DE1118843B

DE1118843B - Alkalischer Akkumulator

Info

Publication number: DE1118843B
Application number: DEV17647A
Authority: DE
Inventors: Dr Wolf Vielstich
Original assignee: DR WOLF VIELSTICH
Current assignee: DR WOLF VIELSTICH
Priority date: 1959-11-27
Filing date: 1959-11-27
Publication date: 1961-12-07

Description

Die bisher in der Technik verwendeten alkalischen Akkumulatoren sind der Nickel-Eisen-, der Nickel-Cadmium- und der Silber-Zink-Akkumulatör. Ihnen ist gemeinsam, daß ein Transport von Sauerstoff von der einen Platte zu der anderen stattfindet und daß der Elektrolyt (meist eine etwa 2QPItAgQ KOH) im ganzen nicht verändert wird.

Bei diesen Akkumulatoren werden die Lebensdauer und die Zahl der Lade-Enüade-Zyklen entscheidend durch die Haltbarkeit der negativen Elektroden bestimmt. Besonders die Zinkelektroden werden relativ rasch durch die fortlaufende Auflösung und Abscheidung (entsprechend Ent- und Aufladung) schadhaft.

Es wurde nun gefunden daß die relativ starke Beanspruchung der negativen Platten in alkalischen Akkumulatoren vermieden werden kann, wenn man statt der Oxyde und Hydroxyde Wasserstoff als elektrochemisch wirksamen Bestandteil zum Umsatz bringt.

Dies wird durch Verwendung einer Raney-Metall-Elektrode als negative Elektrode erreicht. Als aktive Metalle kommen Eisen, Kobalt, Nickel und Palladium, als inaktive Legierungskomponenten Aluminium, Zink und Magnesium in Betracht. Besonders vorteilhaft sind jedoch die Legierungen des Nickels mit Aluminium oder Zink. Bei Herauslösen eines Teiles der inaktiven Komponenten durch Lauge werden große

2RNiH + 2OH
MeO + H₂O + e

Anmelder:
Dr. Wolf Vielstich, Bonn, Wegelerstr. 12

Dr. Wolf Vielstich, Bonn,
ist als Erfinder genannt worden

Mengen Wasserstoff in Metall gelöst. Nach Schröter (Angew. Chem., 54, S. 229 [1941]) enthält frisch aktiviertes Raney-Nickel so viel Wasserstoff in atomarer Form, daß es etwa eine »Verbindung« Ni₂H entspricht. Podvyazkin und Shlygin (Zhur. Fiz. Khim., 31, S. 1305 [1957]) finden sogar ein Atomverhältnis H: Ni = 1. Der größte Teil dieses Wasserstoffs kann reversibel beim Wasserstoffpotential in alkalischer Lösung ausgetauscht werden.

Kombiniert man eine derartige Raney-Metall-Wasserstoff-Elektrode mit einer Nickeloxyd- oder einer Silberoxydelektrode als positive Elektrode, so entsteht ein neuartiger alkalischer Akkumulator, der bei der Entladung kathodisch Wasserstoff in Lösung schickt und anodisch Oxyde abbaut.

- 2RNi + 2H₃O + 2e~
Me + 2OH~

2H + O

H₉O

Durch die Bildung von Wasser als Reaktionsprodukt wird der Elektrolyt während der Entladung etwas verdünnt. Dieses Wasser wird jedoch bei der Ladung wieder zersetzt. Kathodisch wird das Raney-Metall mit Wasserstoff aufgefüllt, anodisch das Oxyd zurückgebildet.

Im Prinzip kann jede im alkalischen Medium reversibel arbeitende Oxydelektrode als positive Elektrode dienen. Bisher haben sich jedoch nur die Nickel- und die Silberoxydelektrode technisch durchgesetzt.

Die Fähigkeit, Wasserstoff elektrolytisch reversibel aufzunehmen und wieder abzugeben, hat auch reines Palladium. Die Polarisation vor allem bei der Entladung ist jedoch bei Palladium größer als bei Raney-Nickel. Außerdem wäre reines Palladium als Elektrodenmaterial zu kostspielig. Andere Metalle, wie Platin, Eisen und Tantal, lösen ebenfalls Wasserstoff

(F. Foerster, »Elektrochemie wäßriger Lösungen«, 4. Auflage, 1923, S. 189/190), jedoch ebenso wie normales Nickel in technisch uninteressanten, geringen Mengen.

Eine günstige Zusammensetzung der zu verwendenden Nickel-Aluminium- oder Nickel-Zink-Legierung ist 80 bis 20 Gewichtsprozent Nickel (vorzugsweise 60 bis 40 Gewichtsprozent) und 20 bis 80 Gewichtsprozent Aluminium und/oder Zink (vorzugsweise 40 bis 60 Gewichtsprozent). Das aktive Raney-Nickel-Material wird zweckmäßig in der bekannten Weise in Pulver- oder Pastenform verarbeitet, gegebenenfalls gepreßt und gesintert, in perforierten Taschen aus vernickeltem Stahl angeordnet oder durch vernickelte Siebe (Netz) gehaltert, die gleichzeitig als Stromzuführung dienen.

