NO134443B

NO134443B -

Info

Publication number: NO134443B
Application number: NO1472/70A
Authority: NO
Inventors: J Edwards; J E Whittle
Original assignee: Int Nickel Ltd
Priority date: 1969-04-22
Filing date: 1970-04-17
Publication date: 1976-06-28
Also published as: ZA702437B; CA936914A; DK127829B; JPS502053B1; NO134443C; DE2018974A1; BE749327A; DE2018974C3; CH518012A; SE353621B; NL7005561A; ES378877A1; DE2018974B2; AT298589B; GB1246048A; FR2046322A5

Description

Denne oppfinnelse angår plater til bruk i alkali- eller syre- This invention relates to plates for use in alkali or acid

batterier. Oppfinnelsen omfatter også et batteri inneholdende slike plater. batteries. The invention also includes a battery containing such plates.

Plater til bruk i alkalibatterier kan konstrueres på mange vel- Plates for use in alkaline batteries can be constructed in many well-

kjente måter, f.eks. som rørformede plater, "lomme"-plater eller sintrede plater. De vanlige platene består vanligvis av en bære- known ways, e.g. such as tubular plates, "pocket" plates or sintered plates. The usual plates usually consist of a carrier

del som ikke påvirkes av alkalier og på hvilken såkalt "batteri- part that is not affected by alkalis and on which so-called "battery

aktiv" masse er avsatt. Bæredelen er vanligvis av nikkel, og eksem-pelvis kan både de positive og de negative platene i et nikkel/kad-mium-batteri være laget av nikkel-folier. Nikkelfoliene i de posi- active" mass is deposited. The carrier part is usually made of nickel, and for example both the positive and the negative plates in a nickel/cadmium battery can be made of nickel foils. The nickel foils in the posi-

tive platene bærer "batteri-aktiv" masse i form av NiO(OH). For de negative platene sin del er den "batteri-aktive" massen kad- tive plates carry "battery-active" mass in the form of NiO(OH). For the negative plates, the "battery-active" mass is kad-

mium, vanligvis avsatt på nikkelfoliet ved hjelp av elektrolyse. mium, usually deposited on the nickel foil by means of electrolysis.

I et nikkel/jern- eller et nikkel/zink-batteri kan de negative In a nickel/iron or a nickel/zinc battery, the negative can

platene lages av nikkelfolier som bærer en "batteri-aktiv" masse påført ved elektrolyseavsetning fra oppløsninger som inneholder passende salter av jern eller zink, slike som f.eks. ferrosulfat, ferroklorid og zinkcyanid. the plates are made of nickel foils that carry a "battery-active" mass applied by electrolytic deposition from solutions containing suitable salts of iron or zinc, such as e.g. ferrous sulphate, ferrous chloride and zinc cyanide.

I et syrebatteri er platene vanligvis av en bly-forbindelse eller dispersjons-styrket bly og den "batteri-aktive" massen ved de positive platene er blydioksyd og ved de negative platene svampaktig bly. In an acid battery, the plates are usually of a lead compound or dispersion-strengthened lead and the "battery-active" mass at the positive plates is lead dioxide and at the negative plates spongy lead.

Alle batteriene inneholder selvsagt passende elektrolytter, og i alle vanlige plater som produseres, skal helst den "batteri-aktive" mas- All batteries naturally contain suitable electrolytes, and in all ordinary plates that are produced, preferably the "battery-active" mas-

sen bli påført på slik måte at strømmen som flyter gjennom elektro- then be applied in such a way that the current flowing through the electro-

lytten har lett adgang til den. the listener has easy access to it.

Hensikten med denne oppfinnelse er å konstruere batteriplater der The purpose of this invention is to construct battery plates there

strømmens adgang til de "batteri-aktive" masser forbedres. the current's access to the "battery-active" masses is improved.

Nærmere bestemt angår således denne oppfinnelse en batteriplate av den type som omfatter en stabel av elektrisk sammenkoblede metallfolier skilt fra hverandre ved aktiv masse. Det nye og særegne ved platen ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at foliene har jevnt fordelte hull som ligger overfor hverandre og er frie for aktiv masse slik at de danner kontinuerlige veier mellom motsatte sider av platen. På denne måte fremkommer det veier for strømmen inn i platen gjennom hvert av hullene og likeså vil strømmen gå More specifically, this invention thus relates to a battery plate of the type which comprises a stack of electrically connected metal foils separated from each other by active mass. The new and distinctive feature of the plate according to the invention is primarily that the foils have evenly spaced holes which lie opposite each other and are free of active mass so that they form continuous paths between opposite sides of the plate. In this way, paths appear for the current into the plate through each of the holes and the current will likewise flow

ut til sidene fra hullene inn i den "batteri-aktive" massen. For-delingen av hullene skal være jevn over platen for å sikre at den "aktive" massen utlader jevnt over alt. out to the sides from the holes into the "battery-active" mass. The distribution of the holes must be even over the plate to ensure that the "active" mass discharges evenly everywhere.

For å lette sentreringen av hullene slik at de blir liggende rett overfor hverandre gjennom hele stabelen med folier, kan en lage ytterligexe hull i hvert folie som er forsynt med gjennomgående pinner. Dersom disse pinnene er av metall, vil de danne elektriske forbindelser mellom foliene i stabelen. En annen måte å sammen-koble alle foliene i en stabel på, er å lage en sveis i ett eller flere av dens hjørner. In order to facilitate the centering of the holes so that they lie directly opposite each other throughout the stack of foils, additional holes can be made in each foil which is provided with through pins. If these pins are made of metal, they will form electrical connections between the foils in the stack. Another way to connect all the foils in a stack is to make a weld in one or more of its corners.

Oppfinnelsen er særlig nyttig i alkaliebatterier. Både de positive og de negative platene av de fleste alkaliebatterier blir fortrinnsvis laget med nikkel som bærer, og således blir ifølge oppfinnelsen platene som brukes i slike batterier laget av nikkel-folier. Men generelt kan foliene være av et hvilket som helst passende inaktivt metall der "aktiv" masse kan pålegges eller på-føres. The invention is particularly useful in alkaline batteries. Both the positive and the negative plates of most alkaline batteries are preferably made with nickel as carrier, and thus, according to the invention, the plates used in such batteries are made of nickel foils. But in general the foils can be of any suitable inactive metal to which "active" mass can be applied or applied.

Nikkelfolier med huller kan med fordel lages ved hjelp av elektroforming, en prosess som er velkjent, og som f.eks. er beskrevet i en avhandling med tittelen "Electroforming of Nickel Screens" utgitt av J. van der Waals, ved symposium over Nickel Deposition in the Engineering Industries som ble holdt 10.oktober 1963,, Nickel foils with holes can advantageously be made using electroforming, a process which is well known, and which e.g. is described in a thesis entitled "Electroforming of Nickel Screens" published by J. van der Waals, at the symposium on Nickel Deposition in the Engineering Industries which was held on 10 October 1963,

Foliet kan være særdeles tynt. I tilfelle en bruker nikkel, blir det foretrukket å bruke folie som har en tykkelse fra 0,005 mm til 0,05 mm og da fortrinnsvis i den lavere del av dette område. Den "aktive" massen som en legger på folier av denne tykkelse vil selv ha en tykkelse mellom 0,0O5 mm og 0,09 mm. Den aktive massen kan legges på den ene eller begge sidene av foliet. Det foretrek-kes å legge det eller avsette det på begge sider av foliet og så The foil can be extremely thin. In case one uses nickel, it is preferred to use foil which has a thickness from 0.005 mm to 0.05 mm and then preferably in the lower part of this range. The "active" mass that is applied to foils of this thickness will itself have a thickness of between 0.0O5 mm and 0.09 mm. The active mass can be placed on one or both sides of the foil. It is preferred to lay it or deposit it on both sides of the foil and so on

å stable et tilstrekkelig antall folier mot hverandre for å danne en ferdig plate av omtrent 1 mm tykkelse. Tykkelsen kan være mindre eller større enn dette, avhengig av det formål som batteriet skal brukes til. Høy utladningshastighet krever relativt tynne plater; tykkere plater er mer økonomiske når det er tale om skillevegger som selvsagt alltid er laget for å holde plater av motsatt pola-ritet slik at de ikke kommer i kontakt med hverandre. to stack a sufficient number of foils against each other to form a finished plate of approximately 1 mm thickness. The thickness can be smaller or larger than this, depending on the purpose for which the battery is to be used. High discharge rates require relatively thin plates; thicker plates are more economical when it comes to partitions, which are of course always made to hold plates of opposite polarity so that they do not come into contact with each other.

Hullenes totale areal av foliet behøver ikke være stort. Dette er selvsagt fordelaktig siden det ikke kan være noen "aktiv" masse i hullområdene. Selv om dette forholdet kan være 50% eller mer, er det fortrinnsvis fra 5% til 15%. For å få et optimalt resultat må forholdet tilpasses til tykkelsen av platen; desto tykkere platene er, desto større må det totale hullareal være for å sikre at den indre motstanden ikke blir for høy. Det er ønskelig at hullene i seg selv var så små som mulig i samsvar med muligheten for å bringe hullene overfor hverandre når foliene blir sammenstablet. Slik kan antall hull pr. flateenhet være så stort som grensen for det totale hullareal tillater, og på denne måten blir avstanden mellom de to nabohull laget så liten som mulig. I alminnelighet kan hullene lages med et areal på fra 0,01 til 1 mm 2, og det skulle bli i det minste 4 og helst mange flere pr. cm 2. The total area of the holes in the foil need not be large. This is of course advantageous since there can be no "active" mass in the hole areas. Although this ratio may be 50% or more, it is preferably from 5% to 15%. To get an optimal result, the ratio must be adapted to the thickness of the plate; the thicker the plates, the larger the total hole area must be to ensure that the internal resistance does not become too high. It is desirable that the holes themselves were as small as possible in accordance with the possibility of bringing the holes opposite each other when the foils are stacked. In this way, the number of holes per surface unit be as large as the limit for the total hole area allows, and in this way the distance between the two neighboring holes is made as small as possible. In general, the holes can be made with an area of from 0.01 to 1 mm 2, and there should be at least 4 and preferably many more per cm 2.

Hullene er fortrinnsvis sirkelrunde, og senteravstanden mellom The holes are preferably circular, and the center distance between

to nabohull fortrinnsvis den samme over alt. Hullene kan likevel være avlange, og da vil i så fall den totale hullperiferi øke ved et gitt totalt hullareal. two neighboring holes preferably the same over all. The holes can still be oblong, in which case the total hole periphery will increase for a given total hole area.

Skilleplatene må selvsagt tillate jonene i elektrolytten å passere dem og i de foretrukne batterier, i samsvar med oppfinnelsen, blir skilleplatene laget med tilsvarende hull som de i platene og er montert sammen slik at hullene i platene og hullene i skilleplatene sammenfaller aksielt for å lette og øke transporten av joner i elektrolytten. The separators must of course allow the ions in the electrolyte to pass through them and in the preferred batteries, in accordance with the invention, the separators are made with holes corresponding to those in the plates and are assembled so that the holes in the plates and the holes in the separators coincide axially to facilitate and increase the transport of ions in the electrolyte.

Som et eksempel ble to plater A og B laget, hver på 25,4 mm og 0,178 mm tykke og bygget opp av 10 lag av nikkelfolier med en tykkelse på 0,005 mm dannet ved elektroforming og som hadde et. lag av "batteri-aktiv" masse 0,007 mm tykk på hver side. I platen A 2 2 var det 11 hull pr. cm og i platen B var det 174 hull pr. cm , radiene på hullene og senteravstanden mellom nabohullene i plate A var henholdsvis 0,526 mm og 3,22 mm og i plate B henholdsvis 0,121 mm og 0,79 mm. Den maksimale indre motstand ved fullstendig ut-ladning av plate A ble funnet å være 0,984 ohm og ved plate: B 0,105 ohm. As an example, two plates A and B were made, each 25.4 mm and 0.178 mm thick and built up from 10 layers of nickel foils with a thickness of 0.005 mm formed by electroforming and having a. layer of "battery-active" mass 0.007 mm thick on each side. In the plate A 2 2 there were 11 holes per cm and in plate B there were 174 holes per cm , the radii of the holes and the center distance between neighboring holes in plate A were respectively 0.526 mm and 3.22 mm and in plate B respectively 0.121 mm and 0.79 mm. The maximum internal resistance at full discharge of plate A was found to be 0.984 ohms and for plate: B 0.105 ohms.

Platene ble ladet og utladet adskillige ganger i kalsiumhydroksyd-oppløsning og deres kapasitet ved forskjellige utladningshaistigheter ble bestemt når platen ble reduserttil 0 volt i forhold til en Hg/HgO-elektrode. De verdiene som ble notert er gjengitt i. neden-stående tabell. The plates were charged and discharged several times in calcium hydroxide solution and their capacity at different discharge rates was determined when the plate was reduced to 0 volts relative to a Hg/HgO electrode. The values that were noted are reproduced in the table below.

Overlegenheten til plate B ved høye strømstyrker er klart vist, og det fremhever betydningen av den lavere indre motstand i plate B på grunn av den tette avstanden mellom hullene. The superiority of plate B at high currents is clearly shown, and it highlights the importance of the lower internal resistance of plate B due to the close spacing of the holes.

Den totale kapasitet som en batteriplate kan tåle er avhengig av mengden av "aktiv" masse. Men den praktiske mengde målt i mAh pr. cm 2 avhenger naturligvis også o av mengden av "aktiv" masse som er lett tilgjengelig for strømmen, og det innsees derfor at når en stabler f.eks. 10 folier mot hverandre vil den praktiske kapasitet bli mye mindre -enn IO ganger kapasiteten av ett enkelt folie. Overraskende nok er dette ikke tilfelle i denne oppfinnelse som skal vises med det neste eksempel. The total capacity that a battery plate can withstand depends on the amount of "active" mass. But the practical amount measured in mAh per cm 2 naturally also depends o on the amount of "active" mass that is readily available for the flow, and it is therefore realized that when one stacks e.g. 10 foils against each other, the practical capacity will be much less - than 10 times the capacity of a single foil. Surprisingly, this is not the case in this invention which will be shown by the next example.

I dette eksempel ble 2 plater laget av kvadratformede nikkelfolier, lengden av hver var 50 mm og tykkelsen 0,0064 mm. Hver plate hadde huller av samme størrelse og mønster som i plate A og hadde et lag med "aktiv" masse på hver side med en tykkelse på In this example, 2 plates were made from square nickel foils, the length of each being 50 mm and the thickness 0.0064 mm. Each plate had holes of the same size and pattern as in plate A and had a layer of "active" mass on each side with a thickness of

0,04 mm. Den første av disse platene, plate C, bestod av 10 slike folier og den andre plate, plate D, var bare ett enkelt folie. Disse platene ble ladet og utladet i kalsiumhydroksyd-oppløsning som i det tidligere eksempel og deres kapasitet ved forskjellige utladningshastigheter bestemt. Resultatet er vist i tabell 2 under. 0.04 mm. The first of these plates, plate C, consisted of 10 such foils and the second plate, plate D, was only a single foil. These plates were charged and discharged in calcium hydroxide solution as in the previous example and their capacity at different discharge rates determined. The result is shown in table 2 below.

Det sees at kapasiteten av den 10 lags platen, plate C (0,904 mAh/cm 2 ), ligger nær opp til den ide>•elle som ble oppnådd med ett-lags-platen, nemlig 0,943 mAh/cm 2. It can be seen that the capacity of the 10-layer plate, plate C (0.904 mAh/cm 2 ), is close to the ideal achieved with the one-layer plate, namely 0.943 mAh/cm 2 .

Claims

1. Battery plate comprising a stack of electrically connected metal foils, separated from each other by active mass, characterized in that the foils have evenly spaced holes which lie opposite each other and are free of active mass so that they form continuous paths between opposite sides of the plate.

2. Battery plate according to claim 1, for use in an alkaline battery in which the foils are made of nickel, characterized in that the foils have a thickness of from 0.005 to 0.05 mm, that each foil 2 has a plurality of holes that have no larger area than 1 mm and that the proportion of the total area of each foil that is occupied by hollow lene, is from 5 to 15%.

3. Battery plate according to claim 1 or 2, characterized in that the holes are circular and the center distance between neighboring holes is the same everywhere.

4. Battery in which plates are used according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the plates are separated from each other by means of separator plates which have holes corresponding to the said paths through the plates.