DE2440620B2 - Wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle - Google Patents

Wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle

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DE2440620B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H01M12/085Zinc-halogen cells or batteries
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle mit mindestens einer positiven Elektrode aus porösen Kohlenstoff, an welcher Chlorgas umgesetzt wird, und einer Zink-Elektrode.
Eine wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle dieser Art und eine aus solchen Zellen zusammengesetzte Batterie ist in der GB-PS 12 58 502 vorbeschrieben. Dabei befindet sich der poröse Kohlenstoff der positiven Elektrode auf einem Träger aus einem Metall oder einer Mischung von Metallen, die zur Gruppe IV(A) oder Gruppe V (A) des periodischen Systems der Elemente nach Mendeleef gehören, und der Träger dient gleichzeitig als Verbinder im elektrischen Stromkreis der Batterie, während die Zink-Elektrode aus einem Träger aus einem gleichen Metall besteht, der ebenfalls als Verbinder wirkt, und wobei der Elektrolyt aus der Halogenzinksalzlösung besteh!. Bei derartigen Zellen und Batterien ist festgestellt worden, aß die Verwendung von Chlor als Halogen aus mehreren Gründen geeignet ist, u. a. weil das Chlor das am einfachsten zu handhabende Halogen und auch das billigste der drei Halogene Chlor, Jod und Brom ist. Es wurde ferner festgestellt, daß Titan schnell eine Schicht aus Titandioxid bildet, das ein nichtelektrischer Leiter ist. Deshalb schließt der Gebrauch in diesem Zustand die Verwendung von Titan in einer wiederaufladbaren Zink-Chlor-Zelle aus.
Es ist weiterhin festgestellt worden, daß das auf dem Markt befindliche, technisch reine Zinkchlorid in Zellen oder Batterien dieser Art dazu neigt, bei Gebrauch zu einer raschen Veränderung des pH-Wertes des Elektrolyten zu führen, der extrem sauer wird. Es konnte experimentell gezeigt werden, daß die Effizienz der Zinkbeschichtung der negativen Elektrode bei einem pH-Wert unter 1,0 stark abfällt, wozu noch eine Beeinträchtigung des Coulombschen Wirkungsgrades der Zelle hinzukommt, und daß die Qualität der Beschichtung insofern unbefriedigend ist, als sie zur Ausbildung von Dendriten neigt. Es wird angenommen, daß diese unerwünschte Tendenz auf die Verunreinigungen in dem auf dem Markt befindlichen, technisch reinen Zinkchlorid zurückzuführen ist, da bekannt ist, daß Ammonium- und Jodid-Ionen im Elektrolyten beide einen Durehgangs-pHWert erzeugen. Gleiches gilt wenn auch im geringeren Ausmaß — auch für Brom-Ionen.
Herkömmliche wiederaufladbare Zink-Chlor-Zellen und daraus bestehende Batterien haben hierdurch den Nachteil einer relativ geringen Lebensdauer.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Lebensdauer
erheblich verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Elektrolyt durch Reaktion analysenreinen Zinkoxids mit analysenreiner Salzsäure hergestellt ist und bei einem zwischen 1,0 und 2,0 liegenden pH-Wert einen Gehalt an N H +4 und J - hat, der unter 0,035% bzw. 0,185% liegt Bei Verwendung eines solchen Elektrolyten wird die Dendritenbildung auf ein Minimum herabgesetzt und es wird ermöglicht, die Zellen und die
ίο daraus bestehenden Batterien über eine längere Zeitspanne von mehreren Monaten, z. B. 24 Monate, zu laden und zu entladen, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Elektroden kommt.
Die Figur zeigt den Einfluß des Verunreinigungspegels auf den pH-Wert einer mit Chlor gesättigten, reinen 30%igen Zinkchloridlösung, wobei in der Abszisse das Verhältnis von Verunreinigungspegel in Prozent zum Gewicht des festen ZnCIj und in der Ordinate der pH-Wert aufgetragen sind.
Die Figur zeigt somit die Änderung der pH-Werte in einer Zink-Chlor-Zelle, d. h. die Veränderung der pH-Werte in einer Zinkchloridlösung aus analysenreinen Chemikalien, der bekannte Mengen NH+< und J--Ionen zugesetzt wurden. NH+ 4 und J- sind oberhalb bestimmter Grenzen schädlich. Die Figur zeigt, daß bei Verunreinigungspegelr. von 0,035% NH^4 0,185% J-ein pH-Wert von 1,0 erreicht wird.
Diese Werte sind bisher als die maximalen Verunreinigungs-Pegel angesehen worden, bei denen ein zufriedenstellender Betrieb der Zink-Chlorid-Zelle oder -Batterie noch möglich ist. Es ist bekannt, daß andere Stickstoffverbindungen, wie z. B. Chloramin, dieselbe Wirkung haben. Die analysenreinen Chemikalien, die z. B. von der Firma British Drug Houses Limited in Poole Dorset, Großbritannien, hergestellt werden, weisen einen Grad hoher Reinheit auf. Die Definition dieser Chemikalien und deren Reinheit sind in einem Buch beschrieben, das von der Firma AnalaR Standards Limited unter dem Titel »AnalaR Standards for
■»ο Laboratory Chemicals« veröffentlicht worden ist.
Die Analyse von AnalaR-Zink schließt reines Zink mit den folgenden Höchstgrenzen von Unreinheiten ein:
Säureunlösliche Bestandteile 0,05%
Sulfid (A) 0,00001%
Arsen (As) 0,00001%
Kadmium (Cd) 0.001%
Eisen (Fe) 0,002%
Blei (Pb) 0,004%
Permanganat reduzierende
Bestandteile (0) 0,008%
Die Analyse der AnalaR Hydrochlorid-Säure schließt die reine Hydrochlorid-Säure-Lösung mit den folgenden maximalen Grenzen für Unreinheiten ein:
Gemäß der Erfindung wird der Elektrolyt so angesetzt, daß analysenreines Zinkoxid mit analysenreincr Salzsäure reagiert, wodurch eine /.inkchlorid-Klcktrolyt-Lösung erhalten wird, deren Gehalt an NH U und ) weit unter 0,035% bzw. 0,185% liegt. Bei der
Nicht flüchtige Bestandteile 0,0005%
Freies Chlor (Cl) 0,0002%
Sulfat (SO4) 0,0002%
Sulfid (SOj) 0,0001%
Ammonium (NH4) 0,0003%
Arsen (As) 0,000002%
Eisen (Fe) 0,00004%
Schwermetalle (Pd) 0,00008%
Verwendung eines solchen Elektrolyten läßt sich der pH-Wert im Bereich zwischen 1,0 und 2,0 halten, wodurch die Dendritenbildung auf ein Minimum herabgesetzt wird, und es ermöglicht wird, die Zellen und daraus bestehende Batterien Ober eine längere Zeitspanne von mehreren Monaten, z. B. 24 Monate zu laden und zu entladen, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Elektroden kommt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die positive Elektrode aus einer Schicht eines Metalls oder einer Verbindung von Metallen, die aus den Gruppen IV (A) und V (A) des periodischen Systems ausgewählt sind, und einer Schicht aus porösem Kohlenstoff, in welchem freies Chlor eingeschlossen ist, um die als Stromsammler arbeitende positive Elektrode zu bilden. Die positive Elektrode aus dem Substrat und der
porösen Kohlenstoffschicht ist federnd elastisch und erteilt der Z^IIe eine Flexibilität bzw. Elastizität und Dehnbarkeit, die nicht nur dem Druck zwischen dem porösen Kohlenstoff und dem Substrat aus Metall selbst standhält, sondern auch die unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem porösen Kohlenstoff und dem Substrat aus Metall auffängt, wenn das Chlor vom Kohlenstoff absorbiert wird. Die negative Zink-Elektrode besteht aus einem Träger aus einem gleichen Metall, der ebenfalls als Verbinder wirkt.
Die positiven und negativen Elektroden werden vorzugsweise durch Scheider getrennt. Ein geeigneter Scheider ist in der DE-OS 24 40 621 beschrieben. Die Kohlenstoffelemente können so ausgebildet sein, wie dies in der DE-OS 24 40 630 und der DE-OS 24 40 619 beschrieben ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Wiederaufladbare Zink-Chlor-Zells mit mindestens einer positiven Elektrode aus porösem Kohlenstoff, an welcher Chlorgas umgesetzt wird, und einer Zink-Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt durch Reaktion analysenreinen Zinkoxids mit analysenreiner Salzsäure hergestellt ist und bei einem zwischen 1,0 und 2,0 liegenden pH-Wert einen Gehalt an NH+ 4 und ]- hat, der unter 0,035% bzw.0,185% liegt
DE2440620A 1973-08-24 1974-08-22 Wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle Expired DE2440620C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

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GB40298/73A GB1485762A (en) 1973-08-24 1973-08-24 Electrochemical cells

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2440620A1 DE2440620A1 (de) 1975-02-27
DE2440620B2 true DE2440620B2 (de) 1979-02-22
DE2440620C3 DE2440620C3 (de) 1979-10-11

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ID=10414200

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DE2440620A Expired DE2440620C3 (de) 1973-08-24 1974-08-22 Wiederaufladbare Zink-Chlor-Zelle

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Country Link
JP (1) JPS5072132A (de)
DE (1) DE2440620C3 (de)
FR (1) FR2246082A1 (de)
GB (1) GB1485762A (de)
SU (1) SU831089A3 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT374306B (de) * 1981-11-30 1984-04-10 Energy Dev Ass Elektrolytzusammensetzung fuer zinkchlor-batterien und zinkchlor-batterie

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US4049880A (en) * 1976-06-11 1977-09-20 Energy Development Associates Self-generating halogen liquification in a secondary battery
BRPI0622284A2 (pt) * 2006-05-25 2011-03-29 Yiqiang Huang processo de obtenção de cloreto básico de zinco utilizado como aditivo micronutriente

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GB1485762A (en) 1977-09-14
SU831089A3 (ru) 1981-05-15
DE2440620A1 (de) 1975-02-27
FR2246082A1 (de) 1975-04-25
DE2440620C3 (de) 1979-10-11

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