DE2519704A1 - Zinkelektrode fuer eine elektrochemische stromquelle - Google Patents
Zinkelektrode fuer eine elektrochemische stromquelleInfo
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Description
2. Mai I975
Prazska akumulatorka, närodni podnik
Mladä Boleslav (CSSR)
Zinkelektrode für eine elektrochemische Stromquelle
Die Erfindung betrifft eine Zinkelektrode für eine elektrochemische Stromquelle mit einem Stromableiter und
einer Elektrodenmasse aus einer Mischung von Zinkpulver oder von pulverförmigen Zinkverbindungen mit einem die Porosität
erhöhenden Mittel und einem Bindemittel.
Die Elektrode ist vor allem für Akkumulatoren der Systeme Nickel-Zink, Silber-Zink und Zink-Sauerstoff (Luft)
bestimmt.
233-(S 8586)-DfE
509849/0655
Ein allgemeiner Nachteil· der bisher bekannten Zinkelektroden,
die für sekundäre elektrochemische Stromquellen verwendet werden, ist ihre kurze Lebensdauer, die vor allem
durch das Verhalten des Materialsystems dieser Elektroden in einem alkalischen Elektrolyt verursacht wird. Die Vorgänge
an der Zinkelektrode werden durch eine Konzentration von Hydroxyl- und Zinkat-Ionen im Elektrolyt während des
Entladens und Ladens bestimmt, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt:
Zn + 4 OH" 7—» Zn I (OH) f,\ 2" + 2e
[(0H) fj
Die elektrochemischen Reaktionen werden durch Bilden von lösbaren Zinkverbindungen beim Entladen und durch Rückabscheidung
von Zink an der Elektrode beim Laden verursacht. Das Abscheiden von Zink geschieht jedoch nicht an den
Stellen der Elektrode, wo deren Lösen zustandekam, was zu einer unerwünschten Verlagerung des Materials, zu einem
Anwachsen von Dendriten und zu einer allgemeinen Verschlechterung der Elektrodenparameter führt. Es ist zwar eine Reihe
von verschiedenen Verfahren für ein Beschränken dieser unerwünschten Vorgänge bekannt, zum Beispiel die Verwendung
von Thermoplasten im Elektrodenskelett, die Auswahl einer geeigneten Zusammensetzung und Menge für den Elektrolyten,
verschiedene Beimengungen in das Materialsystem der Elektrode, die Verwendung geeigneter Separatoren, verschiedene
Konstruktionslösungen der Elektrode, jedoch beseitigen alle
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diese Verfahren die unerwünschten Vorgänge nicht restlos und führen in jedem Fall zu einer Verschlechterung der geforderten
Parameter der Elektrode vor allem für hoch belastbare Stromquellen.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Elektrodenmasse ein Material enthält, das
die beim Entladen der Elektrode entstehenden Produkte in Form von unlösbaren oder schwer lösbaren Verbindungen zu
binden vermag.
Die Elektrodenmasse kann vorteilhaft 5 bis 55 % Verbindungen
von Fluor, Bor oder Kohlenstoff enthalten, zum Beispiel Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Natriumborat,
Natriumkarbonat oder deren Mischungen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Zinkelektrode ist, daß sie im System des Elektrodenmaterials
einen Stoff enthält, der fähig ist, die beim Entladen dieser Elektrode entstehenden Produkte in Form von unlösbaren
oder wenig lösbaren Verbindungen zu binden, wodurch beim EntladungsVorgang ein Übergang von Zink in die Lösung
verhütet wird. Die Materialzusammensetzung der Elektrode begrenzt ein Sedimentieren von Zink im unteren Teil des
Behälters der elektrochemischen Stromquelle, verhütet ein Bilden unerwünschter Dendrite und erhöht den Wirkungsgrad
der Ausnutzung der aktiven Masse. Die Elektrode setzt die
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-n-
Anforderungen an ein gesteuertes Laden wesentlich herab und
zeigt längere Lebensdauer.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Zinkelektrode wird zum Beispiel so erzeugt, daß eine Mischung von pulverförmigem
Zink mit 5 bis 55 % alkalischem Fluorid bereitet wird. Die so bereitete Mischung wird gegebenenfalls mit einem
Bindemittel, zum Beispiel mit einer Dispersion von PoIytetrafluoräthylen,
gegebenenfalls auch mit einem Mittel zum Erhöhen der Porosität, zum Beispiel mit Oxalsäure ergänzt,
auf bekannte Art auf einen geeigneten Stromableiter aufgetragen und einer Wärmebehandlung unterzogen.
Als Stoff, der fähig ist, das Zinkion zu einer wenig
lösbaren Form zu binden, können vorteilhaft Natriumfluorid oder Kaliumfluorid und deren Mischungen verwendet werden.
Die wirksame Menge dieser Verbindungen bewegt sich in den Grenzen von 5 bis 55 %.
Gemäß der Erfindung hergestellte Zinkelektroden wurden in ihrer Wirkungsweise mit einer der Größe nach entsprechenden
Plattentype von Blei-Startakkumulatoren erprobt und in einem System mit üblichen Nickelelektroden in einem
alkalischen Elektrolyt mit Zellophanseparatoren geprüft.
Die Elektroden zeigten im Durchschnitt am 50. Ladezyklus eine Ladung von 40 % der theoretischen Kapazität
und auch nach zweihundert Zyklen, wo der Ausnutzungsgrad der aktiven Masse auf 30 % sank, zeigten sich an der Oberfläche
keine Dendrite und kein Sedimentieren der aktiven Masse.
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Claims (3)
- 251970APatentansprüchef 1, Zinkelektrode für eine elektrochemische Stromquelle mit einem Stromableiter und einer Elektrodenmasse aus einer Mischung von Zinkpulver oder von pulverförmigen Zinkverbindungen mit einem die Porosität erhöhenden Mittel und einem Bindemittel, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenmasse ein Material enthält, das die beim Entladen der Elektrode entstehenden Produkte in Form von unlösbaren oder schwer lösbaren Verbindungen zu binden vermag.
- 2. Zinkelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmasse 5 bis 55 % Verbindungen von Fluor, Bor oder Kohlenstoff oder deren Mischungen enthält.
- 3. Zinkelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmasse 5 bis 55 % Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Natriumborat, Natriumkarbonat, Natriumazetat oder deren Mischungen enthält.509849/0655
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