WO2014037851A2 - Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells comprising A) at least one anode comprising metallic zinc, B) at least one gas diffusion electrode comprising (B1) at least one cathode active material, and (B2) optionally at least one solid medium through which gas can diffuse, and C) an aqueous electrolyte comprising boric acid. The present invention further relates to uses of the inventive rechargeable electrochemical zinc- oxygen cells, to zinc-air batteries comprising the inventive rechargeable electrochemical zinc- oxygen cells, and to the use of an aqueous electrolyte comprising boric acid for production or for operation of rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells.

Description

Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen  Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen, enthaltend The present invention relates to rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells containing
A) mindestens eine Anode, die metallisches Zink enthält,  A) at least one anode containing metallic zinc,
B) mindestens eine Gasdiffusionselektrode, umfassend  B) at least one gas diffusion electrode comprising
(B1 ) mindestens ein Kathodenaktivmaterial, und  (B1) at least one cathode active material, and
(B2) gegebenenfalls mindestens ein festes Medium, durch das Gas hindurch diffundieren kann, und  (B2) optionally at least one solid medium through which gas can diffuse, and
C) einen wässrigen Elektrolyt, der Borsäure enthält.  C) an aqueous electrolyte containing boric acid.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verwendungen der erfindungsgemäßen wiederauf- ladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen, Zink-Luft-Batterien enthaltend die erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen, sowie die Verwendung eines wässrigen Elektrolyts, der Borsäure enthält, zur Herstellung oder zum Betrieb von wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen. Sekundärbatterien, Akkumulatoren, Akkus oder„wiederaufladbare Batterien" sind nur einige Ausführungsformen, um elektrische Energie nach der Erzeugung zu speichern und bei Bedarf einsetzen zu können. Wegen der deutlich besseren Leistungsdichte ist man in jüngerer Zeit von den wasserbasierten Sekundärbatterien abgekommen und entwickelt insbesondere für den Bereich der Elektromobilität solche Batterien, bei denen der Ladungstransport in der elektrischen Zelle durch Lithium-Ionen bewerkstelligt wird. Nichtsdestotrotz werden alternative wasserbasierte Sekundärbatterien untersucht, die im Vergleich zu den seit langem eingesetzten Bleiakkumulatoren umweltfreundlicher sind und eine höhere Leistungsdichte und längere Lebensdauer aufweisen. Eine interessante Alternative zu Bleiakkumulatoren sind die sogenannten Metall- Luft-Batterien, insbesondere Zink-Luft-Batterien. Furthermore, the present invention relates to uses of the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells according to the invention, to zinc-air batteries containing the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells according to the invention, and to the use or preparation of an aqueous electrolyte containing boric acid rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells. Secondary batteries, accumulators, rechargeable batteries or "rechargeable batteries" are only a few embodiments for storing and using electrical energy after production because of the significantly better power density, it has recently been deviated from the water-based secondary batteries and developed especially for the However, alternative secondary water-based batteries that are more environmentally friendly and have higher power density and longer life than the long-term use of lead-acid batteries are being investigated Alternative to lead-acid batteries are the so-called metal-air batteries, in particular zinc-air batteries.
Die bekannten Metall-Luft-Batterien enthalten als wesentliche Bestandteile eine negative Elektrode, beispielsweise Zink, und eine positive Elektrode, die vorzugsweise aus einem elektronisch leitenden Trägermaterial aus feinteiligem Kohlenstoff besteht, auf weiche ein Katalysator zur Sauerstoffreduktion aufgebracht wird. Hierbei sind negative Elektrode und positive Elektrode durch einen Separator, der in Form einer Membran ausgeführt sein kann, getrennt. In einer üblichen Ausführungsform wird Metall, beispielsweise Zink, mit Luftsauerstoff in einem alkalischen Elektrolyten unter Bildung eines Oxides oder Hydroxides oxidiert. Die dabei freiwerdende Energie wird elektrochemisch genutzt. Derzeit kommerziell vertriebene Zink-Luft-Batterien sind nicht wiederaufladbar. Intensiv werden jedoch wiederaufladbare, elektrochemische Zink-Sauerstoff- Zellen beforscht, bei denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung die bei der Entladung gebildeten Zinkionen wieder zum Zink reduziert werden und Sauerstoff durch Oxidation der bei der Entladung gebildeten Oxide oder Hydroxide freigesetzt wird. Wiederaufladbare, elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen können sowohl mit wässrigen sauren (WO2012/012558) als auch basischen Elektrolyten (WO2007/065899) betrieben werden. Die bekannten wiederaufladbaren Zink-Sauerstoff-Zellen weisen jedoch insbesondere im Hinblick auf die folgenden Eigenschaften noch Verbesserungsbedarf auf: Leistung der Zelle, Energieeffizienz der Zelle sowie Zyklenstabilität. Weiterhin ist eine Optimierung der durch Material- und Herstellungsaufwand verursachten Kosten zu berücksichtigen, um die Verbreitung dieser neuen Energiespeichertechnologie voranzubringen. The known metal-air batteries contain as essential constituents a negative electrode, for example zinc, and a positive electrode, which preferably consists of an electronically conductive carrier material of finely divided carbon, on which a catalyst for oxygen reduction is applied. Here, the negative electrode and the positive electrode are separated by a separator which may be in the form of a membrane. In a common embodiment, metal, such as zinc, is oxidized with atmospheric oxygen in an alkaline electrolyte to form an oxide or hydroxide. The released energy is used electrochemically. Currently commercially sold zinc-air batteries are not rechargeable. Intensive, however, researched rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells in which by applying an electric voltage zinc ions formed during the discharge are reduced again to the zinc and oxygen is released by oxidation of the oxides or hydroxides formed during the discharge. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells can be operated both with aqueous acidic (WO2012 / 012558) and basic electrolytes (WO2007 / 065899). The known rechargeable zinc-oxygen cells, however, still have room for improvement, especially with regard to the following properties: cell performance, cell energy efficiency, and cycle stability. Furthermore, an optimization of the costs caused by material and production costs has to be taken into account in order to promote the spread of this new energy storage technology.
Es bestand also die Aufgabe, wiederaufladbare Zink-Sauerstoff-Zellen bereit zu stellen, die hinsichtlich mindestens einer der vorangehend genannten Eigenschaften einen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik darstellen. Ein besonders wichtiges Merkmal der wiederaufladba- ren Zink-Sauerstoff-Zellen ist letztendlich die Zyklenstabilität, die bei ansonsten vergleichbaren Eigenschaften der Zellen verbessert werden muss. It was therefore the object to provide rechargeable zinc-oxygen cells, which constitute an advance over the prior art in terms of at least one of the aforementioned properties. A particularly important feature of the rechargeable zinc-oxygen cells is ultimately the cycle stability, which must be improved with otherwise comparable properties of the cells.
Diese Aufgabe wird durch eine eingangs definierte wiederaufladbare elektrochemische Zink- Sauerstoff-Zelle gelöst, welche This object is achieved by an initially defined rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell, which
A) mindestens eine Anode, die metallisches Zink enthält, mindestens eine Gasdiffusionselektrode, umfassend (B1 ) mindestens ein Kathodenaktivmaterial, und A) at least one anode containing metallic zinc, at least one gas diffusion electrode comprising (B1) at least one cathode active material, and
(B2) gegebenenfalls mindestens ein festes Medium, durch das Gas hindurch diffundieren kann, und einen wässrigen Elektrolyt enthält, der Borsäure enthält. (B2) optionally at least one solid medium through which gas can diffuse, and containing an aqueous electrolyte containing boric acid.
Die Anode der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff- Zelle, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch kurz Anode (A) genannt, enthält metallisches Zink. The anode of the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention, also referred to as anode (A) in the context of the present invention, contains metallic zinc.
Das metallische Zink kann als feste Platte, als Schicht auf einem Abieiter, beispielsweise aus Stahlblech oder Kupfer, als gesinterte, poröse Elektrode, als Metallpulver oder Granulat, ggf. gesintert vorliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zink in Form einer Schicht auf einem Abieiter in einer aufgeladenen erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle vorhanden, wobei die Schicht beispielsweise beim ersten Aufladevorgang der Zelle erzeugt werden kann. The metallic zinc can be present as a solid plate, as a layer on a Abieiter, for example made of sheet steel or copper, as a sintered, porous electrode, as a metal powder or granules, optionally sintered. In a preferred embodiment, the zinc is present in the form of a layer on a Abieiter in a charged inventive electrochemical cell according to the invention, wherein the layer can be produced for example during the first charging of the cell.
Die Gasdiffusionselektrode der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink- Sauerstoff-Zelle, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch kurz Gasdiffusionselektrode (B) oder Kathode (B) genannt, umfasst mindestens ein Kathodenaktivmaterial, im Folgenden auch kurz Kathodenaktivmaterial (B1 ) genannt, sowie gegebenenfalls mindestens ein festes Medium, im Folgenden auch kurz Medium (B2) genannt, durch das Gas hindurch diffundieren kann. The gas diffusion electrode of the rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to the invention, also referred to as gas diffusion electrode (B) or cathode (B) in the context of the present invention, comprises at least one cathode active material, hereinafter also briefly called cathode active material (B1), and optionally at least one solid medium, hereinafter also briefly called medium (B2), can diffuse through the gas.
Das Kathodenaktivmaterial (B1 ) umfasst üblicherweise mindestens einen Katalysator, im Rah- men der vorliegenden Erfindung auch kurz Katalysator (b1 a) genannt, wobei der Katalysator (b1 a) als katalytisch aktive Komponente zur Reduktion von Sauerstoff beim Entladevorgang und/oder zur Sauerstoffentwicklung beim Ladevorgang der elektrochemischen Zink-Sauerstoff- Zelle dient. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignen sich als Katalysator (b1 a) insbesondere The cathode active material (B1) usually comprises at least one catalyst, in the context of the present invention also called catalyst (b1a), where the catalyst (b1a) is used as catalytically active component for the reduction of oxygen during the discharge process and / or for the evolution of oxygen in the Charging the electrochemical zinc-oxygen cell is used. In the context of the present invention are suitable as catalyst (b1 a) in particular
Mischoxide, beispielsweise Kobaltoxide, Nickeloxide, Eisenoxide, Chromoxide, Wolframoxide sowie Edelmetalle und Edelmetallegierungen, insbesondere Silber. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Katalysatorkombination aus einem die Reduktion von Sauerstoff katalysierenden Katalysator und einem die Sauerstoffentwicklung katalysierenden Katalysator oder ein bifunktioneller Katalysator gemäß WO 2007/065899 A1 , Seite 7, Zeile 14 bis Seite 8, Zeile 27 verwendet. Ein bevorzugter Katalysator, der sowohl die Sauerstoffoxidation, als auch Reduktion katalysiert, ist La203. Bevorzugte Katalysatoren zur Reduktion des Sauerstoffs sind Mn02, KMn04, MnS04, Sn02, Fe203, Co304, Co, CoO, Fe, Pt, Pd, Ag20, Ag, Spinelle oder Perovskite. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenaktivmaterial (B1 ) mindestens einen Katalysator (b1 a) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La203, WC, Ce(W04)3, FeAgMo208, Fe2(Wo4)3, Mn304, Mn203, Mn02, KMn04, MnS04, Sn02, Fe203, Co304, CoO, Ir02, Ag20, Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Ir, Pt4,5Ru4lr0,5, Ag, Pd-W, Spinellen und Perovskiten enthält. Mixed oxides, for example cobalt oxides, nickel oxides, iron oxides, chromium oxides, tungsten oxides and also noble metals and noble metal alloys, in particular silver. In a preferred embodiment, a catalyst combination of a catalyst catalyzing the reduction of oxygen and a catalyst catalyzing the evolution of oxygen or a bifunctional catalyst according to WO 2007/065899 A1, page 7, line 14 to page 8, line 27 is used. A preferred catalyst that catalyzes both oxygen oxidation and reduction is La 2 O 3 . Preferred catalysts for reducing the oxygen are Mn0 2 , KMn0 4 , MnS0 4 , Sn0 2 , Fe 2 0 3 , Co 3 0 4 , Co, CoO, Fe, Pt, Pd, Ag 2 O, Ag, spinels or perovskites. In a preferred embodiment of the present invention, the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention is characterized in that the cathode active material (B1) comprises at least one catalyst (b1 a) selected from the group consisting of La 2 O 3 , WC, Ce (W0 4 ) 3 , FeAgMo 2 0 8 , Fe 2 (Wo 4 ) 3 , Mn 3 0 4 , Mn 2 0 3 , Mn0 2 , KMn0 4 , MnS0 4 , Sn0 2 , Fe 2 0 3 , Co 3 0 4 , CoO, Ir0 2, Ag 2 0, Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Ir, Pt 4, 5 Ru 4 Ir 0, 5, Ag, Pd-W, containing spinels and perovskites.
Das Kathodenaktivmaterial (B1 ) umfasst neben dem Katalysator (b1 a) weiterhin vorzugsweise mindestens ein Katalysatorträgermaterial, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch kurz Trägermaterial (b1 b) genannt. Das Trägermaterial (b1 b) ist üblicherweise ein elektronisch lei- tendes Material, das insbesondere zur Fixierung des Katalysators (b1 a) dient. Vorzugsweise sollte das Trägermaterial (b1 b) möglichst stabil gegenüber Sauerstoff und den beim Entlade- und Ladevorgang gebildeten Sauerstoffverbindungen sein. Als Trägermaterialien eignen sich beispielsweise elektrisch leitfähige, kohlenstoffhaltige Materialien, wie in WO 201 1/161598, Seite 5, Zeile 1 bis Seite 6, Zeile 26 beschrieben. Außerdem sind mit Stickstoff dotierte kohlen- stoffhaltige Materialien als Trägermaterialien geeignet. The cathode active material (B1) further comprises, in addition to the catalyst (b1 a), preferably at least one catalyst support material, in the context of the present invention also referred to as a short support material (b1 b). The support material (b1 b) is usually an electronically conductive material, which serves in particular for fixing the catalyst (b1 a). Preferably, the support material (b1 b) should be as stable as possible to oxygen and the oxygen compounds formed during the discharging and charging process. Suitable support materials are, for example, electrically conductive, carbonaceous materials, as described in WO 201 1/161598, page 5, line 1 to page 6, line 26. In addition, nitrogen-doped carbonaceous materials are suitable as support materials.
Neben dem Kathodenaktivmaterial (B1 ) umfasst die Gasdiffusionselektrode (B) gegebenenfalls mindestens ein festes Medium, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch kurz Medium (B2) genannt, durch das Gas hindurch diffundieren kann. Weiterhin erfüllt das Medium (B2) auch die Funktion, als Träger für das Kathodenaktivmaterial zu dienen. Prinzipiell können Kathodenaktivmaterialien (B1 ) auch ohne ein weiteres poröses Medium, das heißt gasdurchlässiges Medium verwendet werden, welches als Unterlage zur Stabilisierung und Formgebung der Kathodenaktivmaterialien (B1 ) dient und weiterhin den Kontakt des Trägermaterials (b1 b) und des darauf fixierten Katalysators (b1 a) mit Sauerstoff gewährleistet. In diesem Falle können die Trägermaterialien (b1 b) direkt mit dem Katalysator (b1 a) vermischt werden, oder die Trägermaterialien (b1 b) können zu Fasern oder flächigen Gebilden weiter verarbeitet und dann mit dem Katalysator (b1 a) beschichtet werden, wobei ein poröses, selbsttragendes Gebilde entsteht. In einer weiteren Ausführungsform wird das Trägermaterial (b1 b), gegebenenfalls zusammen mit dem Katalysator (b1 a), auf ein gasdurchlässiges festes Medium (B2) aufgebracht. Ein derartiges gasdurchlässiges festes Medium (B2) kann z. B. ein Vlies, z. B. aus Kohlefasern, oder Glasfasern sein. Weitere geeignete gasdurchlässige feste Medien (B2) sind insbesondere Metallnetze, Metallschäume etc. Das gasdurchlässige feste Medium dient, wie bereits erwähnt, im Wesentlichen der mechanischen Stabilität und Formgebung, verbessert aber auch die elektrische Kontaktierung, falls es selbst elektrisch leitfähig ist. Weitere geeignete feste Medien (B2) werden in WO 201 1/161598, Seite 4, Zeile 4 bis 40 genannt und beschrieben. In addition to the cathode active material (B1), the gas diffusion electrode (B) optionally comprises at least one solid medium, also referred to in the context of the present invention as medium (B2), through which gas can diffuse. Furthermore, the medium (B2) also fulfills the function of serving as a carrier for the cathode active material. In principle, cathode active materials (B1) can also be used without a further porous medium, ie gas-permeable medium, which serves as a support for stabilizing and shaping the cathode active materials (B1) and furthermore the contact of the support material (b1b) and the catalyst (b1 a) guaranteed with oxygen. In this case, the support materials (b1 b) can be mixed directly with the catalyst (b1 a), or the support materials (b1 b) can be further processed into fibers or laminar structures and then coated with the catalyst (b1 a), wherein a porous, self-supporting structure is created. In a further embodiment, the support material (b1 b), optionally together with the catalyst (b1 a), is applied to a gas-permeable solid medium (B2). Such a gas-permeable solid medium (B2) may, for. B. a nonwoven, z. B. carbon fibers, or glass fibers. Further suitable gas-permeable solid media (B2) are, in particular, metal nets, metal foams, etc. The gas-permeable solid medium serves, as already mentioned, essentially the mechanical stability and shaping, but also improves the electrical contacting if it is itself electrically conductive. Further suitable solid media (B2) are mentioned and described in WO 201 1/161598, page 4, lines 4 to 40.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gasdiffusionselektro- de der erfindungsgemäßen Zelle dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdiffusionselektrode weiterhin ein gasdurchlässiges festes Medium (B2) umfasst, auf dem das Kathodenaktivmateri- al (B1 ) fixiert ist. In a preferred embodiment of the present invention, the gas diffusion electrode of the cell according to the invention is characterized in that the gas diffusion electrode further comprises a gas-permeable solid medium (B2) on which the cathode active material (B1) is fixed.
Neben den Komponenten des Kathodenaktivmaterials (B1 ), nämlich dem Katalysator (b1 a) und dem vorzugsweise mindestens einen Trägermaterial (b1 b), sowie dem vorzugsweise vorhandenen festen Medium (B2) umfasst die Gasdiffusionselektrode (B) der erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle vorzugsweise mindestens ein Bindemittel, bei dem es sich üblicherweise um ein organisches Polymer handelt, wie es in WO 201 1/161598, Seite 6, Zeile 28 bis Seite 8, Zeile 15 näher beschrieben wird, wobei das Bindemittel dort Polymer (C) oder Bindemittel (C) genannt wird. Das Bindemittel dient hauptsächlich der mechanischen Stabilisierung des Kathodenaktivmaterials (B1 ), indem Partikel des Trägermaterials (b1 b) und/oder des Katalysators (b1 a) durch das Bindemittel miteinander verbunden werden, und bewirkt weiterhin, dass das Kathodenaktivmaterial eine ausreichende Haftung an einem festen Medium (B2) oder einem Stromableiter aufweist. Vorzugsweise ist das Bindemittel chemisch inert gegenüber den Chemi- kalien, mit denen es in der elektrochemischen Zelle in Kontakt kommt. In addition to the components of the cathode active material (B1), namely the catalyst (b1 a) and preferably at least one support material (b1 b), and the preferably present solid medium (B2), the gas diffusion electrode (B) of the electrochemical cell according to the invention preferably comprises at least one binder , which is usually an organic polymer, as described in more detail in WO 201 1/161598, page 6, line 28 to page 8, line 15, wherein the binder there called polymer (C) or binder (C) becomes. The binder serves primarily to mechanically stabilize the cathode active material (B1) by bonding together particles of the support material (b1b) and / or the catalyst (b1a) by the binder, and further causes the cathode active material to have sufficient adhesion to a solid Medium (B2) or a current conductor has. Preferably, the binder is chemically inert to the chemicals with which it comes into contact in the electrochemical cell.
Kathode (B) kann in verschiedenen Formen ausgestaltet sein, beispielsweise stabförmig, in Form von runden, elliptischen oder quadratischen Säulen oder quaderförmig, insbesondere auch als flächenförmige Elektrode. So ist es möglich, für den Fall, dass man das feste Medium (B2) aus Metallnetzen wählt, dass die Form der Kathode (B) im Wesentlichen von der Form des Metallgitters vorgegeben ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck„flächenförmig", dass die Elektrode, ein dreidimensionaler Körper, in einer seiner drei räumlichen Dimensionen (Ausdehnungen), nämlich der Schichtdicke, kleiner ist als hinsichtlich der beiden anderen Dimensionen, der Länge und der Breite. Üblicherweise ist die Schichtdicke der flächenförmigen Elektrode mindes- tens um den Faktor 5, bevorzugt mindestens um den Faktor 10, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 20 kleiner als die zweitgrößte Ausdehnung. Cathode (B) can be configured in various forms, for example rod-shaped, in the form of round, elliptical or square columns or cuboid, in particular also as a planar electrode. Thus, in the case of selecting the solid medium (B2) of metal mesh, it is possible that the shape of the cathode (B) is substantially predetermined by the shape of the metal mesh. In the context of the present invention, the term "sheet-like" means that the electrode, a three-dimensional body, in one of its three spatial dimensions (dimensions), namely the layer thickness, is smaller than in the other two dimensions, the length and the width is the layer thickness of the sheet-like electrode at least by a factor of 5, preferably at least by a factor of 10, more preferably at least by a factor of 20 smaller than the second largest extent.
In der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle wird beim Entladevorgang derselben an der Kathode (A) Sauerstoff reduziert, genauer gesagt mole- kularer Sauerstoff (O2). Molekularer Sauerstoff (O2) kann in verdünnter Form, wie beispielsweise in Luft, oder in hochkonzentrierter Form eingesetzt werden. In the rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to the invention, oxygen is reduced during the discharge process of the same at the cathode (A), more precisely molecular oxygen (O 2). Molecular oxygen (O2) can be used in dilute form, such as in air, or in highly concentrated form.
Erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen enthalten weiterhin einen wässrigen Elektrolyt, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch kurz Elektrolyt (C) genannt, wobei dieser Elektrolyt (C) Borsäure enthält. Der wässrige Elektrolyt ermöglicht den Ladungstransport innerhalb der Zelle zwischen den beiden Elektroden durch die Wanderung von Ionen und dient als Speicher für das während des Entladungsvorganges in Lösung gehenden Anodenmaterials, das heißt als Speicher für die Zinkionen. Die im Elektrolyt (C) vorhandene Borsäure dient zur Pufferung eines gewünschten pH-Wertes oder pH-Bereiches. Prinzipiell kann man erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen in einem weiten pH-Bereich betreiben. Inventive rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells furthermore contain an aqueous electrolyte, in the context of the present invention also referred to as electrolyte (C) for short, this electrolyte (C) containing boric acid. The aqueous electrolyte enables charge transport within the cell between the two electrodes by the migration of ions and serves as storage for the anode material which goes into solution during the discharge process, that is to say as storage for the zinc ions. The boric acid present in the electrolyte (C) serves to buffer a desired pH or pH range. In principle, it is possible to operate rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells according to the invention in a wide pH range.
Die Menge an Borsäure in dem Elektrolyt (C) kann in einem weiten Bereich variiert werden und hängt sowohl von der gewünschten Pufferkapazität als auch der Löslichkeit der Borsäure im Elektrolyt ab. Vorzugsweise wird die Borsäure (B(OH)3) im wässrigen Elektrolyt in einer Konzentration von 0,1 bis 50 g/l, bevorzugt von 1 bis 35 g/l, besonders bevorzugt 10 bis 30 g/l, insbesondere 20 bis 25 g/l eingesetzt. Der Ladungstransport innerhalb der Zelle wird durch sogenannte Leitsalze bewirkt, die gut wasserlöslich sind und deren Ionen keine unerwünschten Nebenreaktionen während des Betriebes der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle verursachen. Neben den zwangsläufig vorhandenen wasserlöslichen Zinksalzen werden vorzugsweise als weitere Leitsalze auch Salze von Alkalimetallen oder Ammoniumsalzen, insbesondere Salze von Alkalimetallen eingesetzt. The amount of boric acid in the electrolyte (C) can be varied within a wide range and depends on both the desired buffering capacity and the solubility of boric acid in the electrolyte. Preferably, the boric acid (B (OH) 3) in the aqueous electrolyte in a concentration of 0.1 to 50 g / l, preferably from 1 to 35 g / l, more preferably 10 to 30 g / l, in particular 20 to 25 g / l used. The charge transport within the cell is effected by so-called conductive salts, which are readily soluble in water and whose ions do not cause any undesirable side reactions during operation of the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention. In addition to the necessarily present water-soluble zinc salts, salts of alkali metals or ammonium salts, in particular salts of alkali metals, are preferably used as further conductive salts.
Beispiele für geeignete Zinksalze sind Zinkhalogenide, wie Zinkchlorid, Zinkbromid oder Zinkio- did, insbesondere Zinkchlorid, sowie Zinksulfat oder Zinkmethansulfonat. Beispiele für geeignete Salze von Alkalimetallen sind Halogenide, vorzugsweise Chloride, Bromide oder lodide, insbesondere Chloride, Sulfate oder Methansulfonate von den Alkalimetallen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium oder Cäsium, vorzugsweise von Natrium oder Kalium. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße wiederaufladba- re elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Elektrolyt mindestens ein Leitsalz ausgewählt aus der Gruppe der Salze bestehend aus Alkalimetallha- logeniden, Alkalimetallsulfaten, Alkalimetallmethansulfonaten, Zinkhalogeniden, Zinksulfat und Zinkmethansulfonat enthält. Bevorzugte Leitsalze sind ausgewählt aus der Gruppe der Salze bestehend aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriummethansulfo- nat, Kaliummethansulfonat, Zinkchlorid, Zinksulfat und Zinkmethansulfonat, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Salze bestehend aus Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Zinkchlorid und Zinksulfat. Examples of suitable zinc salts are zinc halides, such as zinc chloride, zinc bromide or zinc iodide, in particular zinc chloride, and zinc sulfate or zinc methanesulfonate. Examples of suitable salts of alkali metals are halides, preferably chlorides, bromides or iodides, in particular chlorides, sulfates or methanesulfonates of the alkali metals lithium, sodium, potassium, rubidium or cesium, preferably of sodium or potassium. In one embodiment of the present invention, the rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to the invention is characterized in that the aqueous electrolyte contains at least one conductive salt selected from the group of salts consisting of alkali metal halides, alkali metal sulfates, alkali metal methanesulfonates, zinc halides, zinc sulfate and zinc methanesulfonate , Preferred conductive salts are selected from the group of salts consisting of sodium chloride, potassium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, sodium methanesulfonate, potassium methanesulfonate, zinc chloride, zinc sulfate and zinc methanesulfonate, more preferably selected from the group of salts consisting of potassium chloride, potassium sulfate, zinc chloride and zinc sulfate.
In dem Elektrolyt (C) kann die Konzentration des eingesetzten Zinksalzes in einem weiten Bereich variiert werden. Im Allgemeinen liegt die Menge der Zn2+-lonen in dem Elektrolyt (C) in einem Bereich von mindestens 0,1 g/l bis zur Sättigungskonzentration der jeweiligen Zinksalze, vorzugsweise in einem Bereich von 1 g/l bis 100 g/l, insbesondere im Bereich von 2,5 g/l bis 25 g/l. Während beim Ladevorgang der wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff- Zelle die Menge der Zn2+-lonen in dem Elektrolyt (C) abnimmt, wird sie beim Entladevorgang entsprechend erhöht. In the electrolyte (C), the concentration of the zinc salt used can be varied within a wide range. In general, the amount of Zn 2+ ions in the electrolyte (C) is in a range of at least 0.1 g / l to the saturation concentration of the respective zinc salts, preferably in a range of 1 g / l to 100 g / l. in particular in the range of 2.5 g / l to 25 g / l. While the amount of Zn 2+ ions in the electrolyte (C) decreases during charging of the rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell, it is correspondingly increased during the discharge process.
Die Konzentration der neben dem/den eingesetzten Zinksalzen verwendeten weiteren Leitsal- zen, insbesondere die oben genannten Natrium- oder Kaliumsalze kann in dem Elektrolyt (C) ebenfalls in einem weiten Bereich variiert werden. Eine Limitierung nach oben wird insbesondere durch die Vermeidung des Ausfällens eines Salzes vorgegeben. The concentration of the other conductive salts used in addition to the zinc salt (s) used, in particular the abovementioned sodium or potassium salts, can likewise be varied within a wide range in the electrolyte (C). A limitation to the top is given in particular by avoiding the precipitation of a salt.
Im Falle eines Chlorid-haltigen Elektrolyten enthaltend Zinkchlorid sowie Natrium- und/oder Ka- liumchlorid wird vorzugsweise ein molares Verhältnis von Zn2+-lonen zu CPIonen im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 30, bevorzugt im Bereich von 1 : 5,5 bis 1 : 14,8, insbesondere im Bereich von 1 : 8,3 bis 1 : 9,2 eingestellt, indem die entsprechenden Mengen Chlorid beispielsweise in Form von Alkalimetallchlorid oder auch Chlorwasserstoff zugegeben werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle dadurch aus, dass der wässrige Elektrolyt einen pH-Wert im Bereich von 0 bis 7, bevorzugt im Bereich von 2 bis 6 aufweist. In the case of a chloride-containing electrolyte containing zinc chloride and sodium and / or potassium chloride, it is preferable for a molar ratio of Zn 2+ ions to CP ions to be in the range from 1: 2 to 1: 30, preferably in the range from 1: 5, 5 to 1: 14.8, in particular in the range of 1: 8.3 to 1: 9.2 set by the appropriate amounts of chloride, for example in the form of alkali metal chloride or hydrogen chloride are added. In a further embodiment of the present invention, the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention is characterized in that the aqueous electrolyte has a pH in the range from 0 to 7, preferably in the range from 2 to 6.
Die Einstellung des gewünschten pH-Wertes in dem Elektrolyten auf einen pH-Wert in dem Be- reich zwischen 0 und 7 wird vorzugsweise durch Zugabe einer Brönsted-Säure als Protonendonator zu dem Elektrolyt (C) vorgenommen. Als Brönsted-Säuren kommen vorzugsweise die zu den im Elektrolyt (C) vorhandenen Anionen entsprechenden Säuren in Frage, das bedeutet wässrige Lösungen von Halogenwasserstoffen, insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure oder Methansulfonsäure. Besonders bevorzugt werden Salzsäure oder Schwefelsäure zur Einstel- lung des pH-Wertes eingesetzt. In den Fällen, in denen als Ausgangslösungsmittel bei der Elektrolytherstellung anstatt von Wasser bereits von einer Säure, wie beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure, ausgegangen wird, wird vorzugsweise nach Zugabe der Borsäure, der Leitsalze und gegebenenfalls weiterer Additive zum Elektrolyt der gewünschte pH-Wert durch Zugabe einer Base eingestellt, vorzugsweise eines Alkalimetallhydroxides, insbesondere durch Zugabe von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, in fester Form oder als wässrige Lösung. The adjustment of the desired pH in the electrolyte to a pH in the range between 0 and 7 is preferably carried out by adding a Brönsted acid as proton donor to the electrolyte (C). Preferred Bronsted acids are the acids corresponding to the anions present in the electrolyte (C), that is to say aqueous solutions of hydrogen halides, in particular hydrochloric acid, sulfuric acid or methanesulfonic acid. Hydrochloric acid or sulfuric acid are particularly preferably used for adjusting the pH. In cases where the starting solvent used in the preparation of the electrolyte instead of water is already an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, it is preferable to add the desired pH by adding the boric acid, the conductive salts and optionally other additives to the electrolyte a base, preferably an alkali metal hydroxide, in particular by addition of sodium hydroxide or potassium hydroxide, in solid form or as an aqueous solution.
Die Bestimmung des pH-Wertes kann durch Methoden vorgenommen werden, die dem Fachmann allgemein bekannt sind. Grobe pH-Wert Bestimmungen lassen sich bereits mit Universa- lindikatorpapier vornehmen, während eine genauere Einstellung des pH-Wertes potentiomet- risch mit Hilfe einer pH-Elektrode vorgenommen werden kann. The determination of the pH can be carried out by methods which are generally known to the person skilled in the art. Coarse pH determinations can already be made with universal indicator paper, while a more accurate adjustment of the pH value can be made potentiomet- rically with the aid of a pH electrode.
Im Falle eines Elektrolyten (C), der Chlorid als Anionen enthält, wird vorzugsweise der pH-Wert auf einen Wert im Bereich von 5,0 bis 5,4 eingestellt. In the case of an electrolyte (C) containing chloride as anions, it is preferable to adjust the pH to a value in the range of 5.0 to 5.4.
Im Falle eines Elektrolyten (C), der Sulfat als Anionen enthält, wird vorzugsweise der pH-Wert auf einen Wert im Bereich von 2,0 bis 3,0 eingestellt. In the case of an electrolyte (C) containing sulfate as anions, it is preferable to adjust the pH to a value in the range of 2.0 to 3.0.
Die Zyklenstabilität und auch die Lebensdauer einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle werden unter anderem durch die Bildung von Zink-Dendriten an der Anode beim Ladevorgang negativ beeinflusst. Es ist bekannt, dass durch das Wachstum von Dendriten Kurzschlüssen innerhalb einer elektrochemischen Zelle verursacht werden können. Eine gleichmäße, dendritenfreie Abscheidung des Zinks an der Anode wirkt sich daher positiv auf die Zyklenstabilität einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle aus. Aus der Galvanotechnik sind Additive bekannt, die eine gleichmäße, weitestgehend dendritenfreie Me- tallabscheidung auf einer Oberfläche unterstützen. Bei diesen Additiven handelt es sich insbesondere um Tenside und sogenannte Glanzbildner, wobei einige dieser Additive sowohl als Tensid als auch als Glanzbildner bezeichnet werde können. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle dadurch aus, dass der wässrige Elektrolyt (C) mindestens ein Tensid enthält. The cycle stability and also the lifetime of a rechargeable, zinc-oxygen electrochemical cell are adversely affected, inter alia, by the formation of zinc dendrites at the anode during the charging process. It is known that the growth of dendrites can cause shorts within an electrochemical cell. A uniform, dendrite-free deposition of the zinc at the anode therefore has a positive effect on the cycle stability of a rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell. From electroplating additives are known, which support a uniform, largely dendrite-free metal deposition on a surface. These additives are in particular surfactants and so-called brighteners, some of these additives may be referred to both as a surfactant and as a brightener. In a further embodiment of the present invention, the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention is characterized in that the aqueous electrolyte (C) contains at least one surfactant.
Bei dem Tensid kann es sich prinzipiell um ein nichtionisches oder ionisches Tensid handeln. Bevorzugt sind nichtionische oder anionische Tenside, insbesondere nichtionische Tenside. Beispiele für bevorzugte nichtionische Tenside sind lineare oder verzweigte Alkylethoxylate. Beispiele für bevorzugte anionische Tenside sind Alkylethoxylatsulfonate, Alkylethoxylatsulfate, Alkylphenolethoxylatsulfonate oder Alkylphenolethoxylatsulfate. Die Konzentration des Tensides in dem Elektrolyt (C) kann in einem weiten Bereich variiert werden. Vorzugsweise wird das Tensid in einer Konzentration von 0,1 bis 10 g/l eingesetzt. Kommerziell erhältliche geeignete anionische Tenside sind beispielsweise Polyethyleneglycol octyl (3-sulfopropyl) diether, Kaliumsalz (CAS NUMMER 154906-10-2), Polyethyleneglycol al- pha-alkyl omega-(3-sulfopropyl) diether, Kaliumsalz (CAS NUMMER 1 19481 -71 -9) oder Po- lyethylen/propylenglycol (beta-naphthyl) (3-sulfopropyl) diether, Kaliumsalz (CAS NUMMER 120478-49-1 ). The surfactant may in principle be a nonionic or ionic surfactant. Preference is given to nonionic or anionic surfactants, in particular nonionic surfactants. Examples of preferred nonionic surfactants are linear or branched alkyl ethoxylates. Examples of preferred anionic surfactants are alkyl ethoxylate sulfonates, alkyl ethoxylate sulfates, alkylphenol ethoxylate sulfonates or alkylphenol ethoxylate sulfates. The concentration of the surfactant in the electrolyte (C) can be varied within a wide range. Preferably, the surfactant is used in a concentration of 0.1 to 10 g / l. Commercially available suitable anionic surfactants are, for example, polyethylene glycol octyl (3-sulfopropyl) diether, potassium salt (CAS NUMBER 154906-10-2), polyethylene glycol alpha-alkyl omega-3-sulfopropyl diether, potassium salt (CAS NUMBER 1 19481-71 -9) or polyethylene / propylene glycol (beta-naphthyl) (3-sulfopropyl) diether, potassium salt (CAS NUMBER 120478-49-1).
Kommerziell erhältliche geeignete nichtionische Tenside sind beispielsweise Octaethyleneglycol octyl ether (CAS NUMMER 26468-86-0) oder beta-Naphtholethoxylat (Lugaivan® BNO 12) In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle dadurch aus, dass der wässri- ge Elektrolyt (C) mindestens einen Glanzbildner, insbesondere einen Glanzbildner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallsalze der Naphthalinsulfonsäure-Kondensate (Tamol® NN 8906), Thiodiglycolethoxylate und Benzalaceton, enthält. Commercially available suitable nonionic surfactants are, for example Octaethyleneglycol octyl ether (CAS NUMBER 26468-86-0) or beta-Naphtholethoxylat (BNO Lugaivan ® 12) In another embodiment of the present invention, the rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell of the invention is characterized in that the wässri- ge electrolyte (C) at least one brightening agent, in particular a brightening agent selected from the group consisting of alkali metal salts of naphthalene sulfonic acid condensates (Tamol ® NN 8906), contains Thiodiglycolethoxylate and benzalacetone.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines wässrigen Elektrolyts, der Borsäure enthält, zur Herstellung oder zum Betrieb von wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen. Die weiteren Bestandteile des Borsäure-haltigen Elektrolyten sowie bevorzugte Ausführungsformen desselben wurden vorangehend beschrieben. Another object of the present invention is the use of an aqueous electrolyte containing boric acid for the production or operation of rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells. The other constituents of the boric acid-containing electrolyte and preferred embodiments thereof have been described above.
Die erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle kann weiterhin zur Trennung von Anode (A) und Gasdiffusionselektrode (B) einen Separator enthalten, der einen Kurzschluss zwischen Anode (A) und Gasdiffusionselektrode (B) verhindert, jedoch die Wanderung von Ionen zwischen den Elektroden erlaubt. The rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell of the present invention may further include a separator for separating anode (A) and gas diffusion electrode (B), which prevents short-circuiting between anode (A) and gas diffusion electrode (B), but migration of ions between electrodes allowed.
Als Separatoren sind Polymerfilme, insbesondere poröse Polymerfilme, geeignet, die gegenüber dem Zink der Anode, den an der Kathode (B) beim Entladungsvorgang gebildeten Reduktionsprodukten und gegenüber den Bestandteilen des Elektrolyten in den erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen unreaktiv sind. Besonders geeig- nete Materialien für Separatoren sind Polyolefine, insbesondere filmförmiges poröses Polyethylen und filmförmiges poröses Polypropylen. Suitable separators are polymer films, in particular porous polymer films, which are unreactive with respect to the zinc of the anode, the reduction products formed at the cathode (B) during the discharge process and to the constituents of the electrolyte in the rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells according to the invention. Particularly suitable materials for separators are polyolefins, in particular film-shaped porous polyethylene and film-shaped porous polypropylene.
Weiterhin geeignet ist glasfaserverstärktes Papier oder anorganische Vliese, wie Glasfaservliese oder Keramikvliese. Also suitable is glass fiber reinforced paper or inorganic nonwovens, such as glass fiber webs or ceramic nonwovens.
Als Separator wird vorzugsweise in den erfindungsgemäßen Zink-Sauerstoff-Zellen ein säurebeständiges, inertes Material verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Polyolefine verwendet, insbesondere filmförmiges poröses Polyethylen und filmförmiges poröses Polypropylen. Der Separator hat vorzugsweise eine Schichtdicke von 10 bis 200 μηη. Darüber hinaus eignen sich als Separator andere dem Fachmann bekannte säurebeständige Polymere oder anorganische Verbindungen. Der Separator kann beispielsweise ein sulfoniertes Polytetra- fluorethylen, ein dotiertes Polybenzimidazol, ein Polyetherketon oder Polysulfon sein. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Separator eine Porosität von 30 bis 80%, insbesondere von 40 bis 70%. Unter der Porosität wird dabei das Verhältnis von Hohlraumvolumen zum Gesamtvolumen verstanden. Erfindungsgemäße wiederaufladbare, elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen enthalten als weitere Bauteile elektrische Anschlüsse, die Kathode (B) und Anode (A) miteinander verbinden. Diese elektrischen Anschlüsse werden vorzugsweise dadurch hergestellt, dass in an sich bekannter Weise Elektrodenschichten aus leitfähigen und korrosionsfesten Materialien, vorzugsweise aus Kohlenstoff oder Nickel, eingebracht werden, die mit den entsprechenden Elektroden verbunden sind. Weiter geeignete Verbindungen sind dem Fachmann bekannte Cu Legierungen, elektrisch leitfähige Polymere, wie beispielsweise Polyanilin 3,4-Polyethylendioxithiophen- polystyrolsulfonat (PEDOT/PSS) oder Polyacetylen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Verbund aus Kohlenstoff und Polymer verwendet. Die erfindungsgemäßen, wiederaufladbaren, elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen werden zum Gebrauch in einen geeigneten Behälter eingebaut. Dieser Behälter besteht vorzugsweise aus polymeren Werkstoffen. Er ist mit isolierten Anschlüssen für die Elektroden versehen und weist wenigstens eine Öffnung auf, durch die Luft bzw. Sauerstoff zum Betrieb der Zelle hinzutreten oder entweichen kann. The separator used is preferably an acid-resistant, inert material in the zinc-oxygen cells according to the invention. In a preferred embodiment, polyolefins are used, in particular porous porous polyethylene and porous porous polypropylene. The separator preferably has a layer thickness of 10 to 200 μm. In addition, other known acid-resistant polymers or inorganic compounds are suitable as a separator. The separator may be, for example, a sulfonated polytetrafluoroethylene, a doped polybenzimidazole, a polyether ketone or polysulfone. In a preferred embodiment, the separator has a porosity of 30 to 80%, in particular 40 to 70%. By porosity is meant the ratio of void volume to total volume. Rechargeable, electrochemical zinc-oxygen cells according to the invention contain, as further components, electrical connections which connect cathode (B) and anode (A) to one another. These electrical connections are preferably produced by introducing, in a manner known per se, electrode layers of conductive and corrosion-resistant materials, preferably of carbon or nickel, which are connected to the corresponding electrodes. Further suitable compounds are known to those skilled Cu alloys, electrically conductive polymers, such as polyaniline 3,4-Polyethylenendioxithiophen- polystyrenesulfonate (PEDOT / PSS) or polyacetylene. In a particularly preferred embodiment, a composite of carbon and polymer is used. The rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells of the present invention are incorporated into a suitable container for use. This container is preferably made of polymeric materials. It is provided with insulated terminals for the electrodes and has at least one opening through which air or oxygen can enter or escape to the operation of the cell.
Erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen zeigen einen geringen Abfall der theoretischen Zellspannung und zeichnen sich durch eine erhöhte Energieeffizienz sowie eine gute Stabilität aus. Insbesondere zeichnen sich erfindungsgemäße wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen durch eine verbesserte Zyklenstabilität aus. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells according to the invention show a small decrease in the theoretical cell voltage and are distinguished by increased energy efficiency and good stability. In particular, rechargeable electrochemical zinc-oxygen cells according to the invention are distinguished by improved cycle stability.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von erfindungsgemäßen wiederaufladbaren, elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen wie vorangehend beschrieben in Zink-Luft-Batterien. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Zink-Luft- Batterien, enthaltend mindestens eine erfindungsgemäße wiederaufladbare, elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle wie vorangehend beschrieben. Erfindungsgemäße wiederaufladbare, elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen lassen sich in erfindungsgemäßen Zink-Luft-Batterien miteinander kombinieren, beispielsweise in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung. Reihenschaltung ist bevorzugt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von erfindungsgemäßen wiederaufladbaren, elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen wie vorangehend beschrieben in Automobilen, mit Elektromotor betriebenen Zweirädern, Flugzeugen, Schiffen oder insbesondere in stationären Energiespeichern. Die Erfindung wird durch folgende, die Erfindung jedoch nicht einschränkende Beispiele erläutert. A further subject of the present invention is the use of rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells according to the invention as described above in zinc-air batteries. A further subject matter of the present invention is zinc-air batteries containing at least one rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to the invention as described above. Rechargeable, electrochemical zinc-oxygen cells according to the invention can be combined with one another in zinc-air batteries according to the invention, for example in series connection or in parallel connection. Series connection is preferred. Another object of the present invention is the use of rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells according to the invention as described above in automobiles, electric motor-powered two-wheelers, aircraft, ships or in particular in stationary energy storage. The invention is illustrated by the following, but not limiting examples of the invention.
Angaben in Prozent (%) beziehen sich jeweils auf Gewichtsprozent (Gew.-%), wenn nicht aus- drücklich anders angegeben. Percentages (%) are each by weight (% by weight), unless expressly stated otherwise.
I. Aufbau einer erfindungsgemäßen Zelle Z.A und einer nicht erfindungsgemäßen Vergleichszelle V-Z.B Bei der erfindungsgemäßen Zelle Z.A und der nicht erfindungsgemäßen Zelle V-Z.B handelte es sich jeweils um wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zellen, die jeweils eine Anode aus metallischem Zn-Blech (kommerziell erhältlich, Dicke: 1 ,0 mm), eine Kathode bestehend aus einer Gasdiffusionselektrode (GDL, kommerziell erhältlich bei SGL Carbon) und einem Kathodenaktivmaterial (Katalysator: Mn02, kommerziell erhältlich bei Alfa Aesar) und einen wässrigen Elektrolyten enthielten. Der Elektrolyt E1 der erfindungsgemäßen Zelle Z.A enthielt 1 ,25 % Borsäure, während der Elektrolyt V-E2 der nicht erfindungsgemäßen Vergleichszelle V- Z.B keine Borsäure enthielt. Beide Zellen umfassten keinen Separator. Anode und Kathode waren parallel zueinander in einem Abstand von 1 ,5 cm angeordnet. 1.1 Herstellung der Kathode I. Structure of a cell ZA according to the invention and a comparative cell VZ.B not according to the invention. The cell ZA according to the invention and the cell VZ.B not according to the invention were in each case rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells, each of which comprises an anode of metallic Zn sheet (commercially available, thickness: 1.0 mm), a cathode consisting of a gas diffusion electrode (GDL, commercially available from SGL Carbon) and a cathode active material (catalyst: MnO2, commercially available from Alfa Aesar) and an aqueous electrolyte. The electrolyte E1 of the cell Z.A according to the invention contained 1.25% boric acid, while the electrolyte V-E2 of the comparison cell V-Z.B not according to the invention contained no boric acid. Both cells did not include a separator. Anode and cathode were arranged parallel to each other at a distance of 1, 5 cm. 1.1 Preparation of the cathode
Auf eine Gasdiffusionsschicht (GDL, gas diffusion layer) der Dicke 300 μηη mit mikroporöser Kohlenstoffschicht (MPL, micro porous layer) und einem PTFE (Polytetrafluorethylen) Gehalt von 30%, die vor der Beschichtung nicht thermisch behandelt wurde, wurde der Katalysator Mn02 mittels Siebdruck aufgebracht. Hierzu wurde eine Mischung aus 30 Gewichtseilen Mn02, 50 Gewichtseilen Leitfähigkeitsruß (Ketjenblack® EC300J der Firma AkzoNobel) und 20 Gewichtseilen einer wässrigen Dispersion von Polytetrafluorethylen (60 Gew.-% PTFE in der Dispersion) unter Mahlen hergestellt. 4,4 g dieser Mischung bestehend aus MnC Ruß / PTFE und Wasser wurden zusammen mit 6,0 g Isopropanol, 0,4 g des Dispergiermittels EFKA®4585 (ein Acryl-Blockcopolymer mit einem Aktivgehalt von ca. 50%) und 40 g Wasser mit Hilfe eines Homogenisators (Kinematica Polytron) für 2-3 min bei 10000 r/min vermischt. Es wurde eine viskose (honig-artige) Mischung als Tinte hergestellt. Die Tinte wurde mittels Siebdruck in mehrere Schichten auf die GDL aufgetragen, wobei nach jedem Druckvorgang die Elektrode für ca. 4 min bei 80 °C getrocknet und anschließend bei 120 °C laminiert wurde. Insgesamt wurden auf diese Weise ca. 0,45 mg MnO cm2 auf die GDL aufgebracht. On a gas diffusion layer (GDL) of thickness 300 μηη with microporous carbon layer (MPL) and a PTFE (polytetrafluoroethylene) content of 30%, which was not thermally treated prior to coating, the catalyst Mn02 by screen printing applied. For this purpose, a mixture of 30 parts by weight of Mn02, 50 parts by weight of conductive carbon was (Ketjenblack ® EC300J the company Akzo Nobel) and 20 parts by weight of an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene prepared (60 wt .-% PTFE in the dispersion) under milling. 4.4 g of this mixture consisting of MnC carbon black / PTFE and water was added along with 6.0 g of isopropanol, 0.4 g of the dispersing agent EFKA ® 4585 (an acrylic block copolymer having an active content of about 50%) and 40 g water mixed with a homogenizer (Kinematica Polytron) for 2-3 min at 10,000 r / min. A viscous (honey-like) mixture was prepared as an ink. The ink was applied by screen printing in several layers on the GDL, wherein after each printing the electrode was dried for about 4 min at 80 ° C and then laminated at 120 ° C. A total of about 0.45 mg MnO cm 2 was applied to the GDL in this way.
I.2 Elektrolyte für die erfindungsgemäße Zelle Z.A und die nicht erfindungsgemäßen Vergleichszelle V-Z.B 1.2.1 E.1 für Zelle Z.A I.2 electrolytes for the cell Z.A according to the invention and the comparative cell V-Z.B not according to the invention 1.2.1 E.1 for cell Z.A.
Der borsäurehaltige Elektrolyt E.1 für die erfindungsgemäße Zelle Z.A enthielt: I .25 % Borsäure, 0,25 mol/l ZnC , 1 ,75 mol/l KCl, sowie als Additive 0,1 % Tamol® NN 8906 und 0,1 % Plurafac® LF401 (nichtionisches Tensid); der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten E.1 betrug 178 mS/cm. I.2.2 V-E.2 für Zelle V-Z.B The boric acid-containing electrolyte E.1 for the cell ZA according to the invention contained: I .25% boric acid, 0.25 mol / l ZnC, 1, 75 mol / l KCl, and as additives 0.1% Tamol ® NN 8906 and 0.1% Plurafac LF401 ® (nonionic surfactant); the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid. The conductivity of the electrolyte E.1 was 178 mS / cm. I.2.2 VE.2 for cell VZ.B
Der nicht borsäurehaltige Elektrolyt V-E.2 der nicht erfindungsgemäßen Zelle V-Z.B enthielt: 0,25 mol/l ZnCI2, 1 ,75 mol/l NH4CI, sowie als Additive 0,1 % Tamol® NN 8906 und 0,1 % Plurafac® LF401 (nichtionisches Tensid); der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten V-E.2 betrug 184 mS/cm. The non-boric acid electrolyte VE.2 the cell VZ.B not according to the invention containing: 0.25 mol / l ZnCl 2, 1, 75 mol / l NH 4 Cl, and as additives 0.1% Tamol ® 8906 and 0.1 NN % Plurafac® LF401 (nonionic surfactant); the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid. The conductivity of the electrolyte VE.2 was 184 mS / cm.
Somit weisen beide Elektrolyt^ die gleichen Konzentrationen an Zn2+-lonen und Ch -Ionen, sowie identische pH-Werte und ähnliche Leitfähigkeiten auf. Thus, both the electrolyte have the same concentrations of Zn 2+ ions and Ch ions, as well as identical pH values and similar conductivities.
II. Elektrochemische Testung der Zellen Z.A und V-Z.B II. Electrochemical Testing of Cells Z.A and V-Z.B
Zur Bestimmung der Aktivität des Katalysators und dessen Stabilität unter elektrochemischer Belastung wurden die Zellen Z.A und V-Z.B mittels Zyklovoltammetrie vermessen. Es wurden 50 Zyklen mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 mV/s aufgezeichnet. Als Startpotential wurde das Ruhepotential verwendet, die Umkehrpotentiale betrugen +0,8 V und +2,0 V. Bei identischer aktiver Fläche stellt die Stromstärke eine Messgröße der Aktivität des Katalysators dar; eine Abnahme der Stromdichte von Zyklus zu Zyklus zeigt eine Degradation des Katalysators und damit fehlende Zyklenstabilität der Zelle. To determine the activity of the catalyst and its stability under electrochemical loading, the cells Z.A and V-Z.B were measured by cyclic voltammetry. 50 cycles were recorded at a feed rate of 100 mV / s. The resting potential was used as starting potential, the reversal potentials were +0.8 V and +2.0 V. With identical active area, the current value represents a parameter of the activity of the catalyst; a decrease in the current density from cycle to cycle shows a degradation of the catalyst and thus a lack of cycle stability of the cell.
III. Experimentelle Ergebnisse III. Experimental results
Die in Tabelle 1 wiedergegebenen experimentellen Daten zeigen, dass die nicht erfindungsge- mäße Zelle V-Z.B zwar zu Beginn der Messung eine höhere Stromstärke aufwies, d. h. die Stromstärke bei + 2 V während der ersten 10 Zyklen anstiegen, aber insgesamt mit zunehmender Zyklenzahl eine starke Abnahme der Stromstärke zu beobachten ist. Dies entspricht einer schlechten Zyklenstabilität der wiederaufladbaren Zn-Sauerstoff-Zelle. Die erfindungsgemäße Zelle Z.A mit Borsäure im Elektrolyten ist stabiler und zeigt nahezu keine Abnahme der Strom- stärke bei + 2 V mit zunehmender Zyklenzahl, sowie eine signifikant verminderte Abnahme der Stromdichte bei 0.8 V im Vergleich zur Zelle V-Z.B. Nach einigen Zyklen (35 Zyklen bei 2 V; 40 bei 0.8 V) war die Stromdichte der erfindungsgemäßen borsäurehaltigen Zelle Z.A größer als die der Vergleichszelle V-Z.B. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass sich der Zusatz von Borsäure positiv auf die Zyklenstabilität der Zelle auswirkt. Tabelle 1 : Testergebnisse der oben beschriebenen erfindungsgemäßen und nicht erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellen. Die Tabelle enthält Stromstärkewerte (in mA) an den Umkehrpotentialen (+2,0 V und +0,8 V). The experimental data presented in Table 1 show that the cell VZ.B not according to the invention had a higher current intensity at the beginning of the measurement, ie the current increased at + 2 V during the first 10 cycles, but a strong overall increase with increasing number of cycles Decrease in the current is observed. This corresponds to a poor cycle stability of the rechargeable Zn-oxygen cell. The cell ZA according to the invention with boric acid in the electrolyte is more stable and shows almost no decrease in the current intensity at + 2 V with increasing number of cycles, as well as a significantly reduced decrease in the current density at 0.8 V in comparison with the cell VZ.B. After a few cycles (35 cycles at 2 V, 40 at 0.8 V), the current density of the boric acid-containing cell ZA according to the invention was greater than that of the comparative cell VZ.B. The experimental results show that the addition of boric acid has a positive effect on the cell cycle stability. Table 1: Test results of the above-described invention and not inventive electrochemical cells. The table contains current values (in mA) at the reversing potentials (+2.0 V and +0.8 V).
Figure imgf000013_0001
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IV. Untersuchung der Zinkabscheidung in verschiedenen Elektrolyten: IV. Investigation of zinc deposition in different electrolytes:
Um das Abscheideverhalten des Zinks beim Aufladen der Zn/Luft Batterie zu simulieren wurden Abscheidungen in der sog. Hullzelle durchgeführt. Dabei kann die Morphologie und Optik von galvanischen Metallabscheidungen über einen großen Stromdichtebereich in einem Experiment abgebildet werden. In order to simulate the deposition behavior of the zinc during charging of the Zn / air battery, deposits were carried out in the so-called Hull cell. The morphology and optics of galvanic metal depositions can be mapped over a large current density range in an experiment.
Dazu wurden Stahlbleche mit 15%iger Salzsäure gebeizt, gespült, elektrolytisch entfettet und mit 10%iger Schwefelsäure dekapiert. Die Zn Abscheidung erfolgte nach DIN 50957 in einer Standard Hullzelle (zum Beispiel Fa. McGean-Rohco) mit 250 ml Elektrolyt bei 1 A Zellstrom für 10 min. Als Anoden (in Bezug auf die Metallabscheidung) wurden Reinzinkelektroden (zum Beispiel Fa. AMPERE) verwendet.  For this purpose, steel plates were pickled with 15% hydrochloric acid, rinsed, degreased by electrolysis and dekapiert with 10% sulfuric acid. The Zn deposition was carried out according to DIN 50957 in a standard Hull cell (for example from McGean-Rohco) with 250 ml of electrolyte at 1 A cell stream for 10 min. As anodes (in terms of metal deposition), pure zinc electrodes (for example, AMPERE) were used.
Der borsäurehaltige Elektrolyt E.3 enthielt: The boric acid electrolyte E.3 contained:
1 ,25 % Borsäure, 0,25 mol/l ZnC und 1 ,75 mol/l KCl; der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt.  1, 25% boric acid, 0.25 mol / l ZnC and 1.75 mol / l KCl; the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid.
Der nicht borsäurehaltige Elektrolyt V-E.4 enthielt: The non-boric electrolyte V-E.4 contained:
0,25 mol/l ZnC und 1 ,75 mol/l NH4CI; der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt. 0.25 mol / l ZnC and 1.75 mol / l NH 4 Cl; the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid.
Die beiden Elektrolyte E.3 und V-E.4 wiesen somit denselben Zn-Gehalt, Chloridgehalt und pH Wert auf. Sie unterscheiden sich lediglich in der Art der Puffersubstanz. Der borsäurehaltige Elektrolyt E.5 enthielt: The two electrolytes E.3 and VE.4 thus had the same Zn content, chloride content and pH value. They differ only in the type of buffer substance. The boric acid electrolyte E.5 contained:
1 ,25 % Borsäure, 0,25 mol/l ZnC , 1 ,75 mol/l KCl, sowie als Additiv 0,1 % Tamol® NN 8906 (Dispergiermitteln) und 0,2% Plurafac® LF401 (nichtionisches Tensid als Netzmittel); der pH- Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt. 1, 25% boric acid, 0.25 mol / l ZnC, 1, 75 mol / l KCl, and as an additive 0.1% Tamol ® NN 8906 (dispersants) and 0.2% Plurafac LF401 ® (nonionic surfactant as a wetting agent) ; the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid.
Der nicht borsäurehaltige Elektrolyt V-E.6 enthielt: The non-boric electrolyte V-E.6 contained:
0,25 mol/l ZnC , 1 ,75 mol/l NH4CI, sowie als Additiv 0,1 % Tamol® NN 8906 (Dispergiermitteln) und 0,2% Plurafac® LF401 (nichtionisches Tensid als Netzmittel); der pH-Wert wurde mit Salzsäure auf pH 4 eingestellt. 0.25 mol / l ZnC, 1, 75 mol / l NH 4 Cl, and as an additive 0.1% Tamol ® NN 8906 (dispersants) and 0.2% Plurafac LF401 ® (nonionic surfactant as a wetting agent); the pH was adjusted to pH 4 with hydrochloric acid.
Ergebnis: Result:
Im hohen Stromdichtebereich weist die Abscheidung aus den Borsäure-haltigen Elektrolyten E.3 und E.5 (Fig. 1 ) deutlich geringere amorphe Strukturen auf als die aus den Ammonium- haltigen Elektrolyten V-E.4 und V-E-6 (Fig. 2); insbesondere keine Dendriten und eine gut am Stahlblech haftende Schicht. Zudem ist die Abscheidung bei niedrigeren Stromdichten einheitlicher. In the high current density range, the deposition from the boric acid-containing electrolytes E.3 and E.5 (FIG. 1) has significantly lower amorphous structures than those from the ammonium-containing electrolytes V-E.4 and V-E-6 (FIG. 2); in particular no dendrites and a layer well adhering to the steel sheet. In addition, the deposition is uniform at lower current densities.
Die Figuren Fig.1 und Fig.2 zeigen fotographische Aufnahmen der Stahlbleche nach der Zink- abscheidung in verschiedenen Elektrolyten. Dabei ist der anwendbare Stromdichtebereich durch den eingezeichneten Doppelpfeil FIGS. 1 and 2 show photographs of the steel sheets after the zinc deposition in various electrolytes. The applicable current density range is indicated by the double arrow
4 » gekennzeichnet. 4 »marked.
Der für den Betrieb einer Zn/Luft Batterie anwendbare Stromdichtebereich ist bei dem Borsäure-haltigen Elektrolyten E.5 (Fig. 1 ) größer als bei dem Ammonium-haltigen Elektrolyten V-E-6 (Fig. 2). The current density range applicable to the operation of a Zn / air battery is greater in the boric acid electrolyte E.5 (FIG. 1) than in the ammonium-containing electrolyte V-E-6 (FIG. 2).
Elektrolyt E.3: von 2,5 bis 0,25 A/dm2 Electrolyte E.3: from 2.5 to 0.25 A / dm 2
Elektrolyt V-E.4: von 2,0 bis 0,3 A/dm2 Electrolyte VE.4: from 2.0 to 0.3 A / dm 2
Durch die Zugabe von Additiven wie Netzmitteln z.B. 0,2 % Plurafac LF 401 und Dispergiermit- teln z.B. 0,1 % Tamol NN 8906 wird dieser Effekt noch verstärkt. By the addition of additives such as wetting agents e.g. 0.2% Plurafac LF 401 and dispersants e.g. 0.1% Tamol NN 8906 this effect is reinforced.
Elektrolyt E.5: gute Abscheidung von 5 bis 0,7A/dm2 Electrolyte E.5: good deposition of 5 to 0.7A / dm 2
Elektrolyt V-E.6: gute Abscheidung von 4 bis 1 ,8 A/dm2 Electrolyte VE.6: good deposition of 4 to 1, 8 A / dm 2

Claims

Patentansprüche  claims
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle, enthaltend Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell containing
A) mindestens eine Anode, die metallisches Zink enthält, A) at least one anode containing metallic zinc,
B) mindestens eine Gasdiffusionselektrode, umfassend (B1 ) mindestens ein Kathodenaktivmaterial, und B) at least one gas diffusion electrode comprising (B1) at least one cathode active material, and
(B2) gegebenenfalls mindestens ein festes Medium, durch das Gas hindurch diffundieren kann, und (B2) optionally at least one solid medium through which gas can diffuse, and
C) einen wässrigen Elektrolyt, der Borsäure enthält. C) an aqueous electrolyte containing boric acid.
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenaktivmaterial mindestens einen Katalysator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La203, WC, Ce(W04)3, FeAgMo208, Fe2(Wo4)3, Mn304, Mn203, Mn02, KMn04, MnS04, Sn02, Fe203, Co304, CoO, Ir02, Ag20, Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Ir, Pt4,5Ru4lro,5, Ag, Pd-W, Spinellen und Perovskiten enthält. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to claim 1, characterized in that the cathode active material at least one catalyst selected from the group consisting of La 2 0 3 , WC, Ce (W0 4 ) 3, FeAgMo 2 0 8 , Fe 2 (Wo 4 ) 3 , Mn 3 0 4 , Mn 2 0 3 , MnO 2 , KMnO 4 , MnSo 4 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , CoO, IrO 2 , Ag 2 O, Co, Ni, Fe, Pt, Pd, Ir, Pt 4 , 5 Ru 4 lro, 5, Ag, Pd-W, spinels and perovskites.
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Elektrolyt mindestens ein Leitsalz ausgewählt aus der Gruppe der Salze bestehend aus Alkalimetallhalogeniden, Alkalimetallsulfaten, Alkalimetallmethansulfonaten, Zinkhalogeniden, Zinksulfat und Zinkmethansulfonat enthält. Rechargeable zinc-oxygen electrochemical cell according to claim 1 or 2, characterized in that the aqueous electrolyte contains at least one conductive salt selected from the group of salts consisting of alkali metal halides, alkali metal sulfates, alkali metal methanesulfonates, zinc halides, zinc sulfate and zinc methanesulfonate.
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Elektrolyt einen pH-Wert im Bereich von 0 bis 7 aufweist. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to one of claims 1 to 3, characterized in that the aqueous electrolyte has a pH in the range of 0 to 7.
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Elektrolyt mindestens ein Tensid enthält. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that the aqueous electrolyte contains at least one surfactant.
Wiederaufladbare elektrochemische Zink-Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Elektrolyt mindestens einen Glanzbildner ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallsalze der Naphthalinsulfonsäu- re-Kondensate, Thiodiglycolethoxylate und Benzalaceton enthält. Rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to one of claims 1 to 5, characterized in that the aqueous electrolyte contains at least one brightener selected from the group consisting of alkali metal salts of naphthalenesulfonic acid condensates, thiodiglycol ethoxylates and benzalacetone.
7. Verwendung einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Zink-Luft-Batterien. 7. Use of a rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to one of claims 1 to 6 in zinc-air batteries.
8. Zink-Luft-Batterie, enthaltend mindestens eine wiederaufladbare elektrochemische Zink- Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6. A zinc-air battery containing at least one rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to any one of claims 1 to 6.
9. Verwendung einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in Automobilen, mit Elektromotor betriebenen Zweirädern, Flugzeugen, Schiffen oder stationären Energiespeichern. 9. Use of a rechargeable electrochemical zinc-oxygen cell according to one of claims 1 to 6 in automobiles, electric motor-powered two-wheelers, aircraft, ships or stationary energy storage.
10. Verwendung eines wässrigen Elektrolyts, der Borsäure enthält, zur Herstellung oder zum Betrieb von wiederaufladbaren elektrochemischen Zink-Sauerstoff-Zellen. 10. Use of an aqueous electrolyte containing boric acid for the manufacture or operation of rechargeable zinc-oxygen electrochemical cells.
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