DE2262660A1 - Nichtwaessriges batteriesystem - Google Patents

Nichtwaessriges batteriesystem

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Description

19» Dezember 1972 Gze/mü
UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York, ,
N.Y. 10017, USA
Nicht wässriges Batteriesystem
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrochemische Batterien und im besonderen Elektrolyten für primäre und sekundäre, nicht wässrige elektrochemische Batterien.
Die Entwicklung von Batteriesystemen mit hoher Energie erfordert die Verträglichkeit des Elektrolyten, der wünschenswerte elektrochemische Eigenschaften gegenüber den hochreaktiven Anodenmaterialien v/ie etwa Natrium und Lithium aufweisen soll, ebenso wie' gegenüber den Kathodenmaterialien mit hoher Energiedichte, wie etwa Nickel» fluorid. Die Verwendung von wässrigen Elektrolyten ist in diesen Systemen ausgeschlossen, da die Anodenmaterialien ausreichend aktiv sind, um mit dem Wasser chemisch zu reagieren. Daher war es notwendig, um die hohe Energiedichte zu realisieren, die aus der Verwendung dieser hochreaktiven Anoden und den Kathoden mit hoher Energiedichte resultiert, Untersuchungen über nicht wässrige Elektrolytsysteme anzustellen, wobei nicht wässrige organische Elektrolytsysterae im Vordergrund standen.
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Im folgenden wird die Bezeichnung "nicht wässriger organischer Elektrolyt" für einen Elektrolyten verwendet* der aus einer Lösung besteht, die in einem geeigneten nicht wässrigen organischen Lösungsmittel Salze oder Komplex-Salze von Elementen der Gruppen I-A, H-A oder IH-A des periodischen Systems gelöst enthält. Bevorzugt wird eine Lösung, die Lewis-Säure, d.h. Elektronenakzeptor-Eigenschaften· aufweist. Der Ausdruck "periodisches System", wie er hier benutzt wird, bezieht sich auf das periodische System der Elemente, wie es auf der Innenseite des Deckels des Handbooks of Chemistry and Physics, A8th Auflage, der Chemical Rubber Company, Cleveland, Ohio, 1967-1968 abgedruckt ist.
Eine Vielzahl von Lösungen ist bekannt und für die Verwendung vorgeschlagen worden, jedoch erwies sich die Auswahl von geeigneten Lösungsmitteln als besonders schwierig. Der ideale Elektrolyt für eine Batterie enthält ein Lösungsmittel/eine Lösung mit breitem FlUssigkeitsbereich, hoher Ionenleitfähigkeit und Stabilität. Ein breiter Flüssigkeitsbereich, d.h. hoher Siedepunkt und niedriger Gefrierpunkt, ist wesentlich, wenn die Batterie auch bei anderen Temperaturen als Raumtemperatur betrieben werden soll. Hohe Ionenleitfähigkeit ist notwendig, wenn die Batterie bei hoher Belastung arbeiten muss. Stabilität gegenüber den Elektroden, den Baumaterialien und den Reaktionsprodukten bei der Zellenreaktion ist notwendig, damit eine lange Lebensdauer bei der Verwendung in primären und sekundären Batteriesystemen gegeben ist.
- 3 309 829/0781
Die meisten nicht wässrigen organischen Elektrolyten weisen eine oder mehrere dieser Eigenschaften nicht auf. Z.B. ist eine organische Flüssigkeit mit hoher Ionenleitfähigkeit in vielen Fällen ungeeignet für die vorgesehene Anwendung, da diese in Gegenwart der hochreaktiven Materialien in der Batterie instabil ist.
Z.B. wurde kürzlich die Verbindung Nitrobenzol als Lösungsmittel für Elektrolyten untersucht, wobei festgestellt wurde, dass gewisse Kombinationen von in Nitrobenzol gelösten Stoffen hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen, was zu der Annahme führte, dass Nitrobenzol als Lösungsmittel beim Elektroplattieren verwendet werden kann. Demgegenüber wurde Nitrobenzol und seine Derivate jedoch im allgemeinen als Depolarisator für die Kathode angesehen und wurde anscheinend aus diesem Grund niemals vorher für die Verwendung als Elektrolyt-Lösungsmittel in Batterien vorgeschlagen, insbesondere, in Batterien, welcte hochreaktive Komponenten enthalten.
Völlig überraschend wurde nun gefunden, dass Nitrobenzol und substituierte Nitrobenzole exzellente Elektrolyt-Lösungsmittel für nicht wässrige Batteriesysteme darstellen. .
Nitrobenzol ist im Temperaturbereich von 5,7 bis 210,90C flüssig. Es ist in Anwesenheit der Batteriebestandteile beständig, sogar bei Anwesenheit solcher Materialien, die üblicherweise als hochreaktiv angesehen werden. Darüber hinaus zeigten die untersuchten Batteriesysteme mit Nitrobenzol gute Wirksamkeit beim Beladen, und konnten beispielsweise mit einer Spannung von 10 Volt beladen werden, ohne zu gasen
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oder eine merk-liehe Zersetzung des Nitrobenzols zu zeigen.
Obwohl die Theorie, welche der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, zur Zeit keineswegs vollständig ist, ist es denkbar, dass besonders die Abwesenheit von Wasser oder einem anderen Protonend-onator in dem nicht wässrigen System dafür verantwortlich ist, dass die Nitrobenzolverbindungen schwierig zu reduzieren sind und daher in dem betrachteten System stabil sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es daher wesentlich, dass die entsprechenden Batterien kein Wasser enthalten und auch gegen den Zutritt von kleinen Feuchtigkeitsmengen abgedichtet sind. Uni die Lebensdauer zu erhöhen und die Korrosion der Anode zu vermindern, ist es darüber hinaus wünschenswert, sowohl Hydroxidionen wie bewegliche Protonen aus dem System auszuschließen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein nicht wässriges Batteriesystem erhalten, das eine Anode und eine Kathode bei unterschiedlichen Potentialen und einen Elektrolyten enthält, bei dem die gelösten Stoffe in Nitrobenzol oder einer sustituierten Nitrobenzol-Verbindung gelöst sind.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, wobei:
Abb. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zelle,
Abb.2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 nach Abb. 1, und
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Abb. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt und zeigt die Abfolge des Zusammenbaus^ ras die Zelle nach.Abb. herzustellen.'
Im einzelnen ist aus den Zeichnungen eine runde, flache Zelle zu entnehmen, die im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist, und aus Metall gebildet wurde, mit einem unteren Bereich 12 und einem oberen Abschnitt, 14, der eine durch-
weisc .
gehende zentrale Öffnung 16 auf/, die gegenüber dem restliehen oberen Abschnitt durch das nichtleitende leramische Fitting 18 elektrisch isoliert ist»
Die Zellelemente sind in dem unteren Dosenabschnitt 12 angeordnet, hierzu gehören in der Reihenfolge der Anordnung eine Kathodenkomponente etwa aus Silberchlorid 20, getragen von einem/ietallsieb 22\ ein Separator 24 s der etwa aus einer Glasfasermatte gebildet wird? einer Anodenkomponente aus zwei Scheiben aus Lithiummetall 26, 28, die in die gegenüberliegenden Seiten eines Metallsiebes 30 eingepresst sind, mit einem aus dem Zentrum nach oben gerichteten Drahtkabel 32; und einem zweiten Separator 34 aus Glasfasermatte, der eine zentrale Öffnung 36 aufweist, die mit dem Drahtkabel 32 aus der Anodenkomponente übereinstimmt»
Zum Zusammenbau der fertigen Zelle ist hauptsächlich das Ineinanderstecken der einzelnen Komponenten 'in der oben /angegebenen Reihenfolge erforderlich«, wobei abschließend j der obere Abschnitt der Dose 14 auf den unteren Abschnitt gesteckt wird, so dass das Drahtkabel 32 durch die Öffnung 36 des zweiten Separators 34 und durch die Öffnung 16 im oberen Abschnitt 14 der Dose hindurebreicht« Nachdem der obere Abschnitt 14 aufgesteckt Ist9 xidrä, der Rand des
309829/0781 :
unteren Abschnitts zu einer Umbördelung 38 umgebogen, um die Komponenten zusammenzuhalten und eine Lötdichtung 40 wird rund um die Peripherie der Zelle angebracht, um einen flüssigkeits-und gasdichten Abschluss zu bilden. Eine Elektrolylösung, etwa eine 1-molare Lösung von Lithium-Aluminium-Tetrachlorid in Nitrobenzol kann im Vakuum in die Zelle durch die Öffnung 16 eingebracht werden, wobei die Öffnung anschließend durch die Lötstelle 42 verschlossen wird. -
Durch Berührung mit dem unteren Abschnitt 12, der als Sammelkathode dient und dem Kontakt mit dem Drahtkabel 32, das als Anodenverbindung dient, kann die Zelle entladen werden.
Der oben beschriebene Zellaufbau erlaubt eine einfache Fertigungstechnik und kann bei geringfügigen Änderungen kostensparend automatisieren.
Zu den· geägneten Anodenmaterialien für die erfindungsgemäße Batterie gehören die Alkalimetalle oder die Erdalkalimetalle und Legierungen der Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle miteinander oder mit anderen Metallen. Unter dem Begriff -Legierungen - v/erden auch Mischungen, feste Lösungen,wie etwa Lithium-Magnesium, und intermetallische Verbindungen, wie etwa Lithiummonoaluminid verstanden. Zu den bevorzugten Anodenmaterialien gehören Lithium, Natrium und Kalium.
Die Auswahl eines Kathodenmaterials ist nicht besonders kritisch und wenn verträglich können beliebige bekannte Kathodenmaterialien für nicht wässrige Systeme in den erfindungsgemäßen Batterien verwendet werden.. Ein Kriterium
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für die Verträglichkeit besteht darin, dass das Kathodenmaterial in dem Lösur^mittel für den Elektrolyten im wesentlichen unlöslich ist. Zu den geeigneten Kathodenmaterialien gehören Halogenide, wie etwa Silberchlorid/ Nickelfluorid, Kadmiumchlorid, Bleichlorid, Kadmiumfluprid, Kupfer (I)-chlorid, Kupfer (Il)-fluorid, Bleidifluorid, Bleitetrafluoride Silbermonofluorid, Silberdifluorid und Kupfer (H)-chlorid; Sulfide, wie etwa Kupfer (Il)-sulfid; und Oxide, wie etwa Silberoxid, Kupfer (Il)-oxid, Mangandioxid, Mononickeloxid und Bleioxid. Unter diesen gehören zu den bevorzugten Kathodenmaterialien Silberchlorid, Kupfer (II)-Chlorid, Kupfer (i)-chlorid, Nickelfluorid, Kadmiumchlorid, Bleichlorid, Kupfer (Xl)-fluorid und Kadmiumfluorid. ■
Die erfindungsgemäßen Elektrolyten bestehen aus einem gelösten Stoff in einem Lösungsmittel, wobei als Lösungsmittel Nitrobenzol oder ein substituiertes Nitr©benzol verwendet wird.
Zu den bevorzugten gelösten Stoffen gehören die Komplexe von anorganischen oder organischen Lewissäuren und anorganische ionisierbare Salze« Das einzige Erfordernis an die Brauchbarkeit besteht darin, dass der Komplex mit dem verwendeten Lösungsmittel verträglich ist und dass dabei eine Lösung erhalten wird, die Ionenleitfähigkeit aufweist. Entsprechend der Auffassung von Lewis,-oder der elektronischen Betrachtung von Säuren und Basen, können viele Stoffe, die keinen aktiven Wasserstoff ent halten, als Säuren oder Akzeptoren von Elektronen-Doublets wirken. Die grundlegenden Anschauungen sind in der chemischen Literatur beschrieben, beispielsweise G.N. Lewis, J.A.C.S. 45,. 2027 (1024). Ein vorgeschlagener Reaktionsmechanismus, über die Wirkung
- 8 309829/0781
dieser Komplexe in organischen Lösungsmitteln ist im Detail in dem US-Patent 3 5^2 602 beschrieben, wo vorgeschlagen wird, dass ein gelöster Stoff vom Lewis-Säure-Typ, d.h. ein Stoff, der fähig ist ein oder mehr Elektronendoublets aufzunehmen, einen Additions-Komplex mit einem organischen Lösungsmittel bildet und in einer zweiten Stufe ein anorganisches ionisierbares Salz mit diesem Komplex reagieren kann, wobei ein zweiter Komplex gebildet wird, der beständiglr/als der erste Komplex.
Zu den typischen Lewis-Säuren, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, gehören Borbromid, Aluminiumchlorid, Aluminiumbromid, Borfluorid und Borchlorid.
Zu den ionisierbaren Salzen, die in Kombination mit diesen Lewis-Säuren verwendet werden können, gehören Lithiumfluorid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Natriumfluoricl, Natriumchlorid, Natriumborrnid, Kaliumfluorid, Kaliurnchlorid, und Kaliumbromid. Es ist dem Fachmann ebenfalls geläufig, dass Doppelsalze, die aus einer Lewis-Säure und einem anorganischen ionisierbaren Salz gebildet werden, auch direkt verwendet werden können, oder die Lewis-Säure und das ionisierbare Salz können getrennt zugegeben werden. Ein solches Doppelsalz ist zum Beispiel Lithiumaluminiumtetrafluorid, das bei der Kombination von Aluminiumchlorid mit Lithiumchlorid entsteht.
Das erfindungsgemäße Lösungsmittel für den Elektrolyten ist Mtrobenzol oder ein substituiertes Nitrobenzol, das der allgemeinen Formel
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_ Q —
2 2 62 6.6
entspricht, wobei R Y/asserstoff, ein Halogen, eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Schwefel,'eine Alkyl substituierte Aminogruppe oder eine Nitrogruppe bedeutet. Beispiele für solche Verbindungen sind Nitrobenzol, 2-Nitrotoluol, 1-Chtrnitrobenzol und p-Methylisopropyl-nitrobenzol.
Ebenfalls nützlich sind die Nitrobenzol-Derivate, die üblicherweise bei Raumtemperatur fest sind» Diese Verbindungen können in aromatischen Lösungsmitteln, wie etwa Benzol, Toluol oder selbst Mtrobenzol gelöst werden, damit ein Lösungsmittel in flüssiger Form für den Elektrolyten erhalten wird. Ein Beispiel für derartiges Material ist 1-Fluornitrobenzol in Benzol gelöst. Der für den" Elektrolyten benötigte Feststoff kann in diesem flüssigen System gelöst werden, um die vollständige Elektrolyt-Lösung zu erhalten.
Es ist dem Fachmann geläufig, dass beim Zusammenbau der erfindungsgemäßen Zellen, wie oben allgemein beschrieben, besondere Sorgfalt aufgebracht werden muss, um die Abwesenheit von Feuchtigkeit zu gewährleisten. Solche Zellen können in beliebiger Form oder Größe für einen besonderen Verwendungszweck geformt werden, weiterhin ist die Methode des. Zusammenbaus im Rahmen der Erfindung nicht kritisch, solange die fertiggestellte Zelle gegen Feuchtigkeit abgedichtet ist.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung und sollen diese keineswegs einschränken«
- 10 309829/0781
- ίο -
Beispiel 1
Mit einem rechteckigen Trog aus Polytetrafluoräthylen wurde eine Testzelle gebaut, die zwei Schlitze im Abstand von etwa 1,25 cm aufwies, um eine Anode und eine Kathode abzunehmen. Eine Scheibe aus Lithiunimetall, die in ein Nickelsieb gepresst war, dient als Zellanode, während die Kathode, die aus Silberchlorid auf einem Nickelsieb bestand, bis zu einer Gesamtkapfizität von 440 Milliampere-Stunden beladen wurde. Die Kathode hatte eine nominelle
ρ
Oberfläche von 10 cm". Der Elektrolyt bestand aus einer Lösung von ungefähr 11 Gewichtsprozent Lithiumaluminiumtetrachlorid in Nitrobenzol. Die Beladung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 2,0 Milliampere pro QuadratzenH- ■ meter und einer Spannung von 3,5 Volt. Wenn die Endpannung bis auf 4 Volt angestiegen ist, wird die Beladungsgeschwindigkeit auf 0,25 Milliampere pro Quadratzentimeter zurückgenommen und die letzten 60 Milliampere-Stunden der Beladung werden bei einer Spannung von 3,5 Volt vervollständigt.
Bei einer Entladungsgeschwindigkeit von 1,0 Milliampere pro Quadratzentimeter entwickelte diese Zelle 370 Milliamperestunden bei einer Spannung von 2,6 bis 2,5 Volt und 20 Milliamperestunden bei einer Spannung von 2,5 bis 2,0 Volt.
Beispiel 2
Die Zelle nach Beispiel 1 wurde entsprechend be- und ent- j laden. Bei dem zwölften Zyklus wurde die Zelle mit einer Geschwindigkeit von 0,2 Milliampere pro Quadratzentimeter beladen, bis zu einer Kapazität von 47 Milliamperestunden, mit 0,3 Milliampere pro Quadratzentimeter für 74 Milliamperestunden und mit 0,4 Milliampere pro Quadratzentimeter für
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120 Milliamperestunden,, Die Gesamtbeladungs-Kapzität von 241 Milliampere-Stunden wurde bei 3P4 bis 3*5 Volt vervollständigt.
Beim zw-ölften Zyklus erfolgte das Entladen dieser Zelle mit einer Geschwindigkeit von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter, die Zelle entwickelte 220 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 255 Volt und 150 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2„5 bis 2s0 Volto
Beispiel 3 '
Eine ähnliche Zelle wie In Beispiel 1 wurde über mehrere Zyklen betrieben. Diese Zelle enthielt eine Bleichlorid-Kathode anstelle von Silberchlorid wie in Beispiel 1 und der vierte Beladungs-Entladungs-Zyklus wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Milliampere pro Quadratzentimeter bis zu einer Kapazität von 115 Milliampere-Stunden bei 3,1 bis 3,3 Volt beladen.
Die Zelle wurde entladen bei einer Geschwindigkeit von 0,2 Milliampere pro Quadratzentimeter und entwickelte 42 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,3 bis 2,0 Volt.
Beispiel 4
Eine Zelle ähnlich der Zelle in Beispiel 1, jedoch mit einer Kupfer (I)-Chlorid-Kathode wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,4 Milliampere pro Quadratzentimeter bei einer Spannung von 3,0 bis 3,8 Volt bis zu einer Gesamtkapazität von 425 Milliampere-Stunden beladen.
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Diese Zelle wurde rait einer Geschwindigkeit von 1,1 Milliampere pro Quadratüentimeter entladen und entwickelte 420 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,5 bis 2,0 Volt.
Beispiel 5
Die Zelle nach Beispiel 4 wurde über 10 Beladungs-Entladunga-Zyklen betrieben. Beim 10. Zyklus wurde die Zelle mit einer Geschwindigkeit von 0,8 Milliampere pro Quadratzentimeter bei einer Spannung von 3,0 bis 3,8 Volt bis zu einer Gesamtkapazität von 205 Milliampere-Stunden beladen.
Das Entladen erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 1,1 Milliampere pro Quadratzentimeter, wobei die Zelle 160 Milliampere-. Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 1,8 Volt entwickelte.
Beispiel 6
In einer Nickeldose wurde eine abgedichtete Zelle gebildet, die aus einem tassenförmigen Unterteil und einem flachen Verschlußdeckel bestand. Der Verschluß enthielt ein keramisches Fitting mit einer Metallröhre, die durch den Verschluß hindurchreicht und von dem Rest des Verschlusses elektrisch isoliert ist. Die Kathode bestand aus Kupier (l)-chlorid, das auf einem Substrat aus einem Nickelsieb niedergeschlagen war, und befand sich im unteren Bereich der Zelle und war mit einem Separator aus Glasfasermatte überdeckt. Die Anode bestand aus zwei Scheiben von Lithium-Metall, die auf die gegenüberliegenden Seiten eines Nickelsiebes aufgepresst waren •und wies ein Drahtkabel auf, das von dem Zentrum hinweg reichte. Die Anode war mit einer zusätzlichen Glasfasermatte überdeckt, durch die das Drahtkabel hindurchreichte. Der Verschlußdeckel
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wurde auf dem Unterteil angebracht, entsprechend umbördelt und an der Umbördelung mit dem Drahtkabel verlötet, das durch die Röhre in dem Verschlußdeckel reichte. Die Zelle wurde im Vakuum imprägniert durch die Röhre mit einem Elektrolyten, der aus einer Lösung bestand, die ungefähr 11 Gewichts-% Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol enthielt. Die Röhre wurde abgedichtet und Kontakte zu dem Drahtkabel und dem Unterteil wurden hergestellt.
Die Kupfer (i)--chlorid-Kathode wurde bis zu einer Kapazität von 238 Millianipere-Stunden beladen und bei einer Entladungs-Geschwindigkeit von 0,5 Milliampere pro Quadratzentimeter wurden von der Zelle 15b Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,5 bis 2,0 Volt entwickelt.
Beispiel 7
Eine Zelle ähnlich der Zelle in Beispiel 6, jedoch mit einer Silberchlorid-Kathode mit einer Kapazität von 163 Milliampere-Stunden, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,0 Milliampere pro Quadratzentimeter· entladen, und entwickelte 140 Milliampere-Stunden bei einer Spannung von 2,6 bis 2,0 Volt.
Beispiel 8
Eine Reihe von Zellen mit Anoden aus Lithium-Metall'-Scheiben, Kathoden aus verschiedenen Mischungen aus leitfähigem Kohlenstoff und Nickelfluorid, Glasfaser-Separatoren, und mit einem Elektrolyten aus 11,0 Gewichts-% Aluminium-chlorid und 2,75 Gewichts-% Lithium-chlorid in 86,25 Gewichts-% Nitrobenzol wurden hergestellt. Die Kathoden-zusammensetzungen und die Entladungs-Daten für diese Zellen sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt,
- 14 309829/0781
Gewichts-'
NiF2 (gr.		 Tabelle I Theoretische
Zeil-Kapazi
tät
(mA-hr)		 tatsäch
liche
Zeil-Kapa
zität
(mA-hr)		 Wirk
samkeit
der
Kathode
(%)
0.12 Entladungsergebnisse 66.5 51.1 77.5
0.08 44.3 44.4 100,5
Wr. 0.08 44.3 48.4 109.0
1 0.15 83.0 50.4 60.5
2 0.10 55.4 60.0 108.0
3 0.10 Lithium-Anode gegenüber Nickelfluorid-Kathode 55.4 52.8 93.8
4 0.20 % Gewichts-
) verhältnis
C:NiF2 		110.0 49.6 44.8
5 0.13 4:1 72.4 58.1 80.5
6 0.13 4:1 73.6 50.3 68.5
7 0.30 4:1 166.0 48.7 29.4
8 0,20 3:1 111.0 45.0 40.5
9 0.20 3:1 110.8 33.2 30.0
10 0.22 3:1 120.0 115.0 95.8
11 0.22 2:1 120.0 110.0 : 91.6
12 2:1
13 2:1
14 .1:1
1:1
1:1
4:1
4:1
Gewisse der in Tabelle I aufgeführten Zellen zeigen eine tatsächliche Zeil-Kapazität, die größer ist, als die theoretische Zeil-Kapazität. Dies ist auf die Anwesenheit von Verunreinigungen in dem leitfähigen Kohlenstoff und in den Kathoden zurückzuführen. Diese Verunreinigungen tragen einen kleinen Anteil zur Kapazität der Zellen bei und sind für die Wirksamkeiten über
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- 15
100 % verantwortlich.
Beispiel 9
Eine Testzelle wurde hergestellt unter Verwendung einer Anode aus einer Lithium-Metall-Scheibe,· einer Kathode aus Nickelfluorid und einem Elektrolyten, der durch Auflösen von 50 gr. 1-Fluor-nitrobenzol in 10 Millilitern Benzol und anschließendes Auflösen von 7,1 gr. Aluminium-chlorid und 1,6" gr. Lithiumchlorid in dieser Flüssigkeit erhalten wurde. Die Zelle wurde entladen bei einem laufenden Strom von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter und entwickelte 35 Milliampere-Stunden bei einem Spannungsniveau von ungefähr 2,9 Volt.
Beispiel 10
Eine Zelle nach Beispiel 9, jedoch unter Verwendung von 2-Nitrotoluol als Lösungsmittel für den Elektrolyten entwickelte ungefähr 20 Milliampere-Stunden bei einer Stromentnahme von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter bei einem Spannungsniveau von ungefähr 2,9 Volt.
Beispiel 11
Eine Zelle mit einer Lithium-Metall-Anode, einer Nickel-fluorid-Kathode und einem Elektrolyten aus 8,2 Gewichts-% Aluminiumbromid und 1,3 Gewichts-% Lithium-chlorid in 90,5 Gewichts-% Nitrobenzol konnte bei einer Stromentnahme von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter entladen werden und lieferte eine Kapazität von 20 Milliampere-Stunden bis zu einem Abbruch bei 1,8 Volt. Das Spannungsniveau lag bei Beginn der Entladung bei 2,9 Volt.
