NL1018267C2 - 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. - Google Patents
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. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1018267C2 NL1018267C2 NL1018267A NL1018267A NL1018267C2 NL 1018267 C2 NL1018267 C2 NL 1018267C2 NL 1018267 A NL1018267 A NL 1018267A NL 1018267 A NL1018267 A NL 1018267A NL 1018267 C2 NL1018267 C2 NL 1018267C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- electrode
- metal
- electrochemical cell
- substrate
- compound according
- Prior art date
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 65
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 7
- 239000011591 potassium Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- SBYHFKPVCBCYGV-UHFFFAOYSA-N quinuclidine Chemical compound C1CC2CCN1CC2 SBYHFKPVCBCYGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 31
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 30
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 15
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 platinum metal cation Chemical group 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 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
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 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
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- 229910002561 K2NiF4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005580 NiCd Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005813 NiMH Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002640 NiOOH Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 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
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 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
- 229910009112 xH2O Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 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
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 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
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 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
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 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
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 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
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 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
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 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
- 238000002156 mixing Methods 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
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- 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
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/582—Halogenides
-
- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
-
- 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
-
- 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
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
Korte aanduiding: 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.
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verbinding met hoog geleidingsvermogen voor elektronen.
Een dergelijk type materiaal is bekend uit DE-C-196 40 926.
Bedoelde publicatie beschrijft verbindingen van het type 5 A(B1_xCx)03 waarbij 0 ^ X < 1 kan zijn; dergelijke materialen worden toegepast voor het vervaardigen van elektroden voor een elektrochemische cel. De betekenis van A is een metaalkation van de groep IIA (aardalkalimetalen) of van de lanthaniden uit het Periodiek Systeem of een mengsel daarvan; B stelt een platinametaalkation voor, 10 terwijl C een metaalkation gekozen uit de groepen IVb, Vb, Vb, VIb, Vllb, VlIIb en lib van het Periodiek Systeem der elementen of een t mengsel daarvan voorstelt.
Aanvraagster heeft veel onderzoek aan dergelijke materialen uitgevoerd en heeft een nieuwe verbinding ontwikkeld die volgens de 15 uitvinding wordt gekenmerkt doordat deze van het type ABCO(x - S)Hal(y _ ξ) met een kalium-nikkelfluoriet structuur is, waarbij x + y = 4, en δ en ξ liggen tussen - 0,7 en +0,7 en waarin A tenminste een metaal omvat gekozen uit de groep Na, K, Rb, Ca, Ba, La, Pr, Sr, Ce, Nb, Pb, Nd, Sm en Gd, en waarin B tenminste een metaal omvat gekozen 20 uit die zelfde groep, en waarin C tenminste een metaal omvat gekozen uit de groep Cu, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Mo, W en Zr en/of een metaal uit de groep Pt, Ru, Ir, Rh, Pd en Ni waarin A en B niet hetzelfde kunnen zijn en waarin A en C niet beide Nb kunnen zijn en waarin Hal tenminste een halogeenatoom omvat gekozen uit de groep F, 25 Cl, Br en I.
Verrassenderwijs is gebleken dat bij toepassing van bovengenoemde type verbindingen met de kalium-nikkelfluorietstructuur bijzonder goede opslagcapaciteit (F/g of Ah/kg) dan wel conversiesnelheid of katalytische activiteit worden verkregen waarbij 30 het materiaal tevens een hoog elektrisch geleidingsvermogen (in S/cm) bezit.
101826? J
- 2 -
De hiervoor beschreven verbindingen volgens de uitvinding kunnen ook belichaamd zijn in bij dergelijke verbindingen behorende superstructuren, verkregen uit herhaling van de eenheidscel, zoals bijvoorbeeld K3Ni1;E>F6 of K4Ni2F8 worden verkregen door herhaling van de 5 kalium-nikkelfluoriet eenheidscel K2NiF4.
A, B en C kunnen elk een enkelvoudig metaal betreffen; uiteraard kunnen ook A en/of B en/of C een metaal omvatten dat is gedoteerd met een verder metaal.
Doelmatig is een verbinding volgens de hiervoor gegeven 10 algemene aanduiding x = 4, y = 0 en ξ = 0; de verbinding heeft dan de formule ABCO4-5.
In het bijzonder is in de verbinding volgens de uitvinding A gekozen uit één of meer van La, Sm, Sr en Nd.
B kan eveneens uit de hiervoor voor A genoemde voorkeursmetalen 15 zijn gekozen.
C is bij voorkeur gekozen uit Co, Mn en Fe.
In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm is de verbinding volgens de uitvinding zoals hiervoor beschreven zodanig dat A is gekozen uit één of meer van La, Sm en Nd; B Sr omvat en waarin C Co omvat, 20 waarbij x = 4, y = 0 en ξ = 0'.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een elektrode voor een elektrochemische cel die een verbinding van het hiervoor beschreven type volgens de uitvinding omvat.
Doelmatig is de hoeveelheid verbinding in de elektrode 25 tenminste 30 gew.% van de met deze elektrode samenhangende actieve elektrisch geleidende massa.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze en een algemene werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode voor een electrochemische cel omvattende het verschaffen van een geschikt 30 substraat en het daarop vormen van een samenhangende laag uit een materiaal met hoge geleidbaarheid voor electronen door opbrengen van een mengsel van het betreffende materiaal, een of meer bindmiddelen en tenminste een oplosmiddel gevolgd door verwijderen van het oplosmiddel en eventueel gevolgd door een warmtebehandeling die wordt 35 gekenmerkt doordat op het substraat een samenhangende laag wordt gevormd die één of meer van de verbindingen volgens de uitvinding zoals hiervoor beschreven omvat.
Werkwijzen voor het vervaardigen van elektroden zijn algemeen bekend en een werkwijze van een dergelijk type wordt bijvoorbeeld 1n18267« - 3 - beschreven in de hiervoor genoemde publicatie DE-C-196 40 926.
Het substraat kan bijvoorbeeld een strook van een geschikt metaal zijn dan wel een strook uit kunststof die eventueel elektrisch geleidend kan zijn. Een pasta van de aan te brengen verbinding wordt 5 gemaakt door de verbinding te mengen met één of meer bindmiddelen en voldoende oplosmiddel of een mengsel van oplosmiddelen waardoor een pasta of suspensie van geschikte viscositeit wordt verkregen.
De pasta of suspensie wordt op het substraat aangebracht door dompelen, strijken, met de kwast, spuiten e.d.. Na droging om het 10 oplosmiddel te verwijderen kan het aldus beklede substraat eventueel nog aan een warmtebehandeling worden onderworpen om de verbinding in een geschikte toestand te brengen dan wel te activeren en/of tot een samenhangende structuur te vormen.
Het substraat kan ook een matrix zijn zoals een poreus metaal 15 of poreuze kunststof waarbij een verbinding of een mengsel van verbindingen in de matrix wordt opgenomen en daarmee een samenhangend geheel vormt.
De verbinding of een mengsel van meerdere verbindingen kan rechtstreeks in de matrix worden opgenomen, uiteraard kan ook weer 20 van een mengsel gebruik worden gemaakt dat de verbinding of de verbindingen, één of meer bindmiddelen en één of meer oplosmiddelen omvat zodat de daarvan verkregen suspensie in een aantrekkelijke vorm is om in de matrix opgenomen te worden.
Anderszins kan het subtraat een lossingskarakter bezitten zodat 25 de laag die een verbinding met hoog geleidings vermogen voor elektronen volgens de uitvinding omvat na aanbrengen van het substraat wordt afgenomen en aan een eventuele warmtebehandeling wordt onderwopen.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een elektrochemische 30 cel met tenminste twee elektroden en een elektrolyt die wordt gekenmerkt doordat deze elektrochemische cel tenmisnte één elektrode volgens de onderhavige uitvinding omvat.
Beide elektroden kunnen een elektrode volgens de uitvinding zijn; ook kan naast een elektrode volgens de uitvinding een verdere 35 elektrode aanwezig zijn die is gekozen uit een koolstofelektrode, een Ru02 elektrode en een Ru02.xH20 elektrode.
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 zeggen, de 40 uitvinding heeft betrekking op elektrode voor de elektrochemische . .-V O T ^ 1 Ü 'Ï & - 0 f - 4 - conversie en opslag van elektriciteit zoals deze voorkomen in elektrochemische condensatoren, ook wel supercondensatoren of ultracondensatoren genoemd, batterijen, in het bijzonder ook herlaadbare batterijen van het alkalische type of het 5 metaal/luchttype, brandstofcellen zoals de polymeer elektrolyt brandstofcel, elektrolyseapparaten en sensoren.
Een elektrochemische condensator (of supercondensator of ultracondensator) is een inrichting waar elektriciteit in kan worden opgeslagen en vervolgens weer uit ont-trokken, in het bijzonder met 10 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 reduceren van 15 "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 telefoons. Een 20 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 kunststoffen behuizing 25 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 in hoge mate 30 reversibele redox 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 bepaald wordt door de aard van het elektrodemateriaal en het gebruikte elektrolyt, het 35 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 geval van pseudo-capaciteit tezamen met het effectieve potentiaalgebied rond de Nernst evenwichts-40 potentialen van de gerelateerde reacties of processen, het - 5 - operationele spanningsgebied van de conden-sator dat bijvoorkeur zo groot mogelijk moet zijn. De samenstelling en de micro-structuur van de elektrodematerialen, de microstructuur van de separator en de samenstelling van het elektrolyt bepalen mede, maar niet alleen, de 5 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 vermogensdichtheid (in W/kg en W/l). Voor bekende technologieën zijn deze typisch respectievelijk enkele Wh/kg en 10 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.
Bekend zijn onder meer elektrochemische condensatoren met 15 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 elektrolyt om een zo hoog mogelijke capaciteit te vormen, en met een 20 zo hoog mogelijk geleidingsvermogen voor elektronen om een zo laag mogelijke weerstand te realiseren en zo veel mogelijk elektrode-materiaal te utiliseren. Op deze wijze worden de hoogste energie- en vermogensdichtheden verkregen hetgeen voor de meeste toepassingen vereist is. Koolstofelektroden welke hoofdzakelijk dubbellaag-25 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 waterig elektrolyt, waarbij de toelaatbare condensatorspanning maximaal ca. 1,2 V is en een lage inwendige weerstand wordt 30 verkregen, of in combinatie met een organisch elektrolyt waarbij de maximale spanning ca. 2,4 V is maar over het algemeen een minder lage 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 35 der techniek bij het gebruik van koolstofelektroden bekend is. Met name voor dit streven naar hogere energiedichtheid, is het gebruik 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 40 gehydrateerd ruthenium oxide RuO2.xH20, onder meer uit de Amerikaanse - 6 - octrooischriften 5,550,706, 5,851,506, 5,875,092 en 6,025,020. Deze 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 5 gebruikt. Ook hebben zij een goed elektrisch geleidingsvermogen. Nadelen van deze verbindingen bij gebruik in (symmetrische) elektrochemische condensatoren zijn het beperkte operationele spannings-gebied en de zeer hoge kosten voor materiaal van de gewenste zuiverheid. Veel onderzoek wordt gedaan naar alternatieve pseudo-10 capaciteit materialen welke aan deze bezwaren tegemoet kunnen komen en daarbij nog steeds de gewenste hogere capaciteit en energie-dichtheid mogelijk maken.
In de stand der techniek wordt algemeen aangenomen dat het gebruik van verbindingen met edelmetaalelementen, zoals bijvoorbeeld 15 edelmetaaloxiden, nood-zakelijk is om voldoende hoge opslagcapaciteit, dan wel voldoende hoge conversie-snelheid of katalytische activiteit van de elektrode te verkrijgen, en een voldoende hoog elektrisch geleidingsvermogen.
Begrepen zal echter worden, dat de kosten van dergelijke 20 verbindingen hoog zijn. Daarom is voorgesteld de hoeveelheid edelmetaal in dergelijke verbindingen te verminderen door samenstellingen 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 < 25 x < 1 en B uit de reeks Pt, Ru, Ir, Rh en Pd (Duits octrooischrift DE 196 40 926), CaRu03_x en LaNi03 etcetera. Deze verbindingen bevatten de 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 30 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 35 kunnen overgaan in metaal-oxy-hydroxiden, zoals met name Ni(0H)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 . , Λ·· C: 1 :i - 7 - materiaal in een alkalisch elektrolyt kan worden weergegeven door
Ni (OH) 2 + OH' <£> 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 gelei- 5 dingsvermogen maken het gebruik van additieven, zoals bijvoorbeeld grafiet, nodig en het gebruik van geleidende matrices, zoals bijvoorbeeld metaalschuirnen 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 10 mee. Tevens maakt dit de fabricage van elektroden ingewikkelder en 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 15 condensatoren kunnen worden gemaakt en bijvoorbeeld een koolstof 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 20 voor de bereiding, nadelige eigenschappen toegeschreven voor milieu 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, bijvoorbeeld tot die toepassingen en markten waarvoor inzameling en of 25 hergebruik zijn geregeld.
Een (herlaadbare) batterij is een bekend apparaat. Er kan elektriciteit in worden opgeslagen en vervolgens weer aan worden onttrokken, in het bijzonder met hoge energiedichtheid (in Wh/kg en Wh/1), door gebruik te maken van elektrochemische conversie van 30 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 werking kunnen verschillen. Bekend zijn onder andere (herlaadbare) batterijen van het type nikkel-cadmium, nikkel-zink, en nikkel-ijzer, 35 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 elektroden van dergelijke batterijen kan nu profijtelijk worden vervangen door een elektrode volgens de uitvinding. In het bijzonder,
Mi
, y i J
- 8 - de cadmiumelektrode en de luchtelektroden.
Bekend zijn ondermeer (herlaadbare) batterijen van het type NiCd, NiZn, NiFe, NiH2 en NiMH, waarbij de "nikkelelektrode" uit dezelfde Ni(OH)2 verbinding bestaat en dezelfde werking heeft als 5 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 milieu en gezondheid.
Tevens zijn bekend batterijen van het type Fe/lucht, Zn/lucht, 10 Al/lucht en Li/lucht, waarbij tijdens het ontladen aan de luchtelektrode zuurstof wordt verbruikt door elektrochemische reductie; dergelijke batterijen worden "mechanisch herladen" door vernieuwing van de anode. Ook zijn bekend, bi-directionele luchtelektroden, welke behalve zuurstof reduceren ook zuurstof kunnen evolueren in het 15 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 gevolg van beperkt geleidingsvermogen en katalytische activiteit, en zijn vaak kostbaar.
20 Het is een doel van de onderhavige uitvinding in een elektrode te voorzien met hoge prestatie welke de bovenstaande nadelen niet heeft, dat wil zeggen, goedkoop te vervaardigen is en geen milieu- of gezondheidsbezwaren heeft.
Het beoogde doel wordt zoals aangegeven bereikt met de 25 verbindingen volgens de uitvinding met de formule ABCO (x . 5)Hal(y - ξ) met de kaliumnikkelfluorietstructuur zoals eerder aangeduid. A, B en C kunnen enkelvoudige metalen zijn; A, B en/of C kunnen echter ook met een ander metaal gedoteerde metalen zijn.
Onder de verbindingen van het type ABCO(x - δ )H(y . ^ zoals 30 eerder beschreven worden derhalve eveneens verbindingen verstaan van het type A1A2B1B2C1C20(X - δ)Η(γ - ξ) met x + y = 4, en δ en ξ tussen 0,7 en + 0,7 en de A's, B's en C's ieder te kiezen uit de daarvoor aangegeven groepen. In het bijzonder behoren hier ook toe de verbindingen A1A2B1B2C1C20(4 - δ) en verbindingen uit subklassen zoals 35 ASrCoO(4 - δ) en de galaten ABGaO(4 - 5). Voorbeelden zijn SmSrCoO<4 - δ), LaSrCoO(4 - δ) r NdSrCoO(4 - S) en LaSrGaO,„ - δ), maar hiertoe is de uitvinding niet beperkt. Onder de uitvinding vallen ook de bij genoemde verbindingen behorende superstructuren, verkregen uit herhaling van de eenheidscel (zoals bijvoor-beeld K3Nii)5F6 of K4Ni2F8 ,1018267^ - 9 - worden verkregen uit herhaling van de kalium-nikkelfluoriet eenheids-cel K2NiF4) .
Uiteraard kan een elektrode volgens de uitvinding meer dan een van de betreffende verbindingen omvatten.
