DE2731063C3 - Verfahren zur Herstellung einer positiven Kobalt-Elektrode für alkalische Akkumulatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer positiven Kobalt-Elektrode für alkalische AkkumulatorenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer positiven Kobalt-Elektrode für
alkalische Akkumulatoren.
Für alkalische Akkumulatoren, insbesondere für solche, die als Traktionsbatterien in elektrischen
Fahrzeugantrieben verwendet werden, werden Kobalt-Elektroden zwar als Negative, nicht jedoch als Positive
eingesetzt. Die Verwendung von Kobalthydroxid als aktives Material für poxitive Elektroden ist dabei, wie
aus der Liieratunfelle »Electrochemistry«, Volume 4,
1974, Seiten 43 bis 46, hervorgeht, vor allem wegen der
schlechten Reduzierbarkeil bisher nicht sinnvoll gewesen.
Die positiven Elektroden bestehen bei solchen alkalischen Akkumulatoren daher zumeist au3 Nickel-Elektroden, deren bisher bekannte Herstellungsverfahren jedoch recht zeit-, energie- und kostenaufwendig
waren und deren Ampereslunden-Knpazitäten relativ niedrig lagen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besieht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung einer
neuartigen positiven Elektrode avs Kobalt zu schaffen, das einfach und zeit- sowie kosten- und energiesparend
ist und das zu Elektroden mit hohen Amperestunden-Kapazitäten sowie hohen erreichbaren Zyklenzahlen
führt.
Das erfindungsgemgße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein poröses, elektrisch leitendes Trägergerüst, das vorzugsweise aus einem Nickelgerüst
bestehen kann, in eine Tränkungslösung getaucht wird, wobei die Tränkungslösung ein in einem Lösungsmittel
gelöstes Kobaltsalz sowie wenigstens ein Aluminiumsalz in Lösung enthält, und daß anschließend die
Hydroxide in einem alkalischen Medium gefällt werden. Die Erfindung verwendet also ein chemisches Tränkungsverfahren für die Herstellung der Kobalt-EIektro-
de, wie es für die Herstellung von Nickel-Positiven an sich bekannt ist, mit dem zusätzlichen Unterschied, daß
die Tränkungslösung noch wenigstens ein Aluminiumsalz in Lösung enthält. Durch diese Maßnahme wird
nicht nur die Herstellung der Kobalt-Elektrode als solche ermöglicht, indem durch die. Zugabe des
Aluminiumsalzes der Nachteil der zu geringen Reduzierbarkeit beseitigt wird, sondern gleichzeitig auch
erreicht, daß die so hergestellten positiven Kobalt-Elek troden sehr gute Amperestunden-Kapazitäten aufwei
sen. Auch die Spannungslage der so hergestellten Kobalt-Elektroden liegt recht günstig und es konnten
bei labormäßig hergestellten Kobalt-Positiven in Versuchen bereits Zyklenzahlen, d.h. Be- und Entla dungszyklen, von über 1000 ohne jegliche Veränderung
des Elektrodenzustands erreicht werden. Da sich zudem das Herstellungsverfahren als sehr einfach und zeitsowie kosten- und energiesparend erweist, eignen sich
die erfindungsgemäßen Kobalt-Elektroden als Alterna trven zu herkömmlichen Nickel-Positiven bei der
Verwendung in alkalischen Akkumulatoren, insbesondere bei Traktionsbatterien von Fahrzeugantrieben.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das zweckmäßigerweise aus Alumini
umchlorid und/oder Aluminumnitrat bestehende Alumi
niumsalz in einem Verhältnis bis zu 1 cm3, vorzugsweise 035 bis 0,7 cm3, Aluminiumsalzlösung mit einer Dichte
von etwa 1,2 g/cm3 je cm3 in dem Lösungsmittel
gelöstem Kobaltsalz zugefügt werden.
Bei der Herstellung der Elektroden hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Lösungsmittel für die
Tränkungslösung eines mit einer niedrigen Oberflächenspannung, vorzugsweise Aceton und/oder Äthanol,
verwendet wird. Es könnte jedoch ebenso auch
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß
die Tränkungslösung Glucose enthält, die zweckmäßigerweise in gelöster Form bei einer Dichte von etwa
1,1 g/cm3 in einem Verhältnis von bis zu 0,25 cm3 je cmJ
so in dem Lösungsmittel gelöstem Kobaltsalz zugeführt werden sollte. Anstelle von Glucose könnte hier auch
ein hönerer Alkohol verwendet werden. Schließlich kann es vorteilhaft sein, wenn die Tränkungslösung auch
ein Nickelsalz enthält, und zwar wird dazu eine
Zufügung von 23 bis 10 Gewichtsteilen Nickclsalz je
100 Gewichtsteile Kobaltsalz vorgeschlagen.
Anschließend werden zwei Beispiele von labormäßig hergestellten und vermessenen positiven Kobalt-Elektroden ausgeführt, die die ausgezeichneten Ergebnisse
μ der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten
Elektroden belegen.
gen, verwendet. Dieser poröse Niekelkörper mit einer
trockenen Zustand von 1,8 g wurde dann dreimal für je
5 Minuten mit einer fünfminütigen Pause zwischen den
Tränkungen in eine TränkungsJösung getaucht, deren
Temperatur bei ca, 50 bis 60° C lag. Diese Tränkungslösung
bestand aus 5 g Kobaltnitrat (Co(NO3)Z - 6 H2O), s
das in 2 cm3 Aceton gelöst war, und dem 2 cm3 einer
Lösung aus Aluminiumchlorid (AICI3) und destilliertem Wasser mit einer Dichte von 1,275 g/cm3 zugefügt war.
Nach höchstens 30 Minuten wurde die so hergestellte Elektrode zur Fällung der Hydroxide in ein alkalisches
Medium, beispielsweise in eine wäßrige Lösung aus Kaliumhydroxid bzw. Natriumhydroxid und/oder Lithiumhydroxid,
eingetaucht, dessen Temperatur zwischen 40 und 800C lag. Nach der Fällung, die etwa
30 Minuten Zeit in Anspruch nahm, wog die Elektrode is naß ca. 3,6 g und wies bei einstündiger Entladung eine
spezifische Amperestunden-Kapazität von 95 Ah/kg auf.
Beispiel 2 χ
Emeut wurde zur Herstellung einer positiven Kobalt-Elektrode als elektrisch leitendes Trägergerüst
eine rechteckige, dünne Platte aus Nickelmoos verwendet, deren Querschnittsfläche 4652 cm2 und deren
Gewicht im trockenen Zustand 12 g betrug. Dieses Nickelgeräst wurde einer zweifachen Tränkung in einer
Tränkungslösung unterzogen, die aus 35 g Kobalt-Nitrat, das in 14 cm3 Aceton gelöst war, sowie 14 cm3
Aluminiumchlorid-Lösung der Dichte 1,275 g/cm3 und
3,5 cm5 einer Lösung aus Glucose in destilliertem
Wasser mit einer Dich:? von 1,075 g/cm3 bestand. Das
Gewicht der durch Tränkung des Nickelgerüstes in der Tränkungslösung hergestellten Elektrode betrug nach
der ersten Tränkung 22^5 und na:h der zweiten
Tränkung 2230g, was darauf schließen IaLn daß schon
eine einmalige Tränkung durchaus ausreichend ist. Nach der Fällung der Hydroxide in einer wäßrigen Lösung
aus Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid wog die Elektrode im nassen Zustand 24,1 g und wies bei
einstündiger Entladung eine spezifische Amperestunden-Kapazität von 101 Ah/kg auf.
In Laborversuchen wurden solche Kobalt-Positiven mit bekannten Negativen, beispielsweise mit Kobalt-Negativen,
zu Akkumulatorenzellen zusammengesetzt und bei noch nicht beendetem Versuch bisher in über
1000 Zyklen einstündigen Entladungen und etwa 13stündigen Beladungen ausgesetzt, ohne daß sich
gegenüber dem Anfangszustand der Elektroden eine Veränderung eingestellt hätte. Diese Tatsache in
Verbindung mit den bei günstigen Spannungslagen erreichten sehr hohen spezifischen Amperestunden-Kapazitäten
weist auch im Hinblick auf die einfache und zeit- sowie kosten- und energiesparende Herstellung die
ausgezeichnete Eignung solcher Kobalt-Positiven für die Verwendung in leistungsfähigen und langlebigen
alkalischen Akkumulatoren nach. Die erfindungsgemäßen Kobalt-Posjtiven können daher durchaus anstelle
der bisher üblichen Nickelpositiven bei alkalischen Akkumulatoren herangezogen werden und bieten unter
anderem auch im Hinblick auf die Verknappung der Rohstoffe bei den Ausgangsmaterialien eine günstige
Alternative. Wenn auch in den beiden Beispielen nur solche Kobalt-Elektroden beschrieben wurden, bei
denen die aktive Masse durch Eintauchen des Stützgerüstes in eine Kobalt-Nitrat-Lösung hergestellt
wurde, so soll dies keine Beschränkung darstellen. Selbstverständlich kann anstelle von Kobait-Nitrat auch
ein anderes Kobaltsalz, zum Beispiel Kobaltchlorid, in der Tränkungslösung verwendet werden.
Claims (8)
- Patentansprüche;U Verfahren zur Herstellung einer positiven Kobalt-Elektrode Wr alkalische Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröses, elektrisch leitendes Stützgerüst in eine Tränkungslösung getaucht wird, die efn in einem Lösungsmittel gelöstes Kobaltsalz sowie wenigstens ein Aluminiumsalz in Lösung enthält und daß anschließend die Hydroxyde in einem alkalischen Medium gefällt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je cm3 in dem Lösungsmittel gelöstem Kobaltsalz bis zu 1 cm3, vorzugsweise 0,35 bis 0,7 cm3, Aluminiumsalzlösung mit einer Dichte von etwa 1,2 g/cm3 zugefügt werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet» daß als Lösungsmittel für die Tränkungslösung eines mit einer niedrigen Oberflächenspannung, vorzugsweise Aceton und/oder Äthanol, verwendet wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkungslösung Glucose enthält
- 5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß je cm3 in dem Lösungsmittel gelöstem Kobaltsalz bis zu 0,25 cm3 Glucose in Lösung mit einer Dichte von etwa 1,1 g/cm3 zugefügt werden.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkungslösung einen höheren Alkohol enthält.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkungslösung ein Nickelsalz enthält.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tränkungslösung je 100 Gewichtsteile Kobaltsalz 2,5 bis 10 Gewichisteile Nickelsalz enthält.
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