Beispiel 12
Eine Testzelle wurde hergestellt mit einer Natrium-Metall-Anode,
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einer Nickelfluorid-Kathode und mit einem Elektrolyten aus, 11, 0 Gewichts-% Aluminium-chlorid und 2,75 Gewichts-% Lithiumchlorid in 86,25 Gewichts-% Nitrobenzol. Diese Zelle wurde mit einem Milliampere pro Quadratzentimeter entladen bis zu einer Stromentnahme von 5h % ihrer Kpazität, bei einer gemessenen Zellkapazität von ungefähr 35 Milliampere-Stunden, bis zu einem Abbruch bei 1,8 Volt. Das Spannungsniveau während der Entladung betrug etwa 2,6 Volt.
Beispiel 13
Eine Testzelle ähnlich zu der Zelle in Beispiel 12 wurde hergestellt, mit der Ausnahme, daß Lithium-monoaluminid anstelle der Natrium-Anode verwendet wurde. Diese Zelle wurde für 11 Stunden bei eine-r Spannung von ungefähr 2,5 Volt entladen und entwickelte 55 Milliampere-Stunden bis zu einem Abbruch bei einer Spannung von 1,8 Volt.
Beispiel 14
Testzellen, ähnlich den Zellen von Beispiel 11 wurden hergestellt, unter Verwendung von Borchlorid und Lithium-chlorid als Feststoffe in der Elektrolytlösung. Diese Zellen lieferten beim Entladen eine Spannung von 3,3 bis 2,7 Volt für 20 Stunden bei einer Stromentnahme von 1 Milliampere pro Quadratzentimeter.
Aus den obigen Ausführungen wird für den Fachmann klar, daß Nitrobenzol und substituierte Nitrobenzole als Lösungsmittel für Elektrolyten in nichtwässrigen Batteriesystemen geeignet sind, wobei eine Vielzahl von Anoden, Kathoden und Elektrolyt-Feststoffen verwendet werden kann, und wobei eine Vielzahl von Batteriekonstruktionen für eine Vielzahl von Verwendungszwecken eingesetzt werden kann.
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Claims (16)

Patentansprüche
1. Nichtwässriges Batteriesystem, mit einer Anode und einer Kathode bei unterschiedlichen Potentialen und mit einem Elektrolyten, bei dem die Feststoffe in einem Lösungsmittel wie Nitrobenzol und/oder substituierten Nitrobenzolen gelöst sind.
2. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel aus einer Verbindung mit der allgemeinen Formel
besteht, wobei R Wasserstoff, ein Halogen, eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxy-Gruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Schwefel, eine N-Alkyl substituierte Aminogruppe oder eine Nitro-Gruppe bedeutet.
3. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1r gekennzeichnet durch ein Alkalimetall als Anode.
4. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch J5» gekennzeichnet durch Lithium, Natrium und Kalium als Metall.
5. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Lithium-monoaluminid als Anode.
6. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Metall-Halogeniden, Metall-Sulfiden und Metall-Oxiden besteht.
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7. Nichtwässriges Batteriesystem nach· Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lewis-Säure als Feststoff in dem Elektrolyten.
8. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Doppelsalz aus einer Lewis-Säure und einem anorganischen ionisierbaren Salz als Feststoff in dem Elektrolyten.
9t Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Nitrobenzol als Lösungsmittel in dem Elektrolyten.
10. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Nickel-fluorid besteht, und der Elektrolyt eine Lösung aus Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
11. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Mono-Nickeloxid besteht, und der Elektrolyt eine Lösung aus. Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
12. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Kupfer (H)-SuIfid besteht und der Elektrolyt eine Lösung aus Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
13. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Silber-chlorid besteht und der Elektrolybfeine Lösung aus Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
14. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall* die
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Kathode&us Bleichlorid besteht und der Elektrolyt eine Lösung aus Lithium-rAluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
15. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Kupfer (I)-Chlorid besteht und der Elektrolyt eine.Lösung aus Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
16. Nichtwässriges Batteriesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus Lithium-Metall, die Kathode aus Kupfer (Il)-Fluorid besteht und der Elektrolyt eine Lösung aus Lithium-Aluminium-tetrachlorid in Nitrobenzol darstellt.
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