DE2558550B2 - Galvanisches Primärelement mit einer positiven Elektrode aus (CFx) n und einem wässrigen alkalischen Elektrolyten - Google Patents
Galvanisches Primärelement mit einer positiven Elektrode aus (CFx) n und einem wässrigen alkalischen ElektrolytenInfo
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Description
4Π
Die vorliegende Erfindung betrifft ein galvanisch« Primärelement mit einer negativen Zinkelektrode, einer
positiven Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid und einem Elektrolyten aus wäßriger alkalischer Lösung.
Festes Kohlenstoff-Fluorid hat die allgemeine Formel (CFJn; χ steht für das Verhältnis von Fluor ;:u
Kohlenstoff und η bezeichnet die Zahl wiederkehrender (CF,)-Gruppen.
Festes Kohlenstoff-Fluorid kann nach bekannten w Verfahren hergestellt werden, und zwar durch Umsetzung
verschiedener Kohlenstofformen, z. B. Graphit
Aktivkohle, Ruß usw. mit Fluorgas bei erhöhtem Temperaturen (z. B. 350 bis 400"C).
Es ist bekannt, festes Kohlenstoff-Fluorid als positive
Elektrode in Zeilsystemen hoher Energiedichte eimiusetzen;
als sehr aktive negative Elektroden werden Alkalimetalle verwendet, z. B. Lithium und Natrium. Es
ist notwendig, nichtwäßrige Zellelektrolyten zu verwenden, z. B. organische Lösungsmittel, denn die sehr
aktiven negativen Elektroden reagieren heftig mit Wasser.
So betrifft die DE-AS 19 17 907 ein galvanisches Primärelement mit einem nichtwäßrigen Elektrolyt« n,
wobei die positive Elektrode aus festem Kohlenstoff-Fluorid besteht.
Weiterführende Versuche zeigten, daß sich höher fluorierter Kohlenstoff, d. h. (CF,>Verbindungen mit
Werten für π nahe 1 und größer, ausgezeichnet für aktive positive Elektroden eignet Zellen mit positiven
Elektroden aus diesen höher fluorierten Verbindungen besitzen höhere Energiedichten und eine verbesserte
Entladefähigkeit
In dem US-Patent 37 00 502 wird eine Zelle beschrieben, bei der festes Kohlenstoff-Fiuorid der
Formel (CFxJn das positive Elektrodenmaterial ist (x ist
größer als Q; aber nicht größer als X). Die aktive negative
Elektrode besteht aus einem Alkalimetall wie Lithium oder Natrium; der Elektrolyt besteht aus einer
nichtwäOrigen Lösung (z. B. eine 1-molare Lösung von
IJCIO4 in organischen Lösungsmitteln wie Propylencarbonat).
In der US-PS 37 00 502 werden Zellen beschrieben, deren negative Elektrode aus Lithium, Natrium oder
Aluminium besteht und die einen nichtwäßrigen Elektrolyten enthalten, welcher die negative Elektrode
nicht auflöst Als positive Elektrode ist Kohlenstoff-Fluorid vorgesehen.
Die DE-OS 22 64 057 ist auf eine positive Elektrode für Hochenergie-Primärelemente gerichtet; soweit über
die Verwendung einer positiven Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid berichtet wird, bestehen die weiteren
Zellbestandteile aus einer negativen , Elektrode aus Lithium und einem nichtwäßrigen Elektrolyten (LiCI
und AlCI) in Propylencarbonat).
Die genannten Zellen haben den Nachteil, daß die bekannten positiven Elektroden aus Kohlenstoff-Fluorid
nur in Verbindung mit einem nichtwäßrigen Elektrolyten verwendet werden können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine positive Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid zu entwickeln, die
auch in wäßrigen alkalischen Zellen verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der Elektrolyt und/oder die positive Elektrode ein Benetzungsmittel
enthalten sowie ein den Elektrolyt absorbierendes Material, nämlich Carboxymethylcellulose oder
Carboxymethylhydroxyäthylcellulose.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Benetzungsmittel aus einem synthetischen nichtionischen
organischen Tensid auf der Basis von Alkylarylpolyäthern und sein Anteil an Elektrolyten beträgt 0,1
bisl,0Gew.-%.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich ein Gehalt an Aluminiumoxid, Siliciumdioxid,
Titandioxid und/oder Zinkoxid vorgesehen. Die positive Elektrode enthält 60 bis 95 Gew.-% Kohlenstoff-Fluorid,
5 bis 40 Gew.-% feinverteiltes, elektrisch leitendes Material, 0,5 bis 20 Gew.-% den Elektrolyten absorbierendes
Material und 2 bis 10 Gew.-% kolloidales, elektrisch leitendes Material, insbesondere Ruß oder
Graphit
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in den F i g. I -3 dargestellt ist Es zeigt
F i g. 1 eine Gruppe von Entladungskurven kleiner alkalischer Zink-(CF,;„rZellen in Abhängigkeit von
verschiedenen Konzentrationen der als Elektrolyt verwendeten Kalilauge; als Anode (negative Elektrode)
diente ein Zinknetz,
Fig.2 die Entladungskurven derselben kleinen alkalischen Zink-(CF^Zellen, und zwar bei zwei
verschiedenen Stromentnahmen,
F i g. 3 den Querschnitt durch eine Knopfzeile gemäß
der Erfindung.
Kohlenstoff-Fluorid (CF,),, ist ein schwarzes, graues
oder weißes Pulver; die Farbe hängt von dem Zahlenwert χ ab oder von dem Verhältnis Fluor zu
Kohlenstoff; das Material ist schwarz, wenn der Zahlenwert für χ klein ist oder in der Größenordnung
von 0,2 bis 0,7 ist Kohlenstoff-Fluorid mit x-Werten von
ungefähr 0,7 bis 0,9 ist grau; Materialien, deren at-Wert
ungefähr 1 oder größer ist, sind weiß. Für die Erfindung
eignet sich im allgemeinen Kohlenstoff-Fluorid mit einem x-Wert von ungefähr 03 bis ungefähr 1,1. Da die
höher fluorierten Verbindungen höhere Energiedichten haben, werden graue oder weiße Kohlenstoff-Fluoride
mit einem x-Wert von ungefähr 0,8 bis 1,1 bevorzugt Besonders bevorzugt wird ein Kohlenstoff-Fluorid,
dessen x-Wert ungefähr 1,0 beträgt
Positive Elektroden gemäß der Erfindung bestehen aus einem Gemisch von (CF,)„ und einem leitenden
Material, nämlich aus 60 bis 95 Gew.-% (CFJn-Pulver, 5
bis 40 Gew.-% elektrisch leitendes Material, bezogen auf das Gewicht des aktiven und leitenden Materials,
und 1 bis 10Gew.-% Bindemittel und/oder elektrolytabsorbierendes
Material; die zuletzt genannten Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht der trockenen
Mischung, die für die positive Elektrode verwendet wird. Die positiven Elektroden werden in der Weise
hergestellt, daß diese Mischung unter hohem mechanischem Druck zu einem Elektrodenkörper geformt wird,
der durch Kohäsionskräfte zusammengehalten wird.
Das elektrisch leitende Material in den positiven Elektroden wird dazu benutzt, um einen guten
physikalischen und elektrischen Kontakt zwischen den (CF1Jn-Pulvern und dem wäßrigen alkalischen Elektrolyten
sicherzustellen. Eine kleine Menge des Bindemittels kann auch dazu verwendet werden, um die Struktur der
positiven Elektrode aufrechtzuerhalten. Die Kohlenstoff-Fluoride sind hydrophob. Aus diesem Grund wird
in den positiven Elektroden gemäß der Erfindung ein elektrolytabsorbierendes Material verwendet Das elektrolytabsorbierende
Material kann auch als Bindemittel dienen, um die (CF,)n-Pulver und das feinverteilte
elektrisch leitende Material durch Kohäsion miteinander zu verbinden. Im allgemeinen kann irgendein
celluloseartiges Material als elektrolytabsorbierendes
Material verwendet werden. Als elektrolytabsorbierende Materialien und Bindemittel eignen sich beispielsweise
Carboxymethylcellulose und Carboxymethylhydroäthylcellulose.
In den positiven Elektroden gemäß der Erfindung kann auch ein grenzflächenaktiver Stoff (Tensid)
verwendet werden, um sicherzustellen, daß die (CF,)„-Pulver
dutch die wäßrigen alkalischen Elektrolyte benetzt werden. Der positiven Elektrode kann der
grenzflächenaktive Stoff (Tensid) in Mengen von 0,01 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Mischung, zugesetzt
werden. Der grenzflächenaktive Stoff (Tensid) kann auch dem Elektrolyten direkt zugesetzt werden. Man
erhält befriedigende Resultate, wenn der grenzflächenaktive Stoff (Tensid) dem Elektrolyten in Mengen von
0,1 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf den Elektrolyten, zugesetzt wird Der grenzflächenaktive Stoff (Tensid)
sollte in den wäßrigen Elektrolyten löslich sein, oder wenigstens mit ihm mischbar sein und vorzugsweise mit
allen Komponenten der Zelle verträglich sein. Grenzflächenaktive Stoffe (Tenside) oder benetzende Mittel, die
sich für diesen Zweck eignen, sind synthetische nicht-ionische organische Tenside, die auf Alkylarylpolyäthern
basieren.
positiven Elektroden dient dazu, um einen guten elektronischen Kontakt innerhalb der positiven Elektrode
sicherzustellen. Kohlenstoff-Fluoride mit einem hohen Fluorgehalt sind schlechte Leiter. Daher ist es
ι wichtig, daß die positive Elektrode das elektrisch
leitende Material enthält Geeignete feinverteilte elektrisch leitende Materialien sind z. B. Ruß und
Graphit
in Elektroden aus einem (CF,)„-Pulver kleiner Teilchengröße
hergestellt werden. Wichtig ist der Druck beim Formen; er sollte im Bereich von 9807 bis 39 228 N/cm2
liegen. Positive Elektroden, die aus (CF|,o)n-Pulvern (20
Mikron) bestehen und bei denen ein Formdruck von
Γι ungefähr 24 517 N/cm2 zur Anwendung kam, wurden
fast zu 100% ausgenutzt
Die spezifische Oberfläche von Kohlenstoff-Fluoriden
variiert beträchtlich, und zwar in Abhängigkeit von der besonderen Form des kohlenstoff iJtigen Materials,
in das zur Herstellung der Verbindung benutzt wird.
Kohlenstoff-Fluoride, die beispielsweise aus Holzkohle hergestelt werden, besitzen eine Oberfläche von
ungefähr 176m2/g, während Kohlenstoff-Fluoride, die
aus Graphitfasern hergestellt werden, eine Oberfläche
2r, von 340 m2/g aufweisen. Im allgemeinen werden jene
Kohlenstoff-Fluoride für die erfindungsgemäßen positiven Elektroden bevorzugt verwendet die wenigstens
eine Oberfläche von ungefähr 200 m2/g aufweisen. Die Oberfläche des besonderen (CF»)n-Materials ist aber
ίο nicht kritisch.
Die negativen Elektroden bestehen aus Zinkmetall beliebiger Form oder aus einer seiner Legierungen. Die
negative Elektrode kann eine Zinkplatte oder eine Folie sein; die negative Elektrode kann aber auch aus Pulver
r> gepreßt werden oder aus einem offenen Zinknetz
bestehen. Bevorzugt wird eine gelierte Zinkelektrode, die weniger der Passivierung ausgesetzt ist Derartige
Elektroden bestehen aus feinvcrteilten Zinkpartikeln, die in einem gelierenden Mittel suspendiert sind (z. B.
Carboxymethylcellulose), das den wäßrigen alkalischen
Elektrolyten enthält
Als Elektrolyt kann irgendeine wäßrige alkalische Lösung verwendet werden, z. B. eine wäßrige Lösung
von Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Lithiumiiydro- -> xid und auch deren M ischungen.
Bevorzugt werden ziemlich konzentrierte wäßrige Lösungen von Kaliumhydroxid (5—14 molare KOH-Lösungen).
Besonders bevorzugt ist eine wäßrige 13—14 molare KOH-Lösung.
vt Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel
erläutert:
Die Zellen enthielten eine positive Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid, einen wäßrigen alkalischen Elektrolyten
verschiedener Zusammensetzung und eine
γ, negative Elektrode aus einem Zinknetz. Beim Zusammenbau
der Zellen wurden nickelplattierte Stahlgefäße (AA-Größe) als Behälter benützt; (ihr innerer Durchmesser
beträgt 1,27 cm). Für die positiven Elektroden wurde eine Mischung aus folgenden Bestandteilen
mi verwendet: 80 Gew.-% (CFi.0)n-Pulver, 10 Gew.-% Ruß,
5 Gew.-°/o Carboxymethylhydroxyäthylcellilose und ein
celluloseartiges Material (5 Gew.-%). Diese Mischung wurde gleichmäßig auf ein Nickelnetz ausgebreitet und
unter einem Druck von ungefähr 24 517 N/cm2 zu einer
h'i Folie gepreßt Das Gewicht des Nickelnetzes betrug
0,0386 g/cm2. Das Gewicht der Mischung betrug 0,042 g/cm2. (CFi.o)„ war zu 41,6% in der Folie
vorhanden. Aus der Folie wurden Scheiben (Durchmes-
ser ungefähr 1,27 cm) gestanzt. Jede Scheibe enthielt 0,0425 g (CFi1O),, und hatte eine theoretische Leistungsfähigkeit
von 363 m Ah. Zwei Scheiben wurden in die
nickelplattierten Stahlgefäße gegeben und am Boden unter einem Druck von ungefähr 9807 N/cm2 zusammengepreßt
Die negative Elektrode der Zellen bestand aus einem Zinknetz (Länge: 1,53 cm; Breite: 0,92 cm).
Das Gewicht des Zinknetzes betrug 1,5 g. Verschiedene wäßrige Elektrolyte wurden hergestellt, welche die
üblichen Salze enthielten, 2. B. Ammoniumchlorid, Zinkchlorid, Magnesiumperchloral, Magnesiumbromid
und wäßrige alkalische Lösungen, z. B. 0,2 bis 13 molare
Kalilauge, 19 molare Natronlauge und 6 molare LiOH-Lösungen. Verschiedene Elektrolytlösungen wurden
in jeden Zellenbehälter gegossen, und zwar bis zu ungefähr dreiviertel der Höhe und mehr. Die Behälter
T;ihclle I
wurden mittels eines Gummistopfens, der gut in das offene Ende paßt, verschlossen. Die von einem porösen
Papierseparator bedeckte negative Elektrode, welche die Form eines Zinknetzes hatte, hing an einem von
Plastik umhüllten Kupferdraht vom Stopfen in den Elektrolyten. Der mit dem Zinknetz punktverschweißte
Kupferdraht ragte aus der Zelle heraus und bildete einen Anschluß. Die Zellen wurden auf ihre Leerlaufspannung
geprüft und dann bei niedrigen und mittleren Stromentnahmen von 0,1 und 1,0 mA (ungefähr 0,08 und
ungefähr 0,8 mA/cm2) entladen. Die Ruhestromspannung der Zellen wurde während der Entladungsperiode
gemessen und die Leerlaufspannung wurde nach einer Entladung (12mAh) gemessen. In Tabelle I sind die
Versuchsresultate zusammengefaßt.
eile | Klektrolyte | Anrängliche I Leerlaul'spanrning |
.eerliiufspannung·) | Ruhestromspan nung·*) |
Ruheslromspan- nung·*) |
(1,0 mA) | (0,1 mA) | ||||
I. | 13m KOH | 1.392 | .317 | 1.030 | 1,148 |
2. | 9m KOH | 1,370 | .253 | 0,962 | 1,049 |
3. | 5m KOH | 1,340 | .290 | 0,900 | 1,186 |
4. | Im KOH | 1,298 | ,225 | 0,717 | 0,809 |
5. | 0,2 m KOH | 1.298 ( | ),I24 | ||
6. | 19m NaOH | 1.083 | ,139 | 1,00 | 1,024 |
7. | 6m LiOH | 1.338 | ,041 | 0,718 | 0,812 |
X. | 2m MgBr2 + Mg(OH), |
0.664 0,511 | 0 | 0,076 | |
9. | 2m Mg(CIO4). + Mg(OH)2 |
0,995 0,411 | 0 | 0,098 | |
0 | 5m NH4CI + NH3, pH 8,3 |
0,737 0,474 | 0,110 | 0,281 | |
I. | 5m NH4CI + 2m ZnCI2. pH 4,5 |
0,856 0,415 | 0 | 0,002 |
*) Am 12mAh Entladungspunkt (es kann sein, daß die anfängliche Leerlaufspannung nicht die wahre Spannung des Systems
ist, denn O2 kann auf dem Material adsorbiert sein).
