NO832094L - Komposittanoder og akkumulatorer med slike anoder - Google Patents
Komposittanoder og akkumulatorer med slike anoderInfo
- Publication number
- NO832094L NO832094L NO832094A NO832094A NO832094L NO 832094 L NO832094 L NO 832094L NO 832094 A NO832094 A NO 832094A NO 832094 A NO832094 A NO 832094A NO 832094 L NO832094 L NO 832094L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- layer
- covered
- zinc
- anode
- thickness
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 20
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 17
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 17
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N nickel zinc Chemical compound [Ni].[Zn] QELJHCBNGDEXLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGZADUVQMDAIAO-UHFFFAOYSA-L zinc hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Zn+2] UGZADUVQMDAIAO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229940007718 zinc hydroxide Drugs 0.000 description 3
- 229910021511 zinc hydroxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- JVIPLYCGEZUBIO-UHFFFAOYSA-N 2-(4-fluorophenyl)-1,3-dioxoisoindole-5-carboxylic acid Chemical compound O=C1C2=CC(C(=O)O)=CC=C2C(=O)N1C1=CC=C(F)C=C1 JVIPLYCGEZUBIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- 229920001425 Diethylaminoethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
- H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
- H01M4/0452—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation from solutions
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/24—Alkaline accumulators
- H01M10/26—Selection of materials as electrolytes
-
- 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
- H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/665—Composites
- H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/72—Grids
- H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/72—Grids
- H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
- H01M4/747—Woven material
-
- 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
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- 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
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Cosmetics (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse angår anoder av komposittmaterialer og akkumulatorer som benytter slike anoder.
I mange år har man visst at de tekniske karakteristika (energimengde, spenning, levetid, utbytte) for batteriene er meget sterkt bundet til arten og konstruksjonen av elektrodene som benyttes for batteriene. Dette er spesielt tilfelle for batterier som har kjente elektroder av sink-typen.
Foreliggende oppfinnelse angår anoder av en spesiell kon-struksjon som når de benyttes med kjente katoder tillater å forbédre utbyttet og driften av batteriene.
Anodene ifølge foreliggende oppfinnelse karakteriseres ved
at de er dannet av en bærer bestående av fibriller, hvilke fibriller er dekket av et ledende sjikt av kobber med en tykkelse mellom 3 og 10 ym, hvilket kobbersjikt i sin tur er dekket av et kadmiumsjikt med en tykkelse mellom 3 og 6ym og hvilket kadmiumsjikt i sin tur er dekket av et sinksjikt med en tykkelse over ca. 20 ym.
Bæreren for anodene ifølge oppfinnelsen består således av et materiale i fibrillform og kan være en leder (karbon, grafitt) eller en ikke-leder (plastmaterialer slik som polyamid, poly-ester, polyetylen eller et glass eller et ildfast materiale osv.). Et slikt materiale er i fibrillform når hver fiber i materialet omfatter mellom ca. 1000 og ca. 30.000 fibriller pr. mm 2. Materialet i fibrillform som således benyttes har et reelt overflateareal som er meget høyt, nemlig mellom ca. 2 2 30 og ca. 200 m pr. m tilsynelatende overflate.
Bærermaterialet kan benyttes i form av en flor, vanligvis blir det imidlertid benyttet i form av duker, dvs. konstruk-sjoner som er retningsmessig organisert. Disse strukturer er f.eks. laget ganske enkelt av tråder anordnet parallelle med hverandre i en bestemt retning eller av vevede eller
flettede elementer.
Bæreren er dekket av et tynt (3-10 ym) sjikt av et ledende metall; de vesentlige egenskaper for metallederen er følgende: være meget elektrisk ledende, være inert vis-a-vis materiale som utgjør bærerfibrillene, lett kunne avsettes på bæreren og fast å addhere til denne, fortrinnsvis være lite følsomt overfor det miljø i hvilket anoden ;ifølge oppfinnelsen er nedsenket og kunne motta et sjikt av et barrieremetall.
Blandt de metaller som kan anvendes og som oppviser alle
disse egenskaper har kobber vist seg å være det mest interes-sante. Avsetningen av kobber på bæreren kan realiseres på en slik måte at hver fibrill er dekket på enhetlig måte av kobber. Bærerfibrillen, dekket av et sjikt av kobber, mottar deretter et sjikt av et barrieremetall. Dette barrieremetall skal på den ene side sikre total beskyttelse av kobberet i forhold til det miljø i hvilket anoden er nedsenket,, på den annen side isolere kobberet på aktiv måte og til slutt<:>kunne motta et addherende aktivt overflatesjikt, nemlig sink.
For å kunne dette må materialet ha et elektrisk potensiale
som er lite forskjellig fra det til overflatematerialet.
Det er funnet at barrieremetallet fortrinnsvis består av kadmium avsatt i et sjikt i en tykkelse på mellom 3 og 6 ym. Igjen kan avsetningen av barrieremetallet gjennomføres på en slik måte at hver kobberdekkede fibrill er dekket av nevnte barrieremetall over hele overflaten.
Til slutt er barrieremetallet i sin tur dekket av det aktive overflatemateriale som er sink. Sinksjiktet som er det arbeidende sjikt er generelt meget tykkere, dvs. generelt over 20 ym tykt; hver kobber- og kadmiumdekkede fibrill må være dekket av nevnte sinksjikt.
Det ikke-begrensende følgende eksempel viser oppfinnelsen; eksempelet er illustrert av figurene 1 og 2: - figur 1 viser en bærer, f.eks. av grafittfibre, bestående av bunter anordnet langs 2 loddrett på hverandre stående retninger;
figur 2 viser en anode ifølge oppfinnelsen der fibrene, i seg selv dannet av fibriller, er anordnet parallelt mellom to kanter av en ledende ramme;
i denne figur har man skjematisk vist fibrene 2
spent opp i rammen 3 idet rammen også er utstyrt med en kontakt 4.
I eksempelet benytter man som bærermateriale:
- enten en vevnad av karbonfibre,
- eller av fibre iav aromatiske eller ikke-aromatiske polyamider der diameteren ligger mellom ca. 5 og ca.
10 ym,
- eller glassfibre med en midlere diameter på ca. 7 ym.
På bærermaterialet (eventuelt anordnet flettet som i figur 1 eller anordnet langs en eneste retning mellom to kanter av en lederramme som i figur 2) har man ved nedsenking i et bad inneholdende et kobbersalt avsatt et kobbersjikt med en tykkelse på ca. 3 ym. En mikroskopundersøkelse av det oppnådde produkt viser at avsetningen av kobber er helt og holdent enhetlig og at kun kontaktpunktene mellom to fibriller i bærermaterialet viser en noe mindre tykkelse av den lokale kobberavsetning.
På det således oppnådde kobberdekkede produkt avsetter man fortrinnsvis på elektrolytisk eller ikke-elektrolytisk måte et kadmiumsjikt med en tykkelse på ca. 3 ym. På kadmiumsjiktet som således oppnådd blir hver fibrill dekket av et siriksjikt; tykkelsen av sinksjiktet er i størrelsesorden 25 ym.
Anoden ifølge oppfinnelsen har et vist antall spesifikke egenskaper som man kan oppsummere som følger. 1) En fleksibel og myk struktur (kalt "lunge") tillater uten mekanisk sammensetning å /understøtte "respira-sjonen" for det aktive materiale under elektrodens arbeid i akkumulatoren. Videre gir denne struktur elektroden en stor dimensjonsstabilitet.
Dette gir seg utslag i en sterk forlenget levetid og likeledes i et forbedret elektrisk kapasitets-utbytte for anoden. 2) Den store spesifikke overflate for bæreren, når det f.eks. gjelder komposittmateriale på basis av karbonfibre og grafittfibre (med 1000 til 30.000 fibriller pr. fiber på ca. 1 mm 2), og avsetningsteknikken for det aktive materiale i molekylstørrelsesorden, sikrer en optimal overflatekontakt mellom det aktive materiale og bæreren, fra hvilken en total fjerning av elektroner avgitt under utladningen og muligheten for å oppnå store utladninsintensiteter slik som f.eks. 10 ganger elementets elektriske kapasitet, sikrer likeledes en total reversibilitet for den elektrokjemiske prosess, noe som unngår dannelse av dendritter på grunn av en liten lokal strømdensitet. 3) Den store overflate som på samme måte presenterer det aktive materiale vis-a^vis elektrolytten tillater store densiteter for ionutbyttingen som reduserer den indre motstand for akkumulatoren helt til verdier i størrelsesorden 35 yohm pr. cm<2>og som som under 2 deltar i avgivelse av en stor total .intensitet ut fra meget lave lokale strømdensiteter. 4) Anvendelsen av denne fremstillingsteknologi for elektroder fører til bærere med lav masse der prosent-andelen inert materiale som ikke deltar i den elektrokjemiske reaksjon er lav i forhold til den aktive materialmasse og utgjør mellom 30 og 60%. Disse lave masser tillater å avgi forhøyede energier pr. masseenhet, f.eks. i størrelsesorden 80 wattimer pr. kg til C/5 for et sink-nikkelpar.
Oppfinnelsen angår likeledes batterier (akkumulatorer) som bruker de ovenfor beskrevne anoder; disse akkumulatorer kan som katoder ha forskjellige kjente^katoder som er kompatible med anoder der det aktive materialet er sink; i alle disse tilfeller synes det som om anodene ifølge oppfinnelsen gir de oppnådde akkumulatorer vesentlige fordeler.
Dette er spesielt tilfelle for akkumulatorer der par består
av sink og nikkel. Disse akkumulatorer oppviser mange ganger visse uhensiktsmessigheter; således under utladning fører oksydasjon av anoden i alkalisk miljø til dannelse av amfo-tert sinkhydroksyd som reagerer med elektrolytten og danner oppløselige sinkater. Sinkationene har en tendens til å vandre gjennom hele elektrolytten i akkumulatoren.
Under opplading av akkumulatoren oppnås den metalliske sink-avsetning ved reduskjon av disse sinkationer som vandrer mot sinke lekt roden fra elektrolytten der de har vært .oppløselig-gjort. Sinken avsetter seg på heterogen måte på elektroden på grunn av heterogeniteten for strømlinjene fra elektrodene og kollektorene. Videre fører denne heterogenitet til dannelse av dendritter for strømlinjer med høy intensitet. Disse dendritter fører til "punkteffekter" som er godt kjent ved elektrolyse og som får dendrittene til å vokse i en retning loddrett på elektroden. Denne vekst skjer også på tvers av separatorer anordnet mellom de positive og negative elektroder og fører således til interne kortslutninger.
Sinkatene er likeledes opphav til et annet fenomen som skyldes en "sedementering" mot bunnen av badet under cyklene og som progressivt reduserer arbeidsoverflaten for anoden og fører til et langsomt tap av akkumulatorens kapasitet.
Levetiden for anodene forkortes betraktelig på grunn av disse fenomener og antall cykler blir redusert med titalls antall.
Det er funnet, og dette er eri gjenstand for oppfinnelsen, at man kan oppheve de beskrevne vanskeligheter ved å omgi hver av de ovenfor beskrevne anoder med et semipermeabelt cellulosemembran og ved å mette den alkaliske elektrolytt som befinner seg i det indre av membranen med et sinkat.
Med semipermeabelt membran menes en cellulosemembran av den type membraner som benyttes ved elektrodialyse og som er permeable ovenfor OH -ioner og inpermeable ovenfor kationer.
Den benyttede alkaliske elektrolytt er av kjent type og oppnådd f.eks. ved i en liter vann å oppløse ca. 30 0 g kalium og 30 g litiumhydroksyd. Ifølge oppfinnelsen kan så denne oppløsning være mettet på sinkat, dvs. praktisk talt mettet i varmen med sinkoksyd (man tilsetter således i størrelses-orden 70 g pr. liter sinkoksyd).
Videre er det funnet at i de således oppnådde anodiske rom (rommene omfatter således en anode ifølge oppfinnelsen, en alkalisk elektrolytt som er mettet på sinkat og rom som er begrenset av nevnte semipermeable cellulosemembran),så blir den alkaliske elektrolytt geldannet. Denne prinsippielt kjente geldannelse kan nok fordelaktig realiseres ved til-setning til elektrolytten av 1 til 5 vekt-% av et oppløse-lig cellulosetilsétningsstoff som f.eks. dietylaminoetyl-cellulose. Denne geldannelse har til hensikt å gi elektrolytten som er tilstede i anoderommet en forhøyet viskositet (over ca. 20.000 centipoises).
En akkumulator ifølge oppfinnelsen er skjematisk vist i figurene 3 og 4.
Figur 3 viser skjematisk i snitt en akkumulator 5 konstruert ifølge oppfinnelsen. Den består av to nikkelkatoder 6 omgitt av et polypropylenhylster 7 og en sinkanode 8 omgitt av en semipermeabel konvolutt 9. Denne konvolutt materialiserer to rom, ett katodisk rom 10 og det andre et anodisk rom 11
i hvilke de katodiske og anodiske elektrolytter befinner seg.
Figur 4 viser skjematisk en del 12 av anoderommet fra figur 3, betydelig forstørret. Denne del 12 er på hver side begrenset av membran 9 som omhyller anoden 8 bestående av en filamentkollektor 13 som fikserer det aktive materiale 14 (sink). Det porøse anodesubstrat er impregnert med anodisk elektrolyttgel som stabiliserer sinkhydroksyd 15 under utladning.
Det ikke-begrensende eksempel som følger beskriver en ut-førelsesform av oppfinnelsen. Man benytter som anode en vevnad bestående av en bærer dekket av kobber, deretter av et kadmiumsjikt og til slutt .et sinksjikt, denne anode er beskrevet ovenfor.
Akkumulatoren har den struktur som er vist i figur 3; akkumulatoren der elektrodenehar dimensjoner 130 mm x 180 mm har en sentral, anode og to laterale katoder. Anoden veier ca. 42 g.(15 g kollektorbærer og 27 g sink). Denne anode er impregnert med en 6N alkalisk elektrolytt mettet med sinkater og geldannet ved hjelp av 1,5 % natriumc.elluloseglykolat. Den er deretter omhyllet i en konvolutt av regenerert cello-fan med en tykkelse lik 0,2 mm.
De to katoder av nikkel veier ca. 50 g hver (25 g kollektorbærer og 35 g nikkelhydroksyd); de er omhyllet i et hylster av polypropylen og impregnert med en 6N alkalisk elektrolytt, geldannet med 1,5 % natriumcelluloseglykolat.
Elektrodene er innført i en akkumulatorbeholder med 12 mm tykkelse.
Dette element med en nominell kapasitet lik .10 Ah underkastes 10 cykler med ladning og utladning ved C/10. Cyklene blir deretter fulgt ved C/5 til 80% av kapasiteten. Man har således oppnådd 16 Wh for en vekt på 20 0 g (beholder ikke med-regnet) og således en masseenergi på 80 Wh pr. kg ved C/5. Den indre motstand er under 0,3 ohm.
Cyklusutbyttene var over 95%.
Man merker ikke noe kapasitetsfall i løpet av de første
100 cykler i motsetning til kjente nikkel-sinkakkumulatorer.
Under akkumulatorens virksomhet under utladningen fastslås dannelsen og stabiliteten for si.nkh.yd r ok syd i anoden. Cellulosemembranet beholdt dette midt i anoderommet. Høyden av viskositeten for elektrolytten og den meget høye porøsitet for anoden forhindret migrering og sedimentering.
Under gjenladning tillot den meget store spesifikke overflate for anoden en total reversibilitet og reduksjon av sinkhydroksyd til metallisk sink og dette uten mulighet for dendritt-dannelse og den "punktet-effekt" man tidligere har møtt. Disse karakteristika forhindrer forbruk av sink og man opp-når således kapasiteter og utbytter som er konstante under cyklene i motsetning til konvensjonelle nikkel-sinkakkumulatorer .
Claims (5)
1.
Anode av komposittmateriale, karakterisert ved at den består av en bærer som består av fibriller, at disse fibriller er dekket med et ledende kobbersjikt med en tykkelse mellom 3 og 10 ym, at kobbersjiktet er dekket med et kadmiumsjikt med en tykkelse mellom 3 og 6 ym og at kadmiumsjiktet er dekket med et sinksjikt med en tykkelse over ca. 2 0 ym.
2.
Akkumulator, karakterisert ved at den benytter en anode i form av en bærer som består av fibriller der disse fibriller er dekket med et ledende kobbersjikt med en tykkelse mellom 3 og 10 ym, hvorved kobbersjiktet er dekket med et kadmiumsjikt med en tykkelse på mellom 3 og 6 ym og der kadmiumsjiktet er dekket med et sinksjikt med en tykkelse på over ca. 2 0 ym.
3.
Akkumulator ifølge krav 2, karakterisert ved at anodene befinner seg i et semipermeabelt cellulosemembran som inneholder en alkalisk elektrolytt som er mettet med sinkat.
4.
Akkumulator ifølqe krav 3>karakterisert v e d at elektrolytten er geldannet for å oppvise en viskositet over ca. 20.000 centipoises.
5.
Akkumulator ifølge et hvilket som helst av kravene 2, 3 og 4, karakterisert ved at den omfatter katoder på basis av nikkel.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8210257A FR2528629A1 (fr) | 1982-06-11 | 1982-06-11 | Electrodes en materiaux composites et accumulateurs hautes performances utilisant lesdites electrodes |
FR8217736A FR2535116A2 (fr) | 1982-10-22 | 1982-10-22 | Electrodes en materiaux composites |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO832094L true NO832094L (no) | 1983-12-12 |
Family
ID=26222948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO832094A NO832094L (no) | 1982-06-11 | 1983-06-09 | Komposittanoder og akkumulatorer med slike anoder |
Country Status (14)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4464446A (no) |
EP (1) | EP0097090B1 (no) |
KR (1) | KR840005281A (no) |
AU (1) | AU1535283A (no) |
BR (1) | BR8303067A (no) |
CA (1) | CA1190963A (no) |
DE (1) | DE3366775D1 (no) |
DK (1) | DK267883A (no) |
ES (1) | ES8502575A1 (no) |
FI (1) | FI832087L (no) |
MA (1) | MA19807A1 (no) |
MX (1) | MX153976A (no) |
NO (1) | NO832094L (no) |
PT (1) | PT76847B (no) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3318629C1 (de) * | 1983-05-21 | 1984-10-11 | Deutsche Automobilgesellschaft Mbh, 7000 Stuttgart | Metallisiertes Plastfaser-Elektrodengeruest auf Vliesstoffbasis fuer Batterieelektroden |
FR2639767B1 (fr) * | 1988-11-30 | 1995-07-07 | Sorapec | Dispositif de conversion electrochimique utilisant une electrode rechargeable |
DE3922424C2 (de) * | 1989-07-07 | 1994-02-03 | Hagen Batterie Ag | Elektrode für elektrochemische Zellen und Verfahren zur Herstellung einer Gitterplatte für eine Elektrode |
DE3922425A1 (de) * | 1989-07-07 | 1991-01-17 | Hoechst Ag | Elektrode fuer galvanische primaer- und sekundaerelemente |
US5401596A (en) * | 1991-10-14 | 1995-03-28 | Stoilov; Georgi T. | Hermetically sealed dry accumulator |
AU663154B2 (en) * | 1991-12-16 | 1995-09-28 | Matsi, Inc. | Collapsing foam anode backing for zinc-air battery |
EP0601263A1 (fr) * | 1992-12-10 | 1994-06-15 | François Brunner | Batterie électrique et électrodes pour une telle batterie |
US5458988A (en) * | 1993-08-10 | 1995-10-17 | Matsi, Inc. | Metal-air-cells having improved anode assemblies |
DE19503447A1 (de) | 1995-02-03 | 1996-08-08 | Hoechst Trevira Gmbh & Co Kg | Massenträger und Elektroden für galvanische Primär- und Sekundärelemente |
US5780186A (en) * | 1996-05-09 | 1998-07-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | High performance zinc anode for battery applications |
JPH10188996A (ja) * | 1996-12-26 | 1998-07-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 鉛蓄電池用格子体 |
US6521378B2 (en) | 1997-08-01 | 2003-02-18 | Duracell Inc. | Electrode having multi-modal distribution of zinc-based particles |
US6472103B1 (en) | 1997-08-01 | 2002-10-29 | The Gillette Company | Zinc-based electrode particle form |
CA2274285C (en) * | 1998-06-12 | 2003-09-16 | Mitsunori Tokuda | Sealed, alkaline-zinc storage battery |
US6280697B1 (en) * | 1999-03-01 | 2001-08-28 | The University Of North Carolina-Chapel Hill | Nanotube-based high energy material and method |
CN1806354A (zh) * | 2003-06-17 | 2006-07-19 | 吉列公司 | 电池的阳极 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR994324A (fr) * | 1945-01-13 | 1951-11-15 | Accumulateur électrique perfectionné | |
FR1233686A (fr) * | 1959-05-06 | 1960-10-12 | Yardney International Corp | électrode négative pour générateur électrochimique d'énergie |
US3042732A (en) * | 1959-10-14 | 1962-07-03 | Union Carbide Corp | Anodes for alkaline cells |
FR1472136A (fr) * | 1965-12-28 | 1967-03-10 | Accumulateurs Fixes | électrode négative en zinc pour accumulateurs |
DE1299056B (de) * | 1966-09-29 | 1969-07-10 | Rhein Westfael Elect Werk Ag | Verfahren zur Herstellung eines aus metallisiertem, insbesondere vernickeltem, feinstfaserigem Kohle- bzw. Graphitvlies bestehenden poroesen Stromableitgeruestes durch Sintern |
GB1223014A (en) * | 1967-02-28 | 1971-02-17 | Int Nickel Ltd | Bipolar plates for nickel-zinc accumulators |
DE1671761A1 (de) * | 1967-09-15 | 1972-01-27 | Bayer Ag | Elektroden mit grosser Oberflaeche und niedrigem Gewicht |
JPS5626108B2 (no) * | 1975-01-20 | 1981-06-16 | ||
US4415636A (en) * | 1975-08-22 | 1983-11-15 | Energy Research Corporation | Secondary batteries having a zinc negative electrode |
FR2432220A1 (fr) * | 1978-07-25 | 1980-02-22 | Michelin & Cie | Electrode de zinc |
US4215190A (en) * | 1979-06-08 | 1980-07-29 | Ferrando William A | Lightweight battery electrode |
US4292357A (en) * | 1979-07-25 | 1981-09-29 | Eagle-Picher Industries, Inc. | Zinc/zinc oxide laminated anode assembly |
US4358517A (en) * | 1979-10-30 | 1982-11-09 | General Motors Corporation | Nickel-zinc cell |
IL58826A (en) * | 1979-11-29 | 1982-11-30 | Israel State | Negative electrode for secondary zinc batteries |
US4332870A (en) * | 1979-12-26 | 1982-06-01 | Duracell International Inc. | Cell having a gelled anode containing a polyhydric alcohol |
US4359510A (en) * | 1980-07-31 | 1982-11-16 | Celanese Corporation | Hydrophilic polymer coated microporous membranes capable of use as a battery separator |
JPS57197757A (en) * | 1981-05-30 | 1982-12-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Alkali zinc storage battery |
-
1983
- 1983-06-01 MA MA20029A patent/MA19807A1/fr unknown
- 1983-06-02 US US06/500,326 patent/US4464446A/en not_active Expired - Fee Related
- 1983-06-03 AU AU15352/83A patent/AU1535283A/en not_active Withdrawn
- 1983-06-07 KR KR1019830002605A patent/KR840005281A/ko not_active Application Discontinuation
- 1983-06-07 EP EP83401151A patent/EP0097090B1/fr not_active Expired
- 1983-06-07 DE DE8383401151T patent/DE3366775D1/de not_active Expired
- 1983-06-09 FI FI832087A patent/FI832087L/fi not_active Application Discontinuation
- 1983-06-09 NO NO832094A patent/NO832094L/no unknown
- 1983-06-09 BR BR8303067A patent/BR8303067A/pt unknown
- 1983-06-09 PT PT76847A patent/PT76847B/pt unknown
- 1983-06-10 CA CA000430110A patent/CA1190963A/en not_active Expired
- 1983-06-10 DK DK267883A patent/DK267883A/da not_active Application Discontinuation
- 1983-06-10 MX MX197627A patent/MX153976A/es unknown
- 1983-06-10 ES ES523145A patent/ES8502575A1/es not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PT76847B (fr) | 1986-02-18 |
FI832087A0 (fi) | 1983-06-09 |
ES523145A0 (es) | 1985-01-01 |
MX153976A (es) | 1987-03-05 |
PT76847A (fr) | 1983-07-01 |
EP0097090A1 (fr) | 1983-12-28 |
US4464446A (en) | 1984-08-07 |
AU1535283A (en) | 1983-12-15 |
KR840005281A (ko) | 1984-11-05 |
DK267883A (da) | 1983-12-12 |
DE3366775D1 (en) | 1986-11-13 |
MA19807A1 (fr) | 1983-12-31 |
DK267883D0 (da) | 1983-06-10 |
FI832087L (fi) | 1983-12-12 |
EP0097090B1 (fr) | 1986-10-08 |
BR8303067A (pt) | 1984-01-31 |
ES8502575A1 (es) | 1985-01-01 |
CA1190963A (en) | 1985-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO832094L (no) | Komposittanoder og akkumulatorer med slike anoder | |
AU574580B2 (en) | Rechargeable secondary battery | |
US5242768A (en) | Three-dimensional woven fabric for battery | |
US8017273B2 (en) | Lightweight, durable lead-acid batteries | |
EP2313353B1 (en) | Method for producing an electrode for lead-acid battery | |
US4476206A (en) | Fiber reinforced grid for a storage cell, and method of manufacturing it | |
ES2686339T3 (es) | Colector de corriente de producto textil no tejido, método de fabricación de batería que usa el mismo y sistema de fabricación del mismo | |
CN102782905B (zh) | 铅酸电池组结构的改进 | |
US4288506A (en) | Cathode for an electrochemical cell and an electrochemical cell | |
ES2230044T3 (es) | Generadores electroquimicos secundarios alcalinos con anodo de zinc. | |
US4929521A (en) | Solid electrolyte battery | |
SE453028B (sv) | Elektrokemisk cell | |
US3625764A (en) | Electrode for electric storage batteries containing zinc halide in aqueous solution, of the type having a soluble cathode and a dissolved anode | |
EP0331275A2 (en) | Lightweight solid state rechargeable batteries | |
US3881951A (en) | Lithium electrode and method of producing the same | |
CA1045680A (en) | Lithium-silicon electrode for rechargeable cell | |
US3873367A (en) | Zinc-container electrode | |
US4505994A (en) | Metal-halogen secondary battery | |
NO844833L (no) | Elektrode | |
US3194684A (en) | Electric storage battery electrode | |
EP0122281B1 (en) | Titanium wire reinforced lead composite electrode structure | |
JPH0337262B2 (no) | ||
JPS5946759A (ja) | 複合材料陽極およびそれを用いた蓄電池 | |
JP5557227B2 (ja) | ファイバー状電池用ニッケル正極 | |
CN109148937A (zh) | 一种具有支撑导流线缆的锂浆料电池电芯及锂浆料电池 |