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DE1921611A1 - Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie - Google Patents

Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie

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DE1921611A1
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current collector
electrodes
graphite
electrolyte
carbon
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DE19691921611
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Hacha Thomas Howard
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Standard Oil Co
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Standard Oil Co
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Publication date
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    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

46 640
The Standard Oil Company, Midland Building, Cleveland, Ohio 44115, USA
Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, beispielsweise eine elektrische Zelle mit einer Anode und einer Kathode und einem Elektrolyten, die über dem Schmelzpunkt des Elektrolyten arbeitet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine für derartige Zellen bestimmte Elektrode, die als Kathode und/oder als Anode verwendet werden kann.
Die physikalische Ausbildung von Elektroden hat einen großen Einfluß auf den elektrischen Wirkungsgrad von elektrischen Zellen. Zahlreiche Überlegungen begünstigen die Verwendung von Elektroden mit einer möglichst großen Dicke, weil hierdurch die Anzahl der für eine Zelle benötigten Elektroden so gering wie möglich sein kann, so daß der Aufbau der Zelle vereinfacht und ihre Herstellung verbilligt wird. Mit abnehmender Anzahl von Elektroden durch Verwendung dickerer Elektroden muß ein immer geringerer Anteil des Innenraumes der Zelle als Trennraum zwischen den Elektroden verwendet wer den, so daß das Volumen der Zellen besser auegenutzt werden kann. Dicke Elektroden sind jedoch für Zellen nachteilhaft,
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die schnell "bzw. mit hoher Geschwindigkeit zu entladen sein sollen. Mit zunehmender Dicke der Elektroden wird die Verteilung des Elektrolyten im aktiven Material der Elektroden· erschwert und der auf Grund von durch die Partikel des aktiven Materiales hindurchgehenden Strömen entstehende Widerstandsverlust wird häufig zunehmen. Widerstandsverluste können besonders "bei solchen Materialien hingenommen werden, die eine schlechte elektrische Leitfähigkeit "besitzen.
Wenn man andererseits eine größere Anzahl von dünneren Elektroden innerhalb einer Zelle verwendet, wird die gesamte dem Elektrolyten ausgesetzte Oberfläche der Elektroden vergrößert und die Stromdichte pro Flächeneinheit, bei der die Elektroden arbeiten, verringert. Die Vorteile der Verwendung dünner Elektroden ergeben sich insbesondere bei höheren Entladungsgeschwindigkeiten. Die Festlegung der Dicke der in einer bestimmten Zelle zu verwendenden Elektroden macht es erforderlich, diese verschiedenen Faktoren aufeinander abzustimmen und hängt auch von den Materialien der Zelle und den jeweils vorgesehenen Gebrauchszwecken der Zelle ab.
Das Verhältnis von Höhe zu Breite der Elektrode ist wichtig. Eine Zelle bestimmter Länge und Breite oder eine zylindrische Zelle mit einem bestimmten Durchmesser benötigt zwischen den oberen Enden der Elektroden und der Unterseite des Zellendeckels oder sonstigen Verschlusses einen freien Raum für Leitungen, Anschlüsse und manchmal auch für das untere Ende einer Entlüftung. Dieser freie Baum ist praktisch verschwendeter Raum, weil er kein aktives Material enthalten kann. Ein Vergrößern der Höhe einer solchen Zelle verringert den Anteil des Verlustraumes am gesamten Zellenvolumen. Deshalb ist es wünschenswert, Elektroden zu verwenden, die so hoch wie möglich sind. Außerdem ist, insbesondere bei Batterien mit einer großen Anzahl von elektrischen Zellen,das Batterievolumen minimal und die Festigkeit des Batteriegehäuses am
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höchsten, wenn die Batterie etwa die Form eines Würfels statt eines flachen langen rechteckigen Kastens besitzt. Diese Würfelform erhält man am leichtesten dadurch, daß man hohe Zellen verwendet. Durch Vergrößern der Höhe der Elektroden erhöht sich jedoch wegen des elektrischen Widerstandes auch der Verlust des zu den Ausgangsklemmen der Zelle von den unteren Teilen der Elektrode fließenden Stromes. Dieser Paktor ist für alle Zellenkonstruktionen wichtig und kann bei Zellen kritisch sein, die mit hohen Geschwindigkeiten entladen werden sollen. Daher kann ein optimales Verhältnis zwischen der Höhe und der Breite von Elektroden nur durch Abwägen einer Reihe von Faktoren erzielt werden.