**) Am 9 mAh Entladungspunkt.
**) Am 9 mAh Entladungspunkt.
Aus Tabelle I ergibt sich, daß Zellen mit einer positiven Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid in konzentrierten
wäßrigen alkalischen Elektrolyten entladen werden können. Zellen mit einer positiven (CFio)n-Elektrode
und 5 bis 13 m Kalilauge als Elektrolyt haben Leerlauf spannungen zwischen 1,2 und 13 Volt und eine
durchschnittliche Ruhestromspannung von ungefähr 1,0 Volt Aus Tabelle I geht weiter hervor, daß Zellen mit
einer positiven Elektrode aus Kohlenstoff-Fluorid in wäßrigen Salzlösungen nicht entladen werden können.
Die Ruhestromspannung der Zellen beträgt mit diesen Elektrolyten im wesentlichen 0,0 Volt
Die Kurven a bis e in F i g. 1 zeigen den Entladungsverlauf (1 mA Stromentnahme, 0,8 mA/cm2) dieser
kleinen Zellen, bei denen die positive (CFi^--Elektrode
verwendet wird; als Elektrolyt diente 0,2 bis 13 m Kalilauge Für jede Zelle (Elektrolyt: 5 bis 13 m
Kalilauge) sind die Entladungskurven a bis c während des gröBten Teils der Entladung relativ flach-
Die Kurven a und b in Fig.2 zeigen den
Entladungsverlauf (0,1 und 1,0 mA Stromentnahme) einer kleinen Zelle, bei der die positive (CFijj)n-Elektro-
de verwendet wird; Elektrolyt ist eine 13 m Kalilauge. Anhand der Kurve b (1,0 mA Stromentnahme) überzeugt
man sich, daß die Spannung der Zelle bei ungefähr 75 mAh am Ende der Entladung plötzlich abfäl1 Da die
theoretische Leistungsfähigkeit der aus zwei Scheiben bestehenden (CFuoJn-Elektrode 73,6 mAh beträgt, bedeutet
der plötzliche Abfall der Spannung der Zelle, daß beinahe die theoretische Leistungsfähigkeit der(CF|0)n-Elektrode
erreicht wurde.
Es wurde beobachtet, daß die Zugabe bestimmter Verbindungen wie AI2O3 oder TiO?, die mit den im
Elektrolyten (KOH) vorhandenen Fluoridionen starke Komplexe (z. B. AIF6S, TiF6-) bilden, das Entstehen
einer höheren Zellspannung begünstigt Aus einer netzförmigen Zinkelektrode und einer (CFi.o)n-Elektrode
wurden Zellen hergestellt Die positive Elektrode enthielt 0,104 g (CFijd)„. Als Elektrolyt diente 13 m
Kalilauge. Der Elektrolyt jeder Zelle enthielt eine Suspension von ungefähr 20 Gew.-% (bezogen auf das
Gewicht des Elektrolyten) oder mehr eines Zusatzstoffes wie Al2O3, SiO2, TiO2 oder ZnO. Wenn die Zeile bis
zu 50% entladen war (entsprechend 45 mAh), wurde die
Leerlaufspannung und die Ruhestromspannung für jede Zelle gemessen. Die Resultate dieses Experimentes sind
in Tabelle II aufgeführt Die Ruhestromspannungen waren in Gegenwart aller Zusatzstoffe höher; dasselbst
gilt auch für die Leerlaufspannungen.
