NL7906346A - Electrochemische cel, alsmede werkwijze voor het behandelen daarvan. - Google Patents

Description

* N

49 253/Bs/MV ___________________ "..............

P.R. MALLORY & CO., INC., Indianapolis, Indiana,

Ver. Staten v. Amerika

Electrochemische cel, alsmede werkwijze voor het behandelen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op toepassing van dunne films als separatoren in electrochemische cellen, in het bijzonder op dunne entpolymeerfilms, en meer in het bijzonder op dunne entpolypropeenfilms.

5 Separatoren, gebruikt in electrochemische cellen, bezitten de primaire funktie om de anode fysisch te scheiden van de kathode, terwijl tegelijk er een ionenstroom mogelijk wordt gemaakt door de separator. In toevoeging aan deze basisfunkties dienen separatoren eigenschappen 10 te hebben, die omvatten een dimensionale stabiliteit, een hoge electrolietabsorptie en -retentie, een lage ionen-impedantie, bestendigheid voor oxydatie en corrosieve materialen binnen de cel, een gereduceerd transport van oplosbaar materiaal, en gemak bij het hanteren gedurende 15 vervaardigingsprocessen.

Algemeen zijn de bestaande soorten niet geheel bevredigend voor industriële toepassing en geven zij gewoonlijk een compromis van de bovengenoemde faktoren.

Dunne films (tot 0,0127 cm, kenmerkend 0,00254 cm dik) 20 van polymeren zoals^ polypropeen en polyetheen zijn ongewoon stabiel in corrosieve omgevingen zoals in het alkalische elektroliet in zink/zilveroxyde en zink/kwikoxyde-electrochemische cellen. Evenwel kunnen deze materialen niet funktioneren als separatoren in hun basisvorm van 25 dunne film, aangezien zij impermeabel zijn voor ionen.

Dienovereenkomstig worden zij of mechanisch behandeld teneinde poriën te verkrijgen met het oog op ionenpermeabili-teit, of geënt met een materiaal zoals acryl- of methacryl- 790 6 3 46 7 - 2 - zuur na te zijn kruisverknoopt door hetzij bestraling, plasma-etsen, of door een chemische initiator zoals di-vinylbenzeen. De geënte polymeren worden kationenwisselaars (met de acryl- of methacrylzuurenting) en kunnen daarna 5 funktioneren als separatoren, doordat er daar doorheen een hydroxylionenstroom mogelijk is.

Behandelde dunne polymeerfilmen zijn evenwel moeilijk te hanteren gedurende vervaardigingsprocessen, aangezien dergelijke films, die kenmerkende dikte hebben van ongeveer 10 0,00254 cm, de neiging vertonen vast te kleven aan de behandelingsapparatuur. Als gevolg houden bekende behandelingsmethoden gewoonlijk in uitstansen of voorvormen van verschillende separatorlagen van hetzelfde of verschillend materiaal gezamenlijk, teneinde een zekere stabiliteit 15 bij het hanteren te verkrijgen.

Dun geënte polymeerf ilms van materialen zoals geënt polypropeen en polyetheen bezitten meer gewenste separatoreigenschappen dan andere dunne film materialen, zoals een zeer lage ionenimpedantie en een laag transport 20 van oplosbaar materiaal. Zij bezitten evenwel ook eigenschappen, die moeilijkheden met zich meebrengen bij het hanteren en gebruiken in toevoeging aan die, die ondervonden worden bij andere dunne film separatoren. De geënte polymeerfilms worden als gevolg van de enting zeer aevoelig voor vocht 25 met een groot absorptievermogen daarvoor.Gedurende het hanteren van dergelijke geënte films heeft het daarin bewaarde vocht de neiging de film te vervormen, waardoor dergelijke films minder geschikt zijn om als separator te gebruiken. Daarom dient het hanteren van dergelijke 30 films te geschieden onder relatief droge condities.

Verder absorberen geënte polymeerfilms, in het bijzonder door bestraling geënt polypropeen, wanneer zij in cellen worden geplaatst, vocht van het elektroliet, waardoor zij opzwellen en rimpelen, waardoor de dimensionele 35 stabiliteit verder wordt beïnvloed en effektiviteit als separator wordt gereduceerd. Teneinde dit probleem in 790 6 3 46 £ £ _____ __ “ 3 ~ __ samenhang met door bestraling geënt polyetheen te vermijden, placht men zuiver geregenereerd cellulose (cellofaan) daarop te lamineren. Achterblijvend vocht in het door bestraling geënte polyetheen hield het cellofaan, wanneer zij samen 5 werden opgerold, en de dunne film van geënt polyetheen kon daarna gemakkelijk worden gehanteerd. Wanneer het laminaat evenwel werd ingebracht in een cel, werd de dimensionele stabiliteit van de gelamineerde separator niet goed gehandhaafd. Verder funktioneerde het cellofaan 10 als een extra separatororgaan met een hogere ionenimpendatie, waardoor de totale ionenimpedantie van de separator werd verhoogd. Het cellofaan geraakte verder gedegradeerd met de tijd, hetgeen in veel gevallen resulteerde in inwendige kortsluiting.

15 Het hulpmiddel van een cellofaanondersteuning, zelfs met de bovengenoemde nadelen, was evenwel niet te gebruiken bij geënt polypropeen, aangezien het overblijvende vocht in de geënte polypropeenfilm onvoldoende is om de laminatie van zo’n film tot een cellofaanondersteuningslaag te 20 handhaven. Daarom zijn geënte polypropeenfilms, hoewel zij meer gewenste separatoreigenschappen voor wat betreft een lage ionenimpedantie en een grotere electrolietabsorptie bezitten dan de geënte polyetheenfilms, ondanks deze voordelen niet algemeen gebruikt als separatoren in electro-25 chemische cellen.

Laminatie van het geënte polypropeen, bijv. door verschillende adhesieven, bezit het nadeel dat de controle gedurende de vervaardiging moeilijk is. Verder introduceert een dergelijke laminatie vreemde elementen binnen de cel, 30 die schadelijk kunnen zijn voor de levensduur en werking van zo’n cel.

Het is nu een doel van de uitvinding om de hanterings-eigenschappen en de dimensionale stabiliteit van dunne film separatoren, en in het bijzonder geënte polymeerfilm-35 separatoren te verbeteren zonder de noodzaak van multiple separatorlagen of de introductie van vreemde materialen 790 83 46 » -» ________________ ~4________ in de voltooide cel.

Het is een verder doel van de uitvinding om een trap in de celvervaardiging te elimineren, waardoor een afzonderlijk electrolietabsorptieorgaan wordt geëlimineerd.

5 Het is een verder doel van de uitvinding om een middel te verschaffen, waardoor dunne geënte polypropeenfilms doelmatig kunnen worden gebruikt in een electrochemische cel.

Algemeen omvat de uitvinding het thermisch hechten op beperkte plaatsen van een dunne polymeerfilmseparator 10 aan een synthetisch vezelachtig in warmte verzegelbaar electrolietabsorptievel, waardoor een samengestelde dunne film separator/absorptievel wordt gevormd en gehandhaafd gedurende de hantering en binnen een voltooide cel. Deze adhesie wordt tot stand gebracht zonder gebruik van kleef-15 middelen, die moeilijk te gebruiken zijn en die vreemde materialen introduceren binnen de voltooide cel; bovendien kunnen adhesieven bij gelegenheid in de omgeving van een cel hun adhesieve eigenschappen verliezen met daaruit voo rtkomende sche id ing.

20 Hoewel separator/absorbentsamenstellingen bestaan, bestaan zij gewoonlijk uit separatorbekledingen op een absorbent, in plaats van een discrete dunne film separator, welke dunne film hanterings- en gebruiksproblemen geeft.

Dunne polymeerfilmseparatoren bezitten een dikte 25 van tot 0,0127 cm en zijn kenmerkend 0,00254-0,005 cm dik. Materialen, waarvan dergelijke dunne film separatoren worden gevormd, omvatten polyetheen, polypropeen, polyvinylchloride, nylon, acrylonitril, poly-gehalogeneerde bijv. poly-gefluoreerde koolstofharsen, polystyreen, enten 30 van de genoemde materialen, waardoor zij ionenwisselaars worden, bijv. met acryl- of methacrylzuur, en mengsels daarvan. Dunne film separatoren van geënt polyetheen en polypropeen, en meer in het bijzonder door bestraling geënt polypropeen geven de grootste moeilijkheden bij het 35 hanteren en voor wat betreft dimensionele stabiliteit welke problemen door de uitvinding worden verminderd.

790 6 3 46 4 t _____________________ _ ~5_~ _

Absorbentia, gewoonlijk gebruikt in electrochemische cellen, zijn vezelachtige matten met de volgende eigenschappen: 1) absorptie en retentie van vloeibaar electroliet, 2) bestendigheid tegen oxydatie, 5 3) bestendigheid tegen aantasting door corrosieve materialen zoals hydroxyden, 4) veerkracht onder samendrukking, en 5) een lage ionenimpendantie.

In toevoeging aan de bovengegeven eigenschappen wordt 10 volgens de uitvinding vereist, dat het absorbent in warmte verzegelbaar is voor adhesie met de dunne film separator. Dienovereenkomstig zijn absorptiemiddelen van natuurlijke vezels, zoals katoen, welke niet in warmte verzegelbaar zijn ongeschikt voor gebruik in samenhang 15 met de dunne film separatoren. Synthetische thermoplastische absorbenten, die thermisch verbindbaar zijn, zoals niet-geweven vezels van polyetheen, polypropeen, dynel, rayon, nylon, e.d., bezitten de vereiste thermische karakteristieken voor het construeren van de samengestelde separator/ 20 absorbent.

Teneinde het mogelijk te maken, dat de dunne film separatoren gemakkelijk worden gehanteerd en de vereiste dimensionele stabiliteit bezitten, wanneer gebruikt in samenhang met het absorbent, dient de dikte van dit 25 laatste niet groter te zijn dan 0,005 cm. Bij voorkeur bedraagt voor de juiste absorptiekarakteristieken de dikte ongeveer 0,0076 cm en tot ongeveer 0,076 cm. Meer in het bijzonder heeft het absorbent een voorkeursdikte van 0,025-0,03 cm.

30 Bij het construeren van de samengestelde separator/ absorbent volgens de uitvinding wordt een vel dun polymeer-filmseparator, zoals commercieel verkrijgbaar, 0,00254 cm dik geënt polypropeenfilm, geplaatst op een synthetische vezelachtige in hitte verzegelbare electrolietabsorbent, 35 zoals een 0,0254 cm dikke vezelachtige polypropeenmat. De twee vellen worden thermisch aan elkaar gehecht in een beperkt 7906346 - 6 - * -* gebied, bijv. door puntverbindén door rollen en aandrukken van de vellen tegen gecontoureerde verhitte elementen.

Het verdient de voorkeur, dat het thermisch verbinden wordt gericht vanaf de absorbentzijde van het samenstel 5 teneinde verdichting van het separatormateriaal, hetgeen de separatoreigenschappen ervan zou kunnen aantasten, tot een minimum terug te brengen. Additioneel moet, indien de separatorfilm niet warmte-verzegelbaar is, de adhesie plaatsvinden vanaf de absorbentzijde. Aangezien de 10 absorbentmaterialen, die hier worden gebruikt, zoals polypropeen, warmteverzegelbaar zijn, worden overeenkomstige parameters van temperatuurden verhittingstijd gebruikt voor het tot stand brengen van de puntverbindingen, als bekend is in de warmteverzegelingstechniek. Polypropeen 15 heeft bijv. een warmteverzegelingstemperatuursgebied van ongeveer 149-160°C.

Thermische adhesie zoals hier gebruikt, omvat toepassing van warmte voor het hechten van separator en absorbentlagen op beperkte plaatsen. Daarbij kan de 20 warmte worden verkregen van verhitte staven, rollen, platen en dergelijke, zoals beschreven in "Thermal heat sealing", door Louis Gross, Modern Plastic Encyclopedia, McGraw-Hill, N.Y. (1974-75 edj blz. 491. Alternatief kunnen andere warmte-inducerende methodes zoals ultrasoon 25, lassen (zie "Ultrasonic Welding" door Jeffrey R. Sherry ibid, blz. 492), hoogfrequent warmteverzegeling (High-frequency heat sealing, embossing, door Robert D. Parkas, ibid, blz. 488-490) en dergelijke, ook worden gebruikt.

Wanneer niet in warmte verzegelbare materialen 30 zoals dunne geënte polyetheenfilmvellen worden gebruikt als separatormateriaal (het enten zelf modificeert het polyetheen tot een niet in warmte verzegelbaar materiaal), wordt het thermisch verbindbare absorbent op een aantal plaatsen thermisch behandeld teneinde kleverig te worden 35 en daardoor voor de adhesie te kunnen zorgen. De thermische puntverbindingen reduceren in enige mate de absorptie- 790 6 3 46

ί X

- 7- karakteristieken van het electrolietabsorbent als gevolg van de reductie van de absorbentdikte op de puntverbindings-plaatsen. Dienovereenkomstig dient het puntverbindingsgebied niet groter te zijn dan 40 % en bij voorkeur niet groter 5 dan 10 % van het absorbentoppervlakgebied. Verbinding over een groter oppervlaktegebied kan resulteren in een aanzienlijk verlies van absorptievermogen, hetgeen nadelig kan zijn voor de juiste werking van een cel, die een dergelijke absorbent bevat. De uitdrukking "puntverbinden", zoals hier 10 gebruikt bedoeld verbindingen op verschillende oppervlakte-plaatsen en is niet beperkt tot een bijzondere configuratie.

Zodoende kan een rooster- of strippatroon bijv. worden gebruikt in plaats van afzonderlijke "punten" voor het verschaffen van de thermisch geïnitieerde adhesie. Afzonder-15 lijke "punten" verdienen evenwel de voorkeur, aangezien het adhesieoppervlak daardoor tot een minimum wordt teruggebracht.

De dimensies van de afzonderlijke verbindingen dienen eveneens tot een minimum te zijn teruggebracht onder 20 handhaving van voldoende adhesie tussen de separator en het absorbent teneinde het mogelijk te maken, dat de hantering wordt vergemakkelijkt, en vervorming van de separator binnen de voltooide cel tot een minimum teruggebracht.

De afstand tussen de verbonden gebieden en derhalve 25 het totale oppervlaktegebied en aantal verbindingen is bepaald als een compromis tussen enerzijds de wenselijkheid om zo weinig mogelijk verbindingen te verschaffen (aangezien het absorbent absorptieverlies ondervindt aan de verbindingsplaatsen), en anderzijds de noodzaak om te zorgen 30 voor een voldoende aantal verbindingen teneinde adhesie te geven, zelfs wanneer een gedeelte van het samengestelde materiaal wordt uitgestanst of uitgevormd.

Gedurende het thermisch verbinden worden de dunne film separatoren onderworpen aan een hoge temperatuur-35 omgeving met mogelijk vochtverlies, resulterende in een toename van elektrische weerstand. Teneinde dit verlies 790 63 46 — 8 - * · op te vangen, indien het te groot is, kan het separator/ absorbentsamenstel worden geleid door een emulsificeringsbad teneinde vocht terug te brengen in de separator.

De uitvinding zal thans nader worden beschreven aan 5 de hand van voorbeelden en onder verwijding naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een isometrisch aanzicht van een vel van een samengestelde separator/absorbent, fig. 2 een dwarsdoorsnede volgens II-II van een 10 cirkelvormige uitsnijding van het vel van fig, 1, fig. 3 een vlak aanzicht van boven van deze cirkelvormige uitsnijding van fig. 1, fig. 4 een aanzicht gedeeltelijk in doorsnee van een knoptype electrochemische cel, die de samengestelde 15 separator/absorbentuitsnijding van fig. 2 en 3 bevat, fig. 5 een vlak aanzicht van een juist gedimensioneerd vel van de samengestelde separator/absorbent, fig. 6 een doorsnee van het vel van fig. 5, opgerold en warmteverzegeld tot een cilinder met gesloten einde, en 20 fig. 7 een aanzicht, gedeeltelijk in doorsnede van de cilinder met gesloten einde volgens fig. 6, geplaatst binnen een cilindrische electrochemische cel.

Fig. 1 toont een samengesteld vel 10 (met ter wille van de duidelijkheid overdreven dimensies) van een dun, 25 geënt polypropeen filmvel 12, bedoeld als separator voor een electrochemische cel, en puntverbonden met een electrolietabsorberend vezelachtig polypropeenmatvel 14 door puntverbindingen 20. Een cirkelvormige sectie 16 is uitgestanst uit vel 10 en daarna weggenomen om te 30 gebruiken als samengestelde separator/absorbent in een electrochemische cel. De uitstansing wordt vergemakkelijkt wegens de dubbele laag van het separatorvel 12 en het absorbentvel 14, die aan elkaar verbonden zijn. Het samengestelde vel 10 blijft relatief vlak en stabiel gedurende 35 het uitstansen, in tegenstelling met het filmvel 12, dat, indien het alleen zou worden gehanteerd, zou rimpelen 7906346 I t __ ________ 7 9“ _ en vastkleven aan de snij- en bewerkingsmachines.

Het thermische puntverbinden wordt uitgevoerd vanuit de zijde van het absorbentvel 14, zoals getoond in de fig.

2 en 3, en reduceert de dikte van dit vel 14 op de ver-5 bindingsplaatsen met ongeveer 2/3 van de oorspronkelijke dikte en vormt, zoals getoond, concave indrukkingen 22 (de vorm van de indrukkingen, hoewel circulair getoond, is uiteraard naar keuze varieerbaar). Kleine gebieden van de polypropeenfilm 12, aangrenzend aan de indrukkingen 10 22, vormen puntverbindingen 20, waarbij deze gebieden iets uit het oorspronkelijke vlak van het dunne filmvel zijn gebracht naar het matvel 14 gedurende het hechtingsproces.

Fig. 4 toont een cel 30, die de uitgestanste circulaire sectie 16 van het separator/absorbentsamenstel bevat tussen 15 zijn anode 32 en kathode 33, waarbij het absorbentvel 14 rechtstreeks aangrenzend is aan de anode 32. Het absorbentvel 14 wordt samengedrukt door de anode 32 en zorgt daardoor voor veerkracht voor het onderhouden van goed elektrisch contact tussen de anode 32 en het metalen cel-20 deksel 34. Hoewel het als praktijk is aanvaard om het absorbent in direkt contact te hebben met de anode, is een omkering, waarbij het absorbent in contact is met de kathode, of opname van een extra laag absorbent aan de kathode, eveneens mogelijk in een cel volgens de uitvinding.

25 De samengestelde separator/absorbentsectie 16 wordt naar beneden gehouden aan zijn buitenomtrek door een afdichtende beslagring 38, die de anodecollector of het celdeksel 34 elektrisch isoleert van de kathodecollector, d.w.z. cel 36, waarbij een krimp aan het boveneinde van 30 bus 36 een neerwaartse druk uitoefent, waardoor de beslagring 38 en het celdeksel 34 op hun plaats worden gehouden.

Als gevolg van de puntverbinding tussen film 12 en mat 14 raken van de film en de band niet gescheiden binnen de cel als gevolg van vocht, geabsorbeerd door de dunne film 35 laag en er vindt geen vorming plaats van de filmlaag 12 gedurende vrijwel de gehele levensduur van de cel 30.

7906346 ______________________~ 10~

Verder elimineert het gebruik van het samengestelde materiaal een afzonderlijke stap van absorbentinvoeging gedurende de constructie van de cel.

In de fig. 5 en 6 is een samengesteld separator/ 5 absorbentvel 100 vervaardigd van hetzelfde materiaal als de separator in fig. 1, waarbij de puntverbindingen 200 zorgen voor de vereiste adhesie tussen het dunne separator-filmvel 120 en het absorbentvel 140. Het samengestelde vel 40 is op exacte afmetingen gedimensioneerd en opgerold, 10 zoals aangegeven door pijl, in een cilinder 100' met gesloten einden, baarbij het separatorfilmvel 120 naar buiten gekeerd is en het absorbentvel 140 naar binnen.

De rand 13 van het samengestelde vel 100 overlapt de rand 11 en is daaraan door warmte verzegeld voor het vormen 15 van een warmteverzegeling 17. De rand 15 van het samengestelde vel 100 wordt vervolgens opgevouwen en warmteverzegeld aan zichzelf voor het vormen van de verzegelde bodem 150. Desgewenst, bijv. in het geval met gegeleerde anodematerialen of met het oog op een grotere verzegelde afscheiding van 20 anode en kathode, kan het samengestelde vel 100 geheel worden gesloten door warmteverzegeling. De anodenagel-collector 340 is ingeprikt in de gesloten cilinder, alsdus gevormd met een nauwe afdichting tussen anodenagelcollector 340 en de gesloten en de gesloten cilinder. De cilinder 100' 25 met gesloten eind is geplaatst binnen een cilindrische cel 300 en gevuld met anodemateriaal 320. Het absorbentvel 140 is aangrenzend aan de anode 320 en het separatorvel 120 is aangrenzend aan de kathode 330. Evenals bij de hierboven beschreven en in figuur getoonde knopcel kan 30 evenwel de plaatsing van het absorbent 140 en de separator 120 worden omgekeerd. Alternatief kan een extra absorbent worden gebruikt tussen de kathode en de separator. De verzegelde bodem 150 van de buisvormige separator/absorbent 100' rust rechtstreeks op de bodems 361 van de celbus 360 35 zonder dat een isolerende schijf daartussen behoeft te worden geplaatst. Bekende cellen hebben algemeen of gevouwen 790 6 3 46 • 11 of geheel open bodems in plaats van verzegelde bodems; als gevolg is een isolerende schijf of iets dergelijks normaliter vereist om kortsluiting te voorkomen tussen de anode en de kathode via openingen in de separator. De 5 constructie van de warmteverzegelde cilinder volgens de uitvinding elimineert de noodzaak van een dergelijk isolerende schijf. Verder hebben cilinders in bekende cellen, verzegeld met een adhesief de neiging open te gaan, waarbij het adhesief zijn adhesiekracht in de celomgevingen verliest.

10 De warmteverzegelde cilinders volgens de uitvinding behouden hun integrale samenhang gedurende de gehele levensduur van de cel.

Hoewel polypropeen warmteverzegelbaar is, was poly-propeen, dat mechanisch is behandeld voor het verschaffen 15 van ionenpermeabiliteit, tot nog toe ongeschikt zonder extra separatomaterialen om te gebruiken in cellen, die kwik-of zilveroxyde of iets dergelijks als depolarisator bevatten. Mechanisch behandeld polypropeen heeft een poriën grootte, gemeten in microns, welke onvoldoende is om de 20 stroom van de kwik-of zilverreactieprodukten te voorkomen, die plaatsvindt en uiteindelijk de cel kortsluit. Dienovereenkomstig werd polypropeen, hoewel het gewenste warmte-verzegelingseigenschappen bezit, waardoor het tot separator-zakken kan worden gevormd, algemeen niet alleen gebruikt 25 in cellen met kathodische materialen zoals kwik of zilveroxyde .

Volgens de uitvinding wordt evenwel het noodzakelijke hanteringsgemak en de noodzakelijke dimensionele stabiliteit verschaft, waardoor dunne geënte polypropeenfilms kunnen 30 worden gebruikt bij de vorming van warmteverzegelde separator-’’zakken" voor toepassing in elektrische cellen. Aangezien het geënte polypropeen funktioneert als ionenwisselaar, is de "poriën"-grootte van een dergelijk materiaal van de orde van Angstroms, hetgeen significant kleiner is dan de microns 35 van het mechanisch behandelde polypropeen. Het geënte polypropeen is zodoende geschikt om te gebruiken met kathode- 7906346 y- ____ __________ ^ ~~ 12~ materialen, zoals de bovengenoemde kwik-en zilveroxydes zonder andere additionele separatorlagen voor het vasthouden van de kwik-en zilverreactieprodukten.

Hoewel de uitvinding in het bijzonder bruikbaar is 5 in cellen met kwik-of zilveroxydedepolarisatoren en dergelijke, kan de samengestelde separator/absorbent volgens de uitvinding worden gebruikt in elke cel, die een vloeibare electroliet heeft en een separator en absorbent vereist. Voorbeelden van algemene celsystemen met alkalische elektrolieten, 10 waarvoor de uitvinding kan worden gebruikt, omvatten Zn/H20, Zn/Ag20, Zn/AgO, Zn/Mn02, Zn/lucht, Cd/HgO.

Daarnaast kan de samengestelde separator/absorbent wegens de stabiliteit van materialen zoals polypropeen worden gebruikt in niet-waterige systemen zoals Li/Mn02, Li/Ag2CrO^, 15 en andere systemen met hoge energiedichtheid, die gebruikmaken van vaste kathodedepolarisatoren.

Teneinde de uitvinding nog verder te verduidelijken, volgen thans een aantal voorbeelden, waarbij alle delen (percentages) gew.dln zijn, tenzij anders is aangegeven.

20 Deze voorbeelden zijn primair bedoeld om de uitvinding toe te lichten en details daarvan zijn niet op te vatten als een beperking van de uitvinding.

VOORBEELD I

Een 0,00254 cm dik vel van door bestraling geënt 25 polypropeen (P6001, RAI Research Corp. New York) werd 2 thermisch puntverbonden met een 45,1 gm/m niet geweven polypropeenmat met een dikte van ongeveer 0,0254 cm (SP102

Kendall Fiber Products Division, Mass.). De verbindingen vormden een patroon met een ruitconfiguratie met ongeveer 2 30 903 verbindingen/cm . Het thermisch verbinden werd uitgevoerd door gecontoureerde verhitte rollers bij ongeveer 160°C, de warmteverzegelingstemperatuur van polypropeen, vanaf de zijde van het niet geweven polypropeenmat. De diameter van elk van de cirkelvormige verbindingen was ongeveer 35 0,038-0,050 cm, waarbij de verbindingsoppervlakken 2 tot 4,5 % innamen van het oppervlaktegebied van de polypropeenmat.

7906346 V .? ___ ______"13 '

Het thermisch puntverbonden samengestelde materiaal had een electrolietweerstand (40 % KOH) van 129-193,5 milli-o ohm/cm , en een electrolietabsorptie (40 % KOH) van ongeveer 3-4 gm/gm, en was dimensioneel stabiel, waarbij de dimensio-5 nele veranderingen kleiner waren dan 4 %.

VOORBEELD II

Een knopcel met de configuratie getoond in fig. 4 en met een diameter van 1,13 cm en een hoogte van 0,42 cm werd vervaardigd met een anode van ongeveer 0,24 g geamal-10 geerd zink, een kathodedepolarisator, primair bestaande uit kwik(II)oxyde, gemengd met grafiet en mangaandioxyde, met een gewicht van ongeveer 0,85 g, een 40 % KOH-oplossing-electroliet, en een schijf van het samengestelde materiaal van voorbeeld I, met een diameter van ongeveer 1,0 cm 15 als separator/absorbent tussen anode en kathode. De cel werd 3 maanden bewaard bij 54°C en vervolgens ontladen bij kamertemperatuur over een 10 kilo-ohm belasting. De capaciteit van de cel bedroeg ongeveer 162 mAH.

VOORBEELD III (Bekende techniek) 20 Een cel werd op dezelfde wijze geconstrueerd als in voorbeeld II, maar met een 0,0127 cm laag "Acropor" (Gelman Instrument Co., Mich., merknaam voor een nylonfabriek met schuimbekleding van dynel, polyvinylchloride en acrylonitril met fijngemalen zure ionenwisselaarhars en 25 bevochtigingsmiddelen), en een 0,0254 cm laag van "Webril" (handelsmerk van Kendall voor een katoenmat), in de plaats van de separator en absorbent van voorbeeld II.

De cel werd 3 maanden bewaard bij 54°C en vervolgens ontladen bij kamertemperatuur over een 10 kilo-ohm belasting.

30 De celcapaciteit bedroeg ongeveer 61 mAH.

VOORBEELD IV (Bekende techniek)

Er werd een cel geconstrueerd als in voorbeeld II maar met een 0,00254 cm door bestraling geënte polyetheen-film (Permion 8190-RAI Corp.) op een 0,005 cm dikke 35 cellofaanlaag als celseparator, en een 0,0254 cm dikke laag "Webril” als absorbent. De cel werd 3 maanden bewaard 7906346 ______ ______~~ 14 ~_ bij 54°C en vervolgens ontladen bij kamertemperatuur over een 10 kilo-ohm belasting. De celcapaciteit bedroeg ongeveer 145 mAH.

De cellen van voorbeelden II en IV zijn algemeen 5 vergelijkbaar, maar onder moeilijke bewaaromstandigheden of gebruikcondities zoals in de voorbeelden, zorgt de cellofaanlaag in de cel van voorbeeld IV voor een celachter-uitgang met een daarmee gepaard gaande reductie van de celcapaciteit.

10 VOORBEELD V

Er werden cilindrische cellen zoals in fig. 7 geconstrueerd, elk met als dimensies een diameter van 0,76 cm en een hoogte van 3,93 cm, en met 1,18 g geamalgeerde zink als anode en ongeveer 3,9 g van een kathodedepolari-15 sator, die in hoofdzaak bestond uit kwik(II)oxyde, gemengd met grafiet en mangaandioxyde. Tussen de anode en de kathode-depolarisator was een warmteverzegelde buis van het samengestelde materiaal van voorbeeld I aangebracht met als dimensies een diameter van 0,48 cm en een hoogte van 20 ongeveer 3,63 cm. De cellen werden ontladen onder variërende ontladingscondities met de in onderstaande tabel A aangegeven resultaten.

TABEL A

Ontladings- stroom 103,75 103,75 103,75 15,0 15,0 15,0 5,0 5,0 1,25 1,.25 1,25 (mA)

Temp. °C 21° 54° 0° 21° 54° 0° 21° 0° 21° 54° 0° 864 813 296 853 852 735 869 778 868 830 839 VOORBEELD VI (Bekende techniek)

Er werden cilindrische cellen geconstrueerd zoals in 25 voorbeeld V, evenwel elk met een spiraalsgewijs gewikkelde en gelijmde buis van 0,0254 cm dik "Synpor" (Stokes Molded Products, N.J., handelsmerk voor microporeus polyvinylchloride) en 0,02 cm dik "Viskon" PVA (Chicopee Mills Ine, N.J., handelsmerk voor een combinatie van rayon en vinyl- 790 6 3 46 * \ n? -15 - chloride^ezels, samengebonden met geregenereerd cellulose) resp. als separator en absorbent. De buis werd gevouwen, gesloten aan het ondereinde en rustte op een isolerende schijf, die de bodem van elke cel bedekte. De cellen werden 5 ontladen onder dezelfde omstandigheden als de cellen in voorbeeld V met de volgende in tabel B gegeven resultaten.

TABEL B

Qntladings- stroom 103,75 103,75 103,75 15,0 15,0 15,0 5,0 5,0 1,25 1,25 1,25 (mA)

Tartp.°C 21° 54° 0° 21° 54° 0° 21° 0° 21° 54° 0°

Ga^S?elt 635 545 114 757 542 383 736 792 472 509 693

De voorgaande voorbeelden werden gegeven met het doel de uitvinding toe te lichten alsmede de voordelen ervan in vergelijking met die uit de bekende techniek. Het zal 10 duidelijk zijn, dat veranderingen en variaties kunnen plaatsvinden in de constructie van de samengestelde separator/ absorbent, zoals verschillende verbindingspatronen thermische adhesiemethoden en de toepassing van additionele lagen, bijv. absorbent/separator/absorbent e.d. Verder 15 kunnen veranderingen worden aangebracht in celcomponenten en configuratie zonder daarmee te treden buiten het kader van de uitvinding.

20 - conclusies - 790 63 46

Claims (16)

1. Electrochemische cel, bestaande uit een anode, een kathode, en een vloeibaar electroliet, en met een separatororgaan en een electrolietabsorberend orgaan tussen de anode en de kathode, met het kenmerk, dat 5 het separatororgaan bestaat uit ten minste één laag van een dunne, voor ionen permeabele film van polyetheen, polypropeen, polyvinylchloride, nylon, acrylonitril, gepolyhalogeneerde koolstofharsen, polystyreen, een ionen-wisselende entpolymeer daarvan of een mengsel daarvan, 10 dat het electroliet-absorberende orgaan bestaat uit ten minste één laag van een synthetisch niet geweven, vezelachtig, thermisch verbindbare mat, en dat het separatororgaan en het electroliet-absorberende orgaan thermisch aan elkaar gehecht zijn in begrensde oppervlaktegebieden.

2. Electrochemische cel volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de begrensde oppervlaktegebieden niet groter zijn dan 40 % van het oppervlaktegebied van het absorbentorgaan,

3. Electrochemische cel volgens conclusie 2, m e t 20 het kenmerk, dat de beperkte oppervlaktegebieden niet groter zijn dan 10 % van het oppervlaktegebied van het absorbentorgaan.

4. Electrochemische cel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de dunne film een dikte 25 heeft tot 0,005 cm.

5. Electrochemische cel volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de mat een minimumdikte heeft van 0,005 cm. 790 6 3 46 ^ r - 17-

6. Electrochemische cel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dunne film van entpolyetheen en/of entpolypropeen is.

7. Electrochemische cel volgens conclusie 6, m e t 5 het kenmerk, dat de dunne film bestaat uit door bestraling geënt polypropeen.

8. Electrochemische cel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het separator-orgaan en het absorbentorgaan zijn gebracht in de confi- 10 guratie van een in warmte verzegelde houder.

9. Electrochemische cel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kathode bestaat uit kwikoxyde of zilveroxyde.

10. Electrochemische cel, bestaande uit een anode, een kathode, een vloeibaar electroliet, een separator, en een electrolietabsorbent tussen de anode en kathode, gekenmerkt door een dunne film van door bestraling geënt polypropeen als celseparator, thermisch 20 gehecht aan ten minste één mat van niet-geweven polypropeen-vezels als celelectrolietabsorbent in een beperkt oppervlakte-gebied, dat niet groter is dan 40 % van het oppervlakte-gebied van de absorbent.

11. Cel volgens conclusie 10,met het ken-25 merk, dat de kathode kwikoxyde bevat.

12. Electrochemische cel volgens conclusie 11, me t het kenmerk, dat de anode zink bevat.

13. Werkwijze voor het behandelen van een dunne film separator met een dikte van 0,05 cm voor een electro- 30 chemische cel, met het kenmerk, dat de dunne 790 6 3 46 ) --18- film separator wordt gehecht aan een mat van synthetisch niet-geweven vezelachtig thermisch verbindbaar electroliet-absorbent in een oppervlaktegebied niet groter dan 40 % van het oppervlaktegebied van de mat, en dat de aan elkaar 5 gehechte separator en absorbent worden gesneden tot een gewenste grootte.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, m e t het kenmerk, dat de mat bestaat uit niet-geweven poly-propeenvezels.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de separator bestaat uit entpolypropeen.

16. Werkwijze volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat het entpolypropeen een door bestraling geënt polypropeen is. 790 6 3 46