DK167041B1 - Elektrode og elektrokemisk celle og anvendelse heraf - Google Patents

Description

i DK 167041 B1

Den foreliggende opfindelse angår en elektrode til en elektrokemisk celle, hvilken elektrode omfatter fast aktivt elektrodemateriale og anvendelse af en sådan elektrode i en elektrokemisk celle.

5 Det er kendt ved elektrokemi ske celler, at cellens effekt vokser med voksende berøringsflade mellem elektrolytten og elektroden. Et trin i denne effektforøgende retning har været udviklingen af parti kelformige aktive masser (pasta), f.eks. i bly-syreceller.

Ved eksempelvis pladeelektroder har man også i dette effektforøgende 10 øjemed forøget berøringsfladen af den kompakte ramme og strømkol-lektoren, som bærer den aktive masse, ved hjælp af spor. Sådanne med kompakt ramme forsynede elektroder er nødvendigvis tunge. Reduceret vægt har man tilvejebragt ved at anvende et gitter eller strækmetal net som bærer for den aktive masse og som strømkollektor. Også 15 sådanne gitre bidrager imidlertid væsentligt til cellens totalvægt. Sådanne pladeformige elektroder kræver endvidere særskilte separatorer og har en tendens til at smuldre, dvs. frigøre partikler af aktiv masse. Dette har kunnet modvirkes ved udformning af elektrodeseparatoren som en lomme for elektrodepladen. I såkaldte rørelek-20 troder er den aktive masse indeholdt i makroporøse rør eller slanger af f.eks. flettede glas- eller syntetfibre, jfr. f.eks. US patentskrift nr. 4.537.842.

Sådanne rør eller slanger kan fremstilles med en indvendig diameter, som nedadtil er begrænset til ca. 4 mm. Tillige gør deres 25 makroporøsitet det muligt, at dele af indesluttet aktiv masse forlader røret, ikke mindst når aktiv masse svulmer op under lad-ning/afladning. Rørene revner iøvrigt ikke sjældent under denne opsvulmning.

Ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved det i krav l's 30 kendetegnende del angivne, er det faste aktive elektrodemateriale indesluttet i hulfibre med elektrolyt (ion)-permeable mikroporøse periferi vægge, hvilke hulfibre dels støtter det aktive materiale, dels tjener som elektrodeseparator. Flere tusinde af sådanne hul -fibre kan findes i én elektrode. Egnede hul fibre er af termoplast og 35 er kendt fra ultrafiltreringsteknikken. Sådanne plasthul fibre har den fordel, at de er lette og elastiske eller i det mindste eftergivende, hvilket medfører, at fibrene kan give efter for udvidelse af aktivt materiale og er formbare til en vilkårlig konfiguration.

Hvis hul fibermaterialet er elastisk, opnås den fordel, at hulfiberen DK 167041 Bl 2 følger med i det aktive materiales volumenvariation under oplad-ning/afladning og på denne måde holder partiklerne i det aktive materiale sammen.

Opfindelsen er anvendelig til både negative og positive elek-5 troder med fast aktivt elektrodemateriale og til alle typer af elektrokemi ske celler, som arbejder ved moderate temperaturer såvel primær- som sekundærceller, f.eks. litium-, bly-syre- og alkaliske nikkelceller. Hul fibermaterialet vælges således, at det er modstandsdygtigt mod elektrolytten (f.eks. polysulfon for sur βίβλοι O lyt og polyamid for alkalisk elektrolyt). Hul fibrenes øvrige karak teristika, såsom indvendig diameter, vægtykkelse, porediameter og porøsitet, kan fagmanden også afpasse til det aktive materiale, som hulfibrene skal indeholde, og til reaktionsmiljøet i cellen. Man forestiller sig, at diametren hensigtsmæssigt er < 3 mm, vægtykkel-15 sen hensigtsmæssigt < 300 øm, og porøsiteten > 50%. Hulfibrene kan have en tværsnitsform, som afviger fra cirkulær.

Et udførelseseksempel på opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til vedlagte principtegning, og eksemplet vedrører en bly-syrecelle.

20 På tegningen omfatter en elektrode et bundt A af et stort antal hulfibre 1, som er fyldt med blydioxidpulver. En anden elektrode omfatter et andet bundt B af et stort antal elektrolyt- (svovlsyre-) permeable elastiske hulfibre 2, som er fyldt med svampet bly.

Hul fibrene l's ene ende Γ er lukket, ligesom hul fibrene 2' s ene 25 ende 2' er lukket. Bundterne A og B er ført sammen, så at deres hul fibre griber ind mellem hinanden med hul fiberenderne Γ og 2' vendende bort fra hinanden. De andre ender 1" henholdsvis 2" af hul fibrene 1 og 2 er forbundet indbyrdes ved hjælp af et blylegeme 3 og 4, som står i elektrisk ledende kontakt med den aktive masse 30 (blydioxid og svampebly) i de respektive bundters hulfibre 1,2. Legemerne 3 og 4 danner poler for en celle, som er kompletteret ved hjælp af en beholder 5, som indeholder svovlsyre. Beholderen er tætnet omkring polerne på passende måde. Hul fibrene 1 og 2 er i eksemplet på markedet tilgængelige syrefaste polysulfonhul fibre af 35 ultrafiltreringskvalitet med en diameter på 200 μπι og en vægtykkelse på 40 /im.

Fyldningen af hul fibrene i elektroden med aktiv masse kan udføres således, at en opslæmning af aktiv masse eller forstadier dertil med pumpe indtrykkes i de til bundtet samlede fibre gennem DK 167041 B1 3 den ene åbne ende deraf. Hul fibrenes anden ende er herunder lukket, f.eks. tilvejebragt ved sammensmeltning. Fiberhul rummene fyldes herved efterhånden med aktiv masse, medens opslæmningsvæsken forsvinder gennem fibrenes porer. Efter fyldning af fiberhulrummene med 5 aktiv masse dyppes bundtets åbne ende i smeltet bly for dannelse af en pol. Polen kan alternativt dannes af en strømskinne, som står i forbindelse med fine metaltråde (strømkollektor), som er indstukket i hver sin hul fiber. Titantråde nævnes her som eksempel for en bly-syrecelle.

10 På tegningen er hulfibrene 1 i bundtet A vist placeret skifte vis med hulfibrene 2 i bundtet B, hvilket naturligvis ikke er en nødvendighed. Mangfoldigheden af hulfibre i bundterne A og B gør en sådan præcision ved sammensætning af bundterne A og B unødvendig.

15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Elektrode til elektrokemisk celle, hvilken elektrode omfatter fast aktivt elektrodemateriale, kendetegnet ved, at 5 det aktive elektrodemateriale er optaget i en flerhed af hul fibre af et eftergive!igt plastisk materiale, der er permeabelt for elektrolyt og har en porediameter < 20 μιη.

2. Elektrode ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hul -fibrene danner et bundt.

3. Elektrode ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at hul fibrene består af plast.

4. Elektrode ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, k e nd e t e g n e t ved, at hul fibrene består af elastisk materiale.

5. Elektrode ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at hulfibrene har en diameter < 3 mm.

6. Elektrode ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at hul fibrene har en vægtykkelse < 300 fm.

7. Anvendelse af mindst én elektrode ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6 i en elektrokemisk celle.

8. Anvendelse af to elektroder ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6 med modsat polaritet i en elektrokemisk celle, kendetegnet ved, at elektrodernes hul fibre er indskudt mellem 25 hinanden.

9. Anvendelse af en eller flere elektroder ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6 i en bly-syrecelle. 30 35