Tabö« II
Zelle | Zusatzstoff | Ruhestrom- 1 | tuheslrom- I | „eerlauf- |
spannung s | pannung s | pannung I0 | ||
bei 1,OmA t | >ei 0,1 mA | |||
1. | kein | 0,946 | ,049 | ,203 |
2. | ZnO | 0,956 | ,062 | .197 „ |
3. | AI2Oj | 0,978 | ,075 | ,214 |
4. | TiO2 | 0,962 | ,077 | ,233 |
5. | SiO2 | 0,948 | ,057 | ,212 |
diese enthalten (CFx),, als aktive positive Elektrode;
ferner ist ein umgekehrter metallischer Anodenbecher 18 vorhanden; sowohl der Behalter 10 als auch der
Anodenbecher 18 bestehen beispielsweise aus nickelplattiertem Stahl. Innerhalb des offenen Endes des
Behalters 10 ist der Anodenbecher 18 mittels einer Abdichtung 20 aus Plastik verschlossen. Die negative
Elektrode 22 befindet sich innerhalb des Anodenbechers 18; sie kann eine konventionelle negative Elektrode aus
geliertem Zinkpulver sein (Zinkteilchen, die in einem gelierenden Mittel suspendiert sind, z. B. Carboxymethylcellulose,
die den wäßrigen alkalischen Elektrolyten enthält). Drei Schichten eines ionendurchlässigen
Separators 24 isolieren die negative Elektrode 22 von der scheibenförmigen positiven Elektrode. Das Separatormaterial
ist vollständig mit dem wäßrigen alkalischen Elektrolyten getränkt.
20
Das bevorzugte Herstellungsverfahren der positiven Elektroden gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein
Gemisch aus (CF,)n-Pulvern, teilchenförmigem elektrisch
leitenden Material, einem durch den Elektrolyten benetzbaren polymeren Bindemittel und einem kolloidalen
elektrisch leitfähigen Material zusammengepreßt wird. Das polymere Bindemittel und das kolloidale
elektrisch leitfähige Material (03 bis 20 Gew.-% bzw. 2
bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der posit-'-/en Elektrode, werden miteinander vermischt und
der Mischung, aus der die positive Elektrode hergestellt wird, als eine Suspension in einem organischen
Lösungsmittel, das leicht die (CF1Jn- Pulver benetzt,
zugesetzt Xylol, Isobutanol, Isopropanol etc. eignen sich hervorragend für diesen Zweck. Das polymere j5
Bindemittel kann z. B. ein Epoxy-, Polysulfon- oder Acrylharz sein und wird in Mengen zwischen 0,5 und 5
Gew.-% zugesetzt.
In einem Beispiel wurden positive Elektroden aus folgender Mischung hergestellt: 2 g (CFi.o)n-Pulver, 0,1 g
Acetylenruß und 1 cm3 Ligroin, in dem 10% kolloidaler Graphit suspendiert sind. Die Bestandteile wurden
miteinander gründlich vermischt und in Luft zwei Stunden lang auf 90° C erhitzt, um das Lösungsmittel
auszutreiben: Die getrocknete Pulvermischung wurde dann bei einem Druck von ungefähr 19 614 N/cm2 zu
einer positiven Elektrode gepreßt
Wegen der in der Praxis erreichbaren '-ohen Energiedichten eignet sich das alkalische Zink-(CF,)„-Zellsystem
vorzüglich für kleinste, elektrischen Strom produzierende Trockenzellen.
Fig.3 zeigt eine Knopfzelle gemäß der Erfindung.
EHe Zelle besteht aus einem Metallbehälter 10, auf dessen Boden sich drei Scheiben 12,14 und 16 befinden;
Pii
»iirtffn Atifho
wurden aus drei zusammengepreßten Scheiben hergestellt:
diese enthielten 80 Gew.-% (CFi^e-Pulver; jede
Scheibe hatte einen Durchmesser von 113 mm und eine
Dicke von 0395 mm. Das Gewicht jeder Scheibe betrug
0,127 g und die theoretische Leistungsfähigkeit der positiven Elektrode betrug 863 mAh, bezogen auf der.
