DE2531751C3 - Mit einem Stromableiter versehene Zinkelektrode zum Einsatz in alkalischen Füllelementen - Google Patents
Mit einem Stromableiter versehene Zinkelektrode zum Einsatz in alkalischen FüllelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine mit einem Stromleiter versehene Zinkelektrode zum Einsatz in alkalischen
Füllelementen mit einer Silberoxidelektrode und einem Separator.
In Zink-Silberoxid-Batterien passivieren bekanntlich
die Zinkelektroden bei tiefen Temperaturen und bei Entladungen mit höhren Stromdichten. Die Erfindung
geht davon aus, daß das sich bei der Entladung auflösende Zink in Zinkat übergeht, welches im
chemischen Gleichgewicht mit Zinkhydroxid steht. Das Zinkhydroxid steht wiederum mit Zinkoxid im Gleichgewicht.
Durch tiefe Temperaturen wird die Abdiffusion des Zinkats behindert, und durch hohe Stromdichten
wird vermehrt Zinkat gebildet. Beide Ursachen führen allein oder gemeinsam zu einer Konzentrationszunahme
an Zinkat im Bereich der Elektr&dcnoberfläche. Bei erhöhter Konzentration am Zinkat verschiebt sich aber
dai Gleichgewicht zum Zinkhydroxit und entsprechend weiter zum Zinkoxid, welches auf der Elektrodenoberfläche
eine Deckschicht bildet, die eine weitere Auflösung des Zinks verhindert. Diese Verhaltensweise
wird als Passivierung bezeichnet.
Die Erfindung geht weiterhin davon aus, daß für alkalische Batterien anstelle von Zinkelektroden auch
Aluminiumelektroden oder Elektroden aus Aluminiumlegierungen vorgesehen sind. Hierbei sollen die
jeweiligen elektrochemischen Eigenschaften des Aluminiums oder der Legierungen ausgenutzt werden.
Bekannt ist weiterhin aus der DE-PS 4 53 763 eine metallische Lösungselektrode für saure Elektrolyten, bei
der das Lösungsmittel (z. B. Zink) auf einen Träger aus elektronegativem Metall (Aluminium) aufgebracht ist.
Dieser Vorschlag befaßt sich insbesondere mit becherförmigen Zinkelektroden, bei welchen die Aluminiumschicht
auf der Außenseite liegen soll, um Stellen, wo das Zink frühzeitig durchgefressen ist, dicht zu halten. Das
Aluminium oxydiert und wird bei einem sauren Elektrolyten elektrochemisch passiv, d. h. von diesem
nicht weiter angegriffen. Dieser Aufbau ist jedoch nur in Verbindung mit einem sauren Elektrolyten brauchbar.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zinkelektrode der gaUungsgemäßen Art
derart auszubilden, daß die Bildung einer Passivschicht erheblich verringert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zinkelektrode mit einer gegen ihre Oberfläche
!inliegenden Folie oder einem Net/ ;ms Aluminium
versehen ist.
Die der Zinkelektrode zugeordnete Aluminiumfolie hat den wesentlichen Vorteil, daß in überraschender
Weise wesentlich höhere Stromdichten und eine höhere Stromausbeute erlangt wird. Erhöht wird sowohi der
Energieinhalt (W/kg) als auch die Energiedichte (W/dm1). Durch die Anwensenheit des Zinks wird die
Gasung des Aluminiums herabgesetzt. Untersuchungen
ι» haben gezeigt, daß das beste Temperaturverhalten bei
Temperaturen ab 00C und höher gegeben ist. Dies hängt
von der Zusammensetzung und der Oberflächenstruktur des Aluminiums ab.
Die Folie oder das Netz aus Aluminium können der
ii Zinkeleketrode auf verschiedene Art und Weise
zugeordnet werden. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, an beiden Seiten eines Stromableiters aus
Kupfer je eine Folie oder ein Netz aus Aluminium und je eine Folie anzulegen. Die Zinkfolie kann aus einem
2(i perforierten Zinkblech bestehen. Es ist aber auch
möglich, Zinknetze oder aus Zinkpulver gepreßte Folien zu verwenden. Ebenso besteht die Möglichkeit, die Folie
oder das Netz aus Aluminium auf der Außenseite der Zinkelektrode aufzubringen, welche selbst in ihrem
_r> Inneren mit einem Stromableiter verschen is*. Auch für
bipolare Elektroden ist die Verwendung von Folien oder Netzen aus Aluminium möglich.
Die Folie oder das Netz kann aus reinem Aluminium oder aus Aluminiumlegierungen bestehen. Weiterhin
κι besteht die Möglichkeit, die Oberfläche durch Profilierungen
wie Riffelungen, Lochungen oder dergleichen sowie Ätzungen zu vergrößern.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt
r> Fi g. 1 schematisch einen mittleren Querschnitt durch
eine Zinkelektrode,
Fi g. 2 und 3 Wirkungsgradkurven bei verschiedenen Temperaturen.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Zinkelektrode im
■ίο wesentlichen aus einem Stromableiter 1 aus Kupfer, auf
dessen beiden Seiten je eine Aluminiumfolie angebracht ist. Diese Aluminiumfolie kann aus reinem Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung mit Magnesium, Zinn, Beryllium, Silizium und dergleichen bestehen. Ihre
•Γ) Oberfläche ist vorzugsweise durch Anätzung, Profilierung,
z. B. Riffelung vergrößert. Auf beiden Folien 2 aus Aluminium ist wiederum je eine Zinkfolie 3 aufgebracht.
Diese besteht in bekannter Weise aus perforiertem Zinkblech, Zinknetz oder gepreßtem Pulver. Zum
r)() Einsatz in Füllelemente mit einer Silberoxid-Elektrode
wird die Zinkeleketrode als Flachwinkel ausgebildet, wobei ihre Kanten aneinandergefaltet sind.
Die Diagramme gemäß Fig. 2 und 3 zeigen die Wirkungsgradkurven bie der Entladung gegenüber
Vi einer Silberoxid-Bezugselektrode. Dargestellt ist das
Kapazitätsverhältnis zur Stromdichte. Die Kurven 4 bis 7 zeigen das Verhalten einer üblichen Zinkelektrode bei
verschiedenen Temperaturen. Demgegenüber zeigen die Kurven 8 bis II erfindungsgemäß ausgebildete
6(i Zinkelektroden mit einer zusätzlichen Aluminiumfolie.
Es ist deutlich erkennbar, daß sowohl bei höheren Stromdichten, als auch bei niedrigeren Temperaturen
ein wesentlich größerer Wirkungsgrad erreicht wird. Die neuartigen Zinkelektroden mit zusätzlicher Alumi-
*>■>
niumfolie können deshalb vor allem dort zum Einsatz kommen, wo höhere Stromdichten und/oder niedrigere
Betriebstemperaturen verlangt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Mit einem Stromableiter versehene Zinkelektrode zum Einsatz in alkalischen Füllelementen mit
einer Silberoxidelektrode und einem Separator, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkelektrode
mit einer gegen ihre Oberfläche anliegenden Folie oder einem Net/ aus Aluminium versehen
ist.
2. Zinkelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten einer Stromableitung
(1) aus Kupfer je eine Folie (2) oder ein Netz aus Aluminium und je eine Zinkfolie (3) anliegen.
3. Zinkelektrode nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (2) aus Aluminium
durch Profiüerung oder Ätzung eine vergrößerte
Oberfläche hat.
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