DE2519704A1 - Zinkelektrode fuer eine elektrochemische stromquelle - Google Patents

Description

Patentanwälte _■ , ^ 8 München 22, steinsdorfetr.io DIpI.-Ing. R.BEETZ sen. 233-^4 .124P(24.125H) τ_βι. (089)227201/2272*4/295910 Dipl.-tng. K. LAMPRECHT Telegr. Allpatent München Dr.-Ing. R. B E E TZ Jr. Telex 522Ο48

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

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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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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)

1. 251970A

   Patentansprüche

   _f 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. 2. Zinkelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmasse 5 bis 55 % Verbindungen von Fluor, Bor oder Kohlenstoff oder deren Mischungen enthält.
3. 3. Zinkelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmasse 5 bis 55 % Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Natriumborat, Natriumkarbonat, Natriumazetat oder deren Mischungen enthält.

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