NL1017632C1 - Elektrode voor een elektrochemische cel. - Google Patents
Elektrode voor een elektrochemische cel. 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)
Description
Korte aanduiding: Elektrode voor een elektrochemische cel
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.
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.
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.
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.
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.
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 DE
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.
Verder is het gebruik van metaalhydroxiden voorgesteld, welke 10 kunnen overgaan in metaal-oxy-hydroxiden, zoals met name 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 door
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Begrepen dient te worden dat een elektrode meer dan een van de betreffende perovskieten en of brown-millerieten kan omvatten.
- 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.
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.
- 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.
(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
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 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.
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.
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.
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.
De onderhavige uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een aantal voorbeelden beschreven worden.
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.
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.
30 Voorbeeld 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.
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.
20
Voorbeeld 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.
-13-
Voorbeeld 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.
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.
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.
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.
Claims (16)
1. Elektrode voor een elektrochemische cel, omvattende een perovskiet van het type AB03-5 waarbij δ ligt tussen ongeveer -0,2 en - 0,05 of tussen + 0,05 en ongeveer + 0,7 en waarin A omvat een metaal gekozen uit de groep Na, K, Rb, Ca, Ba, La, Pr, 5 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 waarbij geen metaal uit de groep Pt, Ru, Ir, Rh, Ni en Pd aanwezig is.
2. Elektrode voor een elektrochemische cel, omvattende een brown- milleriet van het type ΑΒ02)5_ξ waarbij ξ ligt tussen ongeveer - 0,2 en - 0,05 of tussen + 0,05 en ongeveer + 0,3 en 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 15 groep Cu, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Mo, W en of Zr en waarbij geen metaal uit de groep Pt, Ru, Ir, Rh, Ni en Pd aanwezig is.
3. Elektrode volgens conclusie 1 of conclusie 2, waarbij A en of B 20 een metaal omvat gedoteerd met een verder metaal.
4. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij A SmxSr(1_x) omvat met x tussen ongeveer 0,4 en ongeveer 0,6.
5. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij A NdxSr(i_x) omvat met x tussen ongeveer 0,4 en ongeveer 0,6.
6. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij B Co omvat. 30
7. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij B Fe omvat.
8. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij B
35 Co(i-X)Fex omvat met x tussen ongeveer 0,2 en ongeveer 0,6. -15-
9. Elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende tenminste 30 gew. % van een of meer van die perovskieten en of brown-millerieten. 5 10.Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende het voorzien in een substraat en het daarop aanbrengen van een laag omvattende een of meer van die perovskieten en of brown-millerieten.
10
11.Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende het voorzien in een matrix en het daarin aanbrengen van een of meer van die perovskieten en of brown-millerieten. 15
12.Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende de fabrikage van een zelfstandige tape of structuur omvattende een of meer van die perovskieten en of brown-millerieten. 20
13.Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrodelaag volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende het integreren in een component of device van die elektrodelaag en omvattende dat perovskiet. 25
14.Elektrochemische cel omvattende een elektrode volgens een van de voorgaande conclusies, alsmede een elektrolyt en een verdere elektrode.
15. Elektrochemisch cel volgens conclusie 14, waarbij die verdere 30 elektrode een koolstofelektrode omvat, of een Ru02 elektrode, of een Ru02.xH20 elektrode.
16. Elektrochemische cel omvattende twee elektroden, ieder volgens een van de conclusies 1 tot en met 13 en mogelijk van elkaar 35 verschillend, en een elektrolyt.
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1017632A NL1017632C1 (nl) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Elektrode voor een elektrochemische cel. |
| CA002417013A CA2417013A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
| AU2001292443A AU2001292443A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it |
| CZ2003246A CZ2003246A3 (cs) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Aktivní materiál směsného oxidu, elektroda a způsob výroby této elektrody a elektrochemický článek obsahující tuto elektrodu |
| 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 |
| PL36043701A PL360437A1 (en) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Mixed oxide 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 |
| 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 |
| HU0302080A HUP0302080A2 (hu) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | Nagy elektronvezetż képességgel rendelkezż vegyes oxid anyag, ilyen anyagból készített elektród, eljárás az elektród elżállítására, továbbá elektrokémiai cella |
| 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 |
| KR10-2003-7001740A KR20030038687A (ko) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | 혼합된 산화 활성물질, 전극 및 전극의 제조방법 및 그를 구성한 전기화학적 전지 |
| 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 |
| JP2002518555A JP2004506302A (ja) | 2000-08-07 | 2001-07-26 | 混合酸化物材料、電極、および該電極の製造方法、およびそれを備える電気化学セル |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1017632A NL1017632C1 (nl) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | Elektrode voor een elektrochemische cel. |
| NL1017632 | 2001-03-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1017632C1 true NL1017632C1 (nl) | 2002-09-20 |
Family
ID=19773088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1017632A NL1017632C1 (nl) | 2000-08-07 | 2001-03-19 | Elektrode voor een elektrochemische cel. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1017632C1 (nl) |
-
2001
- 2001-03-19 NL NL1017632A patent/NL1017632C1/nl not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sagu et al. | The pseudocapacitive nature of CoFe2O4 thin films | |
| JP6019533B2 (ja) | ナノポ−ラス金属コア・セラミックス堆積層型コンポジット及びその製造法並びにスーパーキャパシタ装置及びリチウムイオン電池 | |
| 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 | |
| Conway et al. | Similarities and differences between supercapacitors and batteries for storing electrical energy | |
| KR102182496B1 (ko) | 코발트 옥시하이드록사이드를 포함하는 전기화학 소자 전극 | |
| US20130257389A1 (en) | Supercapacitor with Hexacyanometallate Cathode, Activated Carbone Anode, and Aqueous Electrolyte | |
| NL1018266C1 (nl) | Gemengd oxidemateriaal met hoog geleidingsvermogen voor elektronen; elektrode voor een elektrochemische cel die dit materiaal omvat; werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode voor een elektrochemische cel en elektrochemische cel die tenminste een dergelijke elektrode omvat. | |
| JPH09120817A (ja) | 非焼結式ニッケル正極及びその正極を用いたアルカリ蓄電池 | |
| NL1015886C2 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| NL1017632C1 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| RU2145132C1 (ru) | Электрохимический конденсатор с комбинированным механизмом накопления заряда | |
| NL1017633C1 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| WO2021220294A1 (en) | A single cell hybrid capattery energy storage system | |
| Sharma et al. | Nanotechnologies in the renewable energy sector | |
| NL1018267C2 (nl) | Verbinding met hoog geleidingsvermogen voor elektronen, elektrode voor een elektrochemische cel die deze verbinding omvat, werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode en elektrochemische cel. | |
| JP6523658B2 (ja) | キャパシタ空気電池用の中間層原料組成物、該原料組成物を含有する中間層を有する電極、および該電極を備えたキャパシタ空気電池 | |
| JP2000315527A (ja) | 非水電気化学キャパシタ | |
| Ranjan | Études électrochimiques des interfaces fonctionnelles et nanomatériaux pour le stockage de l’énergie: du supercabatterie au water splitting | |
| 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 (cs) | Kondenzátor s dvojitou elektrickou vrstvou |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| VD2 | Discontinued due to expiration of the term of protection |
Effective date: 20070319 |