(CFi.o)n-Gehalt. Die negative Elektrode bestand aus
einem Zinkgel, das '52,55 Gew.-% Zinkpartikel enthielt,
1,03 Gew.-% Carboxymethylcellulose, 5,2 Gew.-%
Quecksilber, der Rest ist 14,2 molare Kalilauge (Elektrolyt). Der Separator bestand aus einer Schicht
eines ionendurchlässigen Cellophanfilms, der sich in der
Nähe des Zinkgelü befand und aus zwei Schichten Rayon, die vollständig mit 14,2 molarer Kalilauge
getränkt waren. Die Zellen wurden in zwei Gruppen unterteilt; die Zellen der einen Gruppe wurden sofort
bei Zimmertemperatgur entladen (Stromentnahme 1 mA). Die zweite Gruppe wurde bei 71eC eine Woche
lang gelagert; dann wurde bei Zimmertemperatur entladen (Stromentnahme dieselbe wie vorher). Die
Spannung der bei 71°C gelagerten Zellen war in den späten Entladungsstadien etwas kleiner als im Falle der
frischen, mdit erhitzten Zellen; Anzeichen für eine
Verschlechterung der Zelle bestanden jedoch nicht
In Tabelle III werden ausgewählte Eigenschaften des (CFi,o)n-Materials mit den Eigenschaften konventioneller
Materialien die für Miniaturzeüen verwendet
werden, verglichen. Anhand der Tabelle überzeugt man sich, daß die Energiedichte des (CFijJe-Mnterials bei
weitem die Energiedichte des konventionellen Ag2O
übertrifft und beinahe so groß ist wie die des HgO, das in konventionellen Quecksilberzellen verwendet wird. Da
d&5 (CFi.o)n-Material wesentlich preiswerter ist als HgO,
eignen sich wäßrige alkalische Zink-(CFij>)«-ZeUsysteme
vorzüglich für Zellen, in denen üblicherweise positive Elektroden aus HgO verwendet werden.
Tabelle III | Formelgewicht | Dichte (g/cm3) |
Leistungs fähigkeit (mAh/g) |
Leistungs fähigkeit (mAh/cm3) |
Spannung der Zelle (mit Zn-Anode) |
Energiedichte (Wh/cm3) |
231,7 216,6 31,0 |
7,143 IU 2,7 |
231,2 2474 864,2 |
1651 2747 2333 |
1,55 1,30 UO |
2^6 347 3,03 |
|
1. Ag2O 2. HgO 3- CF1-0 |
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen | |||||
Claims (6)
1. Galvanisches Primärelement mit einer negativen Zinkelektrodc, einer positiven Elektrode aus
Kohlenstoff-Fluorid und einem Elektrolyten «us wäßriger alkalischer Lösung, gekennzeichnet
durch die Gesamtheit der nachfolgenden Merkmale: Der Elektrolyt und/oder die positive Elektrode
enthalten ein Benetzungsmittel und ein den Elektrolyten absorbierendes Material, nämlich Carboxymethylcellulose
oder CarboxymethylhydrO'Xyäthylcellulose.
2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Benetzungsmittel aus r>
einem synthetischen nichtionischen organischen Tensid auf der Basis von Alkylarylpolyäthern
besteht
3. Primärelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anteii an Benetzungsmittel 0,1 bis 1,0 Gew.-% des Elektrolyten ausmacht
4. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Elektrolyten zusätzlich ein
Gehalt an Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumdioxid
(SiO2), Titandioxid (TiO2) und/pder Zinkoxid (ZnO)
vorgesehen ist
5. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode zusätzlich
ein kolloidal verteiltes, elektrisch leitemies Material, insb£".ondere Ruß oder Graphit enthält to
6. Primärelement nach einer* der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet daß die positive Elektrode aus 60 bis 95 Gew.-% KohlefUoff-Fluorid, 5 bis
40 Gew.-% feinverteiltem, elektrisch leitendem Material, 0,5 bis 20 Gew.-% den Elektrolyten j-,
absorbierendem Material und 2 bis 10 Gew.-'% kolloidalem elektrisch leitendem Material besteht
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/537,596 US3956018A (en) | 1974-12-30 | 1974-12-30 | Primary electric current-producing dry cell using a (CFx)n cathode and an aqueous alkaline electrolyte |
Publications (3)
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---|---|
DE2558550A1 DE2558550A1 (de) | 1976-07-01 |
DE2558550B2 true DE2558550B2 (de) | 1979-08-23 |
DE2558550C3 DE2558550C3 (de) | 1980-04-30 |
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ID=24143312
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE2558550A Expired DE2558550C3 (de) | 1974-12-30 | 1975-12-24 | Galvanisches Primärelement mit einer positiven Elektrode aus (CFx) n und einem wässrigen alkalischen Elektrolyten |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JPS5193332A (de) |
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