Das Raney-Nickel kann auch als aktiver Belag auf einem geeigneten Träger, etwa einer Nickel- oder

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Eisenplatte, z. B. durch elektrolytische Abscheidung von Aluminium auf vernickeltem Stahl aufgebracht werden (Z. Instrumentenkunde, 67, S. 154 bis 156 [1959]).

In bekannter Weise (vgl. Ullmann, VII, S. 785) kann dem Raney-Nickel auch Metallpulver (z. B. Nickelpulver) oder Kohlepulver als Leitfähigkeitszusatz beigemischt werden.

Den schematischen Aufbau eines Akkumulators entsprechend der vorliegenden Erfindung und mit einer Nickeloxydelektrode als positive Elektrode zeigt Abb. 1 a. In dem Gehäuse 1 sind ein Satz positive und ein Satz negative Elektroden mit je drei Platten und Stromabführungen 2 untergebracht. Die Elektroden tauchen ganz in den Elektrolyten 3 (20- bis 30°/oige KOH) ein. Die negative Elektrode besteht aus einer Raney-Nickel-Sinterplatte 4, der als Stromabführung und Halterung ein Nickelgewebe 5 eingelagert ist. Die aktive Masse der Nickeloxydelektrode 6 ist auf ein perforiertes Nickelblech 7 aufgepreßt.

Bei Verwendung einer Silberoxydelektrode als positive Elektrode ist, wie vom Silber-Zink-Akkumulator her bekannt, das Anbringen eines Diaphragmas zwischen den negativen und positiven Elektrodensätzen notwendig. Dieses Separatormaterial muß gegen Lauge und Silberoxyd beständig und für Silberionen undurchlässig sein. Diese Forderungen erfüllen z. B. Membranen aus einem p-Phenylendiamin-Formaldehyd-Harz (vgl. Ullmann, VII, S. 789).

In Abb. Ib ist ein Beispiel einer Akkumulatoranordnung mit Silberoxyd 8 als positives Elektrodenmaterial angegeben. Die aktive Masse ist durch eine Tasche aus Membranmaterial 9 vom Elektrolyten und vom negativen Elektrodensatz abgetrennt. Im übrigen entspricht die Anordnung der Abb. 1 a.

Die EMK des neuen alkalischen Akkumulators liegt zwischen 1,3 und 1,4 V. Er kann ebenso wie die bekannten alkalischen Akkumulatoren in geladenem, halb oder ganz entladenem Zustand gelagert werden, ohne Schaden zu leiden. Die zulässigen Lade- und Entladestromstärken sind gleich oder größer als bei den bekannten alkalischen Nickel-Akkumulatoren. Die Kapazität der Raney-Nickel-Elektrode beträgt 200 bis 400 Ah/kg Raney-Nickel.

Als Elektrolyt wird zweckmäßig 20- bis 30°/oige KOH verwendet. Durch die Wasserbildung während

der Entladung nimmt die Konzentration ab. Bei vollständiger Aufladung hat sie ihren höchsten Wert. Das heißt man kann ähnlich wie beim Blei-Akkumulator durch Messungen der Laugenkonzentration bzw. der Dichte des Elektrolyten den Ladungszustand bestimmen.

Der neue alkalische Akkumulator ist im Vergleich zu dem wichtigsten, bewährten alkalischen System, Cadmium-Nickel-Oxyd, wesentlich billiger im Ausgangsmaterial und einfacher in der Herstellung. Außerdem besitzt er eine größere Kapazität pro Gewicht aktiver Masse.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Alkalischer Akkumulator zur Speicherung von elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß als negative Elektrode eine Raney-Nickel-Elektrode und als positive Elektrode eine Nickeloxyd- oder eine Silberoxydelektrode dient.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raney-Nickel-Legierung aus 80 bis 20 Gewichtsprozent Nickel (vorzugsweise 60 bis 40 Gewichtsprozent) und 20 bis 80 Gewichtsprozent Aluminium und/oder Zink (vorzugsweise 40 bis 60 Gewichtsprozent) besteht.

3. Verfahren zur Herstellung einer Raney-Nickel-Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Raney-Nickel in Form von Pulver oder einer Paste mit einem elektrisch leitenden Sieb oder Netz als Stromzuführung versehen oder durch elektrolytische Abscheidung auf eine feste Metallunterlage aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Raney-Nickel-Pulver mit Metall- oder Kohlepulver vermischt wird.

5. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Silberoxydelektroden die positiven und negativen Elektroden durch in Lauge beständige Diaphragmen voneinander getrennt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Fritz Foerster, »Elektrochemie wässeriger Lösungen«, Leipzig, 1923, S. 189 und 190.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen