DE3326193A1 - Elektrode fuer ein organisches element und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Elektrode fuer ein organisches element und verfahren zu deren herstellung

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Hiromochi Nagoya Muramatsu
Atsushi Toyokawa Watanabe
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Description

  • Elektrode für ein organisches Element und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft ein organisches Element, bei dem als aktives Elektrodenmaterial ein elektrizitätsleitendes, organisches Polymer verwendet wird, und eine Elektrode für ein solches organisches Element.
  • Bei den bekannten organischen Elementen ist der Kontakt zwischen einem Polyacetylenfilm £nachstehend als (CH)x-Film bezeichnet3 und einer Stromabnahme; elektrode (beispielsweise einer Platinelektrode) dadurch hergestellt worden, daß die Stromabnahmeelektrode einfach durch Ausüben eines Druckes an einem Teil der Oberfläche des (OH) -Films angebracht bzw. bex festigt wurde. Wenn Betrachtungen über das Abnahmestrompotential von dem Element angestellt wurden, ist infolgedessen immer der Kontaktwiderstand zwischen dem (OH) -Film und der Elektrode erörtert worden, x und daher ist in dieser Hinsicht eine Verbesserung erforderlich gewesen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, den Kontakt zwischen dem (CH)x-Film und der Elektrode zu verbessern, um den Entlade- bzw. Abnahmestrom der Zelle zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Elektrode gelöst.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem organischen Element, in das eine solche Elektrode eingebaut ist.
  • Erfindungsgemäß wird (CH)x unmittelbar auf einem porösen, geschäumten Metall polymerisiert und wachsen gelassen, d. h., daß (CH3X in einer solchen Weise wachsen gelassen wird daß es sozusagen das "Fleisch" auf dem als "Skelett" (Gerüst) dienenden, geschäumten Metall ergibt. Der Kontakt zwischen (OH) und der Elektrode wird dadurch im Vergleich zum Stand der Technik in außerordentlichem Maße verbessert.
  • Dies führt auch zu einer vergrößerten Kontaktfläche zwischen (CH) und der Elektrode, wodurch der Momentanx Entladestrom erhöht wird. Da die wirksame Oberfläche des (ob) x-Films größer wird als im Falle der Synthetisierung des (CH)x-Films auf einem plattenförmigen Material, wird des weiteren eine entsprechend größere Menge eines Dotierstoffs eindringen oder hinausgehen gelassen, wodurch die Erzielung eines noch höheren Ausmaßes der Stromabnahme ermöglicht wird. Die Synthese von (CH) kann beispielsweise nach dem Verfahren von Shirakawa u. a. unter Anwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators des Ti(OBu)4-Al(O2H5)3-Systems [siehe H. Shirakawa und S. Ikeda: Polymer. J. 2 (1971) 231 und H. Shirakawa, 1. Ito und S. Ikeda: a.a.O., 4 (1971) 460] durchgeführt werden. In Kürze, das Verfahren von Shirakawa u. a. besteht darin, daß auf die Wand eines Reaktionsbehälters ein Polymerisationskatalysator (AlEt -Ti Al/Ti = zuaufgesprüht wird und daß dann in den Reaktionsbehälter Acetylengat; eingeleitet wird, um an der Wand des Reaktionsbehälters Acetylen zu polymerisieren. Die erfindungsgemäße, ein organisches Polymer enthaltende Elektrode kann hergestellt werden, indem man die Acetylenpolymerisation nach dem erwähnten Verfahren von Shirakawa u. a. auf einem porösen Metall durchführt. Der auf diese Weise synthetisierte (CH)x-Film, der mit Li dotiert ist, wird mit der Kathode verbunden, während der mit C10- dotierte (CH>x-Film mit der Anode verbunden wird, und diese Filme werden in ein Zellengehäuse, das mit einem desoxidierten und dehydratisierten Elektrolyten gefüllt ist, eingesetzt. Wenn die Anode und die Kathode, die auf diese Weise angeordnet sind, kurzgeschlossen werden, wird dazwischen ein elektrischer Strom fließen gelassen. Da dieses Element ein Sekundärelement ist, kann es nach der Entladung wieder geladen werden, so daß von dem Element wiederholt Strom abgenommen werden kann.
  • Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung. Bei einem in der Zeichnung gezeigten, porösen Metall 1 handelt es sich beispielsweise um einen Schaumkörper aus Nickel mit einer Dicke von 1 nim, der in geeigneter Weise geformt ist, so daß er an die äußere Gestalt des Elements angepaßt ist. Außer einem solchen geschäumten Metall kann auch ein Pulversinterkörper aus Metall verwendet werden. Als Metall kann Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Chrom-Aluminium, Silber, Platin oder ein anderes, ähnliches Metall, das in der Zelle bzw. dem Element keine elektrochemische Reaktion hervorruft, verwendet werden. In einigen Fällen kann Kupfer oder Kupfer-Nickel eingesetzt werden. Filme 2 und 3 bestehen aus einem elektrizitätsleitenden, organischen Polymer, beispielsweise Polyacetylen, das unmittelbar auf dem poröser, Metall polymerisiert und einer Behandlung, beispielsweise einem chemischen oder -elektrochemischen