Die Schwierigkeiten der geringen Entladungsgeschwindigkeit von dicken Elektroden und des hohen Widerstandes gegen zu den Anschlußklemmen der Zelle von den unteren Bereichen hoher Elektroden fließenden Ströme werden durch Anordnung eines leitenden Gitters in der Elektrode verringert. Das leitende Gitter erleichtert das Fließen von elektrischen Strömen in Form von Elektronsn von den entfernten Ecken der Elektroden zu den Anschlußklemmen der Zelle, so daß geringere Widerstandsverluste entstehen. Durch die Anordnung eines leitenden Gitters wird die Größe einer Elektrode unabhängig von der Leitfähigkeit des Materials der Elektrode, so daß die Elektroden unbegrenzt groß werden können.
Ein leitendes Gitter erfüllt noch eine andere nützliche Funktion. Wenn in einer Elektrode ohne einem leitfähigen Gitter ein Riß oder Bruch auftritt, geht die Kapazität des abgebrochenen Teiles der Elektrode verloren, weil zwischen diesem Teil der Elektrode und dem mit den Anschlußklemmen verbundenen Rest der Elektrode ein isolierender Spalt auf Grund des Bruches entstanden ist. Dieser Nachteil entsteht nicht bei Elektroden mit einem leitfähigen Gitter. Wenn bei derartigen Elektroden ein Bruch oder Riß entsteht, bleibt eine
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elektrische Verbindung zwischen den Anschlußklemmen der Zelle und dem abgebrochenen Teil der Elektrode über das leitfähige Gitter bestehen.
Bei der Entwicklung elektrischer Energiequellen, welche geschmolzene Elektrolyten von Alkalimetallhalogen- und/oder Erdalkalihalogensalz oder -salzen enthalten, war es notwendig in der aus kohlenstoffhaltigem Material oder Kohle bestehenden Kathode ein leitfähiges Hetz anzuordnen. Der Artikel "Electromotive force Series in Molten Salts" von James A. Plambeck, abgedruckt in der Zeitschrift "Journal of Chemical and Engineering Data", Band 12 Nr. 1, befaßt sich damit, ein für diesen Zweck geeignetes Material zu finden. Gemäß Tabelle I dieses Artikels scheint Gold unbestreitbar das geeignetste Material zu sein. Unglücklicherweise zeigte jedoch Gold bei Versuchen unter tatsächlichen Betriebsbedingungen deutliche Zerfallserscheinungen. Es wurden auch viele andere Materialien wie Tantal, Wolfram, Molybdän, Platin und Wolfram-Kobalt-Legierungen untersucht, jedoch erwiesen sich diese Materialien als unstabil unter Betriebsbedingungen.
Das Problem, ein stabiles leitendes Netz oder Leitungssystem oder einen stabilen Stromsammler und Stromabnehmer für Kohleelektroden zu finden, wurde jetzt gelöst. Die hier beschriebene Erfindung sieht vor, in.einer Kohleelektrode, die in einer korrosiven, ein geschmolzenes Salz aufweisenden Umgebung verwendet wird, einen stabilen Stromsammler und Stromabnehmer vorzusehen. Der Stromsammler bzw. Stromabnehmer besteht aus Graphitmaterial und kann in Form einer Folie, eines Gewebes, eines Filzes usw. verwendet werden. Die Aufgabe des Stromsammlers und Stromabnehmers besteht darin, das Fließen von Elektronen von den entfernteren Bereichen einer Elektrode zu den Anschlußklemmen oder sonstigen Abnahmesteilen zu erleichtern.
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Die Notwendigkeit eines Stromsammlers und Stromabnehmers wird durch das folgende Beispiel deutlich gezeigt, gemäß dem zwei Kohle>-elektroden in identischer Weise hergestellt wurden, wobei jedoch nur die eine mit einem aus Graphit bestehenden Stromsammler und Stromabnehmer bzw. Stromleiter versehen war. Der Potentialabfall zwischen der Elektrode und dem Kopfstück der Zelle betrug 0,2 Volt bei der Elektrode, die keinen aus Graphit bestehenden Stromsammler aufwies, während der Potentialverlust bei der Elektrode mit dem aus Graphit bestehenden Stromsammler nur 0,07 Volt betrug. Der Potentialabfall wurde jeweils bei einem eingeprägten Strom von 5 A bestimmt.
