DE3519090A1

DE3519090A1 - Galvanisches element mit einer polymerelektrode

Info

Publication number: DE3519090A1
Application number: DE19853519090
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Phys. 6233 Kelkheim Bittihn; Georg 6246 Glashütten Ely
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1986-12-04

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit mindestens einer Elektrode, deren aktives Material aus einer mit Kationen oder Anionen dotierbaren, leitfähigen organischen Polymerverbindung von polykonjugierter Struktur besteht und die einen Alumininmableiter besitzt, wobei die Polymerverbindung aus dem jeweils zugrundeliegenden Monomeren an einer auf den Aluminiumableiter aufgebrachten korrosionsstabilen Schwermetallschicht elektrochemisch abgeschieden ist.
Bei ihrer Herstellung nach bekannten Verfahren fällt die genannte Polymerverbindung gewöhnlich in Folien~ form an, indem sie die Wand des Reaktionsgefäßes filmartig bedeckt. Sie wird darauf von dem flüssigen Reaktionsmedium, etwa der Suspension eines Ziegler-Natta-Katalysators in einem organischen Lösungsmittel, abgetrennt, gereinigt und weiter verarbeitet.
Die Synthese erfolgt ohne Bezug auf die vorgesehene Elektrodenfunktion und -anordnung in der elektrochemischen Zelle, insbesondere ohne gleichzeitige Verbindung mit einem elektronenleitenden Träger. Diese wurden früher im Nachhinein als Ableiterdrähte oder Metallnetze lediglich durch mechanischen Druck an den Polymerfolien angebracht, während man in der Folgezeit auf verschiedene Maßnahmen verfiel, die eine chemische oder physikalisch-chemische Anbindung des Polymermaterials an den metallischen Ableiter mit dem Vorteil eines geringen Übergangswiderstandes zum Ziele hatten.
Bekannt ist z.B. aus der JP-OS 59-12 576 (= DE-OS 33 24 968) die Vakuumbedampfung eines blattförmigen Polyacetylens, welches anschließend einer Rückstoßionenimplantation unterworfen wird, bei der Aluminiumatome aufgrund hoher kinetischer Energie in das leitfähige Polymer eindringen, so daß sich ein guter Metall, Kunststoff-Verbund ergibt.
Erfahrungen mit Aluminiumableitern, auch solchen, bei denen entweder das blanke Metall selbst oder ein seine natürliche Oxidhaut mit einschließender Fremdmetallüberzug als Substrat für eine elektrochemische Polymer-Abscheidung dienten, haben indesssen gezeigt, daß selbst in geringsten Spuren im organischen Elektrolyten vorhandenes Wasser die Polymerelektrode unbrauchbar macht.
Da sich der Wassergehalt organischer Elektrolyte nur mit erheblichem, kostenintensiven Aufwand auf tolerierbare Werte (400 ppm) herabsetzen läßt, stellte sich die Aufgabe, für ein galvanisches Element nach dem eingangs formulierten Gattungsbegriff eine gegen Wasserverunreinigungen des Elektrolyts unempfindliche Polymerelektrode anzugeben, ohne auf einen Aluminiumableiter, weil dieser aufgrund seines geringen spezifischen Gewichts einen wesentlichen Vorteil besitzt, zu verzichten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abscheidungsunterlage für das Schwermetall eine durch Beizen von ihrer natürlichen Oxidbedeckung befreite Aluminiumoberfläche ist.
Für die Auswahl des Schwermetalls ist neben der selbstverständlichen Elektronenleitfähigkeit wichtig, daß der Überzug für das Aluminium zugleich einen Korrosionsschutz darstellt. Dabei können sich durchaus oxidische Anlaufschichten auf dem Überzug bilden, sofern diese selbst genügend elektronenleitend sind.
Ein besonders vorteilhaftes Schwermetall für den erfindungsgemäßen Zweck ist Chrom, ebenso eine Chrom-Nickel-Legierung. Als noch vorteilhafter, aber durch ihren Preis eingeschränkt, bieten sich Edelmetalle, insbesondere Platin, an.
Die Herstellung der erfingungsgemäßen Polymerelektrode geht vom Aluminiumableiter aus, welcher als Blechfolie, günstiger jedoch in Form eines Netzes oder Streckmetalls, vorliegt. Im Anlieferungszustand besitzt Aluminium eine außerordentlich stabile, natürliche Oxidhaut, die das Grundmetall gegen weitere Oxidation schützt, andererseits aber auch als elektrischer Isolator verhindert, daß das Aluminium unmittelbar bzw. ohne Vorbehandlung als leitfähiger Träger für ein elektrochemisch aktives Material eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß besteht die Vorbehandlung in der gründlichen Entfernung der natürlichen Oxidschicht durch Beizen und deren Ersatz durch die besagte Schwermetallschicht. Als Beizflüssigkeit dient Kali-oder Natronlauge. Nach gründlicher Wasserspülung erfolgt, ohne den Aluminiumableiter antrocknen zu lassen, die Aufbringung der Schwermetallschicht auf galvanischem Wege.
Der so vorbehandelte und z.B. mit Chrom porenfrei plattierte Ableiter ist nunmehr befähigt, mit dem aktiven Polymer einen festen Verbund herzustellen und diesen auch bei Anwesenheit von geringer Feuchtigkeit im organischen Elektrolyten zu gewährleisten. Ebenso einwandfrei ist die direkte elektrochemische Aufpolymerisation des Elektrodenmaterials aus einer Lösung des Monomeren in einem Lösungsmittel, das vorzugsweise identisch mit demjenigen des Zellelektrolyten ist, mittels des erfindungsgemäß präparierten Ableiters als Abscheidungsunterlage durchführbar. Als für die Polymerbildung einsetzbare organische Verbindungen kommen u.a. Pyrrol, Thiophen, Furan, Anilin und p-Phenylensulfid infrage.

Claims

Patentansprüche 1. Galvanisches Element mit mindestens einer Elektrode, deren aktives Material aus einer mit Kationen oder Anionen dotierbaren, leitfähigen organischen Polymerverbindung von polykonjugierter Struktur besteht und die einen Aluminiumableiter besitzt, wobei die Polymerverbindung aus dem jeweils zugrundeliegenden Monomeren an einer auf den Aluminiumableiter aufgebrachten korrosionsstabilen Schwermetallschicht elektrochemisch abgeschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsunterlage für das Schwermetall eine durch Beizen von ihrer natürlichen Oxidbedeckung befreite Aluminiumoberfläche ist.
2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwermetall Chrom ist
3. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwermetall eine Chrom-Nickel-Legierung ist.
4. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß das Schwermetall ein Edelmetall ist.
5. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumableiter ein Folienmaterial ist.
6. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumableiter ein Aluminiumnetz oder Aluminiumstreckmetall ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements mit mindestens einer Elektrode, deren aktives Material eine Polymerverbindung ist und die einen Aluminiumableiter besitzt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumableiter durch Beizen mit Lauge von seiner natürlichen Oxidbedeckung befreit wird, daß auf die blanke Aluminiumoberfläche als Abscheidungsunterlage eine Schicht aus einem korrosionsstabilen Schwermetall galvanisch aufgebracht wird und daß eine organische Polymerverbindung aus dem jeweils zugrundeliegenden Monomeren an dem Schwermetallüberzug elektrochemisch abgeschieden wird.