HU208596B - Rechargeable electrochemical cell - Google Patents
Rechargeable electrochemical cell Download PDFInfo
- Publication number
- HU208596B HU208596B HU89395A HU39589A HU208596B HU 208596 B HU208596 B HU 208596B HU 89395 A HU89395 A HU 89395A HU 39589 A HU39589 A HU 39589A HU 208596 B HU208596 B HU 208596B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- anode
- cell
- oxygen
- cathode
- electrochemical cell
- Prior art date
Links
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 27
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 27
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 17
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 17
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical group [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RFWYLXIPXPRPSU-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[Mn+2].[Ni]=O.[Mn+2] Chemical compound [O-2].[O-2].[Mn+2].[Ni]=O.[Mn+2] RFWYLXIPXPRPSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N manganese zinc Chemical compound [Mn].[Zn] WJZHMLNIAZSFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000474 mercury oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N mercury(ii) oxide Chemical compound [Hg]=O UKWHYYKOEPRTIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/34—Gastight accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
A találmány tárgya újratölthető elektrokémiai cella, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van.
Az oxigén rekombinációja csökkenti a vízveszteséget és a nyomás túlzott mértékű növekedésének veszélyét. Ez a veszély különösen vonatkozik az újratölthető, ezért hermetikusan lezárt cellákra, például a cink/mangán-dioxid tartalmú cellákra, ahol az elektrolitot kálium-hidroxid alkotja. Ezért fontos az oxigén mennyiségének csökkentése, amihez például az oxigén vízzé vagy a hidroxid csoportokká való redukciója használható. Természetesen az anód aktív anyaga szintén oxidálható.
A vizes elektrolitot tartalmazó cellákban tehát a víztartalom csökkenése és a fokozatosan növekvő belső gáznyomás jelenti a két legfontosabb megoldandó problémát. A cellában oxigén gáz fejlődik túltöltéskor vagy a cella polaritásának megfordulásakor.
Az oxigén eltávolításának egyik hatékony módszere a rekombináció. Erre különböző elrendezések ismeretesek, amelyeknél azonban a rekombináció üteme sok esetben a kívánalmak alatt marad. így például az oxigén rekombinációja viszonylag gyors az ólom-dioxidot és ólmot, illetve a nikkelt és kadmiumot tartalmazó celláknál. Ezzel szemben a cink anóddal készült lúgos celláknál, amelyekben a cink mellett nikkelt, mangán-dioxidot vagy higany-oxidot használunk, a folyamat igen lassú. Az ólmos és savas cellák esetében az oxigén rekombinációjára vonatkozóan például a K. Kordesch szerkesztette „Batteries, Vol, 2., Lead-Acid Batteries and Electric Vehicles” című kiadvány (Marcel Dekker Inc. New York, 1977) 69-71. oldalai adnak útmutatást, míg a nikkel-kadmium cellákra az A. Salkind „Alkaline Storage Batteries” című könyve (John Wiley & Sons, Inc. New York, 1969). Maga a rekombináció feltételeinek biztosítása azonban nem egyszerű feladat, és különböző problémákról számos beszámoló olvasható. Ezek között szerepelnek a tömítettségi problémák, a negatív kadmium elektród fokozatos passziválódása, a negatív jellegű aktív anyag hatékonyságának fokozatos leromlása, különösen, ha ez utóbbiból a töltéskor és túltöltéskor keletkező hidrogén mennyiségének minimalizálására, esetleges teljes mértékű megkötésére tartalékot képeznek, a nem sztöchiometríai arányban keletkező oxigén és hidrogén rekombinációjával járó nehézségek stb.
Az említett problémák megoldására három alapvető közelítés vált ismeretessé. Ezek lényege a következő:
Oxigénciklust hoznak létre, amikor is a hidrogén keletkezését korlátozzák és a keletkezett oxigént (a keletkezés töltéskor és túltöltéskor következik be) a mindig részlegesen kisült negatív elektródnál rekombinálják (ilyen megoldás ismerhető meg például az 1966ban engedélyezett 3 258 360 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásból). Ezeknél a megoldásoknál a rekombinációs sebesség kicsi, ezért nem alkalmasak az oxigénfejlődéssel járó problémák megoldására.
A cellán belül vagy kívül a hidrogén és az oxigén katalitikus rekombinációjának feltételeit teremtik meg, és ennek során a cél olyan megoldás kidolgozása, hogy a keletkezett víz visszatérjen az elektrolithoz (1. például az 1971-ben engedélyezett 3637778, a 3598653, a 3 622398 és az 1972-ben engedélyezett 3701691 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásokat). Ezek a megoldások hermetikusan zárt cellák esetében nem használhatók, hiszen a zárt, például hengeres szerkezeti kialakítású cellában a javasolt módon a rekombináltatás és a víz visszavezetése nem volt megoldható.
Harmadik, kisegítő elektród beépítése, amely a túltöltés során biztosítja a rekombinációt, mint ezt P. Ruetschi és J. B. Ockerman ismerteti (Electrochem. Technoi. 4, 383,1966). Ilyen megoldást ismertet a 4246326 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom. Itt két kisegítő elektródot használnak, amelyek elektromos és ionos vezető kapcsolatban állnak egy gombelem negatív elektródjával. A szerkezet érzékeny a cella fizikai helyzetére, és ezért van szükség két külön kisegítő elektród használatára. A kisegítő elektródot kettős rétegű szeparátorral látják el, amelyek egyike hidrofil, a másik pedig hidrofób. Külön ionszelektív ioncserélő membránt használnak, amely az OH' ionok részére szelektív permeabilitást biztosít.
Ide sorolható a 3 438 812 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalom szerinti megoldás, amelynél aktív katalizátorként platinát, kobaltot vagy ezüstöt használnak. Az ilyen katalizátoroknak egyrészt magas az ára, másrészt oxidjaik legalább részlegesen oldódnak az elektrolitban és a cink korrózióját, ezzel pedig a hidrogén fejlődését fokozzák.
A találmány feladata olyan újratölthető elektrokémiai cella kialakítása, amelyben az oxigén rekombinációja az ismert megoldásokhoz képest megnövelt hatékonysággal biztosítható.
A különböző anyagok vizsgálata során észleltük, hogyha politetrafluor-etilénnel kötött szénből álló pórusos szerkezetű korongot elektrokémiai transzferáló elektródként használunk az anód mellett, akkor az anódnál az oxigén rekombinációs folyamata jelentősen felgyorsul.
A kitűzött feladat megoldásaként olyan újratölthető elektrokémiai cellát dolgoztunk ki, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van, melyre jellemző, hogy a harmadik elektród az anódnál elhelyezett, attól szeparátorral elválasztott, de azzal elektromos és ionos vezetéssel összekapcsolt kisegítő elektródként van kialakítva, amelyet az elektrolit legalább részben nedvesít, és a kisegítő elektród politetrafluoretilénnel kötött porózus szén aktív anyagot tartalmaz. A politetrafluor-etilén szerepe a finom szénszemcsék megkötése, ezért mennyisége igen széles határok között változtatható. Alsó határként a kötéshez minimálisan szükséges mennyiséget adhatjuk meg, amely mintegy 5 tömeg% a kisegítő elektród aktív anyagára vonatkoztatva, a maximális mennyiségnek pedig az aktív
HU 208 596 Β anyag csökkenése szab határt. A felső határ 75 tömeg% körül van, de ennél nagyobb kötőanyag mennyiség mellett is hatékony kisegítő elektródot készíthetünk. Előnyös például 37,5 tömeg% politetrafluor-etilén választása.
Előnyös, ha a katódban a fémoxidot 5-20 tömeg% grafitot tartalmazó mangán-dioxid, illetve ezüst-oxid, nikkel-oxid, vasoxid, továbbá tiszta mangán-dioxid vagy 10-20 tömeg% nikkel-oxidot tartalmazó mangándioxid képezi.
Az anódot célszerű géles cink anódként kialakítani.
A találmány szerinti megoldás révén az újratölthető elektrokémiai cellákban keletkező oxigén hatásos megkötése olcsó eszközökkel biztosítható.
A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a mellékelt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az
1. ábra a találmány szerinti újratölthető elektrokémiai cella hosszmetszete, míg a
2. ábra a találmány szerinti elektrokémiai cella és ismert felépítésű elektrokémiai cella működési paramétereinek összehasonlító görbéi.
A találmány szerinti újratölthető elektrokémiai cella egy előnyös kiviteli alakját az 1. ábra mutatja. Ennek a cellának acélból készített hengeres (10) serlege van, amelyben fémoxid (12) katód helyezkedik el. A (10) serleg alsó (28) zárólapjának közepéből hengeres (11) csúcs nyúlik ki, és ez képezi a cella pozitív (katód) kivezetését. Acéllá (14) anódja a (12) katód által meghatározott hengeres térben helyezkedik el és annak alsó vége a (11) csúcs közelébe esik.
A (12) katódot például mangán-dioxid és grafit por keveréke, a (14) anódot pedig cink port tartalmazó gél képezi. A (12) katódot a (14) anódtól az alkalmazott vizes kálium-hidroxid elektrolit számára átjárható (16) szeparátor választja el. A (12) katód a cellában fejlődő hidrogén megkötésére további kiegészítő összetevőket is tartalmazhat.
A (14) anódot (18) kosár fogja körül, amely például polivinil-acetátból készül. A (18) kosár felső része (19) kisegítő elektródot tart. A (19) kisegítő elektród pórusos felépítésű, és politetrafluor-etilénnel kötött szénporból áll. A pórusos elektródtestet az elektrolit nedvesíti. A (18) kosár alját például sárgarézből készített (20) zárókupakkal zárja le, amely (15) szigetelő tárcsával van a (10) serlegtől elszigetelve. A hengeres (12) katód mechanikai összefogását hengeres (22) rács és gyűrű alakú műanyag (23) fedél segíti.
A cellát felül lezáró (25) fedélen keresztül a (14) anód belsejébe áramvezető (24) tüske nyúlik be, amelynek (26) fejrésze a (25) fedélből kiáll és ez képezi a cella negatív (anód) érintkezőjét. A (25) fedél a (10) serleg szélének visszahajtott peremezése révén a cella belső terét hermetikusan elzárja.
A találmány tárgyát a továbbiakban a megvalósítási példán mutatjuk be.
Példa
A primer vagy újratölthető mangán-dioxid-cink celláknál szokásos immobilizált vagy géles cink (14) anódot készítettünk, amelyet polietilénből készült távtartó közbeiktatásával az 1. ábrán bemutatott módon a katódtér belsejébe helyeztünk. Az anód gélt extrudálással juttattuk a (Chicopee Rayon cég által gyártott poli5 vinil-acetátból álló) (16) szeparátor belső terébe. A cella szabványos „C” méretű volt. A (14) anódot az alábbi példakénti összetételekben készítettük el:
(A) 61,4 tömeg%
2,0 tömeg%
1,0 tömeg%
0,8 tömeg% vagy 6 tömeg% Hg-tartalmu New Jersey 1205 jelű cink, amely a Zinc Corporation of America of Monaca, Pennsylvania cég terméke ZnO,
MgO,
70/30 CMC/940 (vagy Carbopol márkanevű termék), melyek a Β. E Goodrich Chemical Group of Cleveland, Ohio cég gyártmányai 8 tömeg% ZnO-tartalmú 9 n KOH
34,8 tömeg%
A keverék össztömege: 8,7 g.
(B) 50,0 tömeg% amalgámozott Zn,
20,0 tömeg% Ca(OH)2,
30,0 tömeg% 8 tömeg% ZnO tartalmú 9 n KOH. A keverék össztömege: 8,7 g.
Az oxigént redukáló (19) kisegítő elektródot az 25 alábbiak szerint készítettük: a kereskedelemben kapható karbon fekete porból 62,5 tömeg% és politetrafluoretilén porból 37,5 tömeg% mennyiséget összekevertünk és a keverékből sajtolással 400 mikrométer vastag lemezt készítettünk. A lemezt szendvicsszerűen egyik 30 oldalon szeparátor lemezzel (például a Dexter Corporation of Windsor Locks, Connecticut cég C 1235 típusú lemezével), másik oldalánál pedig vékony nikkelhálóval fogtuk közre. Az így kapott háromrétegű lemezből 11 mm átmérőjű korongokat vágtunk ki és egy 35 ilyen korongot az 1. ábrán vázolt módon (19) kisegítő elektródként a (14) anód tetejére helyeztünk, ahol a szeparátorréteg nézett a (14) anód felé. A (14) anód a példában megadott összetételeknek megfelelően készült. Az áramvezető (24) tüske a (19) kiegészítő elekt40 ródon keresztül mélyen a (14) anód belsejébe nyúlt.
A háromrétegű szerkezetben a nedvszívó anyagú szeparátor réteget az elektrolit átitatja és ezáltal a felette lévő porózus szénréteget is nedves állapotban tartja. Az áramvezető (24) tüske fémesen érintkezik a (19) 45 kisegítő elektróddal és a (14) anóddal és ezáltal rövidrezárt „cink-oxigén” cellát képez.
Annak bizonyítása céljából, hogy a jelen találmány szerinti megoldás alkalmas oxigén rekombinációjára, két félcellát szokásos (C) cellaméretben hoztunk létre, 50 ahol csak az egyik félcella tartalmazta a (19) kisegítő elektródot. Mindkét nyitott cellát függőleges helyzetben egy-egy csőbe helyeztük, a katódnak megfelelő térbe a polietilén (23) fedél magasságáig 9 n káliumhidroxidot öntöttünk. A cellákat 20 órán keresztül 55 50 mA terhelés mellett galvanosztatikusan kisütöttük, ami a negatív elektródból 1 Ah elektromos energia kivételét jelentette (a teljes cellakapacitás mintegy 4 Ah-ra is tehető). A cellák felső részét olyan fedéllel zártuk le, amelyhez vízzel töltött U alakú csövek csat60 lakoztak és lehetővé tették a lezárt cellák belső nyomá3
HU 208 596 Β sának mérését. A cellalezárás után kialakult hermetikusan zárt belső térben lévő nyomás alakulását nyomásmérővel figyeltük.
A cellákat szobahőmérsékleten 50 mA árammal 3 órán keresztül galvanosztatikusan töltöttük. A negatív elektródnál lejátszódó reakció során a cink-oxid fém cinkké redukálódott. Az ellenreakció során a (10) serleg felülete mentén óránként 10 ml mennyiség oxigén fejlődött (50 mA áramerősség mellett). A cellák belső nyomásának alakulását a 2. ábra diagramjai mutatják.
A 2. ábra (A) görbéje a nyomás növekedését ábrázolja a (19) kisegítő elektródot nem tartalmazó hagyományos felépítésű cella esetében. A (B) görbe a katalitikusán aktív korongot, tehát a (19) kisegítő elektródot tartalmazó cella belső nyomásának alakulását szemlélteti. Ebben a cellában a lezárást követően a belső nyomás jelentős mértékben csökkent, amit a cella belső terében jelen lévő oxigén redukálása okozott. Amikor a cellát 3 órán keresztül 50 mA árammal túltöltöttük, a (19) kisegítő elektród minden cm2-es felülete 30 ml oxigéngázt rekombinált és így a cella belsejében a légkörinél kisebb nyomás alakult ki. Ha a túltöltés áramát 100 mA-re növeltük (amikor is óránként 20 ml oxigén szabadult fel), a nyomás valamivel nagyobb értéken stabilizálódott, de még mindig a légköri nyomás alatt maradt. A nyomás értéke lényegében nem változott egy további 2 órás időszak alatt, amikor mintegy 40 ml oxigéngáz rekombinációjára volt szükség, hiszen a cellában az adott körülmények között ennyi oxigén keletkezett. A mérések azt mutatták, hogy a (19) kisegítő elektród maximális oxigén rekombinációs sebessége az aktív felület egy cm2-es részére óránként 25 ml, ami az adott cellaméretek mellett 120 mA-es áramnak felel meg. Ez az érték azonban sokkal nagyobb, mint ami a szokásos felhasználói feltételek mellett előfordul.
A találmány szerinti megoldás az elektrokémiai cellákban keletkező oxigént gazdaságosan és hatékonyan képes lekötni. Alkáli elektrolitok esetében a szén általában elegendően nagy katalitikus aktivitást biztosít a fejlődő oxigén lekötéséhez. Hasonló elektródok építhetők fel nemes és nem nemes fémekből is, amelyek nagyobb rekombinációs áramsűrűségnél használhatók.
Az elektród hosszútávú tulajdonságainak szemléltetése céljából a (19) kisegítő elektródot tartalmazó félcellát 365 órán keresztül folyamatosan 20 mA/cm2 árammal működtettük, és ezt követően az áramsűrűséget 50 mA/cm2-re növeltük. A kísérletet akkor szakítottuk meg, amikor már mintegy 3,5 1 normál állapotú oxigén elfogyott. Az 1. táblázat a kísérlet során 6 n KOH-ból álló elektrolit felhasználása mellett szobahőmérsékleten kapott értékeket mutatja, amikor a reakciógáz normál állapotú levegő volt. Ha oxigént használtunk volna, akkor ez a potenciál mintegy 4050 mV-os növekedésével járt volna.
A belső ellenállás nélküli cellafeszültség méréséhez ismert laboratóriumi módszereket használtunk, és ezt a feszültséget a reverzibilis hidrogén referencia elektródra vonatkoztatva mV-ban fejeztük ki.
I. táblázat
| Idő, óra | Oxigénfogyasztás, ml | Áramsűrűség, mA/cm2 | Szabad potenciál, mV, cinkkel szemben |
| 0 | 0 | 20 | 1126 |
| 24 | 100 | 20 | 1191 |
| 48 | 199 | 20 | 1183 |
| 96 | 398 | 20 | 1179 |
| 145 | 602 | 20 | 1174 |
| 194 | 805 | 20 | 1190 |
| 290 | 1203 | 20 | 1168 |
| 338 | 1406 | 20 | 1163 |
| 365 | 1519 | 50 | 1217 |
| 365 | 1519 | 50 | 1164 |
| 389 | 1768 | 50 | 1163 |
| 413 | 2015 | 50 | 1128 |
| 461 | 2515 | 50 | 1130 |
| 509 | 3012 | 50 | 1100 |
| 565 | 3593 | 50 | 1066 |
Az 1. táblázat adataiból látható, hogy az összesen 565 óráig tartó kísérlet alatt 3,5 1 oxigén fogyott el, ennek ellenére a cellafeszültség mindvégig lényegében változatlan értéken maradt, tehát a cella működésében zavartalan volt. A 3,5 1 gáz olyan mennyiség, amely egyetlen cella élettartama alatt sem képes fejlődni, ezért a (19) kisegítő elektród a cella teljes élettartama alatt működőképes.
Claims (4)
1. Újratölthető elektrokémiai cella, amelynek hengeres fémoxid katódja, hengeres cink anódja, az anódot és a katódot elválasztó szeparátora, az anód belsejébe nyúló áramvezetője, az anóddal és a katóddal érintkező vizes alkáli elektrolitja és harmadik elektródja van, azzal jellemezve, hogy a harmadik elektród az anódnál (14) elhelyezett, attól szeparátorral elválasztott, de azzal elektromos és ionos vezetéssel összekapcsolt kisegítő elektródként (19) van kialakítva, amelyet az elektrolit legalább részben nedvesít, és a kisegítő elektród (19) aktív anyaga politetrafluor-etilénnel kötött porózus szén.
2. Az 1. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy a fémoxid katódban 5-20 tömeg% grafitot tartalmazó mangán-dioxid van.
3. Az 1. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy a kisegítő elektród (19) aktív anyaga 37,5 tömeg% politetrafluor-etilént tartalmazó porózus szén.
4. A 2. igénypont szerinti újratölthető elektrokémiai cella, azzal jellemezve, hogy géles cink anódja (14) van.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA000550335A CA1291206C (en) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | Catalytic recombination of evolved oxygen in galvanic cells |
| US23492288A | 1988-08-22 | 1988-08-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU890395D0 HU890395D0 (en) | 1990-11-28 |
| HUT56208A HUT56208A (en) | 1991-07-29 |
| HU208596B true HU208596B (en) | 1993-11-29 |
Family
ID=25671567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU89395A HU208596B (en) | 1987-10-27 | 1988-10-25 | Rechargeable electrochemical cell |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0383836A1 (hu) |
| JP (1) | JPH03504297A (hu) |
| AU (1) | AU621580B2 (hu) |
| HU (1) | HU208596B (hu) |
| WO (1) | WO1989004070A1 (hu) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991020102A1 (en) * | 1990-06-15 | 1991-12-26 | Battery Technologies Inc. | Metal and metal oxide catalyzed electrodes for electrochemical cells, and methods of making same |
| HU211445B (en) * | 1991-04-05 | 1995-11-28 | Battery Technologies Inc | Manganese dioxide cathode with improved supercharge characteristics for rechargeable alcaline manganese dioxide cells |
| WO1992020111A1 (en) * | 1991-05-07 | 1992-11-12 | Battery Technologies Inc. | Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode materials |
| CA2281371A1 (en) * | 1999-09-03 | 2001-03-03 | Waltraud Taucher-Mautner | Rechargeable nickel-zinc cell |
| BR112019008041A2 (pt) | 2016-10-21 | 2019-07-02 | Nantenergy Inc | elétrodo de combustível corrugado |
| WO2019133702A1 (en) | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Staq Energy, Inc. | Long life sealed alkaline secondary batteries |
| MA53343A (fr) | 2018-07-27 | 2022-03-23 | Form Energy Inc | Électrodes négatives pour cellules électrochimiques |
| US12294086B2 (en) | 2019-07-26 | 2025-05-06 | Form Energy, Inc. | Low cost metal electrodes |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1496364B2 (de) * | 1964-12-23 | 1976-07-22 | Yardney International Corp., New York, N.Y. (V.StA.) | Negative zinkelektrode fuer gasdichte alkalische akkumulatoren |
| US3350225A (en) * | 1965-01-12 | 1967-10-31 | Gulton Ind Inc | Rechargeable sealed secondary battery |
| US3438812A (en) * | 1965-08-25 | 1969-04-15 | Electrochimica Corp | Rechargeable alkaline cell |
| DE2826780C2 (de) * | 1978-06-19 | 1986-12-11 | Varta Batterie Ag, 3000 Hannover | Galvanisches Element |
| JPS61290668A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 密閉型アルカリ亜鉛蓄電池 |
-
1988
- 1988-10-25 JP JP1500511A patent/JPH03504297A/ja active Pending
- 1988-10-25 WO PCT/US1988/003810 patent/WO1989004070A1/en not_active Ceased
- 1988-10-25 EP EP89900440A patent/EP0383836A1/en active Pending
- 1988-10-25 HU HU89395A patent/HU208596B/hu not_active IP Right Cessation
- 1988-10-25 AU AU27912/89A patent/AU621580B2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HUT56208A (en) | 1991-07-29 |
| HU890395D0 (en) | 1990-11-28 |
| AU621580B2 (en) | 1992-03-19 |
| EP0383836A1 (en) | 1990-08-29 |
| AU2791289A (en) | 1989-05-23 |
| WO1989004070A1 (en) | 1989-05-05 |
| JPH03504297A (ja) | 1991-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3607612B2 (ja) | ガルバニ電池およびその製造法 | |
| US5043234A (en) | Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode material | |
| HUT77304A (hu) | Mangán-dioxid pozitív elektród újratölthető cellákhoz és ilyent tartalmazó cellák | |
| US6753109B2 (en) | Alkaline cell with improved cathode | |
| AU2003244343A1 (en) | Alkali cell | |
| US4900642A (en) | Catalytic recombination of evolved oxygen in galvanic cells | |
| US4994334A (en) | Sealed alkaline storage battery and method of producing negative electrode thereof | |
| US2554504A (en) | Rechargeable cell | |
| US5707761A (en) | Nickel positive electrode and alkaline storage battery using the same | |
| US3288642A (en) | Rechargeable dry cell having gelled electrolyte | |
| CN101317287A (zh) | 容量衰减减缓和循环寿命改善的可再充电碱性锰电池 | |
| HU208596B (en) | Rechargeable electrochemical cell | |
| US6060197A (en) | Zinc based electrochemical cell | |
| US3925102A (en) | Divalent silver oxide cell having a unipotential discharge level | |
| US4174565A (en) | Method of precharging rechargeable metal oxide-hydrogen cells | |
| US3485672A (en) | Electric current producing cell | |
| DK172972B1 (da) | Fremgangsmåde til fremstilling af en lukket elektrokemisk celle | |
| HU207612B (en) | Primary or rechargeable closed electrochemical cell | |
| US6960409B2 (en) | High discharge rate alkaline battery | |
| CA1149863A (en) | Long-life galvanic primary cell | |
| EP1817809B1 (en) | Electrochemical cell | |
| JP2517936B2 (ja) | 空気亜鉛電池 | |
| WO1992020111A1 (en) | Recombination of evolved oxygen in galvanic cells using transfer anode materials | |
| JPS61290668A (ja) | 密閉型アルカリ亜鉛蓄電池 | |
| KR100790563B1 (ko) | 대용량 니켈/수소저장합금 이차전지의 극판군 구조 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |