NO844833L - Elektrode - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår anvendelse av et karbonholdig materiale i forbindelse med en elektronkollektor som en elektrode for sekundære lagringsinnretninger for elektrisk energi. Det karbonholdige materiale i elektroden er stabilt i nærvær av et elektrolyttsystem inneholdende anioner så som perklorater, heksa-fluorarsenater o.l., ved omgivelses- eller normale driftstem-peraturer for elektrodens anvendelse. Dette vil si at det karbonholdige materiale ikke i vesentlig grad på irreversibel måte sveller eller trekker seg sammen under sykluser av dyp elektrisk oppladning og utladning slik det kan utføres ved anvendelsen av en sekundær lagringsinnretning for elektrisk energi.

Tallrike patenter og teknisk litteratur beskriver innretninger for lagring av elektrik energi i hvilke det anvendes et karbonholdig materiale så som karbon eller grafitt som elek-trodemateriale. En av de første innretninger var som kjent Leclanché's batteri fra 1866 i hvilket karbon ble anvendt som

en elektronkollektor i et primært Zn/NH^Cl/MnC^-batteri. Siden den gang har karbon funnet utstrakt anvendelse som en bestand-

del av elektroden i primærbatterier, primære brenselsceller, sekundære brenselsceller, sekundære batterier og kondensatorer. Karbonets eller grafittens funksjon i disse ovennevnte innretninger har primært vært som en strømsamler eller som et reaktivt materiale til å danne nye forbindelser med fluor hvilke har andre strukturer og egenskaper enn den opprinnelige karbon/grafitt, og i den seneste tid som halvledermaterialer som danner salter med elektrolyttens ioner. Disse tidligere kjente innretninger kan kategoriseres som: primærbatterier, hvilket er beskrevet av Coleman et al. i U.S. patent 2 597 451, litteratur fra Panasonic Lithium Battery, og U.S. patent nr. 4 271 242, 3 700 502 og

4 224 389; brenselsceller, så som japansk patentpublikasjon nr. 54-082043; og sekundære brenselsceller med begrenset gjennopp-ladbarhet, som beskrevet av Dey et al. i U.S. patent nr. 4 0 37 025, en gjennoppladbar brenselscelle i hvilken det anvendes en aktivert grafitt (med stort overflateareal); gjennoppladbare sekundære batterier (akkumulatorer) som beskrevet av Hart i U.S. patent 4 251 568, hvor grafitt anvendes som strømsamler, og Bennion i U.S. patent nr. 3 844 837 og 4 009 323, samt kondensatorer som beskrevet av Butherus et al. i U.S. patent 3 700 975 eller DE-patent 3 231 243 under anvendelse av et karbon-materiale (grafitt) med stort overflateareal. I noen av disse innretninger anvendes også ioniserbare salter oppløst i et ikke-ledende løsningsmiddel.

De karbonholdige materialer som er beskrevet i patentene og i litteraturen, er materialer som er grafittisert eller karbonisert inntil materialene blir elektrisk ledende. Disse materialer er avledet fra polyacetylener, polyfenylener, polyacrylnitriler og petroleum-bek som er blitt oppvarmet slik at forløpermaterialet blir "karbonisert og/eller grafittisert", hvorved materialet i noen grad blir elektrisk ledende. En del av de grafitter som er anvendt tidligere ifølge litteraturen, er grafitter så som armert pyrolytisk grafitt, RPG (Reinforced Pyrolytic Graphite),

R-1 kjernereaktor-grafittkvalitet, PGCP (Pyrolytic Graphite

Carbon Paper) og "GRAFOIL" (varemerke, Union Carbide Corporation) bestående av en ekspandert og komprimert grafitt, og lignende.

Doping av analoge karbonholdige materialer er også blitt rapportert i Chemical and Engineering News, Volume 60, No. 16, sider 29-33, 19. april 1982, i en artikkel med tittelen "Con-ducting Polymers R&D Continues to Grow", Journal Electrochem Society, Electrochemical Science, 118, No. 12, sider 1886-1890, desember 1971:, og Chemical&Engineering News, 59, No. 41, sider 34-35, 12. oktober 1982, i en artikkel med tittelen "Polymer Cell Offers More Power, Less Weight".

Problemene med disse rapporterte celler er at de ikke

har lang levetid, da den elektrode som fremstilles av slike karbonholdige materialer lett forringes når den underkastes gjentatte elektriske ladnings- og utladnings-sykluser.

For eksempel beskriver U.S. patent 3 844 837 (Bennion

et al.) et batteri i hvilket det anvendes en grafitt av kjerne-reaktorkvalitet impregnert med korn av Li2° som den positive elektrode og kobber som den negative elektrode i en LiCF^SO^-dimetylsulfitt-elektrolytt (DMSU)-elektrolytt. Grafittelektroden ble laget av en kjernereaktorgrafitt, kvalitet R-1 (fra Great Lakes Carbon Company) og ble rapportert å være flaklignende

etter elektrisk ladning og utladning i 9 sykluser. Patenthaverne testet også en grafittduk og fant at den ikke var tilfredsstillende.

Flere andre grafitter ble anvendt med like utilfredsstillende resultater; de beste resultater ble oppnådd med pyrolytisk grafitt som sviktet etter 33 sykluser. Dey et al. anvender et karbon eller grafittmateriale med høy spesifikk overflate, og en kjemisk reaksjon finner sted i materialets porer, men nevnte materiale antas i alminnelighet å ha en lav ledningsevne på

grunn av mangel på kontinuitet i karbonoverflaten. Videre menes det at slike materialer ikke bibeholder den dimensjonsstabilitet og materialbestandighet som er nødvendig for den reversible dannelse av karbonkomplekser som er påkrevet for at sekundærbatterier skal ha lang levetid under ladnings- og utladningssykluser.

Forsøk utført under utviklingen av den foreliggende oppfinnelse innbefattet anvendelse av "GRAFOIL" (varemerke), hvilket sviktet etter den første elektriske ladning, og RPG ("Super Temp") grafittelektroder som også sviktet. Det ble funnet at en andel større enn 20% av den positive elektrode som var laget av RPG-grafitt, gikk tapt som flak, fliser og pulver etter bare 27 elektriske ladnings- og utladningssykluser.

Det skal bemerkes at det i teknikkens stand angis at nedbrytingen av og skaden på elektroden er et resultat av svelling og krymping av elektrodelegemet, og at denne svelling og krymping øker for hver elektrisk ladnings- og utladnings-syklus, som deformerer de små grafittplater, hvilke avflakner på grunn av påkjenningen ved oppsvelling og krymping. Ved utførelsen av disse forsøk under utviklingen av den foreliggende oppfinnelse ble det bekreftet at sådan avflakning av grafittplatene finner sted når de ovennevnte grafittmaterialer ble underkastet gjentatte elektriske ladnings- og utladningssykluser.

I henhold til et første aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en elektrode til bruk i en sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende et elektrodelegeme av elektrisk ledende karbonholdig materiale, med en skjellet-orientering, i det minste ved eller nær overflaten, og en der-

med elektrisk forbundet strømsamler, hvor det karbonholdige materiale har en Youngs modul større enn 6,9 GPa og undergår en fysisk dimensjonsforandring mindre enn 5% under gjentatte elektriske ladnings- og utladnings-sykluser.

I henhold til et annet aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende et hus som har en elektrisk ikke-ledende indre overflate og en fuktighets-ugjennomtrengelig ytre overflate eller laminært legeme og med i det minste én celle anordnet i nevnte hus, hvor hver celle omfatter i det minste ett par elektrisk ledende elektroder som er elektrisk isolert f rÉ hverandre, hvilket hus inneholder en hovedsakelig ikke-vandig elektrolytt, hvor i det minste én av elektrodene i hver celle er en elektrode ifølge oppfinnelsen.

I henhold til et ytterligere aspekt ligger oppfinnelsen i en sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende et hus som har en elektrisk ikke-ledende indre overflate og en fuktighet-ugjennomtrengelig ytre overflate eller laminert legeme og med i det minste én celle anordnet i nevnte hus, idet hver celle omfatter i det minste ett par elektrisk ledende elektroder som er elektrisk isolert fra hverandre, hvilket hus inneholder en hovedsakelig ikke-vandig elektrolytt, hvor hver av elektrodene i hver celle er en elektrode som angitt i krav 1, 2 eller 3, og hvor hver av de nevnte elektroder frembyr valgfrihet med hensyn til polaritet ved gjennoppladning og har evne til å bli delvis og/eller fullstendig motsatt polarisert uten skade.

Elektrodene kan skilles fra hverandre ved avstand eller ved et ikke-elektrisk ledende, ionegjennomtrengelig materiale.

FYSIKALSKE EGENSKAPER

Det elektrisk ledende karbonholdige materiale i elektroden bør fortrinnsvis oppfylle de følgende kriterier: (1) En Young<1>s modul større enn 6,9 GPa, fortrinnsvis fra 69 GPa til 380 GPa, mer foretrukket fra 138 GPa til 311 GPa. (2) Et sideforhold større enn 100:1. Sideforholdet defineres i det foreliggende som forholdet mellom lengden og diameteren, l/d, hos en fibrøs eller filament-kordel hos det karbonholdige materiale, eller som lengde/dybde-forholdet når det karbonholdige materiale er formet som et plant ark.

(3) Den strukturelle og mekaniske bestandighet av

det karbonholdige materiale, uansett dettes tilvirkningsform

(vevet, strikket eller ikke-vevet av kontinuerlige filamenter eller stapelfibre eller en film) bør være slik at det ikke krever nærvær av en understøttelse så som en pressplate (frontfilmer eller duk) for opprettholdelse av det karbonholdige materiale i den ønskede ark- eller platelignende form gjennom minst 100 ladnings/utladnings-sykluser. (4) En spesifikk overflate og minst 0,1 m 2/g, men mindre enn man forbinder med aktivert absorberende karbon, hensiktsmessig mindre enn 50 m 2/g,fortrinnsvis mindre enn 10 m 2 /g, og mer foretrukket mindre enn 5 m 2/g. (5) Tilstrekkelig styrke/bestandighet av det karbonholdige materialets form til at materialet bibeholder sin plate-eller ark-lignende fasong når det har en størrelse fra minst 6,5 cm 2 til minst 930 cm 2, uten annen understøttelse enn en metallisk strømsamler-ramme som danner kantdelen av elektroden. (6) Den sekundære innretning for lagring av elektrisk energi i hvilken elektroden ifølge oppfinnelsen anvendes, bør være hovedsakelig vannfri slik at vanninnholdet er mindre enn 100 ppm. Fortrinnsvis bør vanninnholdet være under 20 ppm og mest foretrukket under 10 ppm. Innretningen ifølge oppfinnelsen er i stand til å arbeide selv om vanninnholdet er opptil 300 ppm, men vil ha en noe nedsatt syklus-levetid. Enn videre vil det forstås at hvis vanninnholdet skulle bli for høyt, så kan innretningen demonteres, tørkes og sammenstilles på ny i tørr tilstand uten betydelig skade for dens fortsatte driftsdyktighet.

YTELSESKRITERIER.

(7) Det karbonholdige materiale i en elektrode bør kunne tåle mer enn 100 elektriske ladnings- og utladningssykluser uten noen betydelig skade på grunn av avflakning av det karbonholdige materialet. Fortrinnsvis bør ingen betydelig skade være inntruffet etter minst 500 elektriske ladnings- og utladnings-sykluser ved en utladningskapasitet på minst 150 coulomb pr. gram karbonholdig materiale i en elektrode. (8) Det coulometriske (coulomb-) utbytte av det karbonholdige materialet i elektroden bør være større enn 70%, fortrinnsvis større enn 80% og mest foretrukket større enn 90%. (9) Det karbonholdige materiale i elektroden bør være i stand til å tåle dype elektriske utladninger på over 70% av den elektriske ladningskapasitet i minst 100 elektriske ladnings-og utladningssykluser, fortrinnsvis over 80% i minst 500 elektriske ladnings- og utladningssykluser.

Det karbonholdige materiale i en elektrode som oppviser de ovenfor beskrevne fysikalske egenskaper, bør følgelig fortrinnsvis være i stand til å tåle elektrisk utladning og gjennoppladning over minst 100 sykluser ved en utladningskapasitet på minst 150 coulomb pr. gram karbonholdig materiale i en elektrode og ved et coulometrisk utbytte på minst 70% uten noen betydelig irreversibel forandring i dimensjonene (dimensjonsforandring mindre enn ca. 5%).

Det karbonholdige materiale blir vanligvis fremstilt ved oppvarmning av et forløpermateriale til en temperatur over 850°C inntil det er elektrisk ledende. Karbonholdige forløper-utgangsmaterialer som kan danne det elektrisk ledende, orienterte karbonholdige materiale i elektroden, kan fremstilles av bek (petroleum eller kulltjære-), polyacetylen, polyakrylnitril, polyfenylen, "SÅRAN" (varemerke) o.l. Det karbonholdige forløper-utgangsmaterialet bør ha skjelettorientering i noen grad; mange av disse materialer har enten betydelige konsen-trasjoner av orienterte grupperinger med benzenoidstruktur eller grupperinger som ved oppvarmning kan undergå omdannelse til benzenoid eller ekvivalent skjelettorientering ved eller nær overflaten på grunn av utgangsmaterialets skjelettorientering .

Eksempler på foretrukne karbonholdige forløperma-terialer som oppviser sådan skjelettorientering etter oppvarmning, er sammenstillinger av flerfilament-eller monofilament-tråder eller fibre fremstilt av petroleumsbek eller polyakrylnitril. Slike flerfilament- eller monofilament-tråder eller fibre lar seg lett omdanne til garn, hvorav det så kan fremstilles kledelignende produkter. En teknikk for fremstilling av egnede monofilamentfibre er beskrevet i U.S. patent 4 005 183, hvor fibrene omdannes til et garn som deretter veves til et klede. Dette blir så underkastet en temperatur, vanligvis over 1000°C, som er tilstrekkelig til at kledet karboniseres slik at det karbonholdige materiale blir elektrisk ledende, og hvorved materialet bibringes de fysikalske egenskaper som er beskrevet ovenfor under avsnittene (1) til (6). Et sådant klede er, i forbindelse med en elektronkollektor, spesielt godt egnet til bruk som en elektrode i den sekundære innretning ifølge foreliggende oppfinnelse for lagring av elektrisk energi.

Det karbonholdige forløpermateriale er med fordel i

form av en kontinuerlig filamentfiber, en eller flere tråder bestående av en eller flere kontinuerlige filamenter eller ikke-kontinuerlig fibertau (garn), hvorav det kan fremstilles produkter så som vevede, ikke-vevede eller strikkede produkter, eller stapelfibre som sådanne kan laglegges for dannelse av klede, papirlignende eller fUtlignende plane produkter. Akseptable resultater oppnås imidlertid når garn laget av korte fibre, med en lengde på fra 1 til 10 cm, veves til et kledelignende produkt (forutsatt at slike korte fibre når de varmebehandles, fremdeles har de nød-vendige fysikalske egenskaper som er nevnt ovenfor under (1)

til (6)). Det skal selvsagt forstås at mens det er fordelaktig å omdanne forløpermaterialet, fortrinnsvis i en stabilisert tilstand (så som oppnådd ved oksydasjon) til den ønskede form (strikket, vevet eller filtet) før karboniseringen, så kan sådan konstruk-

sjon utføres etter karboniseringen hvis modulen er under ca.

380 GPa og fortrinnsvis under 269 GPa for maskinfabrikasjon.

Det skal selvsagt forstås at det karbonholdige materialet kan fremstilles av en film-forløper.

Graden av karbonisering og/eller grafittisering synes

ikke å være en avgjørende faktor for materialets ytelse som et elektrodeelement i en elektrisk lagringsinnretning, bortsett fra at den må være tilstrekkelig til å gjøre materialet tilstrekke-

lig elektrisk ledende og også tilstrekkelig til å gi de ovenfor nevnte fysikalske og mekaniske egenskaper under de tilsik-

tede anvendelsesbetingelser. Karbonholdige materialer som har ca. 90% karbonisering, betegnes i litteraturen som delvis karbonisert. Karbonholdige materialer med fra 91 - 98% karbonisering betegnes i litteraturen som et karbonisert materiale, mens materialer med en karboniseringsgrad over 98% betegnes som grafittisert. Det er overraskende blitt funnet at karbonholdige materialer

med en karboniseringsgrad på fra 90 til 99% ikke har vært egnet som elektrodematerialer med mindre det karbonholdige materialet har den påkrevede dimens jonsstabilitet under elektrisk ladnings-og utladnings-syklisering. Eksempelvis nevnes at RPG-grafitt og "GRAFOIL", som har den nødvendige karboniseringsgrad, elektriske ledningsevne og spesifikke overflate, ikke har de påkrevede fysikalske egenskaper med hensyn til Young's modul og sideforhold og har således ikke vist seg å være tilfresstillende.

I henhold til oppfinnelsen kan en gjenoppladbar og polaritetsreversibel innretning for lagring av elektrisk energi fremstilles ved oppstilling av i det minste ett par elektroder laget av det ovenfor beskrevne karbonbaserte materiale og den dermed forbundne elektronkollektor (som er elektrisk ledende)

i en beholder/hus. Beholderen har en ikke-ledende indre overflate og er ugjennomtrengelig for fuktighet. Elektrodene nedsenkes i et ikke-vandig (idet vann er tilstede i en mengde mindre enn ca. 100 ppm) fluidum i beholderen. Selve fluidumet må være i stand til å danne, eller inneholde oppløst, i det minste ett ioniserbart metallsalt. Hver elektrode består av det karbonbaserte varmebehandlede materiale, i henhold til den foreliggende oppfinnelse, forbundet med en elektronkollektor som fortrinnsvis er isolert mot kontakt med elektrolyttfluidumet.

Den sekundære innretning ifølge oppfinnelsen for lagring av elektrisk energi kan konstrueres uten evnen til polaritets-reversering ved at den ovenfor nevnte elektrisk ledende karbonbaserte fibermontasje, så som et klede, og elektronkollektoren plasseres som den positive elektrode alternerende med en negativ elektrode, som kan være konstruert av et metall, så som litium, eller en metall-legering, og elektrodene anbringes i et hovedsakelig ikke-vandig fluidum, hvilket fluidum selv er i stand til å danne, eller som inneholder, i det minste ett ioniserbart oppløselig metallsalt oppløst deri for tilveiebringelse av elektrolytt ioner .

Ved oppbyggingen av en foretrukken utførelsesform av den sekundære elektriske lagringsinnretning ifølge foreliggende oppfinnelse kan konvensjonelle porøse skilleorganer av fiberglass, polymere materialer eller kompositter av polymere materialer eller kompositter av polymere materialer anvendes, og blir fortrinnsvis anvendt, for å skille de positive og negative elektroder fra hverandre. Helst anvendes et ikke-vevet polypropylen-ark som skilleorgan, da det har den ønskede grad av porøsitet og likevel har en tilstrekkelig buktet sti/vei til å hindre at karbonbaserte fibre trenger igjennom, hvorved elektrisk kort-slutning hindres. De porøse skilleorganer virker også gunstig ved at de utgjør en avstivning eller understøttelse for elektrodene.

Energilagringsinnretninger som er plassert i fluid-tette beholdere er kjent, generelt sett. Slike beholdere kan hensiktsmessig anvendes ved den foreliggende oppfinnelse forutsatt at materialet i beholderen er elektrisk ikke-ledende og ugjennomtrengelig for gasser og/eller fuktighet (vann eller vanndamp). De materialer som er funnet å være kjemisk kompatible som beholdermaterialet, innbefatter polyvinylklorid, polyetylen, polypropylen, polytrifluoretylen og beslektede perfluorerte poly-merer "instant set polymer" (ISP)", en hurtig stivnende reaktiv urétanblanding, av amider, et metall kledt med et ikke-ledende polymert materiale, så som et epoksymateriale, eksempelvis "DER" 331 eller med "DERAKANE", "ZETABON" (varmerker tilhørende The Dow Chemical Company) og/eller glass eller et metalloksyd, -fluorid eller lignende. Beholdermaterialer som ikke er funnet egnet i det foretrukne propylenkarbonat-system, innbefatter akrylplast, polykarbonat og nylon. Akrylplaster slår sprekker, og polykarbonater både sprekker og blir meget skjøre, mens nylon (bortsett fra aramider) er kjemisk reaktive.

Et beholdermateriale må, foruten å være kompatibelt, også danne en absolutt barriere tilsvarende mindre enn 2,15 g H20/åo r/m 2 mot gjennomtrengning av vanndamp fra beholderens om-givelser. Ingen hittil kjente termoplastiske materialer alene danner denne absolutte barriere mot fuktighet ved en tykkelse som er brukbar for batteribeholdere. For tiden er det bare metaller, f.eks. aluminium eller bløtt stål, som danner en absolutt barriere mot fuktighet ved folie-tykkelser. Aluminiumfolie med en tykkelse større enn 0,038 mm er blitt vist å være i det vesentlige ugjennomtrengelig for vanndamp. Det er også blitt vist at en aluminiumfolie så tynn som 0,009 mm ved laminering til andre materialer kan gi tilstrekkelig beskyttelse mot gjennomtrengning av vanndamp. Egnede beholdere laget av metall/plast-laminat CED-epoksy-belagt metall (katodisk elektro-avsatt), eller metall med en innvendig foring av plast eller glass for tiden tilfredsstiller kravene både med hensyn til kjemisk kompatibilitet og barriere mot fuktighet. De fleste av de celler og batterier som hittil er tilvirket, er blitt utprøvet enten i en tørr kasse med et H^O-innhold på mindre enn 5 ppm, en glass-celle eller en dobbeltvegget beholder hvor rommet mellom veggene er fylt med et aktivert molekylsiktmateriale, eksempelvis 5A-zeolitt.

Elektrolyttfluidumet består hovedsakelig av et ikke-ledende, kjemisk stabilt, ikke-vandig oppløsningsmiddel for ioniserbart salt eller salter, hvor det ioniserbare salt er oppløst i oppløsningsmiddelet. Som oppløsningsmiddel kan man anvende de forbindelser som generelt er kjent på området, så som eksempelvis forbindelser som har oksygen-, svovel- og/eller nitrogenatomer bundet til karbonatomer i en elektrokjemisk ikke-reaktiv tilstand. Fortrinnsvis anvendes nitriler så som aceton-nitril, amider så som dimetylformamid, etere så som tetrahydro-furan, svovelforbindelser så som dimetylsulfitt, og andre forbindelser så som propylenkarbonat. Det vil selvsagt forstås at løsningsmiddelet i seg selv kan være ioniserbart under betingel-sene ved anvendelsen, i tilstrekkelig grad til å tilveiebringe de nødvendige ioner i løsningsmiddelet. Det ioniserbare salt må således være i det minste delvis oppløselig og ioniserbart enten når det oppløses og går i oppløsning i løsningsmiddelet eller etter flytendegjørelse. Mens det vil forstås at lite opp-løselige salter kan anvendes, vil det være klart at hastigheten ved elektrisk oppladning og utladning kan påvirkes i ugunstig retning av den lave konsentrasjon av slike salter i oppløsning.

Ioniserbare salter som kan anvendes ved utførelsen

av oppfinnelsen, er de som er angitt i teknikkens stand og innbefatter salter av de mer aktive metaller, så som eksempelvis alkalimetallsalter, fortrinnsvis av litium, natrium eller kalium, eller blandinger derav inneholdende stabile anioner så som perklorat (C104=), tetrafluorborat (BF =), heksafluor-arsenat (AsFb ,=), heksafluorantimonat (SbF 6=) eller heksafluor-fosfat (PF6=).

Elektrolytten (løsningsmiddel og salt) må være hovedsakelig vannfri, d.v.s. at den bør inneholde mindre enn 100 ppm vann, fortrinnsvis mindre enn 20 ppm vann og helst mindre enn 10 ppm vann. Selvsagt kan elektrolytten tilberedes med mer enn den ønskede mengde vann og tørkes, f.eks. over aktiverte molekyl-siktmaterialer av typen zeolitt 5A. Slike midler kan også inngå

i det endelige batteri for å sikre at kravet til lavt vanninnhold tilfredsstilles. Elektrolytten bør også være slik at den tillater ioner (anioner og kationer) av det ioniserbare salt å bevege seg fritt gjennom løsningsmiddelet når det elektriske ladnings-

og utladnings-potensial beveger ionene til og fra deres respektive poler (elektroder).

Når elektroden er konstruert som et klede eller ark, innbefatter den en elektronkollektor som er i ledende forbindelse med i det minste én av kantene av de karbonbaserte fibre eller ark. Kanten eller kantene blir fortrinnsvis ytterligere beskyttet av et materiale for å isolere kollektoren og i vesentlig grad beskytte elektronkollektoren mot kontakt med fluidumet og dettes elektrolyttioner. Det beskyttende materiale må selvsagt være upåvirket av fluidumet eller elektrolyttionene.

Strømkollektoren er i intim kontakt med det karbonbaserte materiale i elektroden i det minste langs en kant og fortrinnsvis ved alle fire kanter når det karbonbaserte materiale er i form av en montasje så som et plant klede, ark eller filt. Elektroden kan også være konstruert med andre fasonger så som i form av en sylindrisk eller rørformet bunt av fibre, tråder eller garn, hvor endene av bunten er forsynt med en strømkollektor.

Det er også klart at en elektrode i form av et plant legeme av klede, ark eller filt kan rulles opp med et porøst skilleorgan mellom lagene av det karbonbaserte materiale, og med de motstående kanter av det opprullede materiale forbundet med en strømkollektor. Kobbermetall er blitt anvendt som en strømkollektor, men hvilket som helst elektrisk ledende metall eller legering kan anvendes, som eksempelvis sølv, gull, platina, kobolt, palladium og legeringer derav. Likeledes, mens elektrolytisk avsetning er blitt anvendt ved binding av et metall eller en metall-legering til det karbonbaserte materiale, så kan andre belegningsteknikker

(innbefattende smelte-anvendelser) eller strømløs avsetning anvendes forutsatt at kantene eller endene av elektroden, innbefattende størstedelen av fiberendene ved kantene av det karbonbaserte materiale, fuktes av metallet i tilstrekkelig grad til å tilveiebringe en elektrisk kontakt og strømvei med vesentlig lav motstand.

Kollektorer laget av et ikke-edelt metall, så som

kobber, nikkel, sølv eller legeringer av slike metaller, må be-skyttes mot elektrolytten og blir derfor fortrinnsvis belagt med et syntetisk harpiksmateriale eller et oksyd, fluorid eller lignende som ikke vil bli angrepet av elektrolytten eller undergå noen vesentlig nedbrytning ved driftsbetingelsene i en celle.

Elektroder ifølge foreliggende oppfinnelse laget av det elektrisk ledende karbonbaserte materiale og dettes strøm-kollektor kan anvendes som den positive elektrode i en sekundær energilagringsinnretning. Ingen vesentlig skade på selve elektroden eller elektrolytten, d.v.s. løsningsmiddelet og det ioniserbare salt, observeres under gjentatte oppladninger ved en kapasitet over 150 coulomb pr. gram aktivt karbonbasert materiale og dype utladninger ved en dybde på mer enn 80% av elektrodens samlede kapasitet ved hurtig eller langsom ladning/ utladning.

Alternativt kan elektroder ifølge oppfinnelsen fremstilt av det elektrisk ledende karbonbaserte materiale og dettes strømkollektor også anvendes både som den positive og den negative elektrode i en akkumulator (sekundær-batteri) med lignende gunstige driftsegenskaper som beskrevet ovenfor.

Et overflateareal på minst 0,5 m<2>pr. gram og en lav resistivitet på mindre enn 0,05 ohm/cm er ønskelige egenskaper for det karbonbaserte materiale som anvendes for elektroden ifølge oppfinnelsen. Et batteri som er bygget med det karbonbaserte materiale i elektroder ifølge oppfinnelsen, har således en meget lav indre motstand og en meget høy tilsvarende coulometrisk effektivitet, som vanligvis er over 80%.

Ved de undersøkelser som ble utført vedrørende grensene for den foreliggende oppfinnelse, ble det funnet at begynnelses-strømtettheter etter ladning større enn 15,5 - 31 mA/cm<2>kan re-sultere i skade på det karbonbaserte materiale i elektroden.

EKSEMPEL 1

Et par elektroder, hver med et areal på 71 cm 2, ble fremstilt av en duk av "Panex" PWB-6 (varemerke), en duk som var blitt varmebehandlet ved en temperatur høyere enn 1000°C av fabrikkanten og som gjorde denne duk elektrisk ledende. Duken var vevet av en polyakrylnitril (PAN)-forløper, idet garnet var fremstilt av ikke-kontinuerlige filamenter (stabelfibre)

som hadde en gjennomsnittlig lengde på ca. 5 cm og en diameter på 7 - 8 ym og et sideforhold (aspect ratio) på ca. 700:1. Duken var varmebehandlet av produsenten etter vevingen. Kantene av den varmebehandlede duk ble belagt med kobber ved elektroplettering for tilveiebringelse av en strømkollektor. En metalltråd ble loddet til den ene ende av de kobberbelagte kanter. Alle fire kanter av hver elektrode (strømkollektor og metalltråd-forbindelse) ble belagt med en amin-herdbar epoksyharpiks, "DER" (varemerke) 331, levert av The Dow Chemical Company, hvorved metallet ble isolert mot de korroderende virkninger av elektrolytten under anvendelsesbetingelsene. Elektrodeparet ble nedsenket i en elektrolytt omfattende en 15% oppløsning av LiClO^i propylenkarbonat plassert i en beholder av polyvinylklorid (PVC) . Elektrodene ble anordnet med en innbyrdes avstand mindre enn 0,6 cm. Sammenstil-lingen av elektrodene i beholderen ble utført i en tørr kasse. Beholderen ble forseglet mens den var inne i den tørre kasse,

med metalltrådene ragende ut fra beholderen. Vanninnholdet i den monterte beholder var mindre enn 10 ppm. Fibrene hadde en Young's modul på ca. 230 GPa og et forhold mellom areal og vekt

på o 0,6 - 1,0 m 2/g. Den samlede elektriske kapasitet av det aktive karbonbaserte materiale i elektroden ble bestemt til å være ca. 250 coulomb/g.

Den således tilberedte celle ble elektrisk oppladet

ved en maksimumsspenning på 5,3 volt, hvorunder strømtettheten ikke ble tillatt a overstige 5,4 milliampere pr. cm 2 elektrode-flate-areal. Cellen ble elektrisk oppladet og utladet i 1250 sykluser over en 11 måneders periode og oppviste et coulometrisk utbytte på over 90%, utført ved en utladningskapasitet på over 85%. Cellen ble deretter demontert, og fibrene fra hver av duk-elektrodene ble undersøkt under et mikroskop med 1000 gangers

forstørrelse. Ifølge de målinger som var mulige, hadde fibrene den samme diameter som fibrene fra det samme parti som ikke var blitt anvendt i cellen. Cellen ble igjen montert og testingen foresatt på samme måte som beskrevet ovenfor. Cellen er hittil blitt underkastet over 2800 ladnings- og utladningssykluser over en 23 måneders periode uten reduksjon i coulometriske utbytte, og cellen viser fremdeles et coulometrisk utbytte på over 90%.

EKSEMPEL 2

Seks elektroder lignende elektrodene i eksempel 1 ble fremstilt og forbundet i en enhet omfattende 3 celler slik at hvert av de tre par elektroder ble forseglet i separate polyetylen-lommer (sekker). Elektrodene ble forbundet i serie. Celle-enheten ble anvendt på samme måte som i eksempel 1, bortsett fra at spenningen var ca. 16 volt. Startspenningen ved åpen krets var ca. 13,5 volt. Etter 228 elektriske ladnings- og utladnings-sykluser, hvorunder utladningen var en dyp utladning tilsvarende minst 78% av total kapasitet, ble cellene demontert, og elektrodene ble tatt ut av lommene og fibrene undersøkt med hensyn til tegn på forringelse, d.v.s. avflakning og betydelig svelling og krympning av fibrene. Undersøkelsen viste ingen påviselig forandring i fiberdiameteren sammenlignet med fibre i det samme parti av duk som ikke var blitt anvendt for fremstilling av elektroden i det foreliggende eksempel. Målingene ble utført med et laser-interferometer.

EKSEMPEL 3

Noen plane ark ble skåret ut fra en duk vevet av

garn av en hovedsakelig kontinuerlig monofilament-forløper-fiber fremstilt av petroleumsbek.- Fibrene var produsert av the Union Carbide Company og solgt under handelsnavnet "Thornel". Forløper-fiber-garnet, som hadde et sideforhold (aspect ratio)

på ca. 800:1, var blitt vevet til en duk og deretter varmebehandlet ved en temperatur på minst 2000°C. Hvert av de plane ark hadde en arealstørrelse på ca. 930 cm 2. Fiberen hadde en Young<1>s modul på 315 GPa og et overflateareal på ca. 1 m 2/g etter varme-behandlingen. Arkene ble plettert med kobbermetall langs sine

fire kanter slik at alle fibre var elektrisk forbundet under dannelse av en elektron-kollektor-ramme. En isolert kobbertråd ble forbundet med en av kantene av kollektoren nær et hjørne ved lodding, og loddeforbindelsen og kobberkollektoren ble belagt med en herdbar vinylesterharpiks "DERAKANE" (varmerke). Arkene i hvert par ble anordnet parallelt med hverandre med de loddede tråder ved motsatte ender av de sammenpassende kanter og skilt ved hjelp av et gjennomhullet, ikke-vevet fibrøst,polypropylen-kompositt-ark med en tykkelse på ca. 0,1 mm. En polyetylen-

lomme (sekk) med en størrelse på 930 cm ble anvendt som en celle-beholder. Tre celler ble montert i en tørr kasse ved at et par av karbonfiberarkene og deres skilleorgan ble plassert i hver av de tre lommer, og hver lomme ble fylt med ca. 500 g av en elektrolytt av en 15 vekt% oppløsning av LiClO^i propylenkarbonat. Elektrolyttnivået i lommen ble bestemt slik at det gav 21 g aktiv fiber pr. elektrode (det areal av elektroden som var eksponert for elektrolytt). Resten av karbonfibrene i hver elektrode strakk seg ut av oppløsningen eller var dekket av "DERAKANE"-harpiks/ kobbermetall-rammen.

Monteringen av cellene i en tørr kasse opprettholdt vanninnholdet på mindre enn 20 ppm av elektrolyttoppløsningen. Hver lomme ble forseglet mens den var i den tørre kasse, på en slik måte at de loddede trådender strakk seg gjennom forseglingen ved motstående ender av den forseglede kant. De tre således frem-stilte celler ble plassert i en kasse av klar plast og trådene ble forbundet i serie. Aktivert molekylsiktmateriale av typen zeolitt 5A (for absorpsjon av fuktighet) ble tilsatt over toppen av cellene, og det hele ble tatt ut av den tørre kasse. Ende-trådene av de to endeplater i 3-celle-rekken ble forbundet med tilkoblingskontakter som strakk seg gjennom et deksel eller lokk for kassen, og dekselet ble hurtig og tettende påsatt kassen.

Innretningen ble ladet ved en spenning på 15 - 16 volt og en strømstyrke på 1,8-2 ampere i 45 minutter. Deretter ble innretningen utladet gjennom en 12 volt bil-hovedlykt som trakk en gjennomsnittlig strømstyrke på 2,0 - 2,5 ampere. Innretningen ble utladet til 90% av sin kapasitet i løpet av 30 minutter. De elektriske ladnings- og utladningssykluser ble utført over 850 ganger. Cellen ble så demontert, og fibrene ble undersøkt under et mikroskop med 1000 gangers forstørrelse og viste ingen på-viselige tegn på svelling eller forringelse på grunn av avflakning. Innretningen mottok en elektrisk ladning og dyp utladning ved 90% av kapasiteten for hver syklus.

EKSEMPEL 4

En PAN-basert (forløper-fiber) duk ble innkjøpt fra R.K. Textile, Ltd., Heaton Moor, U.K. Duken var solgt under handelsnavnet "Panox" og bestod av en ikke-ledende karbonfiber med et sideforhold (aspect ratio) på over 250:1, dannet til garn og vevet duk og var angivelig ikke blitt oppvarmet til en temperatur over 4 0 0°C. Duken ble varmebehandlet ved en temperatur på ca. 1000°C i tilstrekkelig lang tid til at duken ble elektrisk ledende. Den varmebehandlede duk hadde en Young's modul på 160 GPa og et overflateareal på ca. 1 m 2/g. To prøver av duken, hver med en bredde på ca. 5 cm langs en side og et areal på o ca. 26 cm 2 ble skåoret fra den varmebehandlede duk, og de fire kanter på hver duk ble plettert med kobbermetall for dannelse av en strømkollektor for elektroden. En tråd ble loddet til et av hjørnene på strømkollektoren i hver elektrode. Denne strømkollektor ble belagt med en belegningsblanding basert på vinylesterharpiks av typen "DERAKANE". Et ikke-vevet polypropylen-kompositt-ark, "Celgard" 5511, ble plassert mellom de to elektrodene, og elektrodene ble ført inn i en plastlomme (hylster). Denne innretning ble plassert i en tørr kasse i hvilken vanninnholdet ble holdt lavere enn 20 ppm av elektrolyttopp-løsningen. En 10 vekt% oppløsning av LiClO^i en propylenkarbonat-oppløsning ble anvendt for fylling av hylsteret inntil de to elektrodene var nedsenket i elektrolyttoppløsningen. Trådene fra hver elektrode ble forbundet med en dobbeltpolet to-veis vender, hvor den ene pol var forbundet med en elektrisk spenningskilde på 5,3 volt. Den annen pol var forbundet med en elektrisk motstand på 10 ohm. Cellen ble dyputladet til minst 80% av sin to-tale ladning og underkastet over 800 elektriske ladnings- og utladningssykluser med et coulometrisk utbytte på over 80%. Kapasiteten av denne celle var ca. 70% av kapasiteten i PAN-eksempelet (eksempel 1) på basis av elektrodens samlede vekt.

Celler som er konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse er blitt funnet å ha en indre motstand som gjennomsnittlig er mindre enn 0,038 ohm/ft 2 elektrodeflateareal i en celle med 6 elektroder. Denne verdi, som opprinnelig ble målt som mindre enn 1 ohm, innbefattet ledningstrådene til ladnings-systemet, hvilket hadde en lengde på ca. 6 m. Ved måling av motstanden i trådene og ny måling av den samlede motstand i systemet fra ladningen ble motstanden i selve akkumulatoren 2 2 (sekundærbatteriet) beregnet å være 0,038 ohm/ft (0,41 ohm/m ).

En bekreftelse på dataene i ovenstående eksempler ble fore-tatt av en medarbeider ved anvendelse av en 2-elektroders celle laget av "Thornel"-duk, (VCB-45) som hadde en Young's modul på 315 GPa, et overflateareal på 1 m 2/g og et sideforhold (aspect ratio) på over 10 000:1, i hvilken hver duk hadde en størrelse på 15,2 cm x 15,2 cm. Kopperkanter ble plettert rundt alle fire kanter av duken for å danne strømkollektoren. Strømkollektoren ble deretter belagt med "DERAKANE" 470-36. Strømkollektorens kanter var ca. 2,6 cm brede, etterlatende aktive områder av karbonbasert materiale på ca. 10 cm x 10 cm. Dette område på

100 cm 2 for hver elektrode inneholdt ca. 6 g karbonfiber.

Elektrodene ble adskilt ved at en elektrode ble plassert

i en varmeforseglet sekk av en mikroporøs polypropylenfilm ( "Celgard" 5511) .

Innretningen bestående av elektroder og skilleorgan ble plassert i en polyetylensekk, sekken ble fylt med en tørr elektrolytt av 15 vekti LiClO^i propylenkarbonat (ca. 100 ml), og innretningen ble presset mellom to kantpresseplater av plast, hvilke støtter sidene av sekken inneholdende elektrolytten. Tyk-kelsen av den "DERAKANE"-belagte kopper-strømkollektor holdt den fibrøse del av de to elektroder fra å bli presset til minimal innbyrdes separasjonsavstand. I senere forsøk ble en 10 cm x 10 cm avstandsplate stukket inn mellom kantpresseplatene for å presse elektrode-skilleorgan-kombinasjonen tettere sammen. Dette nedsatte cellemotstanden fra ca. 0,9 ohm til ca. 0,7 ohm.

Utladningsdata ved forskjellige utladningshastigheter ble tatt opp for to av de ovenfor beskrevne konfigurasjoner av cellen. I et tilfelle (cellen med 0,9 ohm) ble elektrodeseparasjonen begrenset av epoksybelegget på strømkollektoren til ca. 4 mm. I det andre tilfellet (celler med 0,7 ohm) ble elektrodene presset sammen ved senteret med bare det porøse polypropylen-skilleorgan mellom seg (mindre enn 1 mm).

Kurve I på fig. 1 viser terminalspenningen som funksjon

av utladningen, coulomb pr. gram fiber, for cellen med 0,9 ohm ved flere utladningshastigheter i området fra 6 timer til 3/4 time. Disse utladninger tilsvarer et såkalt første platå (2 volt nedsettelse). Hvis man antar at totalkapasiteten for det første platå er 180 coulomb pr. gram ned til 2 volt spenningsnedsettelse, kan verdiene langs abscissen erstattes med "% utladet", med "180 coulomb/g" ekvivalent med "100% utladet".

Den samlede energi som uttas ved en 3 timer hastighet ved konstant belastning er nesten den samme som ved hastigheten tilsvarende 6 timer. Ved den hurtige 3/4 times utladningshastighet fremkommer ineffektiviteter som skyldes cellens motstand og elek-trodepolarisering. Elektrodens strømtettheter tilsvarende disse utladningshastigheter er:

"Coulomb pr. gram fiber" er basert på vekten av det aktive karbonbaserte materiale i kun én elektrode.

Kurve II viser data for cellen med 0,7 ohm. Åpenbart er

mer energi tilgjengelig for cellen med den lavere motstand. Kurve III viser sammenligningen mellom de to celler ved den høyere utladningshastighet (3/4 time).

En litiummetall-referanseelektrode ble innsatt i cellen for å bestemme hvilken elektrode som ble polarisert. Spenningsfallene mellom hver elektrode og referanseelektroden ble bestemt under ladning og utladning og etter åpning av kretsen.

Etter åpning av kretsen var spenningene mellom den negative elektrode og referanseelektroden i alminnelighet mindre enn 100 mV og forandret seg bare utbetydelig med tiden. Når spenningen ble målt mellom den positive elektroden og referanseelektroden, forandret den seg med tiden, idet den avtok etter hver ladning og økte etter hver utladning.

En battericelles maksimale effekt ved forskjellige stadier av ladning ble bestemt ved pulsutladning av cellen ved belast-ninger som gav terminalspenninger på halvparten av spenningen av åpen krets. "Pulsene" var 10 sekunder lange, og effekten ble beregnet som den gjennomsnittlige effekt over de 10 sekunder.

Cellen ble først oppladet til 344 coulomb pr. gram aktivt karbonbasert materiale i en elektrode. Dette ble tatt som en 100% ladningstilstand. Den høyeste strømstyrke som ble uttatt fra cellen med 10 cm x 10 cm elektrode ved 100% ladningstilstand, var 2,5 - 3,0 ampere. Senere effektbestemmelser ble ut-ført ved nivåer på 247 coulomb pr. gram (72% ladning) og 224 coulomb pr. gram (65% ladning). Kurve V viser resultatene.

Den maksimale effekt fra denne celle var ca. 0,48 watt

pr. gram fiber ved 100% ladningstilstand og falt til ca. 0,31 watt pr. gram fiber ved 72% ladningstilstand. Effekt-yteevnen faller hurtig etter dette, da spenningen faller og polarisasjonen begynner. En pulsutladning som varer lengre enn 10 sekunder, vil ikke nødvendigvis redusere den endelige effekt i noen stor grad. Kurve VI viser spenningsforløpet for en 40 sekunders utladningshastighet ved maksimal effekt. Etter de første ti sekunder er spenningsfallet lite.

EKSEMPEL 5

Et batteri omfattende 3 celler ble konstruert av 12 plater, 4 pr. celle, av "Thornel"-fiber beskrevet i eksempel 3. Hver plate hadde en størrelse på ca. 930 cm 2 og var blitt kobberplettert på hver kant. Kobberpletteringen langs kantene ble belagt med herdbar vinylesterharpiks, en kvalitet av "DERAKANE". Platene hadde et aktivt areal på ca. 852 cm 2. De 4 plater i hver celle ble sammenstillet med et gjennomhullet skilleorgan av polypropylen ("scrim") mellom hver plate. Platepar i hver celle ble forbundet i parallell slik at platene etter ladning/utladning var vekselvis +, -, +, -. De fire plater og deres skilleorganer var anordnet i en polypropylensekk som hadde en størrelse på 33 cm x 33 cm, og som inneholdt ca. 600 ml av en elektrolyttoppløsning av 15 vekt% LiClO^i propylenkarbonat• Dette elektrolyttinnhold i hver sekk var tilstrekkelig til å gi ca. 37 g aktive fibre pr. elektrodeplate.

Batteriet ble innledningsvis ladet over et tidsrom på 1000 minutter til en kapasitet på 7,9 ampere-timer ved en spenning på 14-16 volt. Cellen ble deretter utladet over en 200 minutters periode gjennom en 12 volts bil-hovedlykt som tok ut en gjennomsnittlig kapasitet på 6,2 ampere-timer, hvilket re-presenterer mer enn 80% utladningsdybde. Gjenoppladning ble ut-ført over en 800 minutters periode. Et gjennomsnittlig coulometrisk utbytte på ca. 90% ved ladning/utladning-syklisering ble observert.

Claims (22)

1. Elektrode til bruk i en sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende et elektrodelegeme av et elektrisk ledende karbonbasert materiale, som har en skjelettorientering, i det minste ved eller nær overflaten, og en strømkollektor elektrisk forbundet dermed, hvori det karbonbaserte materiale har en Young's modul større enn 6,9 GPa og undergår en fysisk dimensjonsforandring mindre enn 5% under gjentatt elektrisk ladnings- og utladningssyklisering.

2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert vedat innretningen omfattende det karbonbaserte materiale har en Young's modul på fra 6,9 GPa til 380 GPa, og at det karbonbaserte materiale er avledet fra et forløpermateriale valgt fra et polyakrylnitril og bek.

3. Elektrode ifølge krav 2, karakterisert vedat det karbonbaserte materiale har en Young<1>s modul på fra 69 GPa til 380 GPa.

4. Elektrode ifølge krav 2, karakterisert ved. at det karbonbaserte materiale av en Young's modul på fra 138 GPa til 311 GPa.

5. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale har et overflateareal på fra 0,1 til 50 m 2/g.

6. Elektrode ifølge krav 5, karakterisert vedat det karbonbaserte materiale har et overflateareal fra 0,1 til 10 m 2/g.

7. Elektrode ifølge krav 6, karakterisert vedat det karbonbaserte materiale har et overflateareal på fra 0,1 til 5 m 2/g.

8. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale har et sideforhold (l/d) eller ekvivalent forhold større enn 100:1.

9. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale i seg selv har en strukturell bestandighet i størrelser fra 2 2

6,45 cm til over 930 cm .

10. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale er i form av en duk, film, papir, papirlignende eller fUtlignende plant ark, eller andre sammenstilriinger.

11. Elektrode ifølge ett eller flere av kravene 1-9,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale er i form av en duk eller et filtlignende klede eller ark omfattende en sammenstilling av i det minste ett verggarn av kontinuerlige filamenter eller stapelfibre som har en lengde på 1 - 10 cm.

12. Elektrode ifølge ett eller flere av kravene 1-9,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale er en vevet eller strikket duk laget av en sammenstilling av verggarn av kontinuerlige filamenter eller stapelfibre som har en lengde på 1 - 10 cm.

13. Elektrode ifølge ett eller flere av kravene 1-9,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale er en duk eller et filtlignende klede eller ark tilvirket av et sammenstilningstau av kontinuerlige filamenter eller stapelfibre .

14. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat elektronkollektoren er et elektrisk ledende metall påført på i det minste én kant av det karbonbaserte materiale, og at den pletterte kant er belagt med et ikke-ledende, ikke-reaktivt beskyttende materiale.

15. Elektrode ifølge ett eller flere av de foregående krav,karakterisert vedat det karbonbaserte materiale er i stand til å tåle mer enn 100 elektriske utladningssykluser med minst 70% utladningsdybde ved minst 70% coulometrisk utbytte uten noen betydelig skade på materialets strukturelle bestandighet.

16. Sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende en beholder som har en elektrisk ikke-ledende indre overflate og en for fuktighet ugjennomtrengelig ytre overflate eller laminært legeme og har i det minste én celle plassert i beholderen, idet hver celle omfatter et par elektrisk ledende elektroder som er elektrisk isolert mot kontakt med hverandre, og beholderen inneholder en hovedsakelig ikke-vandig elektrolytt, hvor i det minste én av elektrodene i hver celle er en elektrode som angitt i ett eller flere av de foregående krav.

17. Innretning ifølge krav 16, karakterisert vedat elektrolytten omfatter et ikke-ledende, kjemisk stabilt ikke-vandig løsningsmiddel og et ioniserbart salt oppløst deri.

18. Innretning ifølge krav 16 eller 17,karakterisert vedat elektrolyttoppløsningsmiddelet er valgt fra forbindelser som har oksygen-, svovel- og/eller nitrogenatomer bundet til karbonatomer i en elektrokjemisk ikke-reaktiv tilstand, og at saltet er et alkalimetallsalt.

19. Innretning ifølge krav 18, karakterisert vedat elektrolyttoppløsnings-middelet er propylenkarbonat og alkalimetallsaltet er litium-perklorat.

20. Sekundær innretning for lagring av elektrisk energi, omfattende en beholder som har en elektrisk ikke-ledende indre overflate og en for fuktighet ugjennomtrengelig ytre overflate eller laminert legeme og har i det minste én celle anordnet i beholderen, idet hver celle omfatter i det minste ett par elektrisk ledende elektroder elektrisk isolert mot kontakt med hverandre, og beholderen inneholder en hovedsakelig ikke-vandig elektrolytt, hvor hver av elektrodene i hver celle er en elektrode som angitt i ett eller flere av kravene 1 - 15.

21. Innretning ifølge krav 20, karakterisert vedat hver elektrode i en celle har valgfrihet med hensyn til polaritet ved gjenoppladning og evne til å bli delvis og/eller fullstendig revers-polarisert uten skade.

22. Innretning ifølge krav 20 eller 21, hvilken har en maksimal effektdensitet på over 0,31 watt pr. gram aktiv positiv karbonelektrode for en 40 sekunders pulsperiode ved full ladning.