DE4033490A1 - Redn. of gas evolved by zinc@ dissolution in alkaline batteries - by treating zinc@ starting material in alkaline soln. with dissolved zinc-oxide before battery construction - Google Patents

Redn. of gas evolved by zinc@ dissolution in alkaline batteries - by treating zinc@ starting material in alkaline soln. with dissolved zinc-oxide before battery construction

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Abstract

The evolution of H2 gas from Zn in alkaline electrolytes in the absence of current is reduced by etching the Zn in an alkaline soln. before adding it to the battery. The Zn used can be an amalgam or pure Zn. The treatment soln. contains a ZnO concn. which is lower than that used in the battery, i.e. 0.1 - 5 and pref. a glycoltensid, is added.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver­ ringerung der Gasentwicklung von Zink im alkalischen Elektrolyten einer alkalischen Batterie.The present invention relates to a method for ver reduction of the gas evolution of zinc in the alkaline Alkaline battery electrolytes.

Die Gasentwicklung von Zink in alkalischen Batterien ist aus anwendungstechnisch bedingten Gründen unerwünscht. Durch stromlose Auflösung kann sich bei Zink, das im alkalischen Milieu in Batterien verwendet wird, Wasser­ stoffgas bilden.The gas evolution of zinc in alkaline batteries is undesirable for application-related reasons. Electroless dissolution can cause zinc in the alkaline milieu used in batteries, water Form material gas.

Bisher ist es üblich, die Gasentwicklung durch Amalgamie­ rung des Zinks zu reduzieren. Aufgrund der toxischen Eigenschaften von Quecksilber wurde jedoch in den ver­ gangenen Jahren der Quecksilbergehalt des für alkalische Batterien verwendeten Zinks bis auf weniger als 0,15 Gew.-% gesenkt. Eine weitere Reduktion bis hin zur queck­ silberfreien Batterie ist erwünscht und die Marktein­ führung von quecksilberfreien Batterien ist Gegenstand intensiver Forschungs- und Entwicklungsprogramme. Es ist bekannt, Zink mit anderen, gasentwicklungshemmenden Me­ tallen zu legieren. Dazu gehören zum Beispiel Indium, Gallium, Thallium, Cadmium, Blei und Bismut, mit denen die Gasentwicklung von Zink in für den Batteriebau tolerierbaren Grenzen gehalten werden kann.So far it has been common to develop gas through amalgamy to reduce zinc. Because of the toxic Properties of mercury have been described in the ver years ago the mercury content for alkaline Batteries used zinc to less than 0.15 % By weight reduced. Another reduction down to the queck silver free battery is desirable and the market Management of mercury-free batteries is the subject intensive research and development programs. It is known, zinc with other gas development inhibiting me alloy. These include, for example, indium, Gallium, thallium, cadmium, lead and bismuth with which the gas development of zinc in for battery construction tolerable limits can be kept.

Weiterhin ist bekannt, daß viele organische Verbindungen, vornehmlich Tenside, zur Minderung der Gasentwicklung von Zink verwendet werden können. Dieser Einsatz von orga­ nischen Inhibitoren kann jedoch unerwünschte Effekte haben. Insbesondere behindert er die für die Stromer­ zeugung erforderliche Auflösung des Zinks.It is also known that many organic compounds, mainly surfactants, to reduce the gas development of  Zinc can be used. This use of orga African inhibitors can have undesirable effects to have. In particular, it hinders that for the Stromer production required dissolution of the zinc.

Das technische Problem der Erfindung besteht darin, ein Zink herzustellen, dessen Gasentwicklung auch ohne zu­ sätzliche toxikologisch bedenkliche Elemente, wie Queck­ silber, Thallium oder Cadmium möglichst gering gehalten wird.The technical problem of the invention is a To produce zinc, the gas evolution of which also without additional toxicologically questionable elements, such as mercury silver, thallium or cadmium kept as low as possible becomes.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren ge­ löst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zink­ oberfläche vor dem Einbringen in den alkalischen Elektro­ lyten mit einer wässerigen alkalischen Lösung behandelt wird. Hierfür kann Zink in amalgamierter oder nicht amal­ gamierter Form verwendet werden.This technical problem is solved by a process triggers, which is characterized in that the zinc surface before being introduced into the alkaline electro treated with an aqueous alkaline solution becomes. For this zinc can be amalgamated or not amalgamated gambled form can be used.

In einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Behandeln mit der wässerigen alkalischen Lösung als zusätzliche Passivierung ein organischer Inhibitor, vorzugsweise ein Glykoltensid, eingebracht werden.In a further embodiment, after the treatment with the aqueous alkaline solution as an additional Passivation an organic inhibitor, preferably a Glycol surfactant.

Die alkalisch wässerige Lösung kann weiterhin dabei Zink­ oxid enthalten, in einer Konzentration, die geringer ist als die im alkalischen Elektrolyten der Batterie. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die alka­ lische wässerige Lösung 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 3,6 Gew.-%, Zinkoxid. The alkaline aqueous solution can continue to zinc contain oxide, in a concentration that is lower than that in the alkaline electrolyte of the battery. In a particularly preferred embodiment contains the alka aqueous solution 0.1 to 5 wt .-%, preferably 3.6% by weight, zinc oxide.  

Es war völlig überraschend, daß die Gasentwicklung von amalgamiertem oder nicht amalgamiertem Zinkpulver im alkalischen Elektrolyten einer Batterie dadurch gemindert werden kann, daß die Zinkoberfläche vor dem Einsatz in der Batterie mit einer wässerigen alkalischen Lösung behandelt wird.It was completely surprising that gas evolution from amalgamated or non-amalgamated zinc powder in the alkaline electrolytes of a battery thereby reduced can be that the zinc surface before use in the battery with an aqueous alkaline solution is treated.

Wie aus Fig. 3 entnommen werden kann, ist bereits be­ kannt, daß in alkalischen Batterien die Gasentwicklung des verwendeten Zinks stark von der im Elektrolyten vor­ handenen Konzentration an Zinkoxid abhängt. Eine hohe Konzentration an Zinkoxid senkt die Gasentwicklung er­ heblich.As can be seen from Fig. 3, it is already known that in alkaline batteries, the gas evolution of the zinc used strongly depends on the concentration of zinc oxide present in the electrolyte. A high concentration of zinc oxide significantly lowers gas development.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird aber der Zink­ oxidgehalt der Zinkoberfläche herabgesetzt, was zu einem Ansteigen der Gasentwicklung führen sollte. Stattdessen beobachtet man einen verstärkten Rückgang der Gasent­ wicklung, wie er aus den Fig. 1, 1a und 2 zu entnehmen ist.However, the zinc oxide content of the zinc surface is reduced by the process according to the invention, which should lead to an increase in gas evolution. Instead, an increased decline in gas development is observed, as can be seen from FIGS . 1, 1a and 2.

Die folgenden in den Figuren dargestellten Meßwerte be­ legen die Verminderung der Gasentwicklung von Zink am Beispiel von Zinkpulver durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren.The following measured values shown in the figures be put the reduction in gas evolution from zinc on Example of zinc powder by the inventive Ver drive.

Die Fig. 1 und 1a zeigen die Gasentwicklung von Zink­ pulver in ml bezogen auf 25 g Zinkpulver in Abhängigkeit von der Reaktionszeit in Tagen bei 70°C. Die Gasentwick­ lung wurde zunächst an normalem unbehandeltem Zinkpulver gemessen. Die anschließenden Versuchsreihen 1, 2 und 3 wurden mit erfindungsgemäß behandeltem Zinkpulver durchge­ führt, das in einer Lösung aus 33 Gew.-% KOH (Fig. 1) bzw. 33 Gew.-% KOH und 3,6 Gew.-% Zinkoxid (Fig. 1a) be­ handelt wurde. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Gas­ entwicklung der erfindungsgemäß behandelten Zinkpulver erheblich geringer ist als die der nicht vorbehandelten Zinkpulver. Figs. 1 and 1a show the evolution of gas by zinc powder in ml, based on 25 g of zinc powder in function of the reaction time in days at 70 ° C. The gas evolution was first measured on normal untreated zinc powder. The subsequent test series 1, 2 and 3 were carried out with zinc powder treated in accordance with the invention, which in a solution of 33% by weight KOH ( FIG. 1) or 33% by weight KOH and 3.6% by weight zinc oxide ( Fig. 1a) was acted. It can be clearly seen that the gas development of the zinc powder treated according to the invention is considerably less than that of the zinc powder not pretreated.

Der für den Gastest verwendete Elektrolyt enthielt 33 Gew.-% KOH und 4,8 Gew.-% Zinkoxid. In der Versuchsreihe 1 wurde Zinkoxid Grillo G6 verwendet. In der Versuchs­ reihe 2 Zinkoxid Grillo G9 und in der Versuchsreihe 3 Zinkoxid Grillo Pharma A. Weiterhin wurde KOH Typ 2 ver­ wendet, bei dem es sich um ein handelsübliches Material der Grillo-Werke handelt, das für den Einsatz in alka­ lischen Batterien ausgesucht wurde und KOH in einer Kon­ zentration von 90 bis 92 Gew.-% enthält.The electrolyte used for the gas test contained 33 % By weight KOH and 4.8% by weight zinc oxide. In the test series 1 Grillo G6 zinc oxide was used. In the trial series 2 Grillo G9 zinc oxide and in test series 3 Zinc oxide Grillo Pharma A. Furthermore KOH type 2 was used which is a commercially available material of the Grillo works, which is for use in alka batteries was selected and KOH in a con contains concentration of 90 to 92 wt .-%.

Aufgrund weiterer Versuche kann das erfindungsgemäße Ver­ fahren zur Gasentwicklungsminderung auch bei der Her­ stellung von Zinkpulverpasten Anwendung finden. Hierzu wird das Zinkpulver, wie vorstehend beschrieben, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt und anschließend ein Geliermittel und der für die Pastenrezeptur weiterhin erforderliche Elektrolyt zugegeben und durch Mischen die Paste erzeugt. Die bei der Pastenherstellung erreichte Minderung der Gasentwicklung ergibt sich aus Fig. 2. Es wurde das Gasvolumen in ml von einer Paste aus 25 g Zink­ pulver in Abhängigkeit von der Reaktionszeit in Tagen bei 70°C gemessen.Based on further tests, the process according to the invention for reducing gas development can also be used in the production of zinc powder pastes. For this purpose, the zinc powder, as described above, is treated by the process according to the invention and then a gelling agent and the electrolyte which is still required for the paste formulation are added and the paste is produced by mixing. The reduction in gas evolution achieved in paste production is shown in FIG. 2. The gas volume in ml of a paste of 25 g of zinc powder was measured as a function of the reaction time in days at 70.degree.

Sowohl aus Fig. 1 und 1a als auch aus Fig. 2 ist deut­ lich zu erkennen, daß die Gasentwicklung durch das erfin­ dungsgemäße Verfahren deutlich verringert wird. Both from Fig. 1 and 1a and from Fig. 2 can be seen Lich Lich that the gas evolution is significantly reduced by the inventive method.

In dem nachfolgenden Beispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.In the example below, this is the invention Procedure explained in more detail.

Beispielexample

In drei Gastest-Meßkolben wurden je 25 g Zinkpulver der Type Grillo GH 50-0 eingewogen. Die Kolben wurden mit 125 ml des Standard-Test-Elektrolyten mit 33 Gew.-% KOH Typ 2 und 4,8 Gew.-% Zinkoxid Typ Grillo Pharma aufgefüllt. Der übliche Gastest wurde durchgeführt. Die Ergebnisse der Gas-Entwicklungs-Bestimmung wurden in der beiligenden Fig. 1 als "normales Pulver" aufgetragen.25 g of zinc powder of the Grillo GH 50-0 type were weighed into three gas test volumetric flasks. The flasks were filled with 125 ml of the standard test electrolyte with 33% by weight KOH type 2 and 4.8% by weight zinc oxide type Grillo Pharma. The usual gas test was carried out. The results of the gas evolution determination were plotted as "normal powder" in the accompanying FIG. 1.

Parallel dazu wurden in drei Gastest-Meßkolben je 25 g Zinkpulver der Type Grillo GH 50-0 eingewogen. In jeden Kolben wurden 30 ml Elektrolyt, bestehend aus 33 Gew.-% KOH Typ 2 ohne Zinkoxid eingefüllt. Die Kolben wurden 10 min. geschüttelt, um eine Benetzung des Zinkpulvers mit dem Elektrolyt zu bewirken. Anschließend wurden die Kolben mit dem Standard-Test-Elektrolyten mit 33 Gew.-% KOH Typ 2 und 4,8 Gew.-% Zinkoxid Typ Grillo Pharma auf 125 ml Gesamt-Flüssigkeits-Volumen aufgefüllt. Der übliche Gas­ test wurde durchgeführt. Die Ergebnisse der Gas-Entwick­ lungs-Bestimmung wurden in Fig. 1 als "behandeltes Pulver" aufgetragen.At the same time, 25 g of zinc powder of the Grillo GH 50-0 type were weighed into three gas test volumetric flasks. 30 ml of electrolyte consisting of 33% by weight of KOH type 2 without zinc oxide were introduced into each flask. The flasks were 10 min. shaken to cause the zinc powder to wet the electrolyte. The flasks were then made up to 125 ml total liquid volume with the standard test electrolyte with 33% by weight KOH type 2 and 4.8% by weight zinc oxide type Grillo Pharma. The usual gas test was carried out. The results of the gas evolution determination were plotted in Fig. 1 as "treated powder".

Das Diagramm zeigt deutlich die Verringerung der Gas-Ent­ wicklung durch die Behandlung. Die Verminderung der Gas- Entwicklung ist nicht durch die Mischung der beiden Elek­ trolyten zu erklären, da diese Mischung insgesamt zu einem geringeren Zinkoxidgehalt im Elektrolyten führt und dieser gemäß dem Stand der Technik zu einer höheren Gasung führt als Elektrolyt mit 4,8 Gew.-% Zinkoxid.The diagram clearly shows the reduction in gas ent winding through treatment. The reduction in gas Development is not due to the mixture of the two elec to explain trolytes, since this mixture as a whole leads to a lower zinc oxide content in the electrolyte and this according to the prior art to a higher gassing leads as an electrolyte with 4.8 wt .-% zinc oxide.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verminderung der Gasentwicklung von Zink im alkalischen Elektrolyten einer alkalischen Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkober­ fläche vor dem Einbringen in den alkalischen Elektro­ lyten der Batterie mit einer wässerigen alkalischen Lösung behandelt wird.1. A method for reducing the gas evolution of zinc in the alkaline electrolyte of an alkaline battery, characterized in that the zinc surface is treated with an aqueous alkaline solution before being introduced into the alkaline electrolyte of the battery. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Zink amalgamiertes oder nicht amalgamiertes Zink ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that the treated zinc was amalgamated or not amalgamated zinc. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die alkalische Lösung in einer Konzentration Zinkoxid enthält, die geringer ist als die im alkalischen Elektrolyten der Batterie.3. The method according to claims 1 or 2, characterized ge indicates that the alkaline solution in a Contains zinc oxide concentration that is less than those in the alkaline electrolyte of the battery. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Behandeln als zusätzliche Passivierung ein organischer Inhibitor eingebracht wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized records that after treatment as an additional Passivation introduced an organic inhibitor becomes. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der organische Inhibitor ein Gly­ koltensid ist.5. The method according to claims 1 to 4, characterized ge indicates that the organic inhibitor is a Gly is coltsid. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die alkalische Lösung 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 3,6 Gew.-%, Zinkoxid enthält.6. The method according to claims 1 to 5, characterized ge indicates that the alkaline solution 0.1 to 5 % By weight, preferably 3.6% by weight, of zinc oxide.
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