DE3134309C1 - Verbundelektrode fuer alkalische Akkumulatoren - Google Patents

Verbundelektrode fuer alkalische Akkumulatoren

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Description

50
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Verbundelektrode für alkalische Akkumulatoren, insbesondere Nickel/Eisen-Akkumulatoren, aus metallischem Gitter mit Gitterstäben und Gitterstabzwischenräumen, Kunststoffauflage auf beiden Seiten des metallischen Gitters, eingebrachter aktiver Masse und Vliesabdekkung. Vorzugsweise sind die beidseitigen Kunststoffauflagen in den Gitterzwischenräumen miteinander verschweißt, so daß sie im übrigen Bereich gleichsam Taschen für die eingebrachte aktive Masse bilden, die durch die Vliesabdeckung verschlossen sind.
Die bekannten, gattungsgemäßen Verbundelektroden (DE-PS 27 10 907, DE-PS 27 10 908, DE-PS 28 23 725, DE-PS 28 23 771) mögen grundsätzlich sowohl für sogenannte Bleiakkumulatoren als auch für alkalische Akkumulatoren (z. B. Nickel/Eisen-Akkumulatoren, Nickel/Kadmium-Akkumulatoren, Silber/Zink-Akkumulatoren) eingesetzt werden können. Bewährt haben sie sich insbesondere für Bleiakkumulatoren. Die bei solchen Verbundelektroden stattfindende »Panzerung« der aktiven Masse ohne metallische »Taschung« hat den großen Vorteil der weit besseren Elektrolytdurchlässigkeit. Ein zur metallischen Eintaschung der aktiven Masse üblicherweise benutztes Blech hat beispielsweise Öffnungen in der Größenordnung zwischen 15 bis 25% der geometrischen Fläche. Bei den gattungsgemäßen Verbundelektroden erlaubt die Vliesabdeckung durch Porosität eine Öffnung von über 80%. Bei alkalischen Akkumulatoren zeigen sich jedoch aus anderen Gründen Schwierigkeiten. Die aktive Masse wird für den elektrochemischen Lade-Entladevorgang nur zu wenigen Prozent und damit schlecht ausgenutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Verbundelektrode so weiter auszubilden, daß bei Einsatz in alkalischen Akkumulatoren die aktive Masse wesentlich besser ausgenutzt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zwischen Kunststoffauflage und Vliesabdeckung eine metallisch leitende, aber elektrolytdurchlässige Zwischenschicht angeordnet ist. Grundsätzlich ist es bei Verbundelektroden für alkalische Akkumulatoren bekannt (DE-OS 22 54 319) eine Vlieslage mit einer metallisch leitenden Schicht in Form einer perforierten Metallfolie zu kombinieren. Bei dieser bekannten Ausführungsform handelt es sich jedoch um eine metallische Taschung, ähnlich der eingangs Beschriebenen, wobei die perforierte Metallfolie außen auf die Vliesschicht aufgebracht ist. — Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten für die Ausbildung und Gestaltung der Zwischenschicht. So kann die Zwischenschicht als Metallfolie oder Metallblech ausgeführt und für den Durchlaß des Elektrolyten mit Löchern versehen sein. Die Zwischenschicht kann aber auch als Gewebe, Gewirke oder Vlies aus natürlichen und/oder künstlichen nichtmetallischen Fasern und/oder Fäden ausgeführt sein und die Fasern und/oder Fäden zumindest teilweise metallisiert sein. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung besteht die Zwischenschicht aus einer Metallisierung, die auf die Vliesabdeckung auf der der Kunststoffauflage zugewandten Seite aufgebracht ist. Diesem Vorschlag kommt besondere Bedeutung zu, weil bei dieser Ausführungsform zusätzliche Bauteile für die Zwischenschicht in Form einer Folie, eines Bleches, eines Gewebes, eines -Gewirkes . bzw. einer besonderen Vlieszwischenlage nicht erforderlich sind. Die Metallisierung von Vliesabdeckungen ist bei Verbundelektroden an sich bekannt (US-PS 29 85 701). Arbeitet man im Rahmen der Erfindung für die Herstellung der Zwischenschicht mit einer Metallisierung, so kann die Metallisierung auf verschiedene Weise erzeugt werden. Insbesondere können die entsprechenden Metalle aufgedampft oder galvanisch abgeschieden werden.
Im Rahmen der Erfindung kann es zur Stabilisierung der Kontaktverhältnisse zwischen Zwischenschicht und aktiver Masse zweckmäßig sein, auch die Vliesabdekkung in besonderer Weise auszubilden. Dazu lehrt die Erfindung, daß in Kombination zu den vorbeschriebenen Maßnahmen die Vliesabdeckung eine Porenweite von lediglich 1 bis 10 μπι aufweist. Man verhindert so, daß die aktive Masse beim Lade/Entladespiel durch die Vliesabdeckung in den freien Elektrolyten eintritt. Im übrigen versteht sich von selbst, daß eine erfindungsgemäße Verbundelektrode zum Zwecke des Einsatzes in alkalischen Akkumulatoren und insbesondere in Nickel/ Eisen-Akkumulatoren auch die erforderliche mechani-
sehe Stabilität aufweisen muß, wobei zu berücksichtigen ist, daß die betrieblichen Volumenänderungen bei alkalischen Akkumulatoren und insbesondere Nickel/ Eisen-Akkumulatoren im Vergleich zur aktiven Masse eines Bleiakkumulators einen wesentlich größeren Quelldruck bewirken.
Handelt es sich um einen Nickel/Eisen-Akkumulator, so empfiehlt die Erfindung, daß die Zwischenschicht aus einer Nickellegierung oder einer vernickelten Stahllegierung besteht. Beispielsweise kann mit einem vernickelten Stahlnetz oder mit vernickelten Stahldrähten oder Fasern gearbeitet werden. Bei anderen alkalischen Akkumulatoren ist die Zwischenschicht zweckmäßigerweise nach Maßgabe der eingesetzten Metalle aufgebaut. Stets ist es vorteilhaft, die Zwischenschicht mit dem metallischen Gitter leitend zu verbinden. Dieser Ausführungsform der Erfindung kommt besondere Bedeutung zu.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei einer erfindungsgemäßen, in alkalischen Akkumulatoren eingesetzten Verbundelektrode die aktive Masse eine wesentlich bessere Ausnutzung erfährt. Man erreicht ohne Schwierigkeiten eine Ausnutzung von über 50%, bezogen auf das theoretische Faradayäquivalent. Das gilt insbesondere für Nickel/Kadmium-Akkumulatoren. Die erfindungsgemäße Elektrode ist eine »offen«-gekapselte Verbundelektrode für alkalische Akkumulatoren. Da die aktive Masse außer ihrer inneren Ableitung über das metallische Gitter noch die Ableitung über die metallische Zwischenschicht aufweist, entwickelt die Verbundelektrode auch über viele Lade-Entladevorgänge eine stabile Kapazität. Überraschenderweise muß die Zwischenschicht nicht notwendig mit der inneren Ableitung, d.h. dem metallischen Gitter verbunden sein, obwohl sich, wie erwähnt, diese Kontaktierung empfiehlt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung und vergrößert
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbundelektrode, ausschnittsweise,
F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach F i g. 1 und
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform.
Die in den Figuren dargestellte Verbundelektrode besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem metallischen Gitter 1, 2 mit Gitterstäben 1 und Gitterstabzwischenräumen 2, einer Kunststoffauflage 3 auf beiden Seiten des metallischen Gitters 1, wobei im Ausführungsbeispiel diese Kunststoffauflagen 3 in den Gitterstabzwischenräumen 2 miteinander verschweißt sind, der eingebrachten aktiven Masse 4 und einer Vliesabdeckung 5.
Man erkennt, daß zwischen Kunststoffauflage 3 und Vliesabdeckung 5 eine metallisch leitende, aber elektrolytdurchlässige Zwischenschichte angebracht ist. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 mag die Zwischenschicht 6 als Metallfolie oder Blech ausgeführt sein, wobei für den Durchlaß des Elektrolyten Löcher 7 vorgesehen sind. Es mag sich hier aber auch um ein Gewebe, Gewirke oder Vlies handeln. Insoweit ist die Darstellung in F i g. 1 schematisch. Die metallische Zwischenschicht 6 kann hier auch vollständig aus Metall bestehen, es besteht aber auch die Möglichkeit die Zwischenschicht als Gewebe, Gewirke oder Vlies aus natürlichen und/oder künstlichen nicht metallischen Fasern oder Fäden aufzubauen, die durch Beschichtung zumindest teilweise metallisiert sind. In Fig.2 ist angedeutet worden, daß die Metallisierung und damit die Zwischenschicht 6 auch unmittelbar auf die Vliesabdeckung 5 aufgebracht sein kann, und zwar auf der der Kunststoffauflage 3 zugewandten Seite. Es versteht sich von selbst, daß dabei nur die Fasern im Vlies eine metallische Beschichtung besitzen und die Vliesabdeckung insgesamt elektrolytdurchlässig bleibt. Sie mag eine Porenweite von 1 bis 10 μπι aufweisen.
In F i g. 3 ist angedeutet worden, daß die Zwischenschicht 6 insgesamt S-förmig und dabei gleichsam mit dem mittleren S-Bogen auch über das metallische Gitter 1 geführt sein kann. Man erreicht so auf einfache Weise, daß die Zwischenschicht 6 mit dem metallischen Gitter 1 leitend verbunden ist. Im übrigen kann bei dieser Ausführungsform die Zwischenschicht 6, ist sie als Gewebe, Gewirke oder Vlies bzw. als Blech ausgeführt, auch die mechanische Stabilität der Verbundelektrode verbessert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verbundelektrode für alkalische Akkumulatoren, insbesondere für Nickel/Eisen-Akkumulatoren, aus metallischem Gitter mit Gitterstäben und Gitterstabzwischenräumen, Kunststoffauflage auf beiden Seiten des metallischen Gitters, eingebrachter aktiver Masse und Vliesabdeckung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kunststof fauflage (3) und Vliesabdeckung (5) eine metallisch leitende, aber elektrolytdurchlässige Zwischenschicht (6) angeordnet ist.
2. Verbundelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) als Metallfolie oder Metallblech ausgeführt ist und Löcher (7) für den Durchlaß des Elektrolyten aufweist.
3. Verbundelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) als Gewebe, Gewirke oder Vlies aus Metallfasern und/oder Metallfaden besteht.
4. Verbundelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) als Gewebe, Gewirke oder Vlies aus natürlichen und/oder künstlichen nichtmetallischen Fasern und/ oder Fäden ausgeführt ist und die Fasern und/oder Fäden zumindest teilweise metallisiert sind.
5. Verbundelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) aus einer Metallisierung besteht, die auf die Vliesabdekkung (5) auf der der Kunststoffauflage (3) zugewandten Seite aufgebracht ist.
6. Verbundelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination dazu die Vliesabdeckung (5) eine Porenweite von 1 bis ΙΟμπι aufweist.
7. Verbundelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der Ausführungsform für Nickel/Eisen-Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) aus einer Nickellegierung oder einer vernickelten Stahllegierung, z. B. aus vernikkeltem Stahlnetz besteht.
8. Verbundelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (6) mit dem metallischen Gitter (1) leitend verbunden ist.
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