DE3247309C2 - Galvanische Stromquelle - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein elektroaktiver Stoff für Stromquellen, vorzugsweise für Sekundärelemente, nämlich eine Komplexverbindung eines Übergangsmetalls mit basischen organischen Liganden, vorzugsweise mit Schiffschen Basen, in polaren organischen Lösungsmitteln, Wasser bzw. deren Gemischen. Der erfindungsgemäße elektroaktive Stoff ist durch hohe Normalpotentialdifferenz, elektrochemische Umkehrbarkeit der Anoden- und Kathodenvorgänge gekennzeichnet und wirkt nicht korrosiv auf Metalle.
Description
1. Beispiel .
Als elektroaktiver Stoff der Stromquelle wurde ein Nickelkomplex eingesetzt — (Ni(II)) mit N.N'-Äthylenbis(SalizyIdenoimin)-(Salen
H7) gelöst in 0,1 M (C2Hs)4NCIO4 [TEAP] in Dimethylformamid — (DMF). Die
Desoxidation der Lösung erfolgt durch Durchlassen von trockenem Stickstoff; Elektroden aus Platindraht von 5
0,6 mm 0 und 8 mm Länge. Schema des Elements vorder Ladung:
Pt I Ni (Sälen), (0,1 M TEAP in DMF) j Ni (Sälen), 0,1 M TEAP in DMF) | Pt
Normalpotentialdifferepz beider Elektroden dieses Elements 10
£b=- U9 V,fc-0.7t x 10-2 cm/s, an der Anode
E0 = + 0,87 V. k% = 0,72 χ 10-2 cm/s.
E0 = + 0,87 V. k% = 0,72 χ 10-2 cm/s.
Die Potarisationsgeschwindigkeit Vp=50m''/s, Temperatur = 25°C\ die Konzentration des Ni(iialen) = 20
2xlO-JM.
Die Normalpolcntiale E0 (gegen wäßrige gesättigte QuecksilberfJj-chlorid-Elektrode, NEK) wurden als arithmetischer
Mittelwert der Anode- und Katode-Peakpotentiale (Fig. 1) gemessen. Die konstanten Standardgeschwindigkeiten
des Normalladungsaustauschs ks wurden nach der Nicholson-Methode (Anal. Chem, 44,1946,
[1965J) aufgrund der Abhängigkeit der Anode- und Katode-Peakpotentiale von der Polarisationsgeschwindig- 25
keil berechnet.
2. Beispiel
Als clcklroaktivcr Stoff der Stromquelle wurde N.N'-Äthylen-bisisalizyldenoiminatoJ-KobaltOIHCoiSalen)), 30
gelöst in 0,1 M TEAP in Hexamethyltriamid der Phosphorsäure (HMPT), eingesetzt Schema des Elements vor der Ladung:
35 Normalpotentialdifferenz beider Elektroden dieses Elements
Potentiale E0 und konstante Ladungsaustauschgepchwindigkeiten A, wurden wie im 1. Beispiel ermittelt.
Die Kurve der cyclischen Voltametrie (F ig. 2) wurde unter folgenden Bedingungen registriert:
iiie Konzentration des Co(Salen): 2 χ 10-J M, die Polarisationsgeschwindigkeit 50 mV/s,
Claims (1)
- ., '■ . .--■ /- Patentanspruch: ■-:- ,Galvanische Stromquelle mil zwischen zwei inerten Elektroden befindlichen elektroakiivem Stoff auf der Basis einer Komplexverbindung eines Obergangsmetalls mit basischen organischen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Komplexverbindung eines mit SchifFschen Basen im polaren organischen Lösungsmittel, Wasser bzw. deren Gemischen darstelltGegenstand der Erfindung ist eine galvanische Stromquelle, vorzugsweise ein Sekundärelement gemäß Oberbegriff des Anspruchs.Die Wirkung elektrischer Stromquellen stützt sich taf heterogene Oxidations- und Reduktionsvorgänge elektroaktiver Stoffe. Dabei ist die Gewinnung elektrischer Energie nur bei genügend hoher Normalpoientialt5 differenzderRedoxsysteme möglich, die bei genügend hoher Stromdichte den Elektrodenvorgängen im Anode- und Katoderaum unterliegen.Bei den Elektrodenvbrgängen der Stromquel'sn unterliegt der elektroaktive Stoff der Oxidation an der Anode und der Ruiiktion an der Katode. Typische elektroaktive Stoffe können also sein: flüssiges Natrium als Anode cs\usto Πίΐ«Λβ*Μ· Q/»K^i/»f^l alc Ifatrvic» mit «>inj»m fjact^n J?\&\r*rrA\it Aar-r R KlptritiminnAii pnlhöltDie Verwendung dieser Stoffe ist jedoch unbequem und lästig, u. a. wegen der großen Toxizität des flüssigen Natriums.In den aus den US-PS 37 91 867, 38 27 910, 38 64 167 und nach der DE-PS 29 37 717 bekannten Lösungenwerden bei nichtwäßrigen umkehrbaren Elementen als elektroaktive Stoffe für die Anode Alkalimetalle bzw.Erdalkalimetalle mit beträchtlicher Elektronegativität verwendet; dagegen ist der elektroaktivs Stoff für dieKatode eine aus Halogenen bzw. aus Chalkogenen bestehende Mischung. iäe in einer Matrize der leitendenSubstanz fixiert istAls Elektrolyt dient ein Salz der Alkalimetalle bzw. Erdalkalimetalle. Manchmal ist jedoch eine Beseitigung der Elektrodenreaktionsprodukte von den Elektroden bzw. aus dem Elektrodenraum notwendig, was die Anwendung dieser elektroaktiven Stoffe in einem größeren Maßstab unmöglich macht.In der überwiegenden Mehrzahl der bekannten Stromquellen ist eine sorgfältige Trennung des Anode- und Katoderaumes erforderlich, da die Vermischung der elektrolytischen Substanz im Anode- und Katoderaum zu einer nicht umkehrbaren D/2saktivierung des Elements führtIn der bekannten und breit verwendbaren Stromquelle, die eine Bleizelle darstellt, spielt Pb[II] in 30%igcr Schwefelsäurelösung die Rolle des elektroaktiven Stoffes sowohl für die Anode als auch für die Katode. Beim Ladevorgang wird Pb[Il] entsprechend zu Pb[O] und Pb[IV] an der Katode und Anode reduziert und oxidiert. Wichtigste Nachteile dieses Elements sind große Elektrodenmasse und korrosive Angreifbarkeit der Elektrolytlösung gegenüber den Metallen.Es hat sich erwiesen, daß der erfindungsgemäße elektroaktive Stoff für Stromquellen eine genügend hoheNormalpotentialdifferenz der Elektroden und eine niedrige Ladeüberspannung gegenüber der Bclriebsspan-nung aufweist Er gestattet die Anwendung von billigen und leichten Elektrodenstoffen und wirkt nicht korrosiv auf die Metalle. Außerdem setzt er sich an den Elektroden nicht ab und scheidet sich im Elektrodcra um nicht uus, wodurch die Elektrodenreaktionsproduktc nicht beseitigt werden müssen.Der erfindungsgemäße Stoff für Stromquellen, vorzugsweise für Sekundärelemente, ist eine Komplcxverbindung eines Obergangsmetalls mit den Schiffschen Basen in polaren organischen Lösungsmitteln, Wasser bzw. deren Gemischen.Als Obergangsmetalle werden im erfindungsgemäßen elektroaktiven Stoff insbesondere solche Metalle wie Nickel, Kobalt, Eisen,Chrom, Mangan, Kupfer,Titan bzw. Vanadium verwendet.Als organische Liganden werden Schiffsche Basen, und darunter insbesondere Äthylcndiamindcrivutc verwendet.Angenommen für den erfindungsgemäßen elektroaktivpn Stoff die Bezeichnung MeL (Me — Übergangsmetall, L — Liganden). Wird in der Stromquelle im Ladezyklus MeL an der Katode mit der Erzeugung von MeL,
reduziert, so findet dagegen im Arbeitszyklus der umgekehrte Vorgang statt, d. h. McL wird an der Anode im Ladezyklus zu MeL+ oxidiert Im Arbeitszyklus ist der Vorgang umgekehrt.Die Anoden- und Katodenvorgänge sind elektrochemisch umkehrbar. Dies bedeutet, daß derselbe elcktroaktive Stoff ein Sustrat während der Ladung und ein Produkt während der Arbeit an beiden Elektroden des Elements ist, und die Geschwindigkeit dieser Vorgänge durch die Transportgeschwindigkeit kontrolliert wird.Zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen elektroaktiven Stoffes ist die hohe Ausbeute an elektrischerEnergie aus der Masseneinheit sowie die Einsatzmöglichkeit der diesen Stoff verwendenden Stromquelle beitiefen Temperaturen. Außerdem bewirkt das Vermischen des erfindungsgemäßen elektroaktiven Stoffes imAnode- und Katoderaum keine umkehrbare Desaktivierung der Stromquelle. Es ist also eine Wiedcraufladungmöglich.Der Gegenstand der Erfindung wird näher in den Ausführungsbeispielen definiert, die allerdings den Anwendungsbereich nicht begrenzen. In den F i g. 1 und 2 werden die Kurven der cyclischen Voltametrie entsprechend den im 1. und 2. Beispiel angegebenen Bedingungen dargestellt.
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Legal Events
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Ipc: H01M 8/20 |
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