NL1017632C1 - Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group - Google Patents
Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group Download PDFInfo
- Publication number
- NL1017632C1 NL1017632C1 NL1017632A NL1017632A NL1017632C1 NL 1017632 C1 NL1017632 C1 NL 1017632C1 NL 1017632 A NL1017632 A NL 1017632A NL 1017632 A NL1017632 A NL 1017632A NL 1017632 C1 NL1017632 C1 NL 1017632C1
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- electrode
- electrochemical cell
- metal
- mixed oxide
- electrodes
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 14
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title abstract 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052953 millerite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenenickel Chemical compound [Ni]=S WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910009112 xH2O Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 abstract 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 abstract 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 abstract 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 abstract 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 abstract 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 abstract 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 abstract 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 abstract 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 abstract 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 abstract 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 32
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- -1 for example Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 229910005580 NiCd Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005813 NiMH Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002640 NiOOH Inorganic materials 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000877463 Lanio Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003962 NiZn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002353 SrRuO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000008821 health effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021518 metal oxyhydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910009111 xH2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
- C01G51/006—Compounds containing, besides cobalt, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- 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
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- 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
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
- H01M4/9025—Oxides specially used in fuel cell operating at high temperature, e.g. SOFC
- H01M4/9033—Complex oxides, optionally doped, of the type M1MeO3, M1 being an alkaline earth metal or a rare earth, Me being a metal, e.g. perovskites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/30—Three-dimensional structures
- C01P2002/34—Three-dimensional structures perovskite-type (ABO3)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/30—Three-dimensional structures
- C01P2002/36—Three-dimensional structures pyrochlore-type (A2B2O7)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/50—Solid solutions
- C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
- C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
- H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
Korte aanduiding: Elektrode voor een elektrochemische celBrief indication: Electrode for an electrochemical cell
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een elektrode voor een elektrochemische cel. Onder elektrode voor elektrochemische cel wordt hier in de meest brede zin toepassing van een elektrode in combinatie met een elektrolyt en andere elektroden verstaan. Dat wil 5 zeggen, de uitvinding heeft betrekking op elektrode voor de elektrochemische conversie en opslag van elektriciteit zoals deze voorkomen in elektrochemische condensatoren, ook wel superconden-satoren of ultracondensatoren genoemd, batterijen, in het bijzonder ook herlaadbare batterijen van het alkalische type of het 10 metaal/luchttype, brandstofcellen zoals de polymeer elektrolyt brandstofcel, elektrolyseapparaten en sensoren.The present invention relates to an electrode for an electrochemical cell. Electrochemical cell electrode is here understood to mean, in the broadest sense, the use of an electrode in combination with an electrolyte and other electrodes. That is, the invention relates to electrodes for electrochemical conversion and storage of electricity as they occur in electrochemical capacitors, also referred to as super-capacitors or ultra-capacitors, batteries, in particular also rechargeable batteries of the alkaline type or the alkaline type. metal / air type, fuel cells such as the polymer electrolyte fuel cell, electrolysis devices and sensors.
Een elektrochemische condensator (of supercondensator of ultra-condensator) is een inrichting waar elektriciteit in kan worden opgeslagen en vervolgens weer uit ont-trokken, in het bijzonder met 15 hoge vermogensdichtheid (in W/kg en W/l) , door gebruik te maken van elektrische dubbellaagcapaciteit en of zgn. pseudo-capaciteit welke is gekoppeld aan Faraday processen zoals redox reacties of intercalatie processen. Toepassingen zijn onder andere het (kortstondig) opslaan en of afgeven van piekvermogens en het 20 reduceren van "duty cycles" van batterijen, zoals dat voorkomt bij onder andere batterij-, of hybride-, of brandstofcelvoertuigen, bij installaties of apparaten welke de kwaliteit van centrale of locale elektriciteitsnetten of voedingen verzekeren, en in al dan niet draagbare elektronische apparatuur zoals laptops en mobiele 25 telefoons. Een dergelijke elektrochemische condensator heeft twee elektroden, een anode en een kathode, waaraan respectievelijk elektronen worden afgestaan en opgenomen. Verder bevat de condensator een elektrolyt, bijvoorbeeld een waterige of een organische oplossing, en een separator, en kan het geheel in een metalen of 30 kunststoffen behuizing zijn ingebouwd. Tenminste een van de twee elektroden kan nu een elektrode volgens de uitvinding zijn. De lading, positief bij een elektrode en negatief bij de andere, wordt opgeslagen in de elektrische dubbellaagcapaciteit op het grensvlak van elektrode en elektrolyt, in de pseudo-capaciteit resulterende uit - 2 - in hoge mate reversibele rebox reacties of intercalatieprocessen aan dit grensvlak of in de bulk van het elektrode materiaal, of in een combinatie van dubbellaag- en pseudo-capaciteit. Belangrijke eigenschappen hierbij zijn de specifieke capaciteit (in pF/cm2) welke 5 bepaald wordt door de aard van het elektrodemateriaal en het gebruikte elektrolyt, het specifieke oppervlak van het elektrodemateriaal (in cm2/g) en de daaruit voortkomende effectieve capaciteit in (F/g). Verder is de aard van het elektrolyt van belang voor de toelaatbare potentialen op de elektroden. Deze bepalen, in 10 geval van pseudo-capaciteit tezamen met het effectieve potentiaalgebied rond de Nernst evenwichtspotentialen van de gerelateerde reacties of processen, het operationele spanningsgebied van de conden-sator dat bijvoorkeur zo groot mogelijk moet zijn. De samenstelling en de micro-structuur van de elektrodematerialen, de 15 microstructuur van de separator en de samenstelling van het elektrolyt bepalen mede, maar niet alleen, de inwendige weerstand Ri (in Ω) van de condensator die bij voorkeur zo laag mogelijk moet zijn. De beschreven grootheden bepalen mede, maar niet alleen, de energiedichtheid van de condensator (in Wh/kg en Wh/1) en de 20 vermogensdichtheid (in W/kg en W/l) . Voor bekende technologieën zijn deze typisch respectievelijk enkele Wh/kg en enkele duizenden W/kg. Voor de energie E (in J) en het vermogen P (in W) van de condensator met capaciteit C (in F) en geladen tot de spanning V (in V) geldt in benadering respectievelijk E = CV2/2 en P = V2/4Ri.An electrochemical capacitor (or super-capacitor or ultra-capacitor) is a device in which electricity can be stored and subsequently withdrawn, in particular with a high power density (in W / kg and W / l), by using of electric double layer capacity and / or so-called pseudo-capacity which is linked to Faraday processes such as redox reactions or intercalation processes. Applications include the (short-term) storage and / or delivery of peak powers and the reduction of "duty cycles" of batteries, such as that occurs in, for example, battery or hybrid or fuel cell vehicles, installations or equipment that ensure central or local electricity networks or power supplies, and in electronic or portable equipment such as laptops and mobile phones. Such an electrochemical capacitor has two electrodes, an anode and a cathode, to which electrons are released and received, respectively. Furthermore, the capacitor contains an electrolyte, for example an aqueous or an organic solution, and a separator, and the whole can be built into a metal or plastic housing. At least one of the two electrodes can now be an electrode according to the invention. The charge, positive at one electrode and negative at the other, is stored in the electric double layer capacity at the interface of electrode and electrolyte, in the pseudo-capacity resulting from highly reversible rebox responses or intercalation processes at this interface or in the bulk of the electrode material, or in a combination of double layer and pseudo-capacity. Important properties here are the specific capacity (in pF / cm2) which is determined by the nature of the electrode material and the electrolyte used, the specific surface area of the electrode material (in cm2 / g) and the effective capacity resulting therefrom in (F / g). Furthermore, the nature of the electrolyte is important for the allowable potentials on the electrodes. These determine, in the case of pseudo-capacitance together with the effective potential region around the Nernst equilibrium potentials of the related reactions or processes, the operational voltage range of the capacitor which should preferably be as large as possible. The composition and the microstructure of the electrode materials, the microstructure of the separator and the composition of the electrolyte also determine, but not only, the internal resistance Ri (in Ω) of the capacitor, which should preferably be as low as possible. The quantities described also determine, but not only, the energy density of the capacitor (in Wh / kg and Wh / 1) and the power density (in W / kg and W / l). For known technologies, these are typically several Wh / kg and several thousand W / kg, respectively. For the energy E (in J) and the power P (in W) of the capacitor with capacitance C (in F) and charged to the voltage V (in V), the approximate E = CV2 / 2 and P = V2 / 4Ri.
25 Bekend zijn onder meer elektrochemische condensatoren met elektroden die geactiveerd koolstof als belangrijkste bestanddeel hebben en welke overwegend gebruik maken van elektrische dubbellaag-capaciteit. Belangrijk is dat het geactiveerde koolstof een poreuze structuur vormt met een hoog oppervlak toegankelijk voor het 30 elektrolyt om een zo hoog mogelijke capaciteit te vormen, en met een zo hoog mogelijk geleidingsvermogen voor elektronen om een zo laag mogelijke weerstand te realiseren en zo veel mogelijk elektrodemateriaal te utiliseren. Op deze wijze worden de hoogste energie- en vermogensdichtheden verkregen hetgeen voor de meeste toepassingen 35 vereist is. Koolstofelektroden welke hoofdzakelijk dubbellaag-capaciteit benutten, kunnen als anode en als kathode worden gebruikt; op deze manier kunnen symmetrische condensatoren worden gemaakt. Koolstofelektroden kunnen worden gebruikt in combinatie met een - 3- waterig elektrolyt, waarbij de toelaatbare condensatorspanning maximaal ca. 1,2 V is en een lage inwendige weerstand wordt verkregen, of in combinatie met een organisch elektrolyt waarbij de maximale spanning ca. 2,4 V is maar over het algemeen een minder lage 5 inwendige weerstand kan worden verkregen.Known are, inter alia, electrochemical capacitors with electrodes that have activated carbon as their most important component and which mainly use electric double-layer capacities. It is important that the activated carbon forms a porous structure with a high surface area accessible to the electrolyte to form the highest possible capacity, and with the highest possible conductivity for electrons to achieve the lowest possible resistance and as much electrode material as possible. to utilize. In this way the highest energy and power densities are obtained which is required for most applications. Carbon electrodes which mainly utilize double layer capacity can be used as an anode and as a cathode; symmetrical capacitors can be made in this way. Carbon electrodes can be used in combination with a - 3-water electrolyte, where the permissible capacitor voltage is a maximum of approx. 1.2 V and a low internal resistance is obtained, or in combination with an organic electrolyte where the maximum voltage is approx. 2.4 V V is but in general a less low internal resistance can be obtained.
Voor vele toepassingen, maar in het bijzonder voor toepassing in voertuigen, is een hogere energiedichtheid gewenst dan in de stand der techniek bij het gebruik van koolstofelektroden bekend is. Met name voor dit streven naar hogere energiedichtheid, is het gebruik 10 van pseudo-capaciteit nuttig, daar hiermee over het algemeen veel hogere specifieke waarden worden behaald dan met dubbellaag-capaciteit. Bekend is het gebruik van ruthenium oxide Ru02 en gehydrateerd ruthenium oxide RuO2.xH20, onder meer uit de Amerikaanse octrooischriften 5,550,706, 5,851,506, 5,875,092 en 6,025,020. Deze 15 verbindingen hebben in combinatie met waterige elektrolyten zoals bijvoorbeeld KOH oplossingen, een hoge effectieve capaciteit in F/g gebaseerd op redox reacties en kunnen als anode en als kathode worden gebruikt. Ook hebben zij een goed elektrisch geleidingsvermogen. Nadelen van deze verbindingen bij gebruik in (symmetrische) 20 elektrochemische condensatoren zijn het beperkte operationele spanningsgebied en de zeer hoge kosten voor materiaal van de gewenste zuiverheid. Veel onderzoek wordt gedaan naar alternatieve pseudo-capaciteit materialen welke aan deze bezwaren tegemoet kunnen komen en daarbij nog steeds de gewenste hogere capaciteit en 25 energiedichtheid mogelijk maken.For many applications, but in particular for use in vehicles, a higher energy density is desirable than is known in the prior art when using carbon electrodes. Particularly for this pursuit of higher energy density, the use of pseudo-capacity is useful, since it generally results in much higher specific values than with double-layer capacity. The use of ruthenium oxide RuO 2 and hydrated ruthenium oxide RuO 2 .xH 2 O is known, inter alia from U.S. Pat. Nos. 5,550,706, 5,851,506, 5,875,092 and 6,025,020. These compounds, in combination with aqueous electrolytes such as, for example, KOH solutions, have a high effective capacity in F / g based on redox reactions and can be used as an anode and as a cathode. They also have good electrical conductivity. Disadvantages of these compounds when used in (symmetrical) electrochemical capacitors are the limited operational voltage range and the very high cost of material of the desired purity. A lot of research is being done into alternative pseudo-capacity materials that can meet these drawbacks while still enabling the desired higher capacity and energy density.
In de stand der techniek wordt algemeen aangenomen dat het gebruik van verbindingen met edelmetaalelementen, zoals bijvoorbeeld edelmetaaloxiden, nood-zakelijk is om voldoende hoge opslagcapaciteit, dan wel voldoende hoge conversie-snelheid of katalytische 30 activiteit van de elektrode te verkrijgen, en een voldoende hoog elektrisch geleidingsvermogen.It is generally assumed in the prior art that the use of compounds with noble metal elements, such as, for example, noble metal oxides, is necessary to obtain sufficiently high storage capacity, or sufficiently high conversion speed or catalytic activity of the electrode, and a sufficiently high electrical conductivity.
Begrepen zal echter worden, dat de kosten van dergelijke verbindingen hoog zijn. Daarom is voorgesteld de hoeveelheid edelmetaal in dergelijke verbindingen te verminderen door samenstellingen 35 deels bestaande uit goedkope, niet edele metalen toe te passen. Bekend zijn verbindingen met de pyrochloor struktuur zoals Pb2Ru207 (Amerikaans octrooischrift 5, 841, 627), perovskieten A(Bi-xCx)03 met 0 < x < 1 en B uit de reeks Pt, Ru, Ir, Rh en Pd (Duits octrooischrift DEHowever, it will be understood that the costs of such connections are high. It has therefore been proposed to reduce the amount of noble metal in such compounds by using compositions consisting partly of inexpensive, non-noble metals. Known are compounds with the pyrochlore structure such as Pb2 Ru2 O7 (U.S. Pat. No. 5,841,627), perovskites A (Bi-xCx) 03 with 0 <x <1 and B from the series Pt, Ru, Ir, Rh and Pd (German patent specification). THE
i - 4 - 196 40 926),- CaRu03_x en LaNi03 etcetera. Deze verbindingen bevattende dure (half-) edelmetaal elementen, of zijn niet zuurstofdeficiënt (of beide). Voor de eerste categorie blijkt dat gerekend naar de verkregen capaciteit of activiteit per hoeveelheid (half-) edelmetaal 5 nauwelijks enige kostenreductie wordt gerealiseerd. Voor de tweede categorie is de verkregen capaciteit of activiteit per gram zo laag, dat geen verbetering ten opzichte van de koolstof-materialen wordt bereikt.1 - 4 - 196 40 926), - CaRuO 3 - x and LaNiO 3 etcetera. These compounds contain expensive (semi) noble metal elements, or are not oxygen deficient (or both). For the first category, it appears that, based on the capacity or activity obtained per quantity of (semi) precious metal 5, hardly any cost reduction is achieved. For the second category, the capacity or activity obtained per gram is so low that no improvement with respect to the carbon materials is achieved.
