DE2920654C2

DE2920654C2 - Verfahren zur Herstellung einer negativen Eisen-Elektrode

Info

Publication number: DE2920654C2
Application number: DE2920654A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl.-Phys. 3300 Braunschweig Saridakis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2920654A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gesinterten negativen, porösen Eisen-Elektrode für alkalische Akkumulatoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Negative Eisenelektroden wurden bisher in der Weise hergestellt, daß das Eisen- und gegebenenfalls Eisenoxidpulver, dem ein porenbildendes Material in Form von wasserlöslichen Salzen, insbesondere Kochsalz, zugemischt war, unter einer Schutzgasatmosphäre heiß gepreßt und/oder gesintert wurde. Insbesondere bei der Sinterung von Eisenelektroden mußten genügend hohe Ofentemperaturen im Bereich bis etwa 1200°C verwendet werden, wenn eine ausreichend stabile Elektrode erzielt werden sollte Ein besonderer Aufwand ergab sich dabei auch für die Schaffung der Schutzgasatmosphäre im Ofen sowie für die Auslösung des vorzugsweise aus Kochsalz bestehenden Füllers durch längeres Kochen der fertigen Elektrode.

Aus der DE-PS 5 83 869 ist auch schon ein Verfahren zur Herstellung von Eisen-Elektroden bekannt, bei welchem Zustatz^toffe eingesetzt werden, die sich während der Sinterung verflüchtigen oder unter Bildung von gasförmigen Verbindungen zersetzen. Auch dort sind hohe Preßdrücke und hohe Sintertemperaturen erforderlich.

Eine andere Möglichkeit der Herstellung von hochporösen Eisen-Elektroden besteht gemäß der DE-OS 26 53 983 darin, das Eisenpulver mit Kunststoffschaum zu vermischen, der durch Pyrolyse zersetzt wird. Das zurückbleibende, die Gerüststruktur des Schaumes aufweisende Metallpulver wird dann anschließend gesintert.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung negativer Eisenelektroden zu vereinfachen und zu beschleunigen. Die mit dem Verfahren hergestellten Elektroden sollten zudem mechanisch sehr stabil sein, dabei aber eine hohe Ah-Kapazität sowie einen möglichst guten Ladewirkungsgrad aufweisen.

Das diese Aufgabe lösende Verfahren zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß als porenbildendes Material Zucker oder eine seiner Verbindungen verwendet wird. Die Verwendung von Zucker oder

ίο einer Zuckerverbindung erweist sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft So wird der die Poren in dem Elektrodenkörper bildende Zucker während des Sintervorganges durch Verbrennen automatisch beseitigt, so daß ein besonderer Arbeitsgang für das Auslösen des Porenbildners nicht mehr angeschlossen zu werden braucht. Zum anderen werden durch den exothermen Verbrennungsvorgang des Zuckers örtlich extrem hohe Temperaturen erreicht, die die von dem Ofen erzeugten, relativ niedrigen Temperaturen weit übersteigen und die für eine wirkungsvolle Versinterung des Eisenpulvers und damit für einen mechanisch sehr stabilen Elektrodenkörper sorgen. Schließlich wird bei diesem Verbrennungsvorgang des Zuckers der Sauerstoff der Umgebung weitgehend gebunden, so daß die Sinterstellen vor einer Oxidation geschützt werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Eisen-Negative weisen zudem, wie Versuche gezeigt haben, eine hohe Ah-Kapazität sowie einen sehr guten Ladewirkungsgrad bei einfacher und schneller Herstellbarkeit aus

jo preisgünstigen und in ausreichender Menge zur Verfügung stehenden Eisenwerkstoffen auf. Damit eignet sich dieses Verfahren ganz besonders für den Bau von leistungsfähigen und energiereichen Akkumulatoren, insbesondere auch für Traktionszwecke bei

J5 Fahrzeugen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollten dem Eisen- unü/oder Eisenoxidpulver zweckmäßigerweise 2 bis 20Gew.-% Zucker bzw. Zuckerverbindungen zugefügt werden und die Sinterung sollte in offener

•ίο Luftatmosphäre, d. h. also mit Verzicht auf eine Schutzgasatmosphäre, bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 800⁰C, vorzugsweise bei ca. 700°C, für eine Zeit von 2 bis 15, vorzugsweise 3 bis 8 Minuten erfolgen. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zur Vorformung des Elektrodenkörpers das mit dem Zucker bzw. mit den Zuckerverbindungen vermischte Eisen- und/oder Eisenoxidpulver mit Wasser zu einer teigigen, gut streichfähigen Masse angerührt wird, die auf ein insbesondere aus Edelstahl bestehendes Trägernetz gleichmäßig verteilt

oo aufgetragen wird.

Nachfolgend wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenherstellung beschrieben: Dabei wurde zunächst aus 17 Gramm Eisenpulver und 1,3 Gramm Zucker (Glukose) sowie 2 cm³ Wasser eine teigige, gut streichfähige Masse hergestellt, die auf ein aus Nickelstreckmetall bestehendes Netz mit einer projizierten Fläche von 30 cm² und einem Gewicht von 2,235 Gramm gleichmäßig und beidseitig aufgetragen wurde. Der so hergestellte Elektrodenrohkörper wurde in einem Ofen bei 730⁰C in Luftatmosphäre sechs Minuten lang gesintert. Die fertige Elektrode hatte im trockensn Zustand ein Gewicht von 21,1 Gramm und im nassen Zustand ein Gewicht von 23,2Gramm.

Nach Einbau in eine Akkumulatorzelle mit einer passenden positiven Elektrode wurde die erl'indungsgemäße negative Eisen-Elektrode durch Zyklisieren, also durch Entladen und Beladen, formiert, das heißt auf ihre volle Ah-Kapazität gebracht, die im trockenen Zustand

220 Ah/kg betrug.

Wie sich aus diesem Beispiel zeigte, kann als Träger für den Elekirodenkörper anstelle eines Edelstahlnetzes durchaus auch ein Nickelnetz Verwendung finden.

Um bei der Verformung des Elektrodenkörpers eine gut teigige Eisenpulver-Zucker-Gemischmasse zu erreichen, sollte auf je 15 Gramm dieses Gemisches 1—2 cm³ Wasser zugesetzt werden.

Wie bereits aus dem Patentanspruch hervorgeht, kann anstelle von Zucker, vorzugsweise Glukose, auch eine Zuckerverbindung, beispielsweise ein Eisengluko-

nat, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Auch bei Verwendung einer solchen Zuckerverbindung ergeben sich die oben aufgeführten Vorteile, die insbesondere in einer wirkungsvollen Versinterung der Eisenpulverbestandteile der Elektrode ohne die Heranziehung besonders hoher Ofentemperaturen bestehen. Auch die Verwendung einer Schutzgasatmosphäre für den Sintervorgang ist entbehrlich, so daß insgesamt gesehen das erfindungsgemäße Verfahren sich durch Einfachheit und geringen Aufwand auszeichnet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer negativen, porösen Eisen-Elektrode für alkalische Akkumulatoren aus Eisen- und/oder Eisenoxidpulver, dem ein porenbildendes, während des Sintervorganges entfernbares Material zugesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als porenbildendes Material Zucker oder dessen Verbindungen verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eisen- und/oder Eisenoxidpulver 2 bis 20 Gew.-% Zucker bzw. Zuckerverbindungen zugefügt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung in offener Luftatmosphäre bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 800° C, vorzugsweise bei ca. 700° C, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung jeweils für eine Zeit von 2 bis 15, vorzugsweise 3—8 Minuten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verformung des Elektrodenkörpers das mit dem Zucker bzw. den Zuckerverbindungen vermischte Eisen- und/oder Eisenoxidpulver mit Wasser zu einer teigigen, gut streichfähigen Masse angerührt wird, die auf ein Trägernetz gleichmäßig verteilt aufgetragen wird.