Dotieren, unterzogen ? wurde, um eine geeignete elektrische Leitfähigkeit zu erhalten. Außer Polyacetylen kann Poly--pyrrol oder ein- anderes Polymer, das auf dem porösen Metall direkt -oder indirekt synthetisiert werden kannj verwendet werden. Ein Elektrolyt 4 kann beispielsweise hergestellt werden, indem LiC104 unter Erzielung einer Konzentration von 1 mol/dm3 in Propylencarbonat gelöst wird. LiCl04 kann beispielsweise durch LiBF4, (n-Bu)4tICl04 (n-Bu)4NPF6, (C2H5)4NC104 oder (OH3) 4N0104 ersetzt werden. Als Elektrolytlösungsmittel können außer Propylencarbonat Substanzen wie z. B. ft-Butyrolacton, Tetrahydrofuran, 1,2-Dimethoxyethan oder Acetonitril oder ~ eine Mischung solcher Substanzen verwendet werden. Bei einem Trennelement 7 kann es sich um ein Faservlies aus Polypropylen oder Polyamiden handeln. Eine Anschlußleitung 8 verbindet das Metall 1 mit einem Anschlußteil bzw. Klemmenelement 5 oder 6. Ein Zellengehäuse 9 ist aus einem Material, das durch den Elektrolyten nicht korrodiert wird und eine hohe Luftundurchlässigkeit zur Verftigung stellen kann, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, hergestellt. Falls das Element plattenförmig ist, kann außer rostfreiem Stahl eine vierschichtige Folie verwendet werden, die gebildet wird, indem eine Aluminiumfolie schichtweise zwischen Polyesterharzfolien angeordnet wird und indem ferner auf eine Seite davon eine wärmeempfindliche Klebstoffolie laminiert wird.
  • Ein Isolator 10 ist vorgesehen, um einen Kontakt des Anschlußteils 5 oder 6 mit dem Zellengehäuse 9 zu verhindern.
  • Beispiel Geschäumtes Nickel (Cellmet, hergestellt von Sumitomo Denko, Ltd.; Anzahl der Zellen: 11-17/25,4 mm; 20 mm x 20 mm) wurde In einen Reaktionsbehälter eingefüllt, und die innere Atmosphäre des Reaktionsbehälters wurde in ausreichendem Maße durch Stickstoff ersetzt.
  • Dann wurden 10 ml eines Katalysators [AlEt3-Ti(OBu)4; Al/Ti = 4) in den Reaktionsbehälter hineingebracht* und der Reaktionsbehälter wurde gut entgast. Der Katalysator wurde auf 7800 abgekühlt, und zu einem Zeitpunkt, als sich der Katalysator auf dem geschäutnten Metall gut abgeschieden hatte, wurde Acetylengas in den Reaktionsbehälter eingeleitet und polymerisiert.
  • Nach einstundigem Polymerisieren bei -78°C unter einem Gasdruck von 1.013 mbar wurde der Katalysator mit Methylenchlorid weggewaschen. Ein Paar auf diese Weise hergestellte, geschäumte Nickelelektroden mit einem (CH)x-Film wurde in einen durch Auflösen von BiCl04 in Propylencarbonat bis zur Erzielung einer 3 Konzentration von 1 mol/dm hergestellten Elektrolyten eingesetzt, wodurch ein Element gebildet wurde.
  • Als dieses Element 60 min lang mit 10 mA geladen und dann entladen wurde, wurde ein Stromfluß von etwa 25 mA/cm2 erhalten. Zum Vergleich wurde ein ähnlicher Versuch mit einem gebräuchlichen Polyacetylenelektroden-Element durchgeführt, bei dem eine Stromabnahmeelektrode einfach durch Ausüben von Druck an einem Teil eines (CH)x-Films angebracht bzw. befestigt worden war. Das Ergebnis zeigte einen Stromfluß von nur etwa 16 mA/cm2. Daraus geht hervor, daß die erfindungsgemäße Elektrode die Stromabnahme pro Flächeneinheit auf etwa das l,6-fac-he im Vergleich zu der gebräuchlichen Elektrode verbessern kann.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Elektrode für ein Örganisches Element, bei dem als aktives Elektrodenmaterial ein elektrizitätsleitendes, organisches Polymer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einem porösen Metall (1) und einem darauf synthetisierten, elektrizitätsleitenden, organischen Polymerfilm (2, 3) besteht.
  2. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Metall (1) ein Schaumkörper aus einem aus Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Chrom-Aluminium, Kupfer, Kupfer-Nickel, Silber und Platin ausgewählten Metall ist.
  3. 3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Metall (1) ein Schaumkörper aus Nickel ist.
  4. 4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Metall (1) ein Pulversinterkörper aus einem aus Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Chrom-Aluminium, Kupfer, Kupfer-Nickel, Silber und Platin ausgewählten Metall ist.
  5. 5. Elektrode nach Anspruch 1, -dadurch gekennzeichne-t#-, daß das elektrizitätsleitende, organische Polymer (2, 3-) Polyacetylen ist.
  6. .6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrizitätsleitende, organische -Polymer (2, 3) Polypyrrol ist.
  7. 7. Organisches Element, das die Elektrode nach Anspruch 1 enthält.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Acetylen unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators auf einem porösen Metall polymerisiert wird, um auf dem porösen Metall einen Polyacetylenfilrn in situ zu synthetisieren
DE19833326193 1982-07-21 1983-07-20 Elektrode fuer ein organisches element und verfahren zu deren herstellung Withdrawn DE3326193A1 (de)

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