Verder is het gebruik van metaalhydroxiden voorgesteld, welke 10 kunnen overgaan in metaal-oxy-hydroxiden, zoals met name Ni(OH)2.Furthermore, the use of metal hydroxides has been proposed, which can pass into metal oxy-hydroxides, such as in particular Ni (OH) 2.
Deze verbinding is wel aantrekkelijk vanwege de lage kosten, de hoge specifieke capaciteit en het gunstige potentiaalbereik, maar heeft een laag en ladingstoestand afhankelijk geleidingsvermogen. De reversibele laad / ontlaad reactie aan een elektrode van dit 15 materiaal in een alkalisch elektrolyt kan worden weergegeven doorThis connection is attractive because of the low costs, the high specific capacity and the favorable potential range, but it has a low and charge-dependent conductivity. The reversible charge / discharge reaction at an electrode of this material in an alkaline electrolyte can be represented by
Ni (OH) 2 + 0H“ O NiOOH + H20 + e, waarbij Ni(OH)2 slecht geleidt en NiOOH een noemenswaardige elektrische geleiding vertoont mits in de juiste fase (de β-fase). Deze beperkingen in het elektrisch geleidingsvermogen maken het gebruik van additieven, zoals 20 bijvoorbeeld grafiet, nodig en het gebruik van geleidende matrices, zoals bijvoorbeeld metaalschuimen of metaalmatjes, om het materiaal met additief in op te sluiten. Dit beperkt de nuttig te utiliseren elektrodedikte en brengt extra kosten, gewicht en volume met zich mee. Tevens maakt dit de fabricage van elektroden ingewikkelder en 25 duurder. Het voorkomen van Ni(OH)2 in meer fasen (α,β,γ) limiteert de toelaatbare operationele condities voor de elektrode tot die condities waarbij de gewenste β-fase stabiel is. Verder kan Ni(OH)2 elektrode alleen als anode worden gebruikt, zodat geen symmetrische condensatoren kunnen worden gemaakt en bijvoorbeeld een koolstof 30 tegenelektrode nodig is. Dit limiteert de verbeteringen in capaciteit en energiedichtheid welke ten opzichte van de symmetrische koolstof condensator haalbaar zijn. Ook worden aan Ni(OH)2, maar in het bijzonder aan het nikkel bestanddeel en eventueel het nikkel nodig voor de bereiding, nadelige eigenschappen toegeschreven voor milieu 35 en gezondheid. Hierdoor gelden eisen en voorschriften ten aanzien van de bewerking en verwerking, welke extra kosten met zich meebrengen. Tevens gelden hierdoor beperkingen voor de toepasbaarheid, bijvoor- - 5- beeld tot die toepassingen en markten waarvoor inzameling en of hergebruik zijn geregeld.Ni (OH) 2 + 0H “O NiOOH + H2 O + e, where Ni (OH) 2 conducts poorly and NiOOH shows a significant electrical conductivity, provided that it is in the correct phase (the β phase). These limitations in electrical conductivity necessitate the use of additives, such as, for example, graphite, and the use of conductive matrices, such as, for example, metal foams or metal mats, to enclose the material with additive. This limits the useful electrode thickness and entails additional costs, weight and volume. This also makes the manufacture of electrodes more complicated and more expensive. The occurrence of Ni (OH) 2 in more phases (α, β, γ) limits the allowable operational conditions for the electrode to those conditions where the desired β phase is stable. Furthermore, Ni (OH) 2 electrode can only be used as an anode, so that symmetrical capacitors cannot be made and, for example, a carbon counter electrode is needed. This limits the improvements in capacity and energy density that are achievable compared to the symmetrical carbon capacitor. Ni (OH) 2, but in particular the nickel component and optionally the nickel required for the preparation, are also attributed adverse environmental and health properties. As a result, requirements and regulations regarding processing and processing apply, which entail additional costs. This also applies restrictions on applicability, for example, to those applications and markets for which collection and / or reuse is arranged.
Een (herlaadbare) batterij is een bekend apparaat. Er kan elektriciteit in worden opgeslagen en vervolgens weer aan worden 5 onttrokken, in het bijzonder met hoge energiedichtheid (in Wh/kg en Wh/1), door gebruik te maken van elektrochemische conversie van elektrische energie naar chemische energie en omgekeerd. De opbouw van dergelijke batterijen komt overeen met de eerder beschreven opbouw van elektrochemische condensatoren, hoewel uitvoering en 10 werking kunnen verschillen. Bekend zijn onder andere (herlaadbare) batterijen van het type nikkel-cadmium, nikkel-zink, en nikkel-ijzer, van het type nikkel-waterstof, van het type nikkel-metaalhydride, en van het type metaal/lucht zoals ijzer/lucht, zink/lucht, aluminium/lucht en lithium/lucht. Tenminste een van de twee 15 elektroden van dergelijke batterijen kan nu profijtelijk worden vervangen door een elektrode volgens de uitvinding. In het bijzonder, maar niet alleen, komen hiervoor in aanmerking de nikkelelektroden, de cadmiumelektrode en de luchtelektroden.A (rechargeable) battery is a known device. Electricity can be stored in it and then extracted again, in particular with high energy density (in Wh / kg and Wh / 1), by making use of electrochemical conversion from electrical energy to chemical energy and vice versa. The construction of such batteries corresponds to the construction of electrochemical capacitors described earlier, although the construction and operation may differ. Known are, inter alia, (rechargeable) batteries of the nickel-cadmium type, nickel-zinc, and nickel-iron, of the nickel-hydrogen type, of the nickel-metal hydride type, and of the metal / air type such as iron / air, zinc / air, aluminum / air and lithium / air. At least one of the two electrodes of such batteries can now be profitably replaced by an electrode according to the invention. The nickel electrodes, the cadmium electrode and the air electrodes in particular, but not only, are eligible for this.
Bekend zijn ondermeer (herlaadbare) batterijen van het type 20 NiCd, NiZn, NiFe, NiH2 en NiMH, waarbij de "nikkelelektrode" uit dezelfde Ni(OH)2 verbinding bestaat en dezelfde werking heeft als hierboven voor elektrochemische condensatoren is aangegeven. Hierbij gelden ook dezelfde nadelen ten gevolge van de beperkingen in elektrisch geleidingsvermogen en dezelfde problemen ten aanzien van 25 milieu en gezondheid.NiCd, NiZn, NiFe, NiH2 and NiMH (rechargeable) batteries are known, among which the "nickel electrode" consists of the same Ni (OH) 2 compound and has the same effect as indicated above for electrochemical capacitors. The same disadvantages also apply as a result of the limitations in electrical conductivity and the same problems with regard to the environment and health.
Tevens zijn bekend batterijen van het type Fe/lucht, Zn/lucht, Al/lucht en Li/lucht, waarbij tijdens het ontladen aan de luchtelektrode zuurstof wordt verbruikt door elektrochemische reductie; dergelijke batterijen worden ''mechanisch herladen" door 30 vernieuwing van de anode. Ook zijn bekend, bi-directionele luchtelektroden, welke behalve zuurstof reduceren ook zuurstof kunnen evolueren in het omgekeerde proces en daarmee elektrisch herlaadbare metaal/lucht batterijen mogelijk maken. De hiervoor tot nu toe bekende verbindingen laten nog slechts matige prestaties toe als 35 gevolg van beperkt geleidingsvermogen en katalytische activiteit, en zijn vaak kostbaar.Also known are batteries of the type Fe / air, Zn / air, Al / air and Li / air, wherein during discharge at the air electrode oxygen is consumed by electrochemical reduction; such batteries are "mechanically recharged" by renewal of the anode. It is also known that bi-directional air electrodes which, in addition to reducing oxygen, can also evolve oxygen in the reverse process and thereby make electrically rechargeable metal / air batteries possible. Hitherto known compounds only allow moderate performance due to limited conductivity and catalytic activity, and are often expensive.
Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een elektrode te voorzien met hoge prestatie en welke de bovenstaande nadelen niet - 6- heeft, dat wil zeggen, goedkoop te vervaardigen is, geen beperkingen heeft aan de nuttig te utiliseren dikte, en geen milieuproblemen heeft.It is the object of the present invention to provide a high performance electrode which does not have the above disadvantages, that is, is inexpensive to manufacture, has no limitations on useful thickness, and has no environmental problems. .
Het blijkt nu dat dit doel bij een elektrode voor een 5 elektrochemische cel kan worden verwezenlijkt door een verbinding omvattende een perovskiet van het type ΑΒ03_δ waarbij juist δ ^ 0, waarin A omvat een metaal gekozen uit de groep Na, K, Rb, Ca, Ba, La, Pr, Sr, Ce, Nb, Pb, Nd, Sm en Gd, en B omvat een metaal gekozen uit de groep Cu, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Mo, W en of Zr, en 10 waarbij geen metaal uit de groep Pt, Ru, Ir, Rh, Ni en Pd aanwezig is. Verrassenderwijs is gebleken dat bij toepassing van een dergelijk perovskiet van het type ΑΒ03.δ waarin geen (half-) edel-metalen aanwezig zijn noch nikkel aanwezig is, en waarbij 5 in het bijzonder wordt gekozen tussen - 0,2 en - 0,05 of tussen + 0,05 en + 0,7 15 bijzonder goede opslag-capaciteit (in F/g of Ah/kg), dan wel conver-siesnelheid of katalytische activiteit verkregen wordt en tevens een hoog elektrisch geleidingsvermogen (in S/cm). Tevens is verrassenderwijs gebleken dat de utilisatie van het elektrodemateriaal een dergelijke verbinding omvattende, praktisch onafhankelijk is van de 20 elektrodedikte. Een dergelijke eigenschap is in de stand der techniek geheel onbekend. Begrepen dient te worden dat onder perovskieten van het type ΑΒ03_δ eveneens perovskieten verstaan worden van het type of AlA2B03-5 of ΑΒ1Β203-δ of A1A2B1B203_6 met δ Φ 0 en δ in het bijzonder binnen de hierboven aangegeven waarden. Voorbeelden zijn Sm0.5Sr0.5CoO3-25 δ, Ndo.5Sr0.5Co03_5 en Nd0.,jSro.6Coo.8Feo.203-5, maar hiertoe is de uitvinding niet beperkt.It now appears that this object can be achieved at an electrode for an electrochemical cell by a compound comprising a perovskite of the type ΑΒ03_δ where precisely δ ^ 0, wherein A comprises a metal selected from the group Na, K, Rb, Ca, Ba, La, Pr, Sr, Ce, Nb, Pb, Nd, Sm and Gd, and B comprises a metal selected from the group Cu, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Mo, W and or Zr, and wherein no metal from the group Pt, Ru, Ir, Rh, Ni and Pd is present. Surprisingly, it has been found that when such a perovskite of the type ΑΒ03.δ is used in which no (semi) noble metals are present, nor nickel is present, and in which a particular choice is made between - 0.2 and - 0.05 or between + 0.05 and + 0.7 particularly good storage capacity (in F / g or Ah / kg), or conversion speed or catalytic activity is obtained and also a high electrical conductivity (in S / cm) . It has also surprisingly been found that the utilization of the electrode material comprising such a connection is practically independent of the electrode thickness. Such a property is completely unknown in the prior art. It should be understood that perovskites of the type ΑΒ03_δ are also understood to mean perovskites of the type or AlA2B03-5 or ΑΒ1Β203-δ or A1A2B1B203_6 with δ Φ 0 and δ in particular within the values specified above. Examples are Sm0.5Sr0.5CoO3-25 δ, Ndo.5Sr0.5Co03_5 and Nd0., S0.6Co.8Feo.203-5, but the invention is not limited thereto.
Verder is verrassenderwijs gebleken dat het .hierboven gestelde doel bij een elektrode voor een elektrochemische cel ook kan worden verwezenlijkt door een verbinding omvattende een brown-milleriet 30 ABO(2,5 - ξ) waarbij ξ * 0, en A en B worden gekozen uit de hierboven aangegeven groepen. Een hoge capaciteit, dan wel conversiesnelheid of katalytische activiteit, en een goed elektrisch geleidingsvermogen kunnen in het bijzonder optreden voor waarden van ξ tussen - 0,2 en -0,05 of tussen + 0,05 en + 0,3. Een voorbeeld van zo een verbinding 35 is SrCoO(2,5 - ξ) , maar hiertoe is de vinding niet beperkt.Furthermore, it has surprisingly been found that the above stated objective in an electrode for an electrochemical cell can also be achieved by a connection comprising a brown-millerite ABO (2.5 - ξ) wherein ξ * 0, and A and B are selected from the groups indicated above. A high capacity, or conversion speed or catalytic activity, and a good electrical conductivity can occur in particular for values of ξ between - 0.2 and -0.05 or between + 0.05 and + 0.3. An example of such a connection 35 is SrCoO (2.5 - ξ), but the invention is not limited to this.
Begrepen dient te worden dat een elektrode meer dan een van de betreffende perovskieten en of brown-millerieten kan omvatten.It should be understood that an electrode can comprise more than one of the perovskites and / or brown millerites in question.
- 7-- 7-
Door het toepassen van deze verbindingen is het mogelijk elektroden te ver-krijgen met gewenste eigenschappen tegen lage materiaalkosten en via een eenvoudig fabricageproces. Verder maakt de uitvinding het mogelijk elektroden tot grote dikten nuttig te 5 gebruiken, zonder dat daarvoor toevoegingen van extra materialen of componenten nodig zijn, bijvoorbeeld voor de elektrische geleiding of stroomafname. Bij voorkeur hebben dergelijke elektroden aanzienlijke porositeit om het werkzame oppervlak met het elektrolyt te vergroten. Bij voorkeur bestaat een dergelijke elektrode tenminste nabij het 10 oppervlak uit een poreuze structuur welke tenminste 30 % en bij voorkeur meer dan 7 0% uit een of meer van de bovenstaande verbindingen bestaat. In een elektrochemische condensator is verrassenderwijze gebleken dat dergelijke elektroden een hoge pseudo-capaciteit vertonen. Bijvoorbeeld werd bij gebruik als anode in een 15 asymmetrische elektrochemische condensator met een koolstof kathode en met KOH elektrolyt, een hoge elektrodecapaciteit gevonden welke gezien het effectieve oppervlak niet aan dubbellaagcapaciteit kan worden toegeschreven. Tevens werd een hoge capaciteit van de totale cel gevonden, bij een lage inwendige weerstand, een gunstig gelegen 20 Nernst evenwichtspotentiaal E0 en een gunstig bruikbaar spannings-gebied. Hieruit volgen hoge energie- en vermogensdichtheden voor de cel. Afzon-derlijke metingen toonden hoge elektrische geleidings-vermogens aan voor elektroden verbindingen volgens de vinding omvattende. Een vergelijking met de eigenschappen van uit de stand 25 der techniek bekende elektroden is gegeven in tabel 1. In het bijzonder is het elektrisch geleidingsvermogen van een zelfde hoog niveau als dat van Pb2Ru207 en de capaciteit in pF/cm2 van een zelfde hoog niveau als dat van Ni(0H)2. Behalve het dure ruthenium kan met een elektrode volgens de uitvinding ook, maar niet noodzakelijk, het 30 zware lood worden vermeden.By applying these compounds, it is possible to obtain electrodes with desired properties at low material costs and via a simple manufacturing process. Furthermore, the invention makes it possible to use electrodes up to large thicknesses in a useful manner, without the need for additions of additional materials or components, for example for electrical conduction or current collection. Preferably, such electrodes have considerable porosity to increase the effective surface with the electrolyte. Such an electrode preferably consists at least near the surface of a porous structure which consists of at least 30% and preferably more than 70% of one or more of the above compounds. It has surprisingly been found in an electrochemical capacitor that such electrodes have a high pseudo-capacitance. For example, when used as an anode in an asymmetric electrochemical capacitor with a carbon cathode and with KOH electrolyte, a high electrode capacity was found which, given the effective surface, cannot be attributed to double layer capacity. A high capacity of the total cell was also found, with a low internal resistance, a conveniently located Nernst equilibrium potential E0 and a favorable usable voltage range. This results in high energy and power densities for the cell. Individual measurements demonstrated high electrical conductivity for electrode connections according to the invention. A comparison with the properties of electrodes known from the prior art is given in Table 1. In particular, the electrical conductivity is of the same high level as that of Pb2 Ru2 O7 and the capacitance in pF / cm2 of the same high level as that of Ni (0 H) 2. In addition to the expensive ruthenium, an electrode according to the invention can also, but not necessarily, avoid the heavy lead.
Tabel 1. Vergelijking van eigenschappen tussen elektroden*' volgens de stand der techniek en een Smo.5Sr0.5Co03_5 elektrode*’ volgens de uitvinding. C is capaciteit; σ is elektrisch geleidingsvermogen, A 35 is effectief oppervlak. Maximale spanning V en maximale spanningsdaling Δ V gelden voor de hele cel.Table 1. Comparison of properties between electrodes * according to the state of the art and a Smo.5Sr0.5CoO3 -5 electrode * according to the invention. C is capacity; σ is electrical conductivity, A 35 is effective surface. Maximum voltage V and maximum voltage drop Δ V apply to the entire cell.
- 8 -- 8 -
Eigen- Actieve Ru02.xH20 Pb2Ru207 SrRu03 Ni(OH) Sm0.sSro.5Co03-0 schap kool 2 C (pF/cm2) 10 ... 40 . . . · 60 2200 2600 A (m2/g) < 1200 120 10 ... 150 70 100 < 5 (0) C (F/g) < 100 < 720 72 20...200 2200 > 130 <°> σ (S/cm) < 1 . . 500 .. . . > 700 V (V) 1,2 1,3 .. 1,2 1,6 1,6 Δ V (V) 1,0 1,0 0, 9 0,7 0, 8 1,2 K Euro/kg) 2,25(1) 3000<2)... 1000(2)... >3000(2) 6...10<5) 20(2)...1200 (6) 5000l3> 23.000(4> *) als werkelektrode in een supercondensator met koolstof tegen elektrode en KOH elektrolyt.Self-Active Ru02.xH2 O Pb2 Ru2 O7 SrRuO3 Ni (OH) Sm0.sSro5 CoO3-0 shelf coal 2 C (pF / cm 2) 10 ... 40. . . · 60 2200 2600 A (m2 / g) <1200 120 10 ... 150 70 100 <5 (0) C (F / g) <100 <720 72 20 ... 200 2200> 130 <°> σ (S / cm) <1. . 500 ... . > 700 V (V) 1.2 1.3 .. 1.2 1.6 1.6 Δ V (V) 1.0 1.0 0, 9 0.7 0, 8 1.2 K Euro / kg ) 2.25 (1) 3000 <2) ... 1000 (2) ...> 3000 (2) 6 ... 10 <5) 20 (2) ... 1200 (6) 500013> 23,000 (4) > *) as a working electrode in a super capacitor with carbon versus electrode and KOH electrolyte.
(0) > 2600 F/g bij > 100 m2/g 5 (1) inkoopprijs op 1000 kg basis (2) grondstofprijs (3) inkoopprijs op 25 kg basis en afhankelijk van zuiverheid (4) chemisch zuiver en op basis 5 gram (5) gebaseerd op NiO grondstofprijs voor > 1000 kg 10 (6) inkoopprijs eenmalige batch van 1 kg(0)> 2600 F / g with> 100 m2 / g 5 (1) purchase price on a 1000 kg basis (2) raw material price (3) purchase price on a 25 kg basis and depending on purity (4) chemically pure and based on 5 grams ( 5) based on NiO raw material price for> 1000 kg 10 (6) purchase price of a one-off batch of 1 kg
Naast een of meer van bovengenoemde verbindingen volgens de vinding, kunnen de elektroden ook, maar niet noodzakelijk, een binder bevatten voor het vormen van een samenhangende structuur. Een 15 dergelijke structuur kan, maar behoeft niet, in een matrix worden aangebracht. Ook, maar niet noodzakelijk, kunnen de elektroden een warmtebehandeling of calcineringbehandeling of sinterbehandeling hebben ondergaan.In addition to one or more of the above compounds according to the invention, the electrodes may also, but not necessarily, contain a binder to form a coherent structure. Such a structure can, but does not have to, be arranged in a matrix. Also, but not necessarily, the electrodes may have undergone heat treatment or calcination treatment or sintering treatment.
In figuur 1 worden resultaten getoond van metingen aan 20 elektrochemische conden-satoren met een koolstofelektrode en, respectievelijk, een Ni(OH)2 (weergegeven met Δ) elektrode bekend uit de stand der techniek en een Sm0.5Sro.5Co03-5 elektrode (weergegeven met O) volgens de onderhavige uitvinding. Bij de Ni(0H)2 elektrode werd grafiet in verschillende percentages toe-gevoegd ter verbetering van 25 de elektrische geleiding, terwijl bij de Sm0.5Sr0.5CoO3-5 elektrode geen - 9- toevoeging werd gebruikt. Duidelijk blijkt dat de elektrode volgens de uitvinding tot grotere dikten gebruikt kan worden zonder dat verlies in effectieve capaciteit optreedt. Het is dus mogelijk elektroden volgens de uitvinding tot grotere dikten te utiliseren 5 zonder gebruik van additieven, zoals bijvoorbeeld grafiet, of geleidende matrices,' zoals bijvoorbeeld metaalschuimen. Dit maakt cellen en stapelingen van cellen mogelijk met minder inactief materiaal en daarmee met hogere energie- en vermogens dichtheid. Door het hoge geleidingsvermogen is het ook mogelijk een matrix toe te 10 passen welke minder goed geleidt dan bijvoorbeeld een metaalschuim, bijvoorbeeld een matrix van een geleidende kunststof of een geleidend polymeer, en waarmee eveneens reducties in gewicht en kosten bereikt worden. Ook is het mogelijk zelfstandige, relatief dikke elektrodelagen te formeren, bijvoorbeeld door printen, drukken, 15 gieten of dippen, al dan niet op andere (elektrische of elektronische) componenten, en welke een hoge capaciteit bezitten en geen gebruik maken van kostbare edelmetaalelementen.Figure 1 shows results of measurements on 20 electrochemical capacitors with a carbon electrode and, respectively, a Ni (OH) 2 (represented by Δ) electrode known from the prior art and a Sm0.5Sro.5Co03-5 electrode ( represented by O) according to the present invention. In the Ni (0H) 2 electrode, graphite was added in different percentages to improve the electrical conductivity, while in the Sm0.5Sr0.5CoO3-5 electrode no addition was used. It is clear that the electrode according to the invention can be used to greater thicknesses without loss of effective capacity. It is thus possible to utilize electrodes according to the invention to greater thicknesses without the use of additives, such as, for example, graphite, or conductive matrices, such as, for example, metal foams. This makes cells and stacks of cells possible with less inactive material and therefore with higher energy and power density. Due to the high conductivity it is also possible to use a matrix which conducts less well than, for example, a metal foam, for example a matrix of a conductive plastic or a conductive polymer, and with which reductions in weight and costs are also achieved. It is also possible to form independent, relatively thick electrode layers, for example by printing, printing, casting or dipping, whether or not on other (electrical or electronic) components, and which have a high capacity and do not use expensive precious metal elements.
Een en ander neemt niet weg dat elektroden volgens de uitvinding ook als dunne lagen kunnen worden gemaakt, bijvoorbeeld door printen, 20 drukken, gieten, dippen, verven of spuiten, en toegepast.All this does not alter the fact that electrodes according to the invention can also be made as thin layers, for example by printing, printing, casting, dipping, painting or spraying, and applied.
De elektroden volgens de uitvinding zijn in uitvoering en toepassing niet beperkt tot asymmetrische condensatoren noch tot condensatoren volgens de aangegeven opbouw; zij zijn eveneens profijtelijk toe te passen in symmetrische elektrochemische condensa-25 toren, in batterijen en in brandstofcellen, reversibele brandstofcellen, elektrolyse apparaten en sensoren. Bijvoorbeeld kan een elektrode omvattende een of meer verbindingen volgens de uitvinding, de bekende Ni(OH)2 elektrode in een alkaline batterij, bijvoorbeeld een NiCd of NiMH batterij, vervangen. Hiertoe wordt de samenstelling 30 van de elektrode volgens de vinding dan zo gekozen, dat de capaciteit juist ligt in het voor de batterij gewenste potentiaalgebied.The electrodes according to the invention are not limited in their design and application to asymmetrical capacitors or to capacitors according to the construction described; they can also be used profitably in symmetrical electrochemical condensers, in batteries and in fuel cells, reversible fuel cells, electrolysis devices and sensors. For example, an electrode comprising one or more compounds according to the invention can replace the known Ni (OH) 2 electrode in an alkaline battery, for example a NiCd or NiMH battery. For this purpose, the composition of the electrode according to the invention is then chosen such that the capacitance lies precisely in the potential range desired for the battery.
Een elektrode volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door een specifieke zuurstof-stoichiometrie, dat wil zeggen een specifiek waardeninterval voor δ en of ξ, en door het geheel of volledig 35 vermijden van edelmetaalelementen, in het bijzonder ruthenium en irridium, door een hoge pseudo-capaciteit (van hetzelfde niveau als bij Ni (OH) 2 ) en of hoge katalytische activiteit en of hoge conversie snelheid, door een hoog elektrisch geleidingsvermogen (van hetzelfde -10- niveau als bij Pb2Ru207) praktisch onafhankelijk van de ladingstoestand of polarisatie, door een grote stabiliteit vanwege het ontbreken van ongewenste fasen en door een gunstig spanningsbereik. In een elektrode volgens de uitvinding kan tevens het gebruik van 5 milieuschadelijke elementen, zoals nikkel en lood, voorkomende in elektroden volgens de stand der techniek, worden vermeden. Ten gevolge van de genoemde eigenschappen kan een elektrode volgens de uitvinding, ten opzichte van hetgeen bekend is in de stand der techniek, goedkoper zijn, een hogere round-trip efficiency hebben in 10 het bijzonder bij hogere stroomsterkten, eenvoudiger worden gefabriceerd, toegepast in de vorm van dunne laag of dikke laag, en al dan niet worden opgesloten in een matrix die ook uit een licht, goedkoop en matig geleidende kunststof mag bestaan. Op deze wijze laat een elektrode volgens de uitvinding ook andere concepten toe dan die 15 bekend in de stand der techniek voor condensatoren, superconden-satoren, batterijen, brandstofcellen, electrolysers en sensoren. Bijvoorbeeld is het nu mogelijk de elektrode als laag op een andere component te printen en op deze manier een functie aan die component toe te voegen. Die component kan bijvoorbeeld deel uit maken van een 20 foto-voltaische zonnecel of van een electro-chrome window.An electrode according to the invention is characterized by a specific oxygen stoichiometry, i.e. a specific value interval for δ and or ξ, and by the total or complete avoidance of noble metal elements, in particular ruthenium and irridium, by a high pseudo-capacity (of the same level as with Ni (OH) 2) and or high catalytic activity and or high conversion speed, due to a high electrical conductivity (of the same -10 level as with Pb2Ru207) practically independent of the charge state or polarization, due to a large stability due to the absence of undesired phases and due to a favorable voltage range. In an electrode according to the invention, the use of environmentally harmful elements, such as nickel and lead, occurring in electrodes according to the prior art can also be avoided. As a result of the properties mentioned, an electrode according to the invention, compared to what is known in the prior art, can be cheaper, have a higher round-trip efficiency, in particular at higher currents, can be manufactured more easily, used in the in the form of a thin layer or thick layer, and may or may not be enclosed in a matrix which may also consist of a light, cheap and moderately conductive plastic. In this way, an electrode according to the invention also permits concepts other than those known in the art for capacitors, super capacitors, batteries, fuel cells, electrolysers and sensors. For example, it is now possible to print the electrode as a layer on another component and in this way add a function to that component. That component can for instance be part of a photovoltaic solar cell or an electro-chrome window.
De onderhavige uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een aantal voorbeelden beschreven worden.The present invention will be described in more detail below with reference to a number of examples.
Voorbeeld 1 25 Elektrode volgens de uitvinding vervaardigd door het aanbrengen van een laag suspensie, inkt of pasta op een substraat. Het substraat kan bijvoorbeeld een metaalfolie of een kunststoffolie zijn. De suspensie, inkt of pasta omvat een of meer verbindingen volgens de uitvinding, een oplosmiddel en mogelijk hulpstoffen zoals dispergeer-30 middelen, surfactants, wetting-agents en dergelijke. De verbindingen volgens de uitvinding kunnen hierbij worden toegevoegd in de vorm van een poeder met hoog specifiek oppervlak. De suspensie, inkt of pasta kan eventueel ook een binder bevatten. Het aanbrengen geschiedt door middel van smeren, verven, spuiten, dippen, printen, gieten, 35 slibgieten, rollen of walsen. Na het aanbrengen kan de laag eerst worden gedroogd, waarbij oplosmiddel en hulpstoffen geheel of gedeeltelijk worden onttrokken. Er kan eventueel een warmtebehandeling, calcineren of sinteren worden toegepast, na het drogen, -11- of als vervanging van het drogen. Vervolgens wordt het substraat met de laag, welke karakteristieke dikten kan hebben tussen ca. 2 μκι en ca. 1000 μιη, en welke tussen de ca. 5 % en ca. 40 % poreus kan zijn, toegepast in een supercondensator of batterij.Example 1 Electrode according to the invention manufactured by applying a layer of suspension, ink or paste to a substrate. The substrate can be, for example, a metal foil or a plastic foil. The suspension, ink or paste comprises one or more compounds according to the invention, a solvent and possibly auxiliaries such as dispersants, surfactants, wetting agents and the like. The compounds according to the invention can be added in the form of a powder with a high specific surface area. The suspension, ink or paste can optionally also contain a binder. Application is by means of lubrication, painting, spraying, dipping, printing, casting, sludge casting, rolling or rolling. After application, the layer can first be dried, with solvent and auxiliaries wholly or partially extracted. A heat treatment, calcination or sintering can optionally be used, after drying, or as a substitute for drying. Subsequently, the substrate with the layer, which can have characteristic thicknesses between approximately 2 μκι and approximately 1000 μιη, and which can be between approximately 5% and approximately 40% porous, is used in a super-capacitor or battery.
5 Op deze wijze werd bijvoorbeeld een 1 cm2 elektrode volgens de uitvinding als volgt gemaakt. Een hoeveelheid van 1 g Sm0.5Sro.5Co03_5 poeder met een laag effectief oppervlak < 5,0 m2/g werd in 1,5 ml oplossing gebracht, bestaande uit 4 Μ KOH elektrolyt en 0,1 %wt surfactant. Door 24 uur roeren werd hiervan een homogene suspensie 10 verkregen, waarvan vervolgens een deel werd aangebracht op een 50 pm dik nikkel folie (de stroomcollector) . Het geheel werd 4 uur bij 80 °C gedroogd om aldus een 1 cm2 elektrode - stroomcollector laminaat te verkrijgen, waarbij de elektrodelaag ca. 15 μ dik was. Dit laminaat werd tezamen met een separator en een tegenelektrode van 15 geactiveerd koolstof in een teflon celhuis aangebracht. Beide elektroden werden voorzien van ca. 50 μΐ elektrolyt waarna het celhuis werd afgesloten. Twee roestvast stalen pennen zorgen voor het contact van de stroomcollectors naar de buitenkant van de cel. De inwendige weerstand ESR van de zo verkregen supercondensator werd 20 gemeten met' behulp van impedantie spectroscopie. Vervolgens werden laad- en ont-laadcycli uitgevoerd, cyclische voltamogrammen opgenomen en opnieuw laad- en ontlaadcycli uitgevoerd bij stroomdichtheden tot 500 mA per gram Sm0.5Sr0.5CoC>3-5 en tussen de celspanningen 0 en 1,8 V. Figuur 2 laat de resultaten zien van een cel waarbij nog een platina 25 referentie-elektrode in de separator werd aangebracht. Uit het potentiaalverloop van de elektrode bij laden en ontladen met een stroom van 0,25 A/g, volgt een effectieve capaciteit voor de verbinding volgens de uitvinding van > 130 F/g.In this way, for example, a 1 cm 2 electrode according to the invention was made as follows. An amount of 1 g of Sm0.5Sro.5CoO3 -5 powder with a low effective surface area <5.0 m2 / g was placed in 1.5 ml of solution consisting of 4 Μ KOH electrolyte and 0.1% wt surfactant. A homogeneous suspension of this was obtained by stirring for 24 hours, part of which was then applied to a 50 µm thick nickel foil (the current collector). The whole was dried at 80 ° C for 4 hours so as to obtain a 1 cm 2 electrode - current collector laminate, the electrode layer being approximately 15 µ thick. This laminate was applied in a Teflon cell housing together with a separator and a counter-electrode of activated carbon. Both electrodes were supplied with approximately 50 μΐ electrolyte, after which the cell housing was sealed. Two stainless steel pins ensure the contact of the power collectors to the outside of the cell. The internal resistance ESR of the super capacitor thus obtained was measured by impedance spectroscopy. Charging and discharging cycles were then performed, cyclic voltamograms were recorded and charging and discharging cycles were again performed at current densities up to 500 mA per gram of Sm0.5Sr0.5CoC> 3-5 and between cell voltages 0 and 1.8 V. Figure 2 shows see the results of a cell with another platinum reference electrode in the separator. The potential curve of the electrode during charging and discharging with a current of 0.25 A / g results in an effective capacity for the connection according to the invention of> 130 F / g.
30 Voorbeeld 2Example 2
Elektrode vervaardigd door het aanbrengen van een suspensie, inkt of pasta in een matrix. De matrix kan een metaalschuim zijn, of een metaalmatje, metaalgaas, polymeerschuim, polymeergaas, of een andere poreuze structuur. De suspensie, inkt of pasta omvat een of 35 meer perovskiet en of brown-milleriet verbindingen volgens de uitvinding, en kan verder bestanddelen bevatten zoals in voorbeeld 1 beschreven. De perovskiet en of brown-milleriet verbindingen kunnen hierbij worden toegevoegd in de vorm van een poeder met hoog -12- specifiek oppervlak. Het aanbrengen van de suspensie, inkt of pasta kan plaats vinden volgens de in voorbeeld 1 beschreven methoden. Na het aanbrengen kunnen de stappen zoals in voorbeeld 1 volgen. Typische dikten van de gevormde elektrodestructuur zullen nu tussen 5 ca. 100 pm en ca. 1500 pm liggen.Electrode manufactured by applying a suspension, ink or paste in a matrix. The matrix can be a metal foam, or a metal mat, metal mesh, polymer foam, polymer mesh, or other porous structure. The suspension, ink or paste comprises one or more perovskite and / or brown-millerite compounds according to the invention, and may further contain components as described in Example 1. The perovskite and / or brown-millerite compounds can be added in the form of a powder with a high surface area. The application of the suspension, ink or paste can take place according to the methods described in Example 1. After application, the steps as in example 1 can follow. Typical thicknesses of the formed electrode structure will now be between approximately 100 µm and approximately 1500 µm.
Op deze wijze werd bijvoorbeeld een 1 cm2 elektrode volgens de uitvinding als volgt gemaakt. Een hoeveelheid van 1 g Smo.5Sr0.5Co03.5 poeder met een laag effectief oppervlak < 4,0 m2/g werd in 1,5 ml oplossing gebracht, bestaande uit 4 Μ KOH elektrolyt en 0,1 %wt 10 surfactant. Door 24 uur roeren werd hiervan een homogene suspensie verkregen, welke in een 900 μ dik nikkel metaalschuim werd geperst. Het gevulde schuim werd daarna 12 uur op 80 °C gedroogd. Op eenzelfde manier als in voorbeeld 1 werd hiermee een supercondensator cel gemaakt en werden experimenten gedaan. Figuur 3 laat de resultaten 15 zien van een cel waarbij nog een platina referentie-elektrode in de separator werd aangebracht. Uit het potentiaalverloop van de elektrode bij laden en ontladen met een stroom van 0,37 A/g, volgt een effectieve capaciteit voor de verbinding volgens de uitvinding van > 120 F/g.In this way, for example, a 1 cm 2 electrode according to the invention was made as follows. An amount of 1 g of Smo.5Sr0.5CoO3.5 powder with a low effective surface area <4.0 m2 / g was placed in 1.5 ml of solution consisting of 4 Μ KOH electrolyte and 0.1% wt surfactant. A homogeneous suspension of this was obtained by stirring for 24 hours, which was pressed into a 900 μm thick nickel metal foam. The filled foam was then dried at 80 ° C for 12 hours. In the same way as in Example 1, a super capacitor cell was made with this and experiments were done. Figure 3 shows the results of a cell in which another platinum reference electrode was provided in the separator. The potential curve of the electrode during charging and discharging with a current of 0.37 A / g results in an effective capacity for the connection according to the invention of> 120 F / g.
2020
Voorbeeld 3Example 3
Elektrode vervaardigd door het aanbrengen van een laag suspensie, inkt of pasta op een substraat. De suspensie, inkt of pasta omvat een of meer perovskiet en of brown-milleriet verbindingen 25 volgens de uitvinding, een oplosmiddel en mogelijk hulpstoffen zoals dispergeermiddelen, surfactants, wetting-agents en dergelijke. De perovskiet en of brown-milleriet verbindingen kunnen hierbij worden toegevoegd in de vorm van een poeder met hoog specifiek oppervlak. De suspensie, inkt of pasta kan eventueel ook een binder bevatten. Het 30 substraat is een glad oppervlak. De suspensie wordt over het oppervlak verdeeld door middel van smeren, verven, printen of gieten en wordt gedroogd. Daarna wordt de gevormde tape als zelfstandige elektrodelaag van het gladde oppervlak afgenomen. Eventueel kunnen, voor toepassing in een condensator, batterij, brandstofcel, 35 electrolyser of sensor, op de tape nog warmtebehandelingen, calcineren of sinteren worden toegepast.Electrode manufactured by applying a layer of suspension, ink or paste to a substrate. The suspension, ink or paste comprises one or more perovskite and / or brown-millerite compounds according to the invention, a solvent and possibly auxiliaries such as dispersants, surfactants, wetting agents and the like. The perovskite and / or brown-millerite compounds can be added in the form of a powder with a high specific surface area. The suspension, ink or paste can optionally also contain a binder. The substrate is a smooth surface. The suspension is distributed over the surface by lubrication, painting, printing or pouring and is dried. The tape formed is then removed from the smooth surface as an independent electrode layer. For use in a capacitor, battery, fuel cell, electrolyser or sensor, heat treatments, calcination or sintering may also be applied to the tape.
-13--13-
Voorbeeld 4Example 4
Elektrode vervaardigd door het aanbrengen van een suspensie, inkt of pasta een of meer verbindingen volgens de vinding omvattende, op een substraat of in een matrix, waarbij dit substraat of deze 5 matrix deel uit maakt of deel uit gaat maken van een andere component of device, zoals een foto-voltaische zonnecel of electro-chrome window.Electrode manufactured by applying a suspension, ink or paste comprising one or more compounds according to the invention, on a substrate or in a matrix, said substrate or matrix forming part of or becoming part of another component or device , such as a photovoltaic solar cell or electro-chrome window.
Voorbeeld 5 10 Een of meer verbindingen volgens de uitvinding worden in poedervorm ingepakt in een enveloppe van poreus kunststofmateriaal, inert voor het toe te passen elektrolyt en elektrisch isolerend. Voor het sluiten van de enveloppe worden poedermateriaal, enveloppe en een draad of strip metaal zodanig samengeperst, dat tussen de 15 poederdeeltjes onderling en tussen de draad of de strip en het poeder contact ontstaat. De op deze wijze ontstane structuur wordt als elektrode gebruikt in een elektro-chemische cel.Example 5 One or more compounds according to the invention are packed in powder form in an envelope of porous plastic material, inert to the electrolyte to be used and electrically insulating. To close the envelope, powder material, envelope and a wire or strip of metal are compressed in such a way that contact occurs between the powder particles and between the wire or the strip and the powder. The structure created in this way is used as an electrode in an electro-chemical cell.
Door . het kenmerkende gebruik van perovskieten en of brown-20 millerieten in de elektroden volgens de uitvinding, bestaan er ten opzichte van bekende materialen en elektroden, veel mogelijkheden om de eigenschappen te beïnvloeden en aan te passen aan specifieke toepassingseisen.Through . the typical use of perovskites and / or brown millerites in the electrodes according to the invention, there are, compared to known materials and electrodes, many possibilities to influence the properties and to adapt them to specific application requirements.
Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van voorkeurs-25 uitvoeringen beschreven is, dient begrepen te worden dat na het lezen van bovenstaande beschrijving bij degene bekwaam in de stand van de techniek dadelijk varianten op zullen komen die voor de hand liggend zijn en liggen binnen het bereik van de bijgaande conclusies.Although the invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is to be understood that after reading the above description, those skilled in the art will immediately come up with variants that are obvious and are within the scope of the invention. scope of the appended claims.
Claims (16)
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1017632A NL1017632C1 (en) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group |
US10/344,083 US20040089540A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
JP2002518555A JP2004506302A (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode, method for manufacturing the electrode, and electrochemical cell including the same |
HU0302080A HUP0302080A2 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
PL36043701A PL360437A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
CA002417013A CA2417013A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
KR10-2003-7001740A KR20030038687A (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the eletrode and electrochemical cell comprising it |
IL15420401A IL154204A0 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide active material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
NZ523942A NZ523942A (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material of formula ABOy, an electrode comprising said material, and method of manufacturing said electrode for use in an electrochemical cell |
EP01972803A EP1320906A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide active material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
PCT/NL2001/000621 WO2002013302A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
CZ2003246A CZ2003246A3 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide active material, electrode and process for producing such electrode |
AU2001292443A AU2001292443A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL1017632A NL1017632C1 (en) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group |
NL1017632 | 2001-03-19 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL1017632C1 true NL1017632C1 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=19773088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL1017632A NL1017632C1 (en) | 2000-08-07 | 2001-03-19 | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NL (1) | NL1017632C1 (en) |
-
2001
- 2001-03-19 NL NL1017632A patent/NL1017632C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sagu et al. | The pseudocapacitive nature of CoFe2O4 thin films | |
JP6019533B2 (en) | Nanoporous metal core / ceramics layered composite, its manufacturing method, supercapacitor device and lithium ion battery | |
US20040089540A1 (en) | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it | |
US20060078798A1 (en) | Compound having a high conductivity for electrons, electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell | |
US10644324B2 (en) | Electrode material and energy storage apparatus | |
You et al. | Designing binary Ru–Sn oxides with optimized performances for the air electrode of rechargeable zinc–air batteries | |
Conway et al. | Similarities and differences between supercapacitors and batteries for storing electrical energy | |
KR102182496B1 (en) | Electrochemical device electrode including cobalt oxyhydroxide | |
US20130257389A1 (en) | Supercapacitor with Hexacyanometallate Cathode, Activated Carbone Anode, and Aqueous Electrolyte | |
NL1018266C1 (en) | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group | |
JPH09120817A (en) | Non-sintered nickel positive electrode and alkaline storage battery using it | |
NL1015886C2 (en) | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group | |
NL1017632C1 (en) | Mixed oxide material with high electron conductivity, used in production of electrode for electrochemical cell, does not contain metals from platinum group | |
RU2145132C1 (en) | Electrochemical capacitor using combined charge storage mechanism | |
NL1017633C1 (en) | New high conductive compound having potassium nickel fluorite structure for electrode for vehicle electrochemical cell | |
Sharma et al. | Nanotechnologies in the renewable energy sector | |
NL1018267C2 (en) | New high conductive compound having potassium nickel fluorite structure for electrode for vehicle electrochemical cell | |
JP6523658B2 (en) | Intermediate layer material composition for capacitor air battery, electrode having intermediate layer containing the material composition, and capacitor air battery provided with the electrode | |
JP2000315527A (en) | Non-aqueous electrochemical capacitor | |
AU2002239153A1 (en) | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell | |
Swider-Lyons et al. | Direct write microbatteries for next-generation microelectronic devices | |
CZ20002240A3 (en) | Capacitor with double electric layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
VD2 | Discontinued due to expiration of the term of protection |
Effective date: 20070319 |