DE1108760B - Negative Zinkelektrode fuer alkalische Akkumulatoren - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, als Zinkelektroden für alkalische Akkumulatoren Zinkfolien mit feinporig vergrößerter Oberfläche zu verwenden. Die feinporig vergrößerte Oberfläche wird dabei z. B. dadurch erzielt, daß auf eine glatte Zinkfolie oder eine gitterartige Unterlage eine poröse Zinkschicht nach dem Metallspritzverfahren aufgetragen oder aufgesintert wird oder auch Zinkwolle zu einem folienartigen Gewebe oder Netzwerk verfestigt wird, das einen porösen Träger für die Einlagerung der aktiven Masse bildet.

Es ist ferner bekannt, Elektroden mit einer Hülle aus Latex zu überziehen, die als Scheider dient und das Herausfallen der aktiven Masse verhindert, ohne den Zutritt des Elektrolyten zur Elektrode zu behindern. Es ist schließlich bekannt, die aktive Masse von Elektroden zusammen mit Glaswolle in Gitter einzupasten und die Elektrode auf beiden Seiten mit perforierten Metall- oder Kunststoffolien abzudecken oder mit einer taschenartigen Hülle zu umgeben, die perforiert ist oder aus einem Drahtgeflecht besteht.

Die negativen Zinkelektroden in alkalischen Akkumulatoren neigen dazu, sich während der einen Phase der Ladungs- und Entladungszyklen in dem Elektrolyten zu lösen und in einer anderen Phase aus dem Elektrolyten wieder abzuscheiden. Mit fortschreitender Zahl der Ladungs- und Entladungszyklen besteht ferner die Neigung zur Wanderung des Zinks von den Rändern der ursprünglichen Elektrode zu ihrem mittleren und unteren Teil. Das führt zu Änderungen der Elektrodenform, zu unterschiedlicher Stromdichte in den verschiedenen Teilen der Elektrode und zu Leistungsverlusten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird bei den an sich bekannten negativen Zinkelektroden für alkalische Akkumulatoren, die von einer formhaltenden Hülle aus elektrolytdurchlässigem oder -halbdurchlässigem Material bestehen und deren Zink in den Poren eines porösen Trägers eingelagert ist, erfindungsgemäß als poröser Träger eine Mischung von nichtleitenden, in Plattenform preßbaren Fasern aus Asbest, Glaswolle od. dgl. mit Kupferteilen vorzugsweise in Form von Kupferdrahtabschnitten verwendet. In und an einem solchen porösen Träger haftet das Zink sowohl durch elektrochemische Anziehung als auch durch mechanisches Zurückhalten besonders fest und bleibt gleichmäßig verteilt. Es wird daher durch die Erfindung in Verbindung mit der die Elektrode fest umschließenden Hülle erreicht, daß das Zink während der Ladungs- und Entladungszyklen in seiner ursprünglichen Lage bleibt, die Elektrode auch bei einer großen Zahl von Zyklen ihre Form prak-Negative Zinkelektrode
für alkalische Akkumulatoren

Anmelder:
Yardney International Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. G. Ackmann, Patentanwalt,
Duisburg, Zieglerstr. 32

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Juli 1957

Henri Georges Andre, Montmorency, Seine-et-Oise (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

tisch nicht ändert und eine gleichmäßige Stromdichte über die gesamte Elektrodenfläche erhalten bleibt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der neuen Elektrode und einer mit ihnen ausgerüsteten Batterie dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Ausführungsform der neuen Elektrode in teilweise abgebrochener Darstellung,

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform, ebenfalls teilweise in abgebrochener Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Batterie mit negativen Elektroden gemäß Fig. 1 oder 2.

In Fig. 1 ist eine Elektrode 11 dargestellt, deren Stromleiter 12 zwischen porösen Platten 13 und 14 angeordnet ist, die mit metallischem Zinkpulver 15 (oder in entladenem Zustand mit Zinkoxyd) durchsetzt sind. Die gesamte Elektrode 11 bis 15 wird durch eine inerte, formhaltende Umhüllung 16 zusammengehalten, welche dem Elektrolyten, z. B. einer konzentrierten Lösung von Kalilauge, Zutritt zu der Elektrode gewährt. Der Stromleiter 12 kann aus Kupfer, Silber oder einem sonstigen Metall guter Leitfähigkeit bestehen, welches mit dem aktiven Metall kein Element bildet. Der Stromleiter 12 kann als Folie, als massive, gelochte oder aus Streckmetall bestehende Platte, als Gitter, Netz oder in beliebig anderer Weise ausgebildet sein. Das Zinkpulver, wel-

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ches die Platten 13, 14 durchsetzt, kann mechanisch eingebracht oder auf irgendeine chemische Art oder durch Aufsprühen oder -spritzen abgeschieden werden.

Die Platten 13 und 14 bestehen aus nichtleitenden Fasern, welche mit feinen Kupferdrähten in etwa der gleichen Gewichtsmenge gemischt und anschließend mit einer etwa gleichen Gewichtsmenge Zinkpulver gemischt sind. Eine geeignete Menge dieser Mischung ist dann um den Stromleiter 12 zur fertigen Elektrode 11 in Plattenform gepreßt. Das Ende des Stromleiters ragt über die Elektrode vor und bildet Zungen zur Verbindung mit dem negativen Batteriepol. Elektroden dieser Art, die metallisches Zink und metallisches Kupfer enthalten, werden vor dem Einbau in die Batterie vorzugsweise dadurch aktiviert, daß sie für kurze Zeit in alkalische Lösungen, welche gelöste Zinksalze enthalten, getaucht werden, damit die in ihnen enthaltenen Kupferdrähte mit Zink überzogen werden.

Die formhaltende Umhüllung 16 kann aus einem geeigneten und an sich bekannten durchlässigen oder halbdurchlässigen Separatormaterial, z.B. aus regenerierter Cellulose, Polyvinylalkohol, Kunstfasergewebe oder auch aus Papier bestehen. Wenn filmbildendes Material, z. B. Viskose oder Methylcellulose, benutzt wird, kann die Umhüllung 16 in der Weise hergestellt werden, daß der Elektrodenkörper 11 in eine Lösung dieses Materials getaucht wird, so daß seine Oberfläche mit ihm überzogen wird. Im Falle von Celluloseestern kann zusätzlich zu diesem Verfahren Hydrolyse in einer geeigneten Lösung zur Bildung regenerierter Cellulose erfolgen.

Fig. 2 veranschaulicht eine etwas andere Ausführungsform einer negativen Elektrode gemäß der Erfindung unter Fortlassung der auch in diesem Falle vorzusehenden formhaltenden Hülle 16 gemäß Fig. 1. Die dargestellte Elektrode 20 enthält einen Stromleiter 25 in Form eines perforierten Metallbleches zwischen zwei porösen Platten 21 und 22, die mit metallischem Zink 23 durchsetzt sind. Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 kann der nichtleitende Teil der porösen Platten ganz oder zum Teil aus einem hohe Temperaturen, z. B. über 300° C, aushaltenden und von dem Elektrolyten unangreifbaren Material bestehen. Geeignetes Material sind z. B. Glaswolle, Asbestfasern und unglasierte und poröse keramische Massen. Auch kommen poröse Kunststoffpolymere in Betracht, die gewisse höherschmelzende Harze auf der Basis von Fluor oder Silizium enthalten.

In Fig. 3 ist eine Batterie schematisch dargestellt, welche Elektroden der neuen Art enthält. Ein Gehäuse 30 ist mit dem Elektrolyt 31 gefüllt und enthält ein Elektrodenpaket mit mehreren negativen Elektroden, die Stromleiter 32, 33, 34 längs porösen Trägern 32', 33', 34', 34" für die Aktivmasse aufweisen. Die Elektroden haben halbdurchlässige Hüllen gemäß Fig. 1. Leiter 35, 36 und 37 verbinden die Stromleiter 32, 33 und 34 mit dem negativen Pol 38. Die positiven Elektroden 39 und 40 sind zwischen den negativen Elektroden angeordnet und mit dem positiven Pol 41 der Batterie durch Leiter 42 und 43 verbunden. Die jeweils benachbarten Elektroden entgegengesetzter Polarität sind durch Scheider 44, 45, 46 und 47 getrennt, die aus halbdurchlässigen und durch den Elektrolyt quellbaren Membranen oder Folien bestehen.

Die Träger 13, 14 bzw. 21, 22 für die Aktivmasse haben eine Vielzahl von Poren zum Niederschlagen des Zinks in den Phasen der Ladungs-Entladungs-Zyklen, während welcher das Zink aus dem Elektrolyten ausgefällt wird. Durch die einheitliche Struktur der porösen Träger wird die Neigung des Zinks, sich in der Mitte der Elektrode oder in ihren unteren Teilen anzuhäufen, verringert bzw. beseitigt. Dadurch bleibt auch die Stromdichte gleichmäßig, wodurch sich eine gleichmäßige Entladung ergibt, es wird eine gleichmäßige Abscheidung des Zinks während der Ladung erzielt und schließlich auch die Kurzschlußgefahr, die früher durch übermäßige Zinkanhäufung an Stellen hoher Stromdichte auftrat, beseitigt. Die in allen Ausführungen vorzusehende formhaltende Hülle 16 der Elektrode trägt wesentlich zur Erzielung dieser Vorteile bei.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Negative Zinkelektrode für alkalische Akkumulatoren, deren Zink in den Poren eines porösen Trägers eingelagert und die Elektrode von einer formhaltenden Hülle aus elektrolytdurchlässigem oder -halbdurchlässigem Material umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Träger aus einer Mischung von nichtleitenden, in Plattenform preßbaren Fasern aus Asbest, Glaswolle od. dgl. und von Kupferteilen in Form von Kupferdrahtabschnitten besteht.

2. Negative Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formhaltende Hülle der Elektrode aus Cellulosehydrat besteht.

3. Negative Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formhaltende Hülle der Elektrode in bekannter Weise durch Eintauchen der Elektrode in eine filmbildende Masse gebildet ist.

4. Negative Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei Schichten oder Platten des das Zink enthaltenden porösen Trägers und einer dazwischenliegenden, als Stromleiter dienenden Kupferplatte besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 899 214, 502156,
206715;

deutsche Patentanmeldung G 1636 IV a/21 b (bekanntgemacht am 2.5.1951).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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