Graphit besitzt viele nützliche Eigenschaften, die bei zahlreichen Anwendungsfällen ausgenutzt werden können. Es ist fettig bzw. selbstschmierend und kann deshalb als trockenes Schmiermittel verwendet werden. Auch läßt es sich zum Schreiben und Herstellen von Schreibstiften gut verwenden. Die ihm eigene Verbindung von elektrischer Leitfähigkeit und Schmierfähigkeit macht Graphit als einziges Material für die Herstellung von Bürsten, von Motoren und Generatoren brauchbar. Wegen seiner ausgezeichneten Wetterbeständigkeit und Inertheit ist es als Pigment für industrielle Farben brauohbar. Auch läßt es sich leicht in geschmolzenem Eisen auflösen und wird somit als Aufkohlmittel für Stahl verwendet. Es wird von den meisten Metallen und legierungen schlecht benetzt oder angegriffen und ist deshalb in der Gießereipraxis nützlich. Auch brennt es langsam, leitet Hitze weiter und bleibt in großen Temperaturbereichen fest. Diese Kombination von Eigenschaften maoht Graphit unvergleichbar für viel· feuerfeste Materialien wie Materialien von Gießpfannen od. dgl. Perner ist Graphit wasserabweisend, bildet Wasser-Öl-Bnuleionen, trägt eine negativ· ladung, besitzt ein· gering· foto-
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elektrische Empfindlichkeit und ist stark diamagnetisch. Einzelne Kristalle von Graphit sind stark anisotrop und die elektrischen und magnetischen Eigenschaften sind temperaturabhängig.
Wegen seiner anisotropen Eigenschaften in Verbindung mit seiner Inertheit ist Graphit ein einmaliges Material für Elektroden. Der spezifische Widerstand von natürlichen Graphitkristallen scheint in der Größenordnung von 10 Ohm/cm entlang der Wan-Achse bei fiaumtemperatur zu liegen, während der spezifische Widerstand entlang der Wcn-Achse in der Größenordnung von 1 Ohm/cm liegt. Zum Vergleich beträgt der Widerstand von reinem Kohlenstoff 3 x 10 Ohm/cm. Wenn daher ein aus Graphit bestehender Stromsammler und Stromabnehmer in einer Kohlenkathode angeordnet ist, schafft der praktisch ver^nachlässigbare Widerstand in der nan-Ebene einen Pfad mit geringem Widerstand für die Elektronen von den entfernteren !eilen der Elektrode zu den Anschlußklemmen.
Es gibt viele Materialien, die eine wesentlich höhere elektrische leitfähigkeit als Graphit aufweisen, jedoch sind diese in einem geschmolzenen Salzelektrolyten unstabil. Die leitfähigkeit dieser Materialien wie Wolfram kann jedoch ausgenutzt werden, wenn man sie gegenüber der korrosiven Umgebung mit Graphitfolien oder -Überzügen schützt. Ein derartiger graphitgesohützter Teil wird dann zwischen zwei Kohleplättchen sandwichförmig eingelegt, so daß eine stabile Kohle-Elektrode entsteht.
Die Elektroden gemäß der Erfindung werden gans allgemein aus aktivierter Kohle oder aktiviertem Kohlenstoff hergestellt. Die zu diesem Zweok verwendete aktivierte Kohle besitzt eint Gesamtoberfläohe im Bereioh von 100 - 2000 mVg und vorzugsweise im Bereich von 500 - 1500 m2/g* gemessen naoh der
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BET-Methode. Diese Oberfläche liegt hauptsächlich innerhalb der Elektrode und kann durch zahlreiche Aktivierungsverfahren erzeugt werden, von denen einige nachstehend besprochen sind. Allgemein besitzt aktivierte Kohle bis zu 80 # Kohlenstoff und außerdem Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und anorganische Salze, die bei Verbrennung eine Asche bilden. Die Poren der aktivierten Kohle müssen groß genug sein, damit der. Elektrolyt eindringen kann.
Der erste Schritt zum Herstellen einer aktivierten Kohle besteht darin, das Rohmaterial zu verkoken bzw. zu Kohle zu brennen, was im allgemeinen bei Temperaturen unter 600° C in Abwesenheit von Luft durchgeführt wird. Praktisch jede kohlenstoffhaltige Substanz kann verkokt bzw. zu Kohle verarbeitet werden. Nachdem aus dem Ausgangsmaterial die Kohle hergestellt worden ist, besteht der zweite Verfahrensschritt im Aktivieren. Das am meisten verwendete Verfahren zum Vergrößern der Aktivität von verkoktem Material besteht in einer gesteuerten Oxydation einer Charge durch geeignete oxydierende Gase bei erhöhten Temperaturen. Die meisten in der Praxis üblichen Verfahren umfassen eine Aktivierung mit Dampf oder Kohlendioxyd bei Temperaturen zwischen 800 und 1000° C oder eine LuftOxydation bei Temperaturen zwischen 300 und 600° G. Andererseits können auch Gase wie Ghlorgas, Schwefeldioxyd und Phosphor verwendet werden. Die zum Aktivieren benötige Zeit schwankt zwischen 30 Minuten bis 24 Stunden, was ganz von den Oxydationsbedingungen und der gewünschten Qualität der aktivierten Kohle abhängt. Hemmittel oder Beschleuniger können unter die Kohle gemischt werden, um die Verbesserung der Aktivität hervorzurufen. Andere Aktivierungsverfahren sind eine Aktivierung mit metallischen Chloriden und eine elektrochemische Aktivierung. Die letztere ist ein Verfahren, wodurch die Kapazität einer Elektrode durch mehrfache elektrochemische Behandlungen vergrößert werden kann.
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Ein anderes allgemeines Verfahren zum Aktivieren ist das Dolomitverfahren. Substanzen wie Dolomit, Sulfate und Phosphorsäure werden mit der Kohle vermischt. Beim Aktivieren gibt da Material kontinuierlich in gleichmäßiger Verteilung oxydierende Gase an die Oberfläche der Kohle bzw. des kohlenstoffhaltigen Materiales ab. .
Manche aktivierte Kohle ist aus hartem und dichtem Material hergestellt. Dieses Material wird gewöhnlich verkokt, anschließend auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinert und dann direkt aktiviert, wodurch ein hartes und dichtes Kohlegranulat entsteht. In anderen Fällen ist es vorteilhaft, Holzkohle, Steinkohle oder Koks zu Pulver zu mahlen und aus diesem Pulver dann Briketts oder Pellets mit Teer oder Pech als Bindemittel zu formen, welche dann auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinert, auf 500 bis 700° C kalziniert und dann mit Dampf oder Rauchgas bei 850 bis 950° C aktiviert werden. Dieses letztgenannte Verfahren liefert Partikel mit einer gesteuerten und vorbestimmten Struktur, die leichter zu aktivieren sind, weil sie mehr Einläßkanäle oder Makroporen, durch welche die oxydierenden Gase eindringen und die Reaktionsprodukte aus den Partikeln entweichen können, enthalten.
Beim Herstellen der Kohle-Elektroden können entweder Kohleplatten oder lose granulatförmige Kohle verwendet werden. Bei Verwendung von Platten wird ein Klebstoff auf eine Seite von zwei Platten aufgetragen und dann der aus Graphit bestehende Stromsammler und Stromabnehmer zwischen diese beiden Platten oder Plättchen sandwichartig eingelegt. Dann wird ein Druck in der Größenordnung von 0,7 bis 700 kg/cm und höher auf die Platten oder Plättchen ausgeübt, um dieselben miteinander und mit dem zwischengelegten Stromsammler Oder Stromabnehmer dauerhaft zu verbinden. Diese sandwichartige Elektrode wird dann zwischen zwei
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Platten gelegt, die mit He iss einrichtung en versehen sind. Diese Platten werden dann auf eine Temperatur erhitzt, bei der sich der Klebstoff verfestigt. Einige Klebstoffe verfestigen sich bei Raumtemperatur, jedoch benötigen andere Klebstoffe erhöhte Temperaturen. Wenn man beispielsweise einen Furfuralalkohol-Klebstoff verwendet, der unter dem Warenzeichen "Durez" vertrieben wird, finden ein Verfestigen des Klebstoffes etwa innerhalb einer Stunde bei einer Temperatur von 125 bis 150° 0 statt.
Nach dem Verfestigen wird der Klebstoff verkokt. Dies wird bei den vom Hersteller des Klebstoffes angegebenen Temperaturen durchgeführt. Bei Verwendung des "DurezM-Klebstoffes kann der Vorgang in etwa 4 bis 6 Stunden bei einer Temperatur von 700 bis 800° 0 abgeschlossen aein. Um eine unzulässige Oxydation zu vermeiden, wird die Verkokung in einer redu- " zierenden Atmosphäre vorgenommen.
Wie oben angegeben, können die Kohle-Elektroden auch aus granulatförmigem Kohlematerial hergestellt werden. Dies erfolgt dadurch, daß man eine Schicht aus granulatförmigem KoHematerial und einem Bindemittel auf den Boden einer Matrize aufbringt und dann den aus Graphit bestehenden Stromsammler auf diese Schicht auflegt und schließlich eine weitere Schicht aus granulatförmigem Kohlematerial und einem Bindemittel auf die Oberseite des Stromsammler aufbringt, woraufhin der Inhalt der Matrize gepreßt wird und dadurch eine Kohleelektrode entsteht, in die der aue Graphit bestehende Stromsammler eingeformt ist. Diese Elektrode wird dann erhitzt, um das Bindemittel zu verkoken.
Die Kapazität der Kohle-Elektrode kann dadurch vertftsert werden, daß man der Elektrode Zuschlagstoffe hinaufügt. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, Molybdän, Wolfram, Wolframoxyd und Tantal Kohle-Elektroden beizugeben, um deren
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Kapazität zum Speichