DE2317804A1 - Separator fuer eine alkalizelle - Google Patents

Separator fuer eine alkalizelle

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Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein Jun.
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8 MÜNCHEN 2,
BRÄUHAUSSTRASSE 4/III
Case D-113 (B-19)
3/By.
Fuji Electrochemical Co., Ltd., Tokyo, Japan
Separator für eine Alkalizelle
Die Erfindung betrifft einen Separator zur Verwendung in einer Alkalizelle, die als alkalischen Elektrolyten Kalium- oder Natriunihydroxyd enthält.
Bei einer einen Alkalielektrolyten enthaltenden Alkalizelle, beispielsweise einer Nickelcadniiumzelle, einer Alkaliraangan-. zelle, einer Quecksilberzelle, einer Silberzelle oder ähnlichem ist es wesentlich, einen Separator vorzusehen, der als Scheidewand für die aktiven Elektrodenmaterialien und als ein. Element dient, das den alkalischen Elektrolyten absorbiert und hält. Als ein solcher Separator wurde bisher ein gewebtes oder nicht gewebtes Material aus synthetischen Fasern wie
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Polyamidj Polypropylenj Polyfluoräthylen7 Polyvinylidenchloridj Polyvinylchlorid-und Polyvinylalkoholfasern oder einer Kombination solcher synthetischer Fasern und merzerisierten Naturzellulosefasern verwandt. Im einzelnen wird im allgemeinen bei einer Nickelcadmiumzelle, bei der eine grosse-Menge an Elektrolyten für die Entladungsreaktion nicht erforderlich ist, ein Separator verwandt, der lediglich aus synthetischen Fasern zusammengesetzt ist und wird in einer Alkalizelle, bei der die Verwendung einer grossen Menge an Elektrolyten für die Entladungsreaktion notwendig ist, gewöhnlich ein Separator verwandt, der aus einer Kombination aus synthetischen Fasern und merzerisierten Zellulosefasern zusammengesetzt ist.
Merzerisierte Zellulosefasern können eine grosse Menge an Elektrolyten absorbieren und halten und zeigen eine gute Affinität mit einem Alkalielektrolyten. Dementsprechend kann der EingiessVorgang des Elektrolyten zum 'Absorbieren und Halten In den merzerisierten Zellulosefasern in einer kurzen ,Zeit erfolgen. Wegen der geringen mechanischen Festigkeit von merzerisierten Zellulosefasern wird jedoch ein Separator, der lediglich aus merzerisierten Zellulosefasern aufgebaut ist, während des Herstellungsprozesses der Zelle leicht beschädigt oder zerbrochen. Da weiterhin die Maschenweite von Zellulosefasern in einem solchen Separator gross ist, wandern Teilchen des aktiven Elektrodenmaterials während der Aufladung der Zelle oder während der Entladungsreaktion auf die Gegenelektroden zu, was das Auftreten eines inneren Kurzschlusses zur Folge, hat. Das sind die Mangel, die ein Separator aufweist, der lediglich aus merzerisierten Zellulosefasern aufgebaut ist. .
Synthetische Fasern weisen eine höhere mechanische Festigkeit als 'Zellulosefasern auf und die Netzweite kann für jeden Zweck in den synthetischen Fasern geeignet eingestellt werden.
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Daher ist ein Separator, der aus synthetischen Fasern besteht, insofern vorteilhaft, als eine Wanderung von Teilchen des aktiven Elektrodenmaterials auf die Gegenelektroden verhindert werden kann. Jedoch haben synthetische Fasern eine schlechtere ElektrolytabSorptionsfähigkeit und Affinität mit dem Alkalielektrolyten. Ein aus synthetischen Fasern zusammengesetzter Separator hat daher den Nachteil, dass zum Eingiessen des Alkalielektrolyten in den Separator, um ihn darin zu absorbieren und zu halten, viel Zeit erforderlich ist. Dieser Nachteil wirkt sich ungünstig nicht nur auf die Herstellungsschritte der Zelle, sondern auch auf die Eigenschaften der erhaltenen Zellen aus. Insbesondere neigt dieser Mangel dazu, den inneren Widerstand einer Zelle zu erhöhen. Weiterhin wird auch im Falle eines Separators, der aus einer Kombination von synthetischen Fasern und merzerisierten Zellulosefasern aufgebaut ist, in ähnlicher Weise dieser den synthetischen Fasern eigene Nachteil beobachtet. Die Entwicklung von Separatoren, die frei von solchen Nachteilen sind, ist daher wünschenswert.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Separator für eine Alkalizelle zu liefern, der aus synthetischen Fasern aufgebaut ist und in der Alkalielektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit einem Alkalielektrolyten verbessert ist. Die zum Eingiessen eines Alkalielektrolyten während des Herstellungsverfahrens einer Zelle erforderliche Zeit kann stark verkürzt werden und die Eigenschaften der erhaltenen Alkalizelle stark verbessert v/erden.
Im folgenden wird die Erfindung und eine beispielsweise bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur stellt eine schematische Schnittansicht durch eine Quecksilberzelle dar, die eine Ausführungsform eines
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erfindungsgemässen Separators aufweist.
Erfindungsgemäss wird ein Separator für eine Alkalizelle geliefert, der aus synthetischen Pasern besteht, die einer Oberflächenbehandlung mit einer wässrigen Lösung eines ober-'flächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylaminsorte unterworfen wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Elektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit einem Alkalielektrolyten wie Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd bei synthetischen Fasern stark dadurch verbessert werden kann, dass ein nichtionisiertes, oberflächenaktives Mittel der Polyoxyäthylenalkylaminsorte unter einer Vielzahl von oberflächenaktiven Elementen ausgewählt und zur Oberflächenbehandlung der synthetischen Fasern verwandt wird.
Oberflächenaktive Mittel der Polyoxyäthylenalkylaminsorte, die erfindungsgemäss verwandt werden, haben folgende allgemeine Formel:
R-NH(CH2CH2O)nH oder
wobei R eine Alkylgruppe mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen ist und η und n1 eine Zahl zwischen 0 und etwa 20 darstellen.
Oberflächenaktive Mittel dieser Sorte sind käuflich erhältlich. *ls Beispiel sei das von Nippon Yushi Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung "Naimin L-201" hergestellte und verkaufte Mittel erwähnt.
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Wenn die Konzentration der zu verwendenden wässrigen Lösung eines solchen oberflächenaktiven Mittels unter etwa 0,01 Gewichtsj» liegt, können zufriedenstellende Wirkungen bei der Verbesserung der Elektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit einem Alkalielektrolyten bei synthetischen Fasern nicht erhalten werden. Wenn eine wässrige Lösung verwandt wird, die das oberflächenaktive Mittel in einer Konzentration über etwa 1 Gewichts% enthält, wird eine Neigung beobachtet, dass die Elektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit einem Alkalielektrolyten in synthetischen Fasern eher schlechter werden. Vorzugsweise wird daher zur Oberflächenbehandlung von synthetischen Fasern eine wässrige Lösung verwandt, die das oberflächenaktive.Mittel in einer Konzentration von etwa 0,01 bis 1 Gewichtsüo enthält.
Die herkömmlich verwandten synthetischen Fasern zur Bildung von Separatoren für Alkalizellen sind ähnlich denen, die erfindungsgemäss verwandt werden. Beispielsweise können PoIyamid7 Polypropylen- Polyfluoräthylen-r Polyvinylidenchlorid;"" Polyvinylchlorid" Polyvinylalkoholasern erfindungsgemäss verwandt werden. Diese synthetischen Fasern können entweder in Form eines gewebten oder nicht gewebten Materials verwandt werden.
Die Oberflächenbehandlung der synthetischen Fasern kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein gewebtes oder nicht gewebtes Material aus synthetischen Fasern, für die oben Beispiele angegeben wurden, in eine wässrige Lösung eines oberflächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylaminsorte einige Sekunden bis einige Minuten lang eingetaucht wird, das Material aus der wässrigen Lösung herausgenommen und getrocknet wird, um das aufgebrachte Wasser zu entfernen.
Die so behandelten synthetischen Fasern zeigen eine ausgezeich-
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nete Elektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit einem Alkalielektrolyten wie Kaliumhydroxyd oder IJatriumhydroxyd. Wenn solche synthetischen Fasern als Separator einer Alkalizelle verwandt werdent kann der Elektrolyteinfüllvorgang erleichtert werden. Da der Elektrolyt einheitlich in. den Separator eindringt und darin unter günstigen Bedingungen absorbiert und gehalten wird f ist die Ionenleitfähigkeit des Separators stark verbessert und kann der Innenwiderstand der Zelle verringert und stabilisiert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines -Beispieles näher erläutert.
Beispiel -
Es wurde eine wässrige Lösung hergestellt, die 0,1 Gewichts^ "■ eines oberflächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylamxnsorte (Naimin 1.-20?) enthielt, und ein nicht gewebtes Polypropylenmaterial" wurde5 Sekunden lang in diese wässrige Lösung eingetaucht, aus der wässrigen Lösung herausgenommen, und 5 Minuten lang bei 90 C getrocknet»
Die Alkalielektrolytabsorptlonseigenschaft des so behandelten, nicht gewebten Materials wurde durch die folgenden Verfahren untersucht. '
Ein Probestück mit einer Garasse von 10 mm χ 150 mm wurde von dem behandelten, nicht gewebten Material abgeschnitten, auf einer Metallplatte gelagert und vertikal angeordnet. Der untere Teil mit einer Länge von 10 cm des Probestücks wurde In eine 4O56ige wässrige K0H~Lo"sung eingetaucht, nachdem das Probestück in diesem Zustand 5 Minuten lang ruhig stehen gelassen worden war, würde die Hohe des Eindringens und Hochstelgens
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der Flüssigkeit gemessen. Zum Vergleich wurde dieselbe Prüfung bei einem Probestück aus einem uribehandelten, nicht gewebten Polypropylenmaterial durchgeführt, das der obigen Behandlung mit dem oberflächenaktiven Mittel nicht unterworfen war. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Tabelle
Probestück Höhe des Eindringens der Flüs
sigkeit vom Flüssigkeitsniveau
Oberfläeheribehan-
deltes Probestück
üribehandelte s
Probestück		 25,3 mm"
*
2,0 mm
Aus den in der obigen Tabelle zusammengestellten Ergebnissen ist zu ersehen, dass die erfindungsgemäss mit einem oberflächenaktiven Mittel der Poly oxyathylenalkylamins orte behandelten synthetischen Fasern in viel stärkerem Masse den Alkalielektrolyten absorbieren als unbehandelte Fasern und dass die Elektrolytabsorptionsfähigkeit und Affinität mit Alkalielektrolyten erfindungsgemäss stark verbessert werden konnten. -
Eine Quecksilberzelle des MRO 7-Typs (IEC-Spezifikation), wie sie in der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist, wurde unter Verwendung des oben erhaltenen oberflächenbehandelten, nicht gewebten Polypropylenmaterials aufgebaut und ihre Eigenschaften untersucht.
In der Zeichnung steht die Unterfläche einer Kathode \ die durch Formpressen eines homogenen Gemisches aus Quecksilberoxyd
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und Graphitstaub hergestellt wurde, in direktem Kontakt mit einem Metallkathodenbehälter 2,um einen elektrischen Kontakt · dazwischen zu erhalten. Ein Trennpapier 4 aus einem nicht gewebten Polypropylenmaterial,dessen Randkante von einem metallischen Katindenring 3 zusammengedrückt wird, ist an der Oberfläche der Kathode 1 angeordnet. Darauf befindet sich ein absorbierendes Papier 5 aus merzerisierten Zellulosefasern, die eine grosse Menge eines Alkalielektrolyten enthalten. Dieses Trennpapier 4 ist zur Bildung eines Separators der Zelle mit dem absorbierenden Papier 5 kombiniert. Eine durch Pressformen von amalgamierten Zinkpulver gebildete Anode 6 ist auf dem Separator angeordnet. Die Oberfläche dieser Anode 6 steht in direktem Kontakt mit einer Anodenklemme 7, die einen zusammengesetzten Aufbau aufweist, dessen Aussenflächenschicht aus Nickel und dessen Innenflächenschicht aus Messing besteht. Eine aus Polyäthylen bestehende Dichtung 8 wird zwischen dem Randkantenabschnitt der Anodenklemme 7> der Kante des Kathodenbehälters 2 und der Oberfläche des Kathodenrings zusammengedrückt, um die Zelle in dichtem Zustand zu halten.
Zum Vergleich wurde eine Quecksilberzelle mit dem gleichen Aufbau, wie er oben beschrieben wurde, aufgebaut, ausser dass zur Herstellung des Trennpapiers 4 ein nicht behandeltes, nicht gewebtes Polypropylenmaterial anstelle des obigen nicht gewebten Polypropylenmaterials, das mit einem oberflächenaktiven Mittel der Polyoxyäthylenalkylaminsorte behandelt worden war, verwandt wurde.
Diese zwei Sorten von Zellen wurden bezüglich des Stoßstromes miteinander verglichen, wobei die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Ergebnisse erhalten wurden.
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Tabelle
Zelle mit behan
deltem Trennpa
pier		 Zelle mit unbehan-
deltem Trennpapier
100 100 .
Zahl der geprüf
ten Zellen		 ' 160 mA 70 mA
Minimalwert 220 mA 210 mA
Maximalwert 202 mA 171 mA
Mittlerer Wert 60 raA 140 mA
Abweichung
Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, dass bei der Zelle, die unter Verwendung eines Separators aufgebaut worden war, der erfindungsgemäss mit einem oberflächenaktiven Mittel behandelt worden war, der Wert des Stoßstromes verglichen mit der Vergleichszelle erhöht und die Abweichung verringert worden ist. Mit anderen V/orten kann erfindungsgemäss der Innenwiderstand der Zelle verringert und eine Stabilisierung des Innenwiderstandes erreicht werden.
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Claims (4)

- ίο - Patentansprüche
1. Separator für eine Alkalizelle, der aus synthetischen Fasern zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Fasern mit einer wässrigen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylaminsorte oberflächenbehandelt sind.
2. Separator für eine Alkalizelle, der-aus synthetischen Fasern und merzerisierten Zellulosefasern zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die synthetischen Fasern mit einer wässrigen Lösung eines oberflächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylaminsorte oberflächenbehandelt sind.
3. Verfahren zum Herstellen eines Separators für eine Alkalizelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass synthetische Fasern in eine wässrige Lösung eines oberflächenaktiven Mittels der Polyoxyäthylenalkylaminsorte eingetaucht werden und anschliessend getrocknet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung das oberflächenaktive Mittel der Polyoxyäthylenalkylaminsorte in einer Konzentration von etwa Q,01 bis 1 Gewichts^ enthält.
40984 A/CU .02
DE19732317804 1973-04-06 1973-04-09 Verfahren zur herstellung eines separators fuer galvanische zellen mit alkalischem elektrolyten Ceased DE2317804B2 (de)

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