5 Door het toepassen van deze verbindingen is het mogelijk elektroden te verkrijgen met gewenste eigenschappen tegen lage materiaalkosten en via een eenvoudig fabricageproces. Verder maakt de uitvinding het mogelijk die elektroden te vervaardigen zonder dat toevoegingen van extra materialen of componenten nodig zijn, 10 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 oppervlak uit een poreuze structuur welke tenminste 30 % en bij voorkeur meer dan 15 70% 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 asymmetrische elektrochemische condensator met een koolstof kathode en met KOH elektrolyt, 20 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 Nernst evenwichts-potentiaal E0 en een gunstig bruikbaar spannings-gebied. Hieruit 25 volgen hoge energie- en vermogensdichtheden voor de cel. Afzonderlijke metingen toonden hoge elektrische geleidingsvermogens aan voor elektroden verbindingen volgens de vinding omvattende. Een vergelijking met de eigenschappen van uit de stand der techniek bekende elektroden is gegeven in tabel 1. In het bijzonder is het 30 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(OH)2- Behalve het dure ruthenium kan met een elektrode volgens de uitvinding ook, maar niet noodzakelijk, het zware lood worden vermeden.
35
Tabel 1. Vergelijking van eigenschappen tussen elektroden*1 volgens de stand der techniek en een SmSrCo04_s elektrode** volgens de uitvinding. C is capaciteit; Ω is elektrisch geleidingsvermogen, A is effectief oppervlak. Maximale spanning V en maximale spanningsei Q18267* - 10 - daling Δ γ gelden voor de hele cel.
Eigenschap Actieve Ru02.xH20 Pb2Ru207 SrRu03 Ni(OH)2 SmSrCo04.g kool C (pF/cm2) 10 ... 40 ” “ 60 2200 ~ 2500 A (m2/g) < 1200 120 10 ... 150 70 100 1,2 (0) C (F/g) < 100 < 720 72 20..200 2200 > 30 (0) σ (S/cm) < 1 · 500 · · · >500 V (V) 1/2 1,3 .. 1,2 1,6 1,6 Δ v (V) :'° i»0 0,9 0,7 °'8 112 K (Euro/kg) 2,25(1) 3000(2>... 1000(2>... >3000<2) 6...10 (5) 20 (2)...
5000<3) 23.000ί4) 1200 161 *) als werkelektrode in een supercondensator met koolstof tegen 5 elektrode en KOH elektrolyt.
(0) > 2500 F/g bij > 100 m2/g (1) inkoopprijs op 1000 kg basis (2) grondstofprij s 10 (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 (6) inkoopprijs eenmalige batch van 1 kg 15 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 dergelijke structuur kan, maar behoeft niet, in een matrix worden aangebracht. Ook, maar niet noodzakelijk, kunnen de elektroden een 20 warmtebehandeling of calcineringbehandeling of sinterbehandeling hebben ondergaan.
Door het hoge elektrische geleidingsvermogen is het mogelijk elektroden volgens de uitvinding tot grotere dikten te utiliseren zonder gebruik van additieven, zoals bijvoorbeeld grafiet, of 25 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 geleidings-vermogen is het ook mogelijk een matrix toe te passen welke minder goed geleidt dan bijvoorbeeld een metaalschuim, 30 bijvoorbeeld een matrix van een geleidende kunststof of een geleidend - 11 - 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, gieten of dippen, al dan niet op andere (elektrische of elek-5 tronische) 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, drukken, gieten, dippen, verven of spuiten, en 10 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-15 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 20 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 samenstelling en zuurstofstoichiometrie 5, door een hoge pseudo-capaciteit (van hetzelfde niveau als bij Ni(OH)2 ) en of hoge 25 katalytische activiteit en of hoge conversie snelheid, door een hoog elektrisch geleidingsvermogen (van hetzelfde 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 30 uitvinding kan tevens het gebruik van milieuschadelijke elementen, zoals nikkel en lood, voorkomende in elektroden volgens de stand der techniek, worden vermeden. Ook kan het gebruik van dure edelmetaal elementen worden vermeden. Ten gevolge van de genoemde eigenschappen kan een elektrode volgens de uitvinding, ten opzichte van hetgeen 35 bekend is in de stand der techniek, goedkoper zijn, een hogere round-trip efficiency hebben in 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 40 deze wijze laat een elektrode volgens de uitvinding ook andere 101 82^7' - 12 - concepten toe dan die bekend in de stand der techniek voor condensatoren, supercondensatoren, batterijen, brandstofcellen, electrolysers en sensoren. Bijvoorbeeld is het nu mogelijk de elektrode als laag op een andere component te printen en op deze 5 manier een functie aan die component toe te voegen. Die component kan bijvoorbeeld deel uit maken van een foto-voltaische zonnecel of van. een electro-chrome window.
De onderhavige uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een aantal voorbeelden beschreven worden.
10
Voorbeeld 1
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 15 zijn. De suspensie, inkt of pasta omvat een of meer verbindingen volgens de uitvinding, een oplosmiddel en mogelijk hulpstoffen zoals dispergeer-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, 20 inkt of pasta kan eventueel ook een binder bevatten. Het aanbrengen geschiedt door middel van smeren, verven, spuiten, dippen, printen, gieten, 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 warmte-25 behandeling, calcineren of sinteren worden toegepast, na het drogen, of als vervanging van het drogen. Vervolgens wordt het substraat met de laag, welke karakteristieke dikten kan hebben tussen ca. 2 pm en ca. 1000 pm, en welke tussen de ca. 5 % en ca. 40 % poreus kan zijn, toegepast in een supercondensator of batterij.
30 Op deze wijze werd bijvoorbeeld een 1 cm2 elektrode volgens de uitvinding als volgt gemaakt. Een hoeveelheid SmSrCo04-s poeder (δ = 0,25 ± 0,05) met een laag effectief oppervlak <1,2 m2/g werd in een oplossing gebracht, bestaande uit 4 Μ KOH elektrolyt en 0,1 %wt surfactant. Door 24 uur roeren werd hiervan een homogene suspensie 35 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. 30 pm dik was. Dit laminaat werd tezamen met een separator en een tegenelektrode van " 7 ,J4 _ o i ^ - 13 - geactiveerd koolstof in een Teflon® celhuis aangebracht. Beide elektroden werden voorzien van 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 5 weerstand ESR van de zo verkregen supercondensator werd gemeten met behulp van impedantie spectroscopie. Vervolgens werden laad- en ontlaadcycli uitgevoerd, cyclische voltamogrammen opgenomen en opnieuw laad- en ontlaadcycli uitgevoerd bij stroomdichtheden tot 100 mA per gram SmSrCo04_8 en tussen de cel-spanningen 0 en 1,8 V. Figuur 10 1 laat de resultaten zien van een cel waarbij nog een platina referentie-elektrode in de separator werd aangebracht. Uit het potentiaal-verloop van de elektrode bij laden en ontladen met een stroom van 0,1 A/g volgt een effctieve capaciteit van de verbinding volgens de uitvinding van ca. 30 F/g.
15
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 20 andere poreuze structuur. De suspensie, inkt of pasta omvat een of meer verbindingen volgens de uitvinding, en kan verder bestand-delen bevatten zoals in voorbeeld 1 beschreven. De verbindingen volgens de uitvinding kunnen hierbij worden toegevoegd in de vorm van een poeder met hoog specifiek oppervlak. Het aanbrengen van de suspensie, 25 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 riu tussen ca. 100 μπι en ca. 1500 pm liggen.
30 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 verbindingen volgens de uitvinding, een oplosmiddel en mogelijk hulpstoffen zoals dispergeermiddelen, surfac-35 tants, 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 substraat is een glad oppervlak. De suspensie wordt over het oppervlak verdeeld door middel 40 van smeren, verven, printen of gieten en wordt gedroogd. Daarna wordt i Ü ï o··-'·’ * - 14 - de gevormde tape als zelfstandige elektrodelaag van het gladde oppervlak afgenomen. Eventueel kunnen, voor toepassing in een condensator, batterij, brandstofcel, electrolyser of sensor, op de tape nog warmtebehandelingen, calcineren of sinteren worden toege-5 past.
Voorbeeld 4
Elektrode vervaardigd door het aanbrengen van een suspensie, inkt of pasta een of meer verbindingen volgens de vinding omvattende, 10 op een substraat of in een matrix, waarbij dit substraat of deze matrix deel uit maakt of deel uit gaat maken van een andere component of device, zoals een foto-voltaische zonnecel of electro-chrome window.
15 Voorbeeld 5
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 20 draad of strip metaal zodanig samengeperst, dat tussen de 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.
25 Door het kenmerkende gebruik van de verbindingen met de kalium-nikkelfluoriet structuur 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.
30 Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van voorkeurs 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.
·* n * *
Claims (14)
1. Verbinding met hoog geleidingsvermogen voor electronen, met het kenmerk dat deze van het type ABCO(x - 8)Hal(y . ξ) met een kalium-nikkelfluoriet structuur is, waarbij x+y=4, en δ en ξ liggen tussen - 0,7 en +0,7 en waarin A tenminste een metaal omvat 5 gekozen uit de groep Na, K, Rb, Ca, Ba, La, Pr, Sr, Ce, Nb, Pb, Nd, Sm en Gd, en waarin B tenminste een metaal omvat gekozen uit die zelfde groep, en waarin C tenminste een metaal omvat gekozen uit de groep Cu, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Nb, Mo, W en Zr en/of een metaal uit de groep Pt, Ru, Ir, Rh, Pd en Ni waarin A en B niet hetzelfde 10 kunnen zijn en waarin A en C niet beide Nb kunnen zijn en waarin Hal tenminste een halogeenatoom omvat gekozen uit de groep F, Cl, Br en 1.
2. Verbinding volgens conclusie 1 in de vorm van een daarbij 15 behorende superstructuur verkregen door herhaling van de eenheidscel.
3. Verbinding volgens conclusie 1-2 waarin A en/of B en/of C een metaal omvat gedoteerd met een verder metaal.
4. Verbinding volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij x =4, y = 0 en ξ = 0.
5. Verbinding volgens één of meer van de conclusies 1-4, waarin A is gekozen uit één of meer van La, Sm, Sr en Nd 25
6. Verbinding volgens één of meer van de conclusies 1-5 waarin B is gekozen uit één of meer van La, Sm, Sr en Nd.
7. Verbinding volgens één of meer van de conclusies 1-6, waarin C 30 is gekozen uit één of meer van Co, Mn en Fe.
8. Verbinding volgens conclusie 1 of 2, waarin A is gekozen uit één of meer van La, Sm en Nd, en waarin B Sr omvat, en waarin C Co omvat, en waarbij x = 4, y = 0 en ξ = 0, 35
9. Elektrode voor een electrochemische cel die een verbinding volgens één of meer van de conclusies 1-8 omvat. 1Q1 ' -ίδ ιο. Elektrode volgens conclusie 9 waarin de hoeveelheid van de verbinding tenminste 30 gew. % bedraagt.
11. Werkwijze voor het vervaardigen van een elektrode voor een elektrochemische cel omvattende het verschaffen van een geschikt substraat en het daarop vormen van een samenhangende laag uit een materiaal met hoge geleidbaarheid voor elektronen door opbrengen van een mengsel van het betreffende materiaal, een of meer bindmiddelen 10 en tenminste een oplosmiddel gevolgd door verwijderen van het oplosmiddel en eventueel gevolgd door een warmtebehandeling met het kenmerk dat op het substraat een samenhangende laag wordt gevormd die één of meer van de verbindingen volgens conclusie 1-8 omvat.
12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat het substraat een matrix is en de verbinding of een mengsel van verbindingen in de matrix wordt opgenomen en daarmee een samenhangend geheel vormt.
13. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat het substraat een lossingskarakter bezit en de laag die een verbinding met hoog geleidingsvermogen voor elektronen omvat na aanbrengen van het substraat wordt afgenomen en aan een eventuele warmtebehandeling wordt onderworpen. 25
14. Elektrochemische cel met tenminste twee elektroden en een elektrolyt met het kenmerk dat deze tenminste een elektrode volgens conclusie 9 of 10 omvat.
15. Elektrochemische cel volgens conclusie 14, met het kenmerk dat deze een verdere elektrode omvat gekozen uit een koolstofelektrode, een Ru02 elektrode, en een Ru02.xH20 elektrode. •I Λ 1 a 9
Priority Applications (17)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1018267A NL1018267C2 (nl) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 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. |
| PL02365103A PL365103A1 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| CA002440296A CA2440296A1 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| CNA028102304A CN1509481A (zh) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | 具有高电子电导率的化合物、包含该化合物的电化学电池电极及制备电极和电化学电池的方法 |
| EP02705604A EP1371067B1 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| NZ528144A NZ528144A (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| AT02705604T ATE297050T1 (de) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Hochleitendes elektron-material, elektrode für eine elektrochemische zelle, verfahren zur herstellung dieser elektrode und elektrochemische zelle |
| RU2003130079/09A RU2279148C2 (ru) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Соединение, имеющее высокую электронную проводимость, электрод для электрохимической ячейки, содержащий это соединение, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка |
| KR10-2003-7012175A KR20030093250A (ko) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | 전자에 대한 고전도성 화합물, 이 화합물로 이루어진전기화학적 전지용 전극 및 전극과 전기화학적 전지를제조하는 방법 |
| US10/472,124 US20040170555A1 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compounds having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| CZ20032420A CZ20032420A3 (cs) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Sloučenina mající vysokou vodivost pro elektrony, elektroda pro elektrochemický článek, obsahující tuto sloučeninu, způsob výroby elektrody a elektrochemického článku |
| JP2002574672A JP2004523870A (ja) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | 電子について高い伝導率を有する化合物、この化合物を含む電気化学的セルのための電極、電極および電気化学的セルの調製方法 |
| PCT/NL2002/000159 WO2002075749A1 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons; electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| DE60204441T DE60204441T2 (de) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Hochleitendes elektron-material, elektrode für eine elektrochemische zelle, verfahren zur herstellung dieser elektrode und elektrochemische zelle |
| HU0303617A HUP0303617A3 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons, electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| IL15785102A IL157851A0 (en) | 2001-03-19 | 2002-03-11 | Compound having a high conductivity for electrons, electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
| US11/285,632 US20060078798A1 (en) | 2001-03-19 | 2005-11-22 | Compound having a high conductivity for electrons, electrode for an electrochemical cell which comprises this compound, method for preparing an electrode and electrochemical cell |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1018267A NL1018267C2 (nl) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 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. |
| NL1018267 | 2001-06-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1018267C2 true NL1018267C2 (nl) | 2002-12-13 |
Family
ID=19773530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1018267A NL1018267C2 (nl) | 2001-03-19 | 2001-06-12 | 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. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1018267C2 (nl) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610867A (en) * | 1984-10-22 | 1986-09-09 | Yazaki Corporation | Material of oxygen ion conductor |
-
2001
- 2001-06-12 NL NL1018267A patent/NL1018267C2/nl not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4610867A (en) * | 1984-10-22 | 1986-09-09 | Yazaki Corporation | Material of oxygen ion conductor |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MEYER G: "Alkaline earth/rare earth halides and related systems", JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, ELSEVIER SEQUOIA, LAUSANNE, CH, vol. 303-304, May 2000 (2000-05-01), pages 409 - 415, XP004204396, ISSN: 0925-8388 * |
| MORI T ET AL: "Improvement of the electrolytic properties of Y2O3-based materials using a crystallographic index", SOLID STATE IONICS, NORTH HOLLAND PUB. COMPANY. AMSTERDAM, NL, vol. 138, no. 3-4, 1 January 2001 (2001-01-01), pages 277 - 291, XP004228343, ISSN: 0167-2738 * |
| SHIMURA T ET AL: "Proton conduction in non-perovskite-type oxides at elevated temperatures", SOLID STATE IONICS, NORTH HOLLAND PUB. COMPANY. AMSTERDAM, NL, vol. 143, no. 1, 1 June 2001 (2001-06-01), pages 117 - 123, XP004245339, ISSN: 0167-2738 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103270565B (zh) | 纳米多孔/陶瓷复合金属 | |
| US20040089540A1 (en) | Mixed oxide material, electrode and method of manufacturing the electrode and electrochemical cell comprising it | |
| Conway | Similarities and differences between supercapacitors and batteries for storing electrical energy | |
| RU2279148C2 (ru) | Соединение, имеющее высокую электронную проводимость, электрод для электрохимической ячейки, содержащий это соединение, способ изготовления электрода и электрохимическая ячейка | |
| US20060201801A1 (en) | Electrochemical cell suitable for use in electronic device | |
| US8017270B2 (en) | Electrochemical cell fabricated via liquid crystal templating | |
| US20040121228A1 (en) | Active electrode composition with conductive polymeric binder | |
| US20130078515A1 (en) | Electronic battery with nano-composite | |
| 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. | |
| US6678147B2 (en) | Electrochemical capacitor with electrode material for energy storage | |
| 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. | |
| WO2021220294A1 (en) | A single cell hybrid capattery energy storage system | |
| NL1015886C2 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| NL1017633C1 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| NL1017632C1 (nl) | Elektrode voor een elektrochemische cel. | |
| EP1296337B1 (en) | Electrochemical capacitor and method for forming the same | |
| 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 | |
| JPWO2011055549A1 (ja) | 誘電材料及びこれを用いた電気化学素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20080101 |