illustrated corresponds to the s. H in Fig was a using
Zinc sheet as an anode, modified acrylic fibers as a separator and a binder containing as polymethyl methacrylate and as an active material of manganese dioxide cathode prepared The mixture was applied to a grid according to the method 1 9 ~ ge

(Kuchenrolle)
preßt, zu einer Spirale/aufgerollt und in einen Behälter aus
(Cake roll)
squeezes into a spiral / rolled up and into a container

Stahl gebracht. Als Elektrolyt wurde eine wässrige 9-normale
Lösung von KOII mit 1 &ewa-% ZnO verwendete Das kathodische Gemisch enthielt 2 Gew»-$> des Bindemittels„ Die Kathode hatte
eine Länge von etwa 20 cm«, eine Breite von etwa 3S2 cm und eine Dicke von etwa 0,5 mm« Die Abmessungen der Anode waren ähnlich.
Brought steel. An aqueous 9-normal was used as the electrolyte
Solution of koii with 1 & ew a -% ZnO used cathodic The mixture contained 2 percent "- $> the binder" The cathode had
a length of about 20 cm, "a width of about 3 S 2 cm and a thickness of about 0.5 mm" The dimensions of the anode were similar.

Im Vergleich mit einer handelsüblichen alkalischen D-ZeIIe zeigte die kleinere erfindungsgemäße C°=Zeile darin ein besseres Verhalten, daß sie einen konstantem Strom von h Ampere während, etwa
1 Stunde abgab 3 wenn die handelsübliche Zelle bei derselben Strombelastung solion nach 10 Minuten versagteo In beiden Fällen betrug die ursprüngliche Spannung 195 Volt und die -Abtrennspannung 0,8 Volt.
In comparison with a commercially available alkaline D-cell, the smaller C ° = line according to the invention showed better behavior in that it had a constant current of h amperes during, for example
1 hour gave 3 when the standard cell at the same current load SOLION after 10 minutes failed o In both cases was the original voltage 1 9 5 volts and 0.8 volts -Abtrennspannung.

_ 30 -_ 30 -

Eine Zelle dieser Art mit einer aufgerollten, Mangandioxyd enthaltenden Kathode und einer Anode aus Zink ist hinsichtlich der Stroiaabgabe vergleichbar mit einer Nickel-Cadmium-Zelle mit
einer aufgerollten Kathode aus gesintertem Nickeloxyd. Die Zelle mit dem Mangandioxyd übertrifft aber die Nickel-Cadmium-Zelle
hinsichtlich der ursprünglichen Kapazität und verhält sich erhefclieh besser nach einer Lagerung bei erhöhten Temperaturen.
A cell of this type with a rolled-up cathode containing manganese dioxide and an anode made of zinc is comparable to a nickel-cadmium cell with regard to the output of stroia
a rolled up cathode made of sintered nickel oxide. The cell with the manganese dioxide surpasses the nickel-cadmium cell
with regard to the original capacity and behaves considerably better after storage at elevated temperatures.

Diese und andere Beispiele zeigen die hohe Entladungskapazität, die ein Kennzeichen von Zellen mit erf indungsgeinäßen dünnen,
Mangandioxyd enthaltenden Elektroden aufweisen. Die erfindungsgeinäßen dünnen Elektroden können oberhalb etwa 0,9 Volt entladen werden bei einem konstanten Strom von wenigstens 250 niA je g
Mangandioxyd gegen eine Vergleichselektrode aus Zink unter Verwendung einer 9-normalen wässrigen Lösung von KOH als Elektrolyt. Bei dieser hohen Entladung können aus der dünnen, Mangandioxyd
enthaltenden Elektrode der Erfindung wenigstens etwa 15 $>» in
einigen Fällen wenigstens etwa 20 % der elektrochemischen Energie des Mangandioxyds in der Elektrode ausgenutzt werden.
These and other examples show the high discharge capacity that characterizes cells with thin,
Have manganese dioxide containing electrodes. The thin electrodes according to the invention can be discharged above about 0.9 volts at a constant current of at least 250 niA per g
Manganese dioxide against a comparison electrode made of zinc using a 9 normal aqueous solution of KOH as the electrolyte. At this high discharge, the thin, manganese dioxide can come out
containing electrode of the invention is at least about 15 inches
in some cases at least about 20 % of the electrochemical energy of the manganese dioxide in the electrode can be utilized.

iel" 5iel "5

Mg/MgBr0/>iii00-Zelle (90 fo MnO0 im Gemisch)Mg / MgBr 0 /> iii0 0 cell (90 fo MnO 0 in a mixture)

nassewet

Eine/Mg/MgBr9/MiiO9-Zelle wurde hergestellt unter VerwendungA / Mg / MgBr 9 / MiiO 9 cell was made using

einer Platte aus Magnesium als Anode, einer '!-normalen wässrigen Lösung von MgBr0 als Elektrolyt, und von zwei dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Kathoden nach Art der in Fig. 1 dargestellten, zu deren Herstellung eine Silberoxyd enthaltende Zusammensetzung nach dem Verfahren i verwendet wurde. Der einzige Unterschied bestand darin, daß 60 g Graphitpulver anstelle von 100 g verwendet war. Als Binder diente Polymethylmethacrylat. Dasa plate made of magnesium as anode, a normal aqueous solution of MgBr 0 as electrolyte, and two thin cathodes containing manganese dioxide of the type shown in FIG. 1, for the production of which a composition containing silver oxide was used according to method i . The only difference was that 60 g of graphite powder was used instead of 100 g. Polymethyl methacrylate served as the binder. That

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■ _ 31'-■ _ 31'-

Verhalten· beim Entladen beim Abnehmen eines kontinuierlichen Stromes von 0,5 Ampere ist in Fige- 12- dargestellt» - .· Behavior during discharge when removing a continuous stream of 0.5 amps is shown in FIG e - illustrated 12- »-.

Beispiel 6Example 6

Eine erfindungsgemäße Zelle mit 20 Gewo=%iger wässriger Schwefelsäure als Elektrolyt, mit einer Anode aus Blei aus einer üblichen Batterie, und mit zwei dünnen, Mangandioxyd enthaltenden Kathoden nach Fig. 1 der gleichen Zusammensetzung, wie in Beispiel 5 beschrieben ist, wurde hergestellt, mit der Ausnahme, daß als Bindemittel ein Polysulfon verwendet war,A cell of the invention with 20 wt o =% aqueous sulfuric acid as an electrolyte, an anode of lead of a conventional battery, and with two thin, manganese dioxide, as described in Example 5 containing cathode of FIG. 1 of the same composition, was prepared , with the exception that a polysulfone was used as the binding agent,

Das Verhalten bei einer konstanten Stromabnahme von 0,6 Ampere ist in Fig. 13 dargestellt»The behavior at a constant current decrease of 0.6 amperes is shown in Fig. 13 »

Beispiel 7Example 7

Verhalten bei hoher Stromabnahme Behavior at high current consumption

Das Verhalten von dünnen, en Bindemittel und Mangandioxyd enthaltenden Kathoden bei außergewöhnlich hohen Stromabnahmen wurde geprüft in einer kastenförmigen Zelle nach Figo 15 bei einer Strömabnahme von k Ampere-Stunden in pulsierenden Versuchen, die der Kurbelbewegung einer Maschine entsprachen.The behavior of thin, en binder and manganese dioxide containing cathodes at exceptionally high current taps was examined in a box-shaped cell of Figure 15 at a o Strömabnahme of k ampere-hours in pulsing experiments that corresponded to the indexing movement of a machine.

Die Zelle enthielt sechs dünne, Mangandioxyd enthaltende Kathoden und sieben gelierte, Zinkpulver enthaltende Anoden, die parallel geschaltet waren. Jede Elektrode hatte eine Länge von etwa 5 em, eine Breite von etwa 5*7 cm und eine Dicke von etwa 0j5 bis 0,6 mm. Die sechs Kathoden, die nach dem Verfahren 1 hergestellt waren, enthielten insgesamt 21 g Mangandioxyd zusammen mit 9 g leitendem Material und Bindemittel (2 Gewo-$The cell contained six thin cathodes containing manganese dioxide and seven gelled anodes containing zinc powder connected in parallel. Each electrode was about 5 cm long, about 5 * 7 cm wide, and about 0.5 to 0.6 mm thick. The six cathodes were prepared by the method 1, contained a total of 21 g of manganese dioxide, together with 9 g of conductive material and binding agent (2 wt o - $

Polysulfon). Die sieben Anoden enthielten insgesamt 20 g Zinkpulver und 10 g eines durch Stärke gelierten Elektrolyten von 9-nornialem KOH, die auf zinnplattierte Kupfergitter als Stromabnehmer aufgepreßt waren. Zusätzlich wurden in jeder Zelle 20 g einer 9-norraalen wässrigen Lösung von KOH verwendet. Scheider aus Modacrylfasern befanden sich anliegend an den Kathoden, und faserförmige Zellulose befand sich anliegend zu den Anoden aus Zink.Polysulfone). The seven anodes contained a total of 20 grams of zinc powder and 10 g of a starch-gelled electrolyte of 9-normal KOH applied to tin-plated copper grids as current collectors were pressed on. In addition, 20 g of a 9-normal aqueous solution of KOH were used in each cell. Modacrylic fiber separators were adjacent to the cathodes and fibrous cellulose was adjacent the zinc anodes.

Ein geeigneter Behälter hat ein Gewicht von 20 g. Das Gesamtgewicht der Zelleneinheit liegt also bei iOO g (l/9 einer Batterie aus 9 Zellen mit 12 Volt). Die Kapazität der Zelleneinheit liegt nominal bei 5 Watt-Stunden, was etwa !55 Watt-Stunden/kg bei 3-stündigem Entladen bis zu einer Trennspannung von 0,9 Volt entspricht.A suitable container has a weight of 20 g. The total weight the cell unit is 100 g (1/9 of a battery of 9 cells with 12 volts). The capacity of the cell unit is nominally at 5 watt-hours, which is about! 55 watt-hours / kg at 3 hours of discharging down to a separation voltage of 0.9 volts is equivalent to.

Fig. 14 zeigt die Entladung mit 20 Ampere während 6 Minuten einer solchen Zelle, die 3 Minuten lang in 12 Pulsen von je 5 Sekunden durchgeführt wurde, wobei i/6 der gesamten Kapazität aus der Zelle entnommen wurde (bei 20 Ampere arbeitet eine frische Zelle 6 Minuten lang kontinuierlich, bis die Spannung von 0,9 Volt erreicht ist). Nach 20-maligem Aufladen und Entladen beim 12. Puls der 20. Serie erreichte die Zelle eine Spannung von 0,9 Volt, was durch die gestrichelten Kurven in Fig. lh dargestellt ist. Das bedeutet ein ausgezeichnetes Verhalten unter Berücksichtigung dessen, daß eine übliche saure Blei-Zelle vergleichbarer Größe eine Spannung von 0,9 Volt während einer Serie von Entladungen mit 20 Ampere je Puls erreicht (20 Ampere-Minuten). Es sei ferner bemerkt, daß saure Blei-Batterien hohe Pulse in täglicher Folge aushalten, daß aber die Stromaufnähme sehr schlecht ist, wenn sie nach einem solchen Versuch gelagert werden.14 shows the discharge at 20 amperes for 6 minutes of such a cell, which was carried out for 3 minutes in 12 pulses of 5 seconds each, with 1/6 of the total capacity being removed from the cell (a fresh cell operates at 20 amperes Continuously for 6 minutes until the voltage reaches 0.9 volts). After charging and discharging 20 times at the 12th pulse of the 20th series, the cell reached a voltage of 0.9 volts, which is shown by the dashed curves in FIG. 1h . This means excellent behavior, taking into account the fact that a standard acidic lead cell of comparable size achieves a voltage of 0.9 volts during a series of discharges with 20 amperes per pulse (20 ampere-minutes). It should also be noted that acid lead batteries can withstand high pulses in daily succession, but that the current consumption is very poor if they are stored after such an experiment.

3O98S0/07B53O98S0 / 07B5

Die Änderungen in der Kapazität dieser Zelle bei verschiedenen Stromabnahmen geht aus dem Nachstehenden hervor:The changes in the capacity of this cell at different Current draws can be seen from the following:

6 Stunden
4 Ampere-Stunden 3 Ampere-Stunden 1,5 Ampere-Stunden
6 hours
4 amp hours 3 amp hours 1.5 amp hours

3 Stunden3 hours

4 Ampere-Stunden 2 Ampere-Stunden 1 Ampere-Stunde 0,5 Ampere—Stunden4 amp hours 2 amp hours 1 amp hour 0.5 amp hours

1 Stunde1 hour

4 Ampere-Stunden4 amp hours

6 Minuten 6 minutes

2 Ampere-Stunden2 amp hours

(Entladung mit einer Stromstärke von 0,7 A)(Discharge with a current of 0.7 A)

40 - 60 Zyklen 80 - iOO Zyklen 200 Zyklen40 - 60 cycles 80 - 100 cycles 200 cycles

(Entladung mit einer Stromstärke von 1,33 A)(Discharge with a current of 1.33 A)

60 - 80 Zyklen 150 Zyklen
300 Zyklen
mehr als 800 Zyklen
60 - 80 cycles 150 cycles
300 cycles
more than 800 cycles

(Entladung mit einer Stromstärke von 4 A)(Discharge with a current of 4 A)

20 - 30 Zyklen20-30 cycles

(Entladung mit einer Stromstärke von 20 A)(Discharge with a current of 20 A)

12 - 15 Zyklen12-15 cycles

Beispiel 8Example 8

Erfindungsgemäß hergestellte, Mangandioxyd enthaltende Kathoden zeigten, daß sie nach einer 6-monatigen Lagerung bei 45°C in 9-normaler wässriger Lösung von KOH 90 % ihrer Stromaufnaiuae» fähigkeit beibehalten hatten* Cathodes containing manganese dioxide produced according to the invention showed that they had retained 90% of their current absorption capacity after 6 months of storage at 45 ° C. in 9 normal aqueous solution of KOH *

Alkalische Batterien nach Fig. 16 mit Mangandioxyd und Zixiks wobei die Elektroden erfindungsgemäß waren, zeigten ebenfalls eine merkbar bessere Kapazität in den ersten Zyklen beim kontinuierlichen Entladen im Vergleich mit handelsüblichen sauren Blei-Batterien derselben nominalen Spannung und Ausführung. Bei einer konstanten Stromabnahme mit einem Widerstand vonAlkaline batteries according to FIG. 16 with manganese dioxide and Zixik s, where the electrodes were according to the invention, also showed a noticeably better capacity in the first cycles during continuous discharge compared with commercially available lead acid batteries of the same nominal voltage and design. With a constant current decrease with a resistance of

3098S0/078S3098S0 / 078S

0,6 Olim arbeiteten die aclit alkalisches MnO2 enthaltenden Batterien 4 bis 6 Minuten, bis eine Trennspannung von 0,9 Volt je Zelleneinheit erreicht wurde, verglichen mit 45 Sekunden bis 1 Minute bei entsprechenden sauren Blei-Batterien mit 12 Volt. Die alkalischen Zelleneinheiten waren gemäß Fig.15 aufgebaut. Sie enthielten acht Abteile in einer Batterie nach Fig. 16, wobei jedes die Abmessungen von 8,4 χ 5,5 x If05 cm hatte. Jede Zelleneinheit enthielt sechs dünne, Mangandioxyd enthaltende Kathoden und fünf Anoden aus expandierten Zinkkörnern, Die Kathoden mit einer Dicke von 0,5 mm enthielten die nachstehenden Bestandteile:The batteries containing aclitic alkaline MnO 2 worked for 4 to 6 minutes until a separation voltage of 0.9 volts per cell unit was reached, compared with 45 seconds to 1 minute for corresponding acidic lead batteries with 12 volts. The alkaline cell units were constructed as shown in FIG. They contained eight compartments in a battery according to Fig. 16, each having the dimensions of 8.4 5.5 x If05 cm. Each cell unit contained six thin cathodes containing manganese dioxide and five anodes made of expanded zinc grains. The cathodes, which were 0.5 mm thick, contained the following components:

Gew.-% der fertigen Bestandteile Elektroden % By weight of the finished component parts electrodes

35,8 g elektrolytisch hergestelltes Mangandioxyd 8235.8 g of electrolytically produced manganese dioxide 82

3,6 g Graphitpulver 8,23.6 g graphite powder 8.2

0,72 g Fasern (Modacryl oder0.72 g fibers (modacrylic or

Graphit) 1,6Graphite) 1.6

1,8 g Polystyrol 4,11.8 g polystyrene 4.1

1,8 g kolloidaler Graphit 4,11.8 g colloidal graphite 4.1

Als Lösungsmittel für das Polystyrol wurde Tetrahydrofuran verwendet. Die kathodischen Stromabnehmer bestanden aus silberplattiertein Stahl. Die anodischen Stromabnehmer bestanden aus zinnplattiertem Stahl. Als Elektrolyt wurde eine 9—normale wässrige Lösung von KOH mit 1 Gew,-% ZnO verwendet. "Perinion'-ί-Scheider, hergestellt von Radiation Application, Inc., Long Island City, New York, wurden verwendet. Die "Permiorf-Scheider sind handelsübliche Membranen, die aus durch Bestrahlung aufgepfropfter (grafted) Zellulose bestehen. Das durch Bestrahlung aifgepfropfte Monomer kann beispielsweise ein Methacrylat sein.Tetrahydrofuran was used as the solvent for the polystyrene used. The cathodic current collectors were made of silver plated Stole. The anodic pantographs were made of tin-plated steel. The electrolyte used was a 9 — normal aqueous solution of KOH with 1% by weight of ZnO is used. "Perinion'-ί separator, manufactured by Radiation Application, Inc. of Long Island City, New York were used. The "Permiorf-Scheider are commercially available membranes made of grafted cellulose. That through radiation Aif-grafted monomer can be, for example, a methacrylate.

309850/0785309850/0785

_ 35 —'_ 35 - '

Die Fig. 17 zeigt das Verhalten von Zelleneinheiten nach FIg0 15 hinsichtlich der Spannung bei Abnahme von Strom mit einem Widerstand von 0,6 Ohm aus einer Batterie von 8 Zellen, verglichen mit dem Verhalten einer Zelleneinheit aus einer handelsüblichen sauren Blei-Batterie mit 6 Zellen» Die erfindungsgemäße Zelleneinheit mit Mangandioxyd und Zinn hatte eine etwas geringere Spannung, konnte aber wesentlich langer betrieben werden, als bei der gleichen Stromabnahme einer sauren Blei-Zelle. Unter diesen Bedingungen konnten 20 Zyklen bei den erfiiidungs-gemäßen Zellen durchgeführt werden 9 verglichen mit nur ,wenigen Zyklen, z.B. fünf, unter den gleichen Bedingungen bei sauren Blei-Zellen.17 shows the behavior of cell units according to FIg 0 15 with regard to the voltage when the current is decreased with a resistance of 0.6 ohm from a battery of 8 cells, compared with the behavior of a cell unit from a commercially available acidic lead battery with 6 Cells »The cell unit according to the invention with manganese dioxide and tin had a slightly lower voltage, but could be operated much longer than with the same current consumption of an acidic lead cell. Under these conditions, 20 cycles could be carried out with the cells according to the invention 9 compared with only a few cycles, for example five, under the same conditions with acidic lead cells.

Die gleichen Zellen nach Figo 15 f die gerade beschrieben sind, wurden auch pulsierend geprüft bei Pulsen von 25 Ampere von je 0,5 Sekunden einmal in einer Minute. Das Verhalten bei der Entladung von verschiedenen typischen Zellen ist in Fig. 18 dargestellt. Diese zeigt, daß bis zu vier Wiederaufladungen 350 Pulse erreicht werden können bei einer !Frennspannung von 0,9 Volt.The same cells according to FIG. 15 f, which have just been described, were also tested in a pulsating manner with pulses of 25 amperes of 0.5 seconds each once per minute. The behavior during the discharge of various typical cells is shown in FIG. This shows that up to four recharges of 350 pulses can be achieved at a cut-off voltage of 0.9 volts.

Beispiel 9Example 9

Um den Einfluß eines flüssigen wässrigen Elektrolyten auf Elektroden mit Bindemitteln festzustellen, wurde der nachstehende Versuch durchgeführt. Mehrere Scheiben^ die 78 Gew.~% Mangandioxyd, 6 Gew.-% Portlandzement als Bindemittel und l6 Gew.—$ Kohlepulver enthielten^ wurden hergestellt«, Andere Scheiben enthielten 80 Gew„-$ Mangandioxyd, 2 Gewo~$ Poly» methylinethacrylat als Bindemittel und 18 Gew0fo kolloidales und nicht kolloidales leitfähiges Material„ Diese letzterenIn order to determine the influence of a liquid aqueous electrolyte on electrodes with binders, the following experiment was carried out. . Several slices ^ the 78 wt ~% manganese dioxide, 6 wt .-% Portland cement as a binder and l6 wt .- $ carbon powders contained ^ were prepared "Other wheels contained 80 weight" - $ manganese dioxide, 2 wt o ~ $ Poly »methylinethacrylat as a binder and 18 wt 0 - fo colloidal and non-colloidal conductive material "These latter

309 8 5 0/0785309 8 5 0/0785

Scheiben waren nach dem Verfahren 1 hergestellt. Muster von
jeder Art dieser Scheiben wurden eine Woche lang bei 50°C in
eine 9-normale wässrige Lösung von KOH eingetaucht. Nach dieser Zeit hatten die Scheiben mit Portlandzement begonnen zu krümeln, während die erfindungsgemäßen Scheiben mit dem Polymer als Bindemittel kein Anzeichen von Zerfallen zeigten.
Disks were made according to Method 1. Pattern of
each type of these disks were in
immersed in a 9 normal aqueous solution of KOH. After this time, the disks with Portland cement had started to crumble, while the disks according to the invention with the polymer as binder showed no sign of disintegration.

309850/0786309850/0786

Claims (22)

- 37 - ■·-,,. ' Patentansprüche- 37 - ■ · - ,,. 'Claims 1. Zusammenhängende Elektrode für ein© elektrochemische Vor— , richtung, die einen wässrigen Elektrolyten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie (a) teilchenförmiges Mangandioxyd, (b) kolloidales elektrisch leitendes Material, dessen Teilchen in elektrischem Kontakt miteinander stehen, (c) teilchenf örmiges elektrisch leitendes Material und (d) ein von dem wässrigen Elektrolyten benetzbares, aber bei Berührung mit ihm nicht quellendes polymeres Bindemittel enthält.1. Coherent electrode for an electrochemical pre- , direction containing an aqueous electrolyte, characterized in that it (a) particulate manganese dioxide, (b) colloidal electrically conductive material, the particles of which are in electrical contact with one another, (c) particulate f A shaped electrically conductive material and (d) one which can be wetted by the aqueous electrolyte but is in contact contains polymeric binder which does not swell with it. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bindemittel ein Copolymer von Acrylnitril, Butadien v und Styrol, ein Epoxyharz, ein Polymer eines niederen Alkylesters von Acrylsäure oder Methacrylsäure? ein Melamin— Formaldehyd-iiarz, ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz, einen chlorierten Polyäther, ein Polycarbonat, ein Phenol-Formaldehyd-liarz, ein Polysulfon, ein Polystyrol, ein Copolymer von Styrol und Acrylnitril, ein Polyvinylchlorid, ein Copolymer von Vinylchlorid und Vinylacetat, einen Polyvinylalkohol, ein Copolymer von Styrol und Butadien oder zwei oder mehrere dieser Stoffe enthält.Electrode according to Claim 1, characterized in that it is a copolymer of acrylonitrile, butadiene v and styrene, an epoxy resin, a polymer of a lower alkyl ester of acrylic acid or methacrylic acid as the binder. a melamine-formaldehyde resin, a urea-formaldehyde resin, a chlorinated polyether, a polycarbonate, a phenol-formaldehyde resin, a polysulfone, a polystyrene, a copolymer of styrene and acrylonitrile, a polyvinyl chloride, a copolymer of vinyl chloride and vinyl acetate , a polyvinyl alcohol, a copolymer of styrene and butadiene, or two or more of these substances. 3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als kolloidales elektrisch leitendes Material Graphit, Kohle oder ein pulverförmiges Metall enthält.3. Electrode according to claim 1 or 2, characterized in that that it contains graphite, carbon or a powdered metal as a colloidal electrically conductive material. 4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als teilchenförmiges elektrisch leitendes Material Graphit oder Kohle enthält.4. Electrode according to one of claims 1 to 3, characterized in that that it contains graphite or carbon as a particulate electrically conductive material. BAD ORIGINAL 309 850/0785BAD ORIGINAL 309 850/0785 5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 1 Gew.~% des kolloidalen elektrisch leitenden Materials, wenigstens 5 Gew.—5» des teilchenförmigen elektrisch leitenden Materials, wenigstens 1 Gew.-c/o des Bindemittels und wenigstens 70 Gew.—$ Mangandioxyd enthält.5. An electrode according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises at least 1 wt% ~ of the colloidal electrically conductive material, at least 5 parts by weight 5 "of the particulate electrically conductive material, at least 1 percent - of the c / o.. Binder and at least 70% by weight of manganese dioxide. 6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke von etwa 0,25 bis etwa 1,25 am hat.6. Electrode according to one of claims 1 to 5, characterized in that that it has a thickness of about 0.25 to about 1.25 µm. 7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem konstanten Entladungsstrom von 100 Milliampere je Gramm Mangandioxyd gegen eine Vergleichselektrode aus Zink bei Verwendung einer 9-norinalen wässrigen Lösung von Kaliumhydroxyd als Elektrolyt wenigstens 25 % der elektrochemischen Energie des Mangandioxyds ausnutzt, bevor die Spannung unter etwa 0,9 Volt sinkt.7. Electrode according to one of claims 1 to 6, characterized in that at a constant discharge current of 100 milliamps per gram of manganese dioxide against a comparison electrode made of zinc when using a 9-normal aqueous solution of potassium hydroxide as the electrolyte, at least 25 % of the electrochemical energy of the Manganese dioxide exploits before the voltage drops below about 0.9 volts. 8. Elektrode nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 35 "/» der elektrochemischen Energie des Mangandioxyds ausnutzt.8. Electrode according to claim 7 »characterized in that it uses at least 35 " / »of the electrochemical energy of the manganese dioxide. 9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 150 aufeinanderfolgende Aufladungen und Entladungen aushält, wenn die Entladungen bei einem Entladungsstrom von 100 Milliampere je Gramm Mangandioxyd bis zu 30 % der vollen Entladung durchgeführt werden,9. Electrode according to one of claims 1 to 8, characterized in that it withstands at least 150 successive charges and discharges if the discharges are carried out at a discharge current of 100 milliamps per gram of manganese dioxide up to 30 % of the full discharge, BAD ORIGINAL 309850/0785 BATH ORIGINAL 309850/0785 10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 Ms 9s dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem konstanten Entladungsstrom von 250 Milliampere je Gramm Mangandioxyd gegen eine Vergleiche— elektrode aus Zink bei Verwendung einer 9-normalen wässrigen Lösung von Kaliumhydroxyd als Elektrolyt wenigstens 15 % der elektrochemischen Energie .des Mangandioxyds ausnutzt, bevor die Spannung unter etwa 0?9 Volt sinkt„10. Electrode according to one of claims 1 Ms 9s, characterized in that at a constant discharge current of 250 milliamperes per gram of manganese dioxide against a comparison electrode made of zinc when using a 9 normal aqueous solution of potassium hydroxide as the electrolyte, at least 15 % of the electrochemical energy . of manganese dioxide exploits before the voltage falls below about 0 ? 9 volts sinks " Ho Elektrochemische Vorrichtung mit einer Anode, einer Kathode und einem wässrigen Elektrolyten in Berührung mit der Anode und der Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode in aufgeladenem Zustande eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.Ho Electrochemical device with an anode, a cathode and an aqueous electrolyte in contact with the anode and the cathode, characterized in that the cathode in the charged state is an electrode according to one of Claims 1 to 10. 12. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch Ii5 dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Zink, Cadmium, Blei, Aluminium oder Magnesium besteht.12. Electrochemical device according to claim II 5, characterized in that the anode consists of zinc, cadmium, lead, aluminum or magnesium. 13. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Zink oder Cadmium besteht und der Elektrolyt eine wässrige alkalische Lösung ist.13. Electrochemical device according to claim 11 or 12, characterized characterized in that the anode consists of zinc or cadmium and the electrolyte is an aqueous alkaline solution is. lh, Eleictrocliemische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet j daß die Anode aus Blei besteht und der Elektrolyt eine wässrige saure Lösung ist« lh, Eleictrocliemische device according to claim 11 or 12, characterized in that the anode consists of lead and the electrolyte is an aqueous acidic solution « 15. Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Magnesium besteht und der Elektrolyt eine wässrige Lösung von Magnesiumbromid ist.15. Electrochemical device according to claim 11 or 12, characterized characterized in that the anode consists of magnesium and the electrolyte is an aqueous solution of magnesium bromide is. BADBATH 30985Q/078S30985Q / 078S 16. Verfahren zur IIci"stellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 Ms JO, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bindemittel, das kolloidale elektrisch leitende Matsri&l, das Mangandioxyd und das teilcheniürmige elektrisch leitende Material mischt und aus diesem Gemisch die Elektrode forjnt.16. Method for IIci "position of an electrode according to one of the Claims 1 Ms JO, characterized in that the Binder, the colloidal electrically conductive Matsri & l, the manganese dioxide and the particulate electrically conductive Mixes the material and forms the electrode from this mixture. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst ein Gemisch aus dem Bindemittel und dem kolloidalen elektrisch leitenden Material herstellt und diesem Gemisch das teilchenlörniige elektrisch leitende Material und das Mangandioxyd zugibt,17. The method according to claim 16, characterized in that one first preparing a mixture of the binder and the colloidal electrically conductive material and this mixture the particulate electrically conductive material and the manganese dioxide are added, 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Bestandteile mit einem Stromabnehmer verbindet.18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that that the mixture of the components with a current collector connects. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche J6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bindemittel in Form einer Lösung oder Dispersion in einem flüchtigen Lösungsmittel verwendet.19. The method according to any one of claims J6 to 18, characterized in that that the binder in the form of a solution or Dispersion in a volatile solvent used. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche Io bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß man den Graphit in Form einer Dispersion in einem flüchtigen Lösungsmittel verwendet.20. The method according to any one of claims Io to 19, characterized in that that the graphite is used in the form of a dispersion in a volatile solvent. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche i6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch der Bestandteile unter Druck zu der Elektrode vcrforiut.21. The method according to any one of claims i6 to 20, characterized in that that the mixture of ingredients is brought to the electrode under pressure. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß man aus der geformten Elektrode das flüchtige Lösungsmittel durch Verdampfen unter Bildung von Poren in der Elektrode entfernt.22. The method according to any one of claims 19 to 21, characterized in that that one from the shaped electrode, the volatile solvent by evaporation with formation removed from pores in the electrode. BAD ORIGINAL 309850/0785 BATH ORIGINAL 309850/0785 LeerseiteBlank page
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