DE2342579A1

DE2342579A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufladen von zinkelektroden

Info

Publication number: DE2342579A1
Application number: DE19732342579
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl Phys Saridakis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1975-04-10
Also published as: US3926673A

Description

VOLKSWAGENWEHK
Aktiengesellschaft

3180 Wolfsburff

Unsere Zeichen: κ 1566

1702-Pt-We-Gl 22. 8. 73

Verfahren und Vorrichtung zum Aufladen von Zinkelektroden

Me Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufladen von Zinkelektroden, die als Anoden in galvanischen Zellen eingesetzt sind, sowie auf eine Vorrichtung zur Barch-' führung dieses Verfahrens.

Ein besonders gutes Material für die negativen Elektroden (Anoden) von galvanischen Zellen ist Zink, da dieses ein sehr günstiges elektrochemisches Verhalten sowie eine sehr hohe spezifische Kapazität (ca. 833 Ah/kg) aufweist. Darüber hinaus ist Zink auf dem Markt preiswert und in ausreichenden Mengen erhältlich.

Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung von Zink als Anodenmaterial für mit alkalischen Elektrolyten, beispielsweise KOH, arbeitenden galvanischen Zellen besteht jedoch in der sehr ungünstigen Abscheidung des metallischen Zinks

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. an der Anode während der Beladung der Zelle. So scheidet sich das Zink nicht kompakt sondern in einer schwammigen, voluminösen Struktur, die zudem nicht gleichmäßig sondern höchst ungleichmäßig über die Oberfläche der Anode verteilt ist, ab. Es entstehen bei der Abscheidung des Zinks Dendrite, d.h. lokale Ansammlungen von aktivem Material, die sehr schnell wachsen und zu einem Kurzschluß mit der Gegenelektrode führen. Außerdem sammelt sich das metallische Zink bevorzugt in der unteren Hälfte der Elektrode, so daß es dort zu einer Bauchbildung ("shape change") kommt, die auch bei einer normalen Entladung der Zelle nicht wieder entfernt werden kann und schon nach wenigen Zyklen bis zur Gegenelektrode wächst und dort einen Kurzschluß verursacht.

Die bisher bekannt gewordenen Maßnahmen zur Verbesserung der Zinkabseheidung an der Anode von galvanischen Zellen, wie zum Beispiel das Umrühren oder Umwälzen der Elektrolyten, die Dotierung des Elektrolyten usw., haben jedoch noch nicht dazu geführt, diese nachteiligen Erscheinungen zu beseitigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen von Zinkelektroden zu schaffen, mit deren Hilfe die oben genannten Erscheinungen weitgehend beseitigt werden können und die zu einer kompakten und gleichmäßigen Zinkabscheidung auf der Anode führen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß während des Aufladevorganges die Zink-Anode von einem von außen zugeführten gasförmigen Mittel umspült wird. Bei einer ..bevorzugten Ausführung des erfindungsgemä3en Verfahrens soll

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die Zink-Anode von ihrer TJnterkante her mit Druckluft umspült werden. Bei der Anwendung des von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens ergibt sich eine kompakte Abscheidung des metallischen Zinks an der Anode unter weitgehender Vermeidung von Dendriten- und Bauchbildung. Die gegenüber den herkömmlichen Zink-Anoden erreichbare,wesentliche Erhöhung der Zyklenzahl für die Be- und Entladung der galvanischen Zellen wird also auf sehr einfache und wenig aufwendige Weise erreicht. Damit wird die Voraussetzung dafür geschaffen, daß die bezüglich ihrer Ah-Kapazität und ihres Preises sehr günstigen Zink-Anoden für einen wirkungsvollen Einsatz in Sekundärelementen herangezogen werden können.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die galvanische Zelle zumindest unterhalb der Zink-Anode angeordnete Ausströmöffnungen für ein von außen zugeführtes gasförmiges Mittel aufweist. Dabei sollen die Ausströmöffnungen so bemessen und angeordnet sein, daß sich eine weitgehend gleichmäßige Bespülung der gesamten Anodenoberfläche ergibt. Eine besonders einfache und wirkungsvolle Vorrichtung ergibt sich, wenn die Ausströmöffnungen an einer in der galvanischen Zelle unterhalb der Anode verlegten Leitung angeordnet sind, die mit einer Druckluftquelle verbindbar ist.

Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung schematisch gezeigten galvanischen Zelle erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung stellt einen Querschnitt durch die mit einer Zinkanode ausgestattete galvanische Zelle dar.

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In der Zeichnung ist mit 1 ein Gehäuse der galvanischen Zelle, mit 2 der beispielsweise aus Kaliumhydroxyd (KOS) bestehende Elektrolyt, dem ein Zinksalz oder Zinkoxyd zugefügt wird, mit 3 eine negative Elektrode (Anode) und mit zwei mit Abstand zu der Anode angeordnete positive Elektroden (Kathoden) bezeichnet. Hit 5 und 6 sind zu den Elektroden führende elektrische Leitungen bezeichnet, die zum Aufladen der galvanischen Zelle mit einer hier nicht weiter dargestellten Gleichstromquelle verbunden sind.

Während des Auf lade Vorganges scheidet sich an der Anode 3i deren Trägermaterial beispielsweise aus einem Nickeldrahtnetz besteht, metallisches Zink ab, das während der Entladung der galvanischen Zelle wieder abgebaut wird.

Damit nun die Abscheidung des metallsichen Zinks auf der Anode möglichst gleichmäßig und vor allen Singen mit einer kompakten Struktur erfolgt, ist unterhalb der Anode eine von Druckluft durchströmte Gasleitung 7 angeordnet, die eine Vielzahl von zu der Anode gerichteten Ausströmöffnungen aufweist. Durch diese Ausströmöffnungen 8 tritt die Druckluft in den Elektrolyten aus und umströmt die Anode J. Die Größe der Ausströmöffnungen 8 sowie deren Anzahl und Anordnung ist zweckmäßigerweise so zu wählen, daß möglichst die gesamte Oberfläche der Anode gleichmäßig mit der Druckluft bespült wird.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit einer derartigen Vorrichtung eine sehr gleichmäßige und kompakte Abscheidung des metallischen Zinks an der Anode erreichen läßt, die zu einer

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kompakten Zink-Elektrode mit großer Energie- und Leistungsdichte sowie einer sehr hohen Zahl von möglichen Lade- und Entladezyklen führt.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung nichts über die Art der positiven Elektrode gesagt ist, versteht sich jedoch von selbst, daß hierfür sämtliche mit negativen Zink-Elektroden zusammenarbeitende, positive Elektroden verwendbar sind.

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Claims

ANSPRACHE

1. Verfahren zum Aufladen von Zinkelektroden, die als Anoden in galvanischen Zellen eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufladevorganges die Zink-Anode von einem von außen zugeführten gasförmigen Mittel umspült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zink-Anode von ihrer Unterkante her mit Druckluft umspült wird.

3. Vorrichtung zur !Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Zelle zumindest unterhalb der Zink-Anode (5) angeordnete Ausströmöffnungen (8) für ein von außen zugeführtes gasförmiges Mittel aufweist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnungen (8) so bemessen und angeordnet sind, daß sich eine weitgehend gleichmäßige Beepülung der gesamten Anodenoberfläche ergibt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4i dadurch gekennzeichnet-, daß di-e Ausströmöffnungen (8) an einer in der galvanischen Zelle unterhalb der Anode (3) verlegten Leitung (7) angeordnet sind, die mit einer Druckluftauelle verbindbar ist.

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