DE2802509B2 - Batterie und Elektroden - Google Patents
Batterie und ElektrodenInfo
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Description
sie umgebenden konzentrierten Schwefelsäure elektrochemisch und chemisch völlig stabil.
Die hohe Sauerstoffüberspannung verhindert nach der folgenden Reaktionsgleichung die Bildung von
Sauerstoff, wodurch die Faradayleistung der Batterie
> verringert würde:
SOJ- + H2O- H2SO4 + 1/20^ + 2e
Das Tantalbasismaterial enthält handelsüblich reines (c.p.) Tantal und die Titan-Tantal-Legierung enthält 99,9
bis 93 Gew.-% Titan und 0,1 bis 7 Gew.-% Tantal, vorzugsweise etwa 95 Gew.-% Titan und 5 Gew.-%
Tantal. Die Wolfram-Rheniumlegierung enthält 99,9 bis 97,5 Gew.-% Wolfram und 0,1 bis 2,5 Gew.-% Rhenium, ι
> vorzugsweise 1,0 bis 2,0 Gew.-% Rhenium.
Die Metalle, die für die positive Elektrode verwendet werden, sind korrosionsstabil und genügen den verschiedenen
Gebrauchsbedingungen einer Blei-Säure batterie. Für den Fall, daß Wolfram-Rhenium-Legierun- _>»
gen als negatives Elektrodenbasismaterial verwendet werden, sind diese mit einer dünnen Schicht Cadmium,
Silber oder Blei, die eine hohe Wasserstoffüberspannung aufweisen, ausgerüstet. Die Dicke der Schicht
kann 0,1 bis 20 μ betragen. Die Beschichtung erhöht die :>
Haftung der negativen Elektrodenpaste zum Elektrodenbasismaterial.
Die dünne Cadmium-, Silber- oder Bleischicht kann auf das negative Elektrodenmetailgitter mittels üblicher
Methoden, z. B. der galvanischen Ablagerung oder der u>
ihermischen Ablagerung durch Zersetzung von Metallsalzen aufgebracht werden.
Die aktiven Materialien für die positiven und negativen Elektroden werden auf die Elektrodenbasismaterialien
mittels üblicher Methoden, wie sie tür die r. Herstellung von Massepialten (oder Faure-Plaiten) für
Blei-Säure-Batterien bekannt sind, aufgebracht. Die üblichen Methoden zum Aufbringen aktiver Materialien
auf Elektrodengitter sind z. B. in »Storage Batteries«, Kapitel 2, George Wood Vinal, Verlag John Wiley & m
Sons Ins., beschrieben.
Die aktive Materialpasic der positiven Elektrode setzt sich im allgemeinen aus einer Mischung von
Bleioxiden und Schwefelsäure zusammen. Eine übliche Zusammensetzung enthält 60 bis 86% nicht calzinierter -n
Oxide, bestehend aus fein verteilten Bleipartikeln, die 'eilweise oxidiert sind, und bis zu 20% rotes PbjO4,
gemischt mit verdünnter Schwefelsäure. Die Paste wird auf die Elektrodenbasis bzw. Elektrodengitter mit einer
Dicke von wenigen Millimetern aufgebracht. Die Paste ;<> haftet fest an der Elektrodenbasis bzw. dem Elektrodengitter,
nachdem die Paste ausgehärtet ist.
Das aktive Pastenmaterial der negativen Elektrode ist im allgemeinen zusammengesetzt aus 99% fein
verteiltem Blei oder teilweise oxidiertem Blei, gemischt v> mit einem organischen Bindemittel und ggf. einem
Streckmittel, z. B. Lampenruß. Nach dem Trocknen und Aushärten werden die Elektroden im allgemeinen durch
Polarisierung der positiven Elektroden als Kathoden in verdünnter Schwefelsäure aktiviert. Alternativ dazu mi
können die Elektroden auch dadurch aktiviert werden, daß man die geformten Elektroden in die Batterie
einsetzt und die Batterie wiederholt für gewisse Zeilen auflädt und entlädt.
Die Elektroden werden in ein Batteriegehäuse, h>
bestehend aus Hartgummi. Kunststoff oder Glas eingesetzt. Die pastierten Elektroden werden so in die
Batterie eingesetzt, daß die positiven und negativen Elektroden sich jeweils abwechseln, ohne daß sie
miteinander in Kontakt stehen. Üblicherweise werden Abstandshalter bzw. Trennvorrichtungen mit eingebaut,
um zn verhindern, daß die positiven und negativen Elektroden in Kontakt geraten. Die negativen Gitter
sind elektrisch miteinander und mit einer negativen Endelektrode verbunden. Die positiven Gitter sind
ebenfalls untereinander elektrisch und mit einer positiven Endelektrode verbunden. Der Deckel des
Batteriegehäuses kann mit Vorrichtungen ausgerüstet sein, die ein Hindurchragen der Endelektroden durch
den Gehäusedeckel zulassen und die die Endelektroden für den elektrischen Anschluß der Batterie freilassen.
Die erfindungsgemäßen Elektroden haben den Vorteil daß die Elektrodengitter als Gitter für eine
Beschichtung mit neuem Pastenmaterial wiederverwendet werden können, nachdem die ursprünglichen
aktiven Pastenmaterialien vollständig abgelöst sind.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel weiter erläutert.
Es wurde eine Testbatterie mit standardisierten, pastierten positiven Elektroden und negativen Elektroden
unter Verwendung der Gittermaterialien gemäß der folgenden Tabelle hergestellt. In der Tabelle sind auch
die Wasserstoffüberspannungen der Elektroden und ihre Korrosionsbeständigkeit nach mehreren Lade- und
Entladezyklen bei Raumtemperatur zusammengefaßt.
Elektrodenbasis material |
Korrosion | Wasserstoff überspannung |
Pb-Sb | leicht anodisch | hoch |
c. p. Al | unregelmäßig anodisch |
niedrig |
AISi (Mg) | unregelmäßig anodisch |
mäßig |
AISiMg | unregelmäßig anodisch |
mäßig |
TiPd | keine | niedrig |
c. p. Ti | stark | hoch |
TiY | leicht | hoch |
TiTa | keine | hoch |
Ta | keine | hoch |
W | keine | niedrig |
W-Re | keine | niedrig |
W-Re-Blei- beschichtung |
keine | hoch |
Unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit, des spezifischen Gewichts, der elektrischen Leitfähigkeit,
der Kosten und des Widerstandsabfalls an der Grenzschicht zwischen der aktiven Paste und dem
Metallbasismaterial ergibt sich, daß nur Tantal, Titan-Tantal-Legierungen
und Wolfram-Rhenium-Legierungen vorteilhaft als Basismaterialien für die positive
Elektrode eingesetzt werden können. Tantal weist den besonderen Vorteil auf, daß es sowohl elektrochemisch
wie auch chemisch stabil ist eine hohe Wasserstoffuberspannung und gute Verarbeitungsiigenschaften aufweist.
Die Titan-Tantal-Legierungen weisen die gleichen vorteilhaften Eigenschaften auf und besitzen
außerdem noch ein spezifisch leichteres Gewicht Die Wolfram-Rhenium-Legierung ist elektrochemisch und
chemisch stabil, sehr gut verarbeitbar und weist eine hohe Wasserstoffuberspannung auf, insbesondere wenn
sie mit einer dünnen Schicht von metallischem Blei, z. B. einer Stärke von
< 0,5 um, ausgerüstet ist
Claims (10)
1. Batterie, bestehend aus einem Batteriegehäuse mit einem Deckel, positiven Elektroden mit einer
Metallbasis, die mit einer Paste aus teilchenförmigem, oxidierten Blei und/oder Bleioxiden beschichtet
ist, negativen Elektroden mit einer Metallbasis, die mit einer Paste aus Blei und/oder oxidiertem Blei
beschichtet ist, und einem Elektrolyten, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallbasis der positiven Elektrode aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung,
aus Tantal oder aus einer Titan-Tantal-Legierung besteht, und die Metallbasis der negativen
Elektrode aus Tantal, einer Titan-Tantal-Legierung oder einer Wolfram-Rhenium-Legierung, die mit
Blei, Cadmium und/oder Silber beschichtet ist, besteht.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Titan-Tantal-Legierung 0,1 bis 7 χι
Gew.-% Tantal enthält.
3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolfram-Rhenium-Legierung 0,1
bis 2,5 Gew.-% Rhenium enthält.
4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2".
zeichnet, daß der Überzug auf der Wolfram-Rhenium-Legierung 0,1 bis 20 μιτι dick ist.
5. Blei-Säure-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schwefelsäureelekirolyt
umfaßt und daß die Metallbasis der positiven )<> Elektrode aus Tantal, einer Legierung von Titan mit
0,1 bis 7 Gew.-% Tantal oder einer Legierung von Wolfram mit 0,1 bis 2,5 Gew.-% Rhenium besteht,
und die Metallbasis der negativen Elektrode aus Tantal, einer Legierung von Titan mit 0,1 bis 7 r>
Gew.-% Tantal oder einer Legierung von Wolfram mit 0,1 bis 2,5 Gew.-% Rhenium, die mit Silber, Blei
und/oder Cadmium überzogen ist, besteht.
6. Positive Elektrode für eine Blai-Säure-Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Elektrodengitter aus einer Wolfrani-Rhenium-Legierung, aus Tantal oder
einer Titan-Tantal-Legierung gebildet ist, und mit einer Paste aus teilchenförmigen! oxidiertem Blei
und/oder Bleioxiden überzogen ist. v->
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolfram-Rhenium-Legierung 0,1
bis 2,5 Gew.-% Rhenium und die Titan-Tantal-Legierung 0,1 bis 7 Gew.-% Tantal enthält.
8. Negative Elektrode für eine Blei-Säure-Batterie w
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodengitter aus
Tantal, aus einer Titan-Tantal-Legierung oder einer Wolfram-Tantal-Legierung mit einem äußeren,
dünnen Überzug aus Silber, Cadmium und/oder Blei r> besteht und auf dem Elektrodengitter eine Paste aus
Blei und/oder oxidiertem Blei aufgebracht ist.
9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wolfrani-Rhenium-Legierung 0,1
bis 2,5 Gew.-°/o Rhenium enthält und die Titan-Tan- wi
tal-Legierung 0,1 bis 7 Gew.-% Tantal aufweist.
10. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Überzug auf der Wolfram-Rhenium-Legierung
eine Dicke von 0,1 bis 20 μιη aufweist.
Die Erfindung betriff! den in den Ansprüchen näher bezeichneten Gegenstand.
Es ist bekannt, daß glatte, sehr gut haftende
Beschichtungen von Bleioxiden auf Titanoberflächen selbst als dünne Beschichtungen stabil gegen anodische
Polarisation sind und ein nicht polarisierendes Material wie Gold darstellen. Aus den US-PS 38 70 563 und
37 98 070 ist eine Bleidioxid/Titan-Elektrode in Verbindung
mit einem gelierten Schwefelsäureelektrolyten, der Titanylsuifat enthält, bekannt In der US-PS
38 84 716 ist eine Batterie beschrieben, die eine Aluminiumsubstratelektrode enthält, die mit Zink und
darauf mit Silber beschichtet ist, auf das Blei abgelagert ist.
Der Nachteil der Bleilegierungen besteht darin, daß die Batterien schwer sind, schwierig zu handhaben und
zerbrechlich sind. Die Bleilegierungen sind bisher nicht durch Aluminium und Titan ersetzt worden, da
Aluminium bei einem Potential von <-0,2V (NHE) und Titan bei einem Potential von —0,4 bis 0,2 Volt
(N H E) instabil sind. Die Beschichtung dieser Metalle mit einer Silber-Zwischenschicht ist nicht zufriedenstellend,
da die Porosität der Zwischenschicht einen Angriff der konzentrierten Schwefelsäure auf das Titangrundmaterial
zuläßt.
In der GB-PS 8 69 618 ist eine Batterie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben.
Die Metallbasis der positiven Elektrode besteht aus Titan, Zirkonium oder Legierungen auf der Grundlage
dieser Metalle und ist mit einem Überzug aus einem Edelmetall versehen. Die Metallbasis der negativen
Elektrode besteht aus Titan, Zirkonium, oder Legierungen
auf der Grundlage dieser Metalle. Die bekannte Batterie ist zwar leichter als die Batterien auf der Basis
von Bleilegierungen, sie läßt jedoch noch in mancherlei Hinsicht zu wünschen übrig, beispielsweise im Hinblick
auf die Überspannung-für Sauerstoff.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1, sowie darin verwendbare Elektroden so auszugestalten, daß eine hohe Sauerstoff- bzw. Wasserstoff-
Überspannung und somit ein hoher Faraday-Wirkungsgrad erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 bzw.
Elektroden mit den Merkmalen der Kennzeichen der Ansprüche 6 und 8.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäßen Elektroden haben den Vorteil, daß sie ein geringes Gewicht und eine geringe
Zerbrechlichkeit der Bleigrundmaterialien und Bleilegierungsgrundmaterialien aufweisen. Außerdem besitzen
die erfindungsgemäßen Elektroden eine hohe Faraday-Leistung, da sie eine geringe Überspannung für
Sauerstoff aufweisen. Die neuen Elektrodenmaterialien sind leichter, praktisch korrosionsstabil, gut elektrisch
leitend und dehnbarer als die bekannten Elektroden, was die Herstellung der endgültigen Elektrodenform
erleichtert.
Die Elektrodengrundmaterialien können für die Herstellung der positiven und der negativen Elektroden
verwendet werden, da sie eine hohe Wasserstoffüberspannung am negativen Pol und eine hohe Sauerstoffüberspannung
am positiven Pol aufweisen, und einen niedrigen Spannungsabfall in der Grenzschicht /wischen
dem Metallbiisismaierial und der aktiven Paste besitzen. Die erfindungsgemäßen Elektroden sind in der
Applications Claiming Priority (2)
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US76131577A | 1977-01-21 | 1977-01-21 | |
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DE2802509B2 true DE2802509B2 (de) | 1980-08-14 |
DE2802509C3 DE2802509C3 (de) | 1981-11-12 |
Family
ID=27116966
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2802509C3 (de) |
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- 1978-01-04 GB GB206/78A patent/GB1552304A/en not_active Expired
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- 1978-01-20 ES ES466204A patent/ES466204A1/es not_active Expired
- 1978-01-20 DE DE2802509A patent/DE2802509C3/de not_active Expired
Also Published As
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Legal Events
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DIAMOND SHAMROCK TECHNOLOGIES S.A., ZUG, CH |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HERAEUS ELEKTRODEN GMBH, 6450 HANAU, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |