SE455828B - Forfarande for framstellning av en katod for en elektrokemisk cell med smelt natriumanod - Google Patents

Forfarande for framstellning av en katod for en elektrokemisk cell med smelt natriumanod

Info

Publication number
SE455828B
SE455828B SE8402754A SE8402754A SE455828B SE 455828 B SE455828 B SE 455828B SE 8402754 A SE8402754 A SE 8402754A SE 8402754 A SE8402754 A SE 8402754A SE 455828 B SE455828 B SE 455828B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
matrix
electrolyte
nacl
sodium
cathode
Prior art date
Application number
SE8402754A
Other languages
English (en)
Other versions
SE8402754D0 (sv
SE8402754L (sv
Inventor
R C Galloway
R J Bones
D A Teagle
M L Wright
Original Assignee
Lilliwyte Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lilliwyte Sa filed Critical Lilliwyte Sa
Publication of SE8402754D0 publication Critical patent/SE8402754D0/sv
Publication of SE8402754L publication Critical patent/SE8402754L/sv
Publication of SE455828B publication Critical patent/SE455828B/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49108Electric battery cell making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

455 828 kopplas med en lämplig anod och som blir en katod efter att det har utsatts för minst en laddningscykel.
Förfarandet kan omfatta bildning av grundmassan från åtmins_ tone en ur gruppen bestående av övergångsmetallerna och de mellanliggande hårda eldfasta metallföreningarna. Bildning av grundmassan kan omfatta sintring av partiklar, såsom pulver eller fibrer därav, i reducerande atmosfär. Bildning av grund- massan kan i stället omfatta bildning av en partikelformig blandning därav med ett organiskt bindemedel, pressning av blandningen till en enhetlig kropp och sönderdelning av bin- demedlet genom upphettning av blandningen under vakuum till en temperatur över 400°C, vilken är tillräcklig för pyrolysering av bindemedlet. Exempelvis kan en karbid av ifrågavarande övergângsmetall blandas med en liten mängd kolbildande organiskt bindemedel, såsom ett fenolformaldehydharts, varefter den er- hållna blandningen pressas till en elektrodform och hartset sönderdelas i vakuum vid en temperatur över 600°C, vilken tem- peratur väljes för pyrolysering av bindemedlet till ledande kol.
Införlivandet av NaCl i grundmassan kan utföras samtidigt med bildningen av grundmassan, varvid grundmassan bildas av par- tikelformigt material och NaCl i finfördelad partikelform dispergeras i det partikelformiga materialet, varav grund- massan bildas, före bildning av grundmassan. Därvid kan grund- massan bildas på ovan beskrivet sätt. I stället kan NaCl införlivas med grundmassan genom nedsänkning av grundmassan i en vattenhaltig NaCl-lösning, följt av torkning. NaCl kan även införlivas med grundmassan genom smältning av elektro- lyten och suspendering av partikelformig NaCl i finfördelad form i den smälta elektrolyten före impregnering av grund- massan med elektrolyten, följt av impregnering av grundmassan med elektrolyten tillsammans med däri suspenderad NaCl. Det framgår av det ovanstående att NaCl kan införlivas med grund- massan på ett antal olika lämpliga sätt och att den t.o.m. kan 455 828 införlivas med grundmassan helt enkelt genom impregnering av grlllldmâsåan med Smält NäCl genom kapilläreffekfi Och vekeffekt.
Då NaCl införes genom doppning kan detta utgöra ett upprepat förfarande med flera doppningar i en vattenhaltig NaCl-lösning, följt av på varandra följande torkningar i en vakuumugn.
Impregnering av grundmassan med den smälta saltelektrolyten kan i sin tur även utföras med hjälp av vakuumimpregnering med elektrolyten i smält tillstånd.
Katoden kommer, då den bildas på ovan beskrivna sätt från en övergångsmetall, att vara i sitt urladdade tillstånd och kan därefter direkt monteras i en elektrokemisk cell.
Om katoden har bildats av en grundmassa av mellanliggande eld- fast hård metallförening, kan katoden monteras i en cell, ty- piskt efter att den utsatts för ett antal laddnings/urladdnings- cykler såsom katod i en elektrokemisk cell (ej nödvändigtvis den cell, vari den slutligen skall användas), för konditione- ring och aktivering därav genom halogenering av den mellanlig- gande eldfasta hårda metallföreningen så att katoden blir fär- dig för omedelbar användning i den slutliga cell, i vilken den utgör en del. Då denna typ av katod ej konditioneras före mon- tering i cellen, vari den slutligen avses att användas, men direkt införes i sådan cell, kommer konditionering genom att utsätta den för laddnings/urladdningscykler i denna cell att vara nödvändig för aktivering därav genom halogenering av den mellanliggande eldfasta hårda metallföreningen för att bringa katoden till dess driftprestanda med maximal potential i cel- len.
Enligt Van Nostrand's Scientific Encyclopedia utgör en lämplig klassificering av binära kolföreningarg jon--eller salt- liknande karbider, mellanliggande karbider, mellanrumskarbider, Iespkovalenta binära kolföreningar. 455 828 I samma hänvisning anges vidare att uttrycket mellanliggande karbider avser föreningar som till kännetecknen ligger mellan jonkarbiderna och mellanrumskarbiderna. De mellanliggande karbiderna, såsom de av krom, mangan, järn, kobolt och nickel, liknar jonkarbiderna genom att de reagerar med vatten eller utspädda syror för att ge kolväten och liknar mellanrumskarbi- derna med avseende pâ den elektriska ledningsförmågan, opaci- teten och metallglansen.
Dessa fem metallkarbider är därför erkända såsom en skild grupp, i likhet med boriderna, nitriderna, siliciderna och fosfider- na av dessa fem metaller på samma sätt.
Av denna anledning har de eldfasta hårda metallföreningarna enligt föreliggande uppfinning i föreliggande beskrivning identifierats såsom mellanliggande eldfasta hårda metallföre- ningar.
Metallerna omfattande krom, mangan, järn, kobolt och nickel är enastående genom att deras atomradier erhållna enligt Goldschmidt och Pauling ("Refactory Hard Metals" (1953) - Schwarzkopf och Kieffer sid. 12, 13) ligger inom omrâdet 1,24 - 1,27 Å. Deras atomradier är därför betydligt mindre än de för andra metaller, som bildar eldfasta hårda metaller.
I samma hänvisning omnämnes även Hägg's observation, att karbider av dessa fem metaller på grund av den lilla atom- radien för metallerna uppvisar radieförhållanden (kolradie:me- tallradie) som är något större än 0,59 och att de således har komplicerade strukturer. För de andra övergångsmetallerna där förhållandet är under 0,59 kan de observerade strukturerna i alla fallen beskrivas såsom ett tätpackat arrangemang av me- tallatomer med kolatomer i mellanrummen i gittret.
I Linus Pauling's teori med avseende på metallbindning utgör en nyckelförutsättning att mellanatomavståndet utgör ett mått på bindningens styrka och således på antalet elektronpar, som resonerar mellan de tillgängliga positionerna i metallkristal- len. I den första långa perioden i det periodiska systemet an- 455 828 tyder de observerade radierna i respektive metallkristaller att antalet resonansbindningar - dvs. i Pauling's teori metall- valensen för atomen - ökar från 1 till 5,78 i serierna K, Ca, Sc, Ti, V, Cr; förblir vid 5,78 för Mn, Fe, Co och Ni; och börjar falla med Cu. Dessutom uppvisar endast Cr, Mn, Fe, Co och Ni ett överskott av elektroner tillgängliga för att be- sätta d-atomorbitalerna efter att det erforderliga antalet bind- ningselektroder uteslutits från det totala antalet yttre elektroner.
Pauling har tillämpat ovanstående teori för att förklara de ovanliga strukturerna för monosilicider av krom, mangan, järn, kobolt och nickel och drog den slutsatsen, att de bildar en serie, vari metallorbitalerna, som utnyttjas vid bildning av metall-kiselbindningarna uppvisar en ökande mängd d-känne- tecken.
Medan tillgängliga termodynamiska data för metallborider, -silicider och -fosfider är något ofullständiga, finns det trots detta tillräckliga data för att spåra enkla tendenser med avseende på bildningsvärme och smältpunkter. Värdena för föreningarna av krom, mangan, järn, kobolt och nickel visar sig vara avsevärt lägre än för titan och vanadin och visar en- dast måttliga variationer.
Då olika teoretiska resonemang med avseende på elektronkonfi- guration och -bindning i eldfasta hårda metaller har förut- satts och då deras kristallkemi uppvisar stor variation är det ej möjligt att enbart med ledning av teoretiska resonemang kategoriskt förklara varför mellanliggande eldfasta hårda me- tallföreningar av krom, mangan, järn, kobolt och nickel uppvi- sar tillräcklig elektrokemisk aktivitet för användning såsom katoder, medan eldfasta hårda metallföreningar av vissa be- släktade övergângselement ej fungerar under motsvarande för- söksbetingelser.
Utan att binda uppfinningen till en speciell teori är det trots detta troligtatt_denna skillnad kan vara berättigad och att klassificeringen av dessa metaller såsom en grupp kan vara berättigad på grundval av vissa erhållna bevis. Ur praktisk synpunkt har dessutom utförda försök visat att huvuddelen av de mellanliggande eldfasta hårda metallföreningarna som användes vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning, uppvisar elektrokemisk aktivitet, medan eldfasta hårda metallföreningar av vissa andra övergångsmetaller ej upp- visar tillräcklig elektrokemisk aktivitet under samma be- tingelser för att berättiga deras användning såsom katoder i elektrokemiska celler.
Genom förfarandet enligt uppfinningen blir det således möj- ligt att framställa en katod för en elektrokemisk cell.
Vidare blir det möjligt att framställa en elektrokemisk cell, som omfattar en sådan katod, tillsammans med en därmed kombinerbar anod, varvid anoden och katoden är sammankopplade genom en kombinerbar elektrolyt.
Speciellt möjliggör förfarandet enligt uppfinningen fram- ställning av en elektrokemisk cell, vari anoden utgöres av en natriumanod, som är smält vid cellens arbetstemperatur, och vari elektrolyten utgöres av samma smälta saltelektro- lyt av natriumaluminiumhalogenid, som den, varmed katod- grundmassan är impregnerad, och som är smält vid cellens arbetstemperatur, varvid det finns en fast ledare av natriumjoner eller en mikromolekylsil, som innehåller natrium sorberat däri, mellan anoden och elektrolyten och som isole- rar anoden från elektrolyten, varvid proportionerna natrium- joner och aluminiumjoner i elektrolyten väljes på sådant sätt, att lösligheten för den aktiva katodsubstansen i den smälta elektrolyten är vid eller nära dess minimum. Även om katoden har framställts från en grundmassa omfattande en övergângsmetall kommer cellen företrädesvis att ha utsatts för ett flertal laddnings/urladdningscykler för konditionering av katoden. En liten mängd natrium tillhandahàlles på anod- sidan av den fasta ledaren eller silen, då katoden monteras i urladdat tillstånd för erhållande av god vätning.
Då en fast ledare isolerar anoden från den smälta saltelektro- ~=-r r, 455 828 lyten kan den fasta ledaren bestå av nasicon, dvs. en fast elektrolyt med den allmänna formeln Na3Zr2PSi2O12, eller beta-aluminiumoxid. Den smälta saltelektrolyten består i sin tur, såsom nämnts ovan, företrädesvis av en elektro- lyt baserad på natriumaluminiumklorid.
Med avseende på den fasta ledaren eller mikromolekylsilen innebär “isolerande", att allt jonformigt natrium eller me- talliskt natrium, som rör sig från anoden till elektrolyten eller tvärt om måste passera genom den inre kristallstruktu- ren i den fasta ledaren eller genom den mikroporösa inre de- len av mikromolekylsilen.
Såsom en smält saltelektrolyt kan natriumaluminiumklorid, be- roende pâ proportionerna mellan natrium och aluminium, ha en smältpunkt av storleksordningen 150°C eller mindre och den aktiva katodsubstansen kan, likaledes beroende på dess samman- sättning, vara praktiskt taget olöslig däri och dessa känne- tecken är önskvärda.
Denna elektrolyt kan innehålla en mindre proportion av upp till t.ex. 10 massprocent och vanligtvis mindre av ett dop- ningsmedel, såsom en alkalimetallhalogenid annan än natrium- klorid, med hjälp av vilken dess smältpunkt minskas. Dopnings- medlet kan således omfatta en alkalimetallfluorid, men propor- tionerna för beståndsdelarna i elektrolyten bör väljas så att lösligheten för den aktiva katodsubstansen i elektrolyten hål- les vid ett minimum.
Det har visat sig att minimilösligheten för den aktiva katod- substansen i natriumaluminiumkloridelektrolyter (som kan vara dopade enligt ovanstående beskrivning) sker då molförhållandet alkalimetallhalogenid till aluminiumhalogenid är ca 1 : 1.
Med andra ord bör de relativa mängderna av alkalimetalljoner, aluminiumjoner och halogenidjoner motsvara väsentligen den stökiometriska produkten M Al X4 vari M betecknar alkalimetallkatjoner och X betecknar halogenidanjoner. i ßšsï 828 Sådana elektrolyter finns bland dem, som beskrives i US- -patentet 4 287 271.
Pâ detta sätt kan proportionerna för beståndsdelarna väljas så att smältpunkten för elektrolyten vid atmosfärstryck är under 140°C. Mindre proportioner dopningsmedel kan tolereras i elektrolyten, t.ex. substanser, som kommer att joniseras i den smälta elektrolyten för att ge joner, som påverkar elektro- lytens elektrolytiska effekt eller, såsom nämnts ovan, substan- ser som minskar dess smältpunkt, men deras beskaffenhet och mängd bör vara sådana att de väsentliga kännetecknen ej ändras för elektrolyten så som en natriumaluminiumkloridelektrolyt, vari M Al X4-produkten bibehâlles.
Då cellen innehåller en mikromolekylsil kan denna betraktas såsom en ledare av natriummetall och/eller natriumjoner, be- roende på mekanismen, varigenom natrium transporteras därigenom.
Med "mikromolekylsil“ avses en molekylsil med sammanbundna hålrum och/eller kanaler i sitt inre och fönster och/eller po- rer í.dessyta,som leder till hâlrummen och kanalerna, varvid fönstren, porerna, hålrummen och/eller kanalerna har en stor- lek av högst 50 A och företrädesvis mindre än 20 Å.
Lämpliga mikromolekylsilar utgöres av mineraliska mikromole- kylsilar, dvs. oorganiska gitter eller ramverksstrukturer, så- zeoliterna 13X, 3A, 4A eller lik- nande, även om vissa väsentligen organiska mikromolekylsilar, som tektosilikater, t.ex. såsom klatrater, i vissa fall kan vara lämpliga.
Den aktiva katodsubstansen bör företrädesvis vara jämnt för- delad genom hela grundmassan; och den bör vara i finfördelad partikelform och/eller vidhäfta såsom fina partiklar eller ett tunt skikt vid grundmassan, företrädesvis så att det ej finns närvarande några stora partiklar eller tjocka skikt av aktiv katodsubstans och företrädesvis så att ingen av den aktiva katodsubstansen är fysikaliskt skild från materialet i grund- massan, som fungerar såsom strömavtagare,genom en överdriven 455 828 fördelning på stora avstånd, t.ex. i stora hâlrum i grund- massan. Med andra ord bör den aktiva katodsubstansen företrä- desvis befinna sig nära och häfta vid materialet i grundmas- san och bör vara sâ tunt utspridd som är möjligt med hänsyn till grundmassans porositet och mängden katodsubstans, som måste vara närvarande. Stora partiklar eller tjocka skikt av aktiv katodsubstans kommer ej att hindra cellens arbete, utan kommer enbart att vara ineffektivt, varvid en del av den aktiva katodsubstansen, som befinner sig på avstånd från katodmate- rialet, enbart kommer att utgöras av dödvikt.
Efter montering av cellen i ovan beskrivna form med dess katod i urladdat tillstånd kommer cellen i praktiken att upphettas till sin arbetstemperatur, vilken kommer att ligga inom omrâ- det 150 - soo°c, typiskt zso - 350%, ooh katoden kommer att konditioneras elektrokemiskt genom att den utsättes för ovan nämnda laddnings/urladdningscykler. Företrädesvis sker ladd- ningen av cellen vid låg hastighet, typiskt inom området milliampere per kvadratcentimeter vid en spänningsgräns av ca 0,15 volt ovanför cellens jämviktsspänning vid öppen krets.
Om ifrågavarande övergångsmetall eller -metaller betecknas med M kan reaktionen vid uppladdning betecknas enligt följande: M + 2NaCl > MCl2+2Na Exempelvis är spänningen för öppen krets för Fe/FeCl2//Na 2,32 volt vid 250°C och spänningen för den öppna kretsen Ni/Niciz//Na är 2,59 voit vid 250%.
Under konditionering urladdas cellen, typiskt likaledes vid låg hastighet av ca 15 mAcm-2, varje gång till en spänning av ca 0,5 volt under jämviktsspänningen för öppen krets. Uppre- pade cykler under dessa laddnings- och urladdningsbetingelser fortsätter så länge som är nödvändigt tills katoden har kon- ditionerats, t.ex. upp till ca 30 cykler. Konditioneringen resulterar i en stabil reversibel kapacitet över ca 85 % av den teoretiska kapaciteten baserad på tillsatt vikt NaCl.
Cellen kan därefter användas, t.ex. såsom en energilagrings- 455 828 cell, vid mycket högre strömtätheter i storleksordningen upp till ca 1so mA/cmz vid urlaaaning os: upp till 50 mA/cmz via ladd- ning.
I stället för konditionering vid en fast laddnings- och ur- laddningshastighet under varje konditioneringscykel är det möj- ligt att gradvis öka strömtätheterna under konditioneringscyk- lerna allt efter att konditioneringsprocessen fortgår.
Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till föl- jande icke begränsande utföringsexempel: Exemgel 1 En porös grundmassa framställdes genom sintring av järnpulver.
Grundmassan var 14 mm tjock och hade en prositet av 65 %, dvs. 65 % av dess inre volym omfattade sinsemellan sammanbundna hålrum och kanaler, som stod i förbindelse med porer på dess yta.
En suspension av finfördelad NaCl (väsentligen finare än porer- na i grundmassan) i smält NaAlCl4 (en ekvimolar blandning av NaCl och AlCl3) framställdes. Proportionen NaCl i NaAlCl4 var ca 40 massprocent och partikelstorleken för NaCl var ca 20 mikrometer. Grundmassan mättades därefter med denna smälta suspension genom vakuumimpregnering.
Den urladdade Fe/FeCl2-katoden, som framställts på dessa sätt, monterades i en provcell med en natriumanod, en fast elektro- lyt av beta-aluminiumoxid mellan anoden och katoden och en fly- tande elektrolyt omfattande nämnda NaAlCl4 mellan beta-alumi- niumoxiden och katoden och mättad i katoden.
Den på detta sätt bildade cellen utsattes därefter för ett flertal laddnings/urladdningscykler vid 250°C med användning - 0,2 A (ca 5 - 10 A/cmz) till en spänningsgräns av ca 0,15 volt över jämviktsspänningen vid öppen krets av ca 2,35 volt för Fe/FeCl2//Na vid 250°C; och en ur- laddningsström av 0,5 A till en spänning av ca 0,5 volt under av en laddningsström av 0,1 jämviktsspänningen för öppen krets. 455 828 11 I fig. 1 visas ett diagram över utvalda cellcykler under de första 15 cellcyklerna, varvid cellspänningen är avsatt mot procentuell teoretisk kapacitet. I fig. 1 visas den andra, tionde och femtonde urladdningskurvan och den tionde och fem- tonde laddningskurvan.
Efter ungefär den femtonde till den sjuttonde cykeln genomgick cellen ytterligare kretslopp i femton cykler vid en laddnings- hastighet av ca 0,5 A och en urladdningshastighet av ca 1,0 A mellan samma spänningsgränser som under den första konditio- neringen. Efter totalt 32 cykler betraktades cellen som helt konditionerad och drevs därefter i ytterligare 11 cykler vid en laddningshastighet av 0,5 A och en urladdningshastighet av 2,0 A. En kurva över kapaciteten (Ah) och cellresistansen (ohm cm2) mot antalet cykler visas på fig. 2.
Efter de tet av storleksordningen 85 % av dess teoretiska kapacitet och cyklerna visade sigkatoden ha en reversibel kapaci- efter de 32 cyklerna hade katoden en stabil reversibel kapaci- tet över 85 % av dess teoretiska kapacitet. Det är troligt att en liknande konditionering vid 300°C Skulle ge liknande resultat efter färre, t.ex. ca 5 cykleg som efter de 15 cyklerna vid 25000 då en ökning av celltemperaturen minskar antalet erforderliga cellcykler.
Exempel 2 En nickelbaserad katod enligt uppfinningen framställdes från en 2 mm tjock nickelgrundmassa bildad av sintrat nickelpulver för erhållande av en porositet av ca 80 % och NaCl införliva- des i grundmassan genom upprepad doppning av grundmassan i en mättad vattenhaltig NaCl-lösning, följt av torkning i en vakuum- ugn, tills grundmassan erhållit en viktökning av ca 40 %.
Katoden monterades i en cell enligt beskrivning i exempel 1 och utsattes för konditionering genom laddning/urladdning på samma sätt som i«æ«aqel 1 (laddning vid 0,1 A (ca 5 mA/cmz) och urladdning vid 0,5 A). Nästan omedelbart visade den sig ha en kapacitet över 85 % av den teoretiska kapaciteten (fig. 3). 455 828 12 Exempel 3 En annan nickelbaserad katod framställdes genom blandning av natriumklorid och nickelpulver (i ett massförhållande av ca 1:2,5) till en vattenhaltig uppslamning och gjutning runt en arkformig nickelströmavtagare. Efter torkning sintrades kato- den under väte vid upp till 800°C i 5 timmar. Katoden impreg- nerades med smält NaAlCl4 (ekvimolar blandning av NaCl och AlCl3) och monterades därefter i en cell enligt ovanstående be- skrivning.
Celltemperaturen hölls konstant vid 250°C och under de första _fyra cyklerna ger en långsam laddning vid 100 mA (4 mA/cmz) till 2,8 volt en kapacitet av 2,86 Ah, varav 2,5 Ah utvanns vid 200 mA (8 mA/cmz) (fig. 4). Laddningshastigheten ökades till 400 mA (16 mA/cm2) och urladdningshastigheterna ökades till aoo mA (32 mA/cmz) från cykel s till cykel 18, varunder en sänkning av kapaciteten observerades till ett värde av 2,2 Ah.
Prestanda förblev konstanta från cykel 19 till 39 med en ökad laddningshastighet av 1 A (40 mA/cmz). Urladdningscykel 4¥"(2 A) och urladdningscykel 42 (2,5 A) gav fortfarande en kapacitet av mer än 2 Ah (80 % av den första urladdningen).
Det bör slutligen noteras att det enligt uppfinningen är möj- ligt att konditionera en grundmassa omfattande en porös sint- rad blandning av två eller flera av Fe, Ni, Co, Cr och Mn för bildning av en katod enligt uppfinningen.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 455 828 13 Patentkrav
1. l. förfarande för framställning av en katod lämplig för en elektrokemisk cell av den typ, som omfattar en natriumanod, som är smält vid arbetstemperaturen för cellen, en smält saltelektrolyt av natriumaluminiumhalogenid, som likaledes är smält vid arbetstemperaturen för cellen, en katod, som är 1 form av en elektronledande elektrolytgenomtränglig grundmassa impregnerad med elektrolyten, och en fast ledare av natrium- joner eller en mikromolekylsil, som innehåller natrium scr- berat däri, vilken ledare eller sil är anordnad mellan anoden och elektrolyten och isolerar anoden från elektrolyten, varvid proportionen natriumjoner och aluminiumjoner i elektrolyten väljes så att lösligheten för katoden i den smälta elektro- lyten är vid eller nära dess minimum, varvid den elektrolyt- genomträngliga grundmassan bildas från 1) Fe, Ni, Co, Cr och/eller Mn och/eller 2) en eller flera mellanliggande eld- fasta hårda metallföreningar av Fe, Ni, Co, Cr och/eller Mn med kol, kisel, bor, kväve och/eller fosfor, och grundmassan impregneras med en smält saltelektrolyt av natriumaluminium- halogenid, k ä n n e t e c k n a t av att natriumklorid i dispergerad form införlivas med den elektrolytgenomträngliga grundmassan.
2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att grundmassan bildas av minst en av metallerna och/eller för- eningarna genom sintring av partiklar därav i en reducerande atmosfär.
3. förfarande enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att grundmassan bildas av minst en av metallerna och/eller metall- föreningarna i partikelform genom bildning av en partikelfor- mig blandning därav med ett organiskt bindemedel i partikel- form, pressning av blandningen till en enhetlig kropp och sönderdelning av bindemedlet genom upphettning av blandningen under vakuum till en temperatur över 400°C, vilken år till- räcklig för pyrolysering av bindemedlet. 10 15 20 25 455 -828 ' 14
4. Förfarande enligt krav 2 eller 3. k ä n n e t e c k n a t av att NaCl införlivas med grundmassan samtidigt med bildning- en av grundmassan, varvid NaCl i finfördelad partikelfom dis- pergeras 1 det partikelformiga materialet, varifrån grundmas- san bildas, före bildningen av grundmassan.
5. förfarande enligt något av kraven l-3. k ä n n e t e c k - n a t av att NaCl införlivas med grundmassan genom doppning av grundmassan 1 en vattenhaltig NaCl-lösning, följt av tork- ning.
6. förfarande enligt något av kraven 1-3, n a t k ä n n e t e c k - av att NaC1 införlivas med grundmassan genom smâltning av elektrolyten och suspendering av partikelformig NaCl 1 finfördelad form i den smälta elektrolyten före impregnering av grundmassan med elektrolyten, följt av impregnering av grundmassan med elektrolyten tillsammans med däri suspenderad NaCl.
7. Förfarande enligt något av kraven l-3. Ilaf. k ä n n e t e c k - av att NaCl införlivas med grundmassan genom impregne- ring av grundmassan med smält NaCl genom kapilläreffekt och vekeffekt.
8. Förfarande enligt något av kraven l-7, n a t k ä n n e t e c k - av att impregneringen av grundmassan med den smälta elektrolyten sker med hjälp av vakuumlmpregnering med elektro- lyten i smält tillstànd. '
SE8402754A 1983-05-23 1984-05-22 Forfarande for framstellning av en katod for en elektrokemisk cell med smelt natriumanod SE455828B (sv)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB838314235A GB8314235D0 (en) 1983-05-23 1983-05-23 Electrochemical cell

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE8402754D0 SE8402754D0 (sv) 1984-05-22
SE8402754L SE8402754L (sv) 1984-11-24
SE455828B true SE455828B (sv) 1988-08-08

Family

ID=10543213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8402754A SE455828B (sv) 1983-05-23 1984-05-22 Forfarande for framstellning av en katod for en elektrokemisk cell med smelt natriumanod

Country Status (10)

Country Link
US (1) US4529676A (sv)
JP (1) JPS59224077A (sv)
AU (1) AU563706B2 (sv)
CA (1) CA1221731A (sv)
DE (1) DE3419279A1 (sv)
FR (1) FR2546668B1 (sv)
GB (2) GB8314235D0 (sv)
IT (1) IT1196116B (sv)
SE (1) SE455828B (sv)
ZA (1) ZA843543B (sv)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8319749D0 (en) * 1983-07-22 1983-08-24 Ind Distributors Shannon Ltd Electrochemical cell
GB8523444D0 (en) * 1985-09-23 1985-10-30 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8613800D0 (en) * 1986-06-06 1986-07-09 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8613799D0 (en) * 1986-06-06 1986-07-09 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8613796D0 (en) * 1986-06-06 1986-07-09 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8812586D0 (en) * 1988-05-27 1988-06-29 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8828229D0 (en) * 1988-12-02 1989-01-05 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8828230D0 (en) * 1988-12-02 1989-01-05 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8829949D0 (en) * 1988-12-22 1989-02-15 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB8829948D0 (en) * 1988-12-22 1989-02-15 Lilliwyte Sa Electrochemical cells
US4975344A (en) * 1989-12-01 1990-12-04 Lilliwyte Societe Anonyme Electrochemical cell
GB9005484D0 (en) * 1990-03-12 1990-05-09 Lilliwyte Sa Electrochemical cell
GB9005485D0 (en) * 1990-03-12 1990-05-09 Aabh Patent Holdings Electrochemical cell
US5019470A (en) * 1990-03-30 1991-05-28 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Metal chloride cathode for a battery
GB9007998D0 (en) * 1990-04-09 1990-06-06 Aabh Patent Holdings Electrochemical cell
CA2042322A1 (en) * 1990-05-16 1991-11-17 Roger J. Bones Electrochemical cells
GB9011035D0 (en) * 1990-05-16 1990-07-04 Programme 3 Patent Holdings Electrochemical cell
GB2249659B (en) * 1990-10-24 1994-11-30 Aabh Patent Holdings Electrochemical cell
GB2251119B (en) * 1990-12-20 1995-06-07 Technology Finance Corp Electrochemical cell
US5476732A (en) * 1993-04-02 1995-12-19 Programme 3 Patent Holdings Electrochemical cell
AU686091B2 (en) * 1994-06-08 1998-01-29 Programme 3 Patent Holdings Electrochemical cell
GB9512971D0 (en) * 1995-06-26 1995-08-30 Programme 3 Patent Holdings Electrochemical cell
US5972533A (en) * 1996-02-29 1999-10-26 Electro Chemical Holdings Societe Anonyme Electrochemical cell comprising a molten salt electrolyte containing sodium iodide
JP2000508829A (ja) * 1997-02-06 2000-07-11 アー・アー・ベー・アツシユ・パテント・ホールデイングス・ソシエテ・アノニム 電気化学電池
EP2067198A2 (en) 2006-09-25 2009-06-10 Board of Regents, The University of Texas System Cation-substituted spinel oxide and oxyfluoride cathodes for lithium ion batteries
US8178231B2 (en) * 2009-09-24 2012-05-15 General Electric Company Composition and energy storage device
US8900746B2 (en) * 2009-10-13 2014-12-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Aqueous secondary battery
US8343661B2 (en) * 2009-11-04 2013-01-01 General Electric Company Cathode compositions comprising Zn and chalcogenide and energy storage cell comprising same
US8329336B2 (en) 2010-09-29 2012-12-11 General Electric Company Composition and energy storage device
US8697279B2 (en) 2011-01-14 2014-04-15 General Electric Company Composition and energy storage device
US8945756B2 (en) 2012-12-12 2015-02-03 Aquion Energy Inc. Composite anode structure for aqueous electrolyte energy storage and device containing same
US8980459B1 (en) 2014-01-02 2015-03-17 Dynantis Corporation Secondary metal chalcogenide batteries
KR102188914B1 (ko) * 2014-07-01 2020-12-09 에스케이이노베이션 주식회사 나트륨 이차전지용 전해질 및 이를 채용한 나트륨 이차전지
US10601062B2 (en) 2015-10-01 2020-03-24 Dynantis Corp. Sodium metal batteries with intercalating cathode

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2115522A5 (en) * 1970-11-23 1972-07-07 Accumulateurs Fixes Sodium-sodium halide cell - using aluminium chloride-sodium halide complexes
DE2339845A1 (de) * 1972-08-08 1974-02-28 Union Carbide Corp Verfahren zur herstellung einer ein metallhalogenid enthaltenden elektrode
US3877984A (en) * 1974-04-24 1975-04-15 Esb Inc Alkali metal-metal chloride battery
US3969138A (en) * 1975-06-09 1976-07-13 Esb Incorporated Sodium-aluminum halide, sulfur battery
US4063005A (en) * 1976-10-22 1977-12-13 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Cathode for molten salt batteries
ZA785067B (en) * 1978-09-06 1980-04-30 South African Inventions Electrochemical cell
US4288506A (en) * 1978-09-22 1981-09-08 South African Inventions Development Corp. Cathode for an electrochemical cell and an electrochemical cell
ZA785392B (en) * 1978-09-22 1980-05-28 South African Inventions Cathode for an electrochemical cell,and an electrochemical cell
CA1149865A (en) * 1979-08-22 1983-07-12 Margaretha J. Nolte Electrolyte for an electrochemical cell, and an electrochemical cell including the electrolyte
US4367159A (en) * 1981-01-19 1983-01-04 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for uniformly distributing carbon flakes in a positive electrode, the electrode made thereby and compositions
US4452777A (en) * 1981-06-26 1984-06-05 Eic Laboratories, Inc. Electrochemical cells
ZA828603B (en) * 1981-12-10 1983-09-28 South African Inventions Electrochemical cell

Also Published As

Publication number Publication date
GB8314235D0 (en) 1983-06-29
JPH0586031B2 (sv) 1993-12-09
ZA843543B (en) 1985-01-30
DE3419279A1 (de) 1984-11-29
SE8402754D0 (sv) 1984-05-22
SE8402754L (sv) 1984-11-24
AU563706B2 (en) 1987-07-16
FR2546668A1 (fr) 1984-11-30
GB2141576B (en) 1986-10-29
JPS59224077A (ja) 1984-12-15
IT8421056A0 (it) 1984-05-23
CA1221731A (en) 1987-05-12
GB8412370D0 (en) 1984-06-20
FR2546668B1 (fr) 1988-02-12
AU2833884A (en) 1984-11-29
GB2141576A (en) 1984-12-19
DE3419279C2 (sv) 1993-04-08
IT8421056A1 (it) 1985-11-23
US4529676A (en) 1985-07-16
IT1196116B (it) 1988-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE455828B (sv) Forfarande for framstellning av en katod for en elektrokemisk cell med smelt natriumanod
US4626483A (en) Electrochemical cell
SU1681740A3 (ru) Способ изготовлени химического источника тока
US4288506A (en) Cathode for an electrochemical cell and an electrochemical cell
US4287269A (en) Electrochemical cell and anode for an electrochemical cell
US4366215A (en) Electrochemical cell
US4546055A (en) Electrochemical cell
CA1098282A (en) Intercalated transition metal phosphorus trisulfides
CA1123901A (en) Electrochemical cell having electrode with zeolite molecular sieve
SE465543B (sv) Foerfarande foer framstaellning av en katod foer en elektrokemisk cell med smaelt elektrolyt, katod framstaelld enligt foerfarandet samt cell foersedd med katoden
US4973534A (en) Electrochemical cell
US4877695A (en) Non-aqueous electrochemical cell
CA1176700A (en) Electrochemical cell and an anode structure for an electrochemical cell
WO2014189920A1 (en) Electrochemical cells and their positive electrode composition
US5534367A (en) Molten salt electrolyte separator
US4557858A (en) Method of making an electronically conductive tectosilicate, and such tectosilicate when made according to the method
US3446677A (en) Method of making a solid ionic conductor
EP2810323B1 (en) Electrode compositions, energy storage devices and related methods
US4048394A (en) Secondary battery or cell with vitreous carbon coated graphite current collector
US4358513A (en) Electrochemical cell and negative electrode therefor
KR20160028748A (ko) 나트륨 이차전지
GB2034103A (en) Solid electrolyte electrochemical cells
EP4231392A1 (en) Lithium metal host anode
JPH0337262B2 (sv)
JP2022500828A (ja) 金属電極を含む放電状態で組み立てられた再充電可能な電気化学セル

Legal Events

Date Code Title Description
NAL Patent in force

Ref document number: 8402754-9

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8402754-9

Format of ref document f/p: F