DE3238533A1 - Sodium solid-state galvanic cell - Google Patents
Sodium solid-state galvanic cellInfo
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Abstract
Description
TEXT MISSING leitfähigkeit an die Seite gestellt werden.TEXT MISSING conductivity can be put aside.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Festkörperzellen mit negativer Na-Elektrode und Na -ionenleitendem Festelektrolyten neue Kathodensubstanzen mit guter Entladbarkeit und hoher Coulomb-Ausbeute nutzbar zu machen.The invention is based on the object for solid-state cells with negative Na-electrode and Na-ion-conducting solid electrolyte new cathode substances to make usable with good discharge and high Coulomb yield.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das aktive Material der positiven Elektrode aus den Verbindungen BiCl3, 8i Br3, 8iJ3 ausgewählt ist.The object is achieved according to the invention in that the active material of the positive electrode is selected from the compounds BiCl3, 8i Br3, 8iJ3.
Mit besonderem Vorteil werden diese Substanzen in einer Zelle eingesetzt, die in der älteren deutschen Patentanmeldung P 31 29 679.3 bereits beschrieben wurde und deren wesentliches Merkmal darin besteht, daß sie aus einem Stück durch Sintern von Festkprperelektrolytmaterial gebildet ist und dabei neben einem dichten, d. h. porenfreien Abschnitt mindestens einen hochporösen Abschnitt aufweist, der für die Einbringung von schmelzbarem aktiven Elektrodenmaterial vorgesehen ist. Ein solcher Compoundkörper läßt sich herstellen, indem man Pulverschüttungen des Festkörperelektrolytmaterials, von denen eine oder zwei mit einem Filler vermischt, jedoch eine Schüttung fillerfrei ist, sorgfältig übereinander schichtet und bei 0 Temperaturen oberhalb 1200 C versintert. Auf diese Weise wird nach der thermischen Zersetzung des Fillers eine komplette Zellenstruktur einschließlich der zugehörigen Kathoden-und Anodencompartments in Form selbsttragender, hochporöser Sintergerüste gebildet, die ohne Phasengrenzen in den dazwischen liegenden massiven Festelektrolytebschnitt übergehen.These substances are used with particular advantage in a cell, which has already been described in the earlier German patent application P 31 29 679.3 and their essential feature is that they are made in one piece by sintering is formed by solid electrolyte material and in addition to a dense, d. H. pore-free section has at least one highly porous section for the introduction of fusible electrode active material is provided. A Such compound bodies can be produced by adding bulk powder of the solid electrolyte material, one or two of which are mixed with a filler, but one filler-free is, carefully layered on top of each other and sintered at 0 temperatures above 1200 C. In this way, after the thermal decomposition of the filler, a complete Cell structure including the associated cathode and anode compartments in Form of self-supporting, highly porous sintered structures without phase boundaries merge into the massive solid electrolyte section in between.
Die Einbringung der erfindungsgemäßen Substanzen in das Kathodencompartment und ggfls. des Natriums in das Anodencompartment geschieht durch Eintränken im Vakuum. Dabei ist wichtig, daß die Poren des Gerüstkörpers von der aktiven Substanz gut benetzt werden und daß ferner der Dampfdruck der aktiven Kathodensubstanz nicht Werte erreicht, bei denen die Gefahr eines Angriffs auf die Natriumanode und somit einer Entladung der Zelle über die Gasphase entsteht.The introduction of the substances according to the invention into the cathode compartment and if necessary. The sodium in the anode compartment is done by soaking in a vacuum. It is important that the pores of the framework are well protected from the active substance are wetted and that, furthermore, the vapor pressure of the active cathode substance is not Reached values at which the danger an attack on the sodium anode and thus a discharge of the cell via the gas phase occurs.
Von den erfindungsgemäß einzusetzenden Wismuthologeniden schmilzt 8ich3 bei 2320C, Bi 9r3 bei 2180C und 8iJ3 bei 408°C.Of the bismuthologides to be used according to the invention, melts 8ich3 at 2320C, Bi 9r3 at 2180C and 8iJ3 at 408 ° C.
Mit der Eintränkung dieser Verbindungen in die Gerüststruktur wird eine besonders innige Verquickung zwischen aktiver Masse und Elektrolyt erzielt, die eine Voraussetzung für die gute Entladbarkeit der Kathode ist. Diese vorzugsweise Maßnahme der Erfindung stellt in der Festkörperzelle nahezu die idealen Verhältnisse her, wie sie bei herkömmlichen Flüssigkeitszellen vorliegen, wo der Flüssigelektrolyt alle Hohlräume der Feststoffelektroden, von geschlossenen Poren abgesehen, auszufüllen vermag und dadurch eine maximale Elektrodenoberfläche für die Stromlieferung erschließt. Ein ähnlicher Grad gegenseitiger, flächiger Kontaktierung wäre durch bloßes Mischen der Feststoffe nicht realisierbar, weil in diesem Fall der elektrochemische Umsatz zwangsläufig auf die diskreten geometrischen Berührungsflächen der affinen Teilchen beschränkt bliebe.With the impregnation of these compounds in the framework structure achieves a particularly intimate amalgamation between active mass and electrolyte, which is a prerequisite for the cathode to be able to be discharged well. These preferably The measure of the invention provides almost the ideal conditions in the solid-state cell as they are in conventional liquid cells, where the liquid electrolyte all cavities of the solid electrodes, apart from closed pores, to be filled and thereby opens up a maximum electrode surface for the supply of electricity. A similar degree of mutual, two-dimensional contact would be through mere mixing the solids cannot be realized because in this case the electrochemical conversion inevitably on the discrete geometric contact surfaces of the affine particles would remain limited.
Wie sich im übrigen gezeigt hat, wird aus den erfindungsgemäßen Kathodensubstanzen ohne die Na+-ionenleitende Festkörperelektrolytmatrix im Kathodenraum nur eine geringe Coulomb-Ausbeute erzielt.As has also been shown, the cathode substances according to the invention become without the solid-state electrolyte matrix which conducts Na + ions in the cathode compartment, only a small amount Coulomb yield achieved.
Erfindungsgemäß kann dem schmelzflüssigen Kathodenmaterial vor der Befüllung des porösen Ionenleitgerüstes eine sehr feinkörnige elektronenleitende Substanz (Grafit oder Ruß) beigegeben werden, um auf diese Weise in den Kathodenraum der Zelle eine zusätzliche elektronenleitende Matrix einzubauen. Diese Maßnahme ist zwar nicht prinzipiell erforderlich, erniedrigt jedoch den Innenwiderstand der Zelle erheblich.According to the invention, the molten cathode material before The porous ion guide structure is filled with a very fine-grained electron-conducting structure Substance (graphite or soot) are added to this way in the cathode compartment to incorporate an additional electron-conducting matrix into the cell. This measure is not necessary in principle, but lowers the internal resistance of the Cell considerably.
Wird kein elektronenleitendes Material zugesetzt, so wird mit zunehmender Entladetiefe der elektronenleitende Part im Kathodenraum von dem bei der Umsetzung der Kathodenmate- rialien anfallenden Metall (Bi) übernommen. Die Zusatzmenge des elektronenleitenden Materials kann 0 bis 50 Vol. %, vorzugsweise 0 bis 5 Uol. % betragen.If no electron-conducting material is added, then with increasing Discharge depth of the electron-conducting part in the cathode compartment from the one in the implementation the cathode material metal (Bi) is taken over. the The addition amount of the electron conductive material can be 0 to 50% by volume, preferably 0 to 5 uol. %.
Bei Compoundkörpern mit nur einem porösen Gerüstabschnitt kann das Na-Metall direkt auf die Gegenseite des dicht gesinterten Abschnitts aufgeschmolzen werden, während der poröse Abschnitt dem Kathodenmaterial vorbehalten bleibt.In the case of compound bodies with only one porous framework section, this can Na metal melted directly onto the opposite side of the densely sintered section while the porous section is reserved for the cathode material.
In der Figur ist eine Entladekurve für ein erfindungsgemäßes Na/Si Br3-Element mit einer porösen Festkörperelektrolytmatrix im Kathodenraum wiedergegeben. Die Entladung erfolgte mit konstanter Strombelastung von 15 uA/cm2. Bemerkenswert ist der günstige, flache Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der entnommenen Kapazität. Die erzielte Masseausbeute von ca. 10 mAh entsprach 33 % der Theorie, bezogen auf die eingesetzte Bi Br3-Menge.The figure shows a discharge curve for a Na / Si according to the invention Br3 element shown with a porous solid electrolyte matrix in the cathode compartment. The discharge took place with a constant current load of 15 uA / cm2. Remarkable is the favorable, flat voltage curve depending on the withdrawn capacity. The achieved mass yield of approx. 10 mAh corresponded to 33% of theory, based on the amount of Bi Br3 used.
eines Angriffs auf die Natriumanode und somit einer Entladung der Zelle über die Gasphase entsteht.an attack on the sodium anode and thus a discharge of the Cell arises through the gas phase.
Von den erfindungsgemäß einzusetzenden Wismuthologeniden schmilzt BiC13 bei 2320 #, Bi Br3 bei 21ßOC und Bi#3 bei 4080C.Of the bismuthologides to be used according to the invention, melts BiC13 at 2320 #, Bi Br3 at 213 OC and Bi # 3 at 4080C.
Mit der Eintränkung dieser Verbindungen in die Gerüststruktur wird eine besonders innige Verquickung zwischen aktiver Masse und Elektrolyt erzielt, die eine Voraussetzung für die gute Entladbarkeit der Kathode ist. Diese vorzugsweise Maßnahme der Erfindung stellt in der Festkörperzelle nahezu die idealen Verhältnisse her, wie sie bei herkömmlichen Flüssigkeitszellen vorliegen, wo der Flüssigelektrolyt alle Hohlräume der Feststoffelektroden, von geschlossenen Poren abgesehen, auszufüllen vermag und dadurch eine maximale Elektrodenoberfläche für die Stromlieferung erschließt. Ein ähnlicher Grad gegenseitiger, flächiger Kontaktierung wäre durch bloßes Mischen der Feststoffe nicht realisierbar, weil in diesem Fall der elektrochemische Umsatz zwangsläufig auf die diskreten geometrischen Berührungsflächen der affinen Teilchen beschränkt bliebe.With the impregnation of these compounds in the framework structure achieves a particularly intimate amalgamation between active mass and electrolyte, which is a prerequisite for the cathode to be able to be discharged well. These preferably The measure of the invention provides almost the ideal conditions in the solid-state cell as they are in conventional liquid cells, where the liquid electrolyte all cavities of the solid electrodes, apart from closed pores, to be filled and thereby opens up a maximum electrode surface for the supply of electricity. A similar degree of mutual, two-dimensional contact would be through mere mixing the solids cannot be realized because in this case the electrochemical conversion inevitably on the discrete geometric contact surfaces of the affine particles would remain limited.
Wie sich im übrigen gezeigt hat, wird aus den erfindungsgemäßen Kathodensubstanzen ohne die Na+-ionenleitende Festkörperelektrolvtmatrix im Kathodenraum nur eine geringe Coulomb-Ausbeute erzielt.As has also been shown, the cathode substances according to the invention become without the solid-state electrolyte matrix which conducts Na + ions in the cathode compartment, only a small amount Coulomb yield achieved.
Erfindungsgemäß kann dem schmelzflüssigen Kathodenmaterial vor der Befüllung des porösen Ionenleitgerüstes eine sehr feinkörnige elektronenleitende Substanz (Grafit oder Ruß) beigegeben werden, um auf diese Weise in den Kathodenraum der Zelle eine zusätzliche elektronenleitende Matrix einzubauen. Diese Maßnahme ist zwar nicht prinzipiell erforderlich, erniedrigt jedoch den Innenwiderstand der Zelle erheblich.According to the invention, the molten cathode material before The porous ion guide structure is filled with a very fine-grained electron-conducting structure Substance (graphite or soot) are added to this way in the cathode compartment to incorporate an additional electron-conducting matrix into the cell. This measure is not necessary in principle, but lowers the internal resistance of the Cell considerably.
Wird kein elektronenleitendes Material zugesetzt, so-wird mit zunehmender Entladetiefe der elektronenleitende Part im Kathodenraum von dem bei der Umsetzung der Kathodenmate-If no electron-conducting material is added, then with increasing Discharge depth of the electron-conducting part in the cathode compartment from the one in the implementation the cathode material
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823238533 DE3238533A1 (en) | 1982-10-18 | 1982-10-18 | Sodium solid-state galvanic cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19823238533 DE3238533A1 (en) | 1982-10-18 | 1982-10-18 | Sodium solid-state galvanic cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3238533A1 true DE3238533A1 (en) | 1984-04-19 |
Family
ID=6175979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19823238533 Ceased DE3238533A1 (en) | 1982-10-18 | 1982-10-18 | Sodium solid-state galvanic cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3238533A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1039067C (en) * | 1991-03-31 | 1998-07-08 | 广州电池厂 | Mercury-free zinc-manganese cell with paperboard partition |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3725132A (en) * | 1970-09-14 | 1973-04-03 | Catalyst Research Corp | Solid state thermally active battery |
DE3007631A1 (en) * | 1980-02-29 | 1981-09-10 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | GALVANIC SOLID CELL |
DE3026141A1 (en) * | 1980-07-10 | 1982-02-18 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | GALVANIC FIXED ELECTROLYTE CELL |
-
1982
- 1982-10-18 DE DE19823238533 patent/DE3238533A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3725132A (en) * | 1970-09-14 | 1973-04-03 | Catalyst Research Corp | Solid state thermally active battery |
DE3007631A1 (en) * | 1980-02-29 | 1981-09-10 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | GALVANIC SOLID CELL |
DE3026141A1 (en) * | 1980-07-10 | 1982-02-18 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | GALVANIC FIXED ELECTROLYTE CELL |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1039067C (en) * | 1991-03-31 | 1998-07-08 | 广州电池厂 | Mercury-free zinc-manganese cell with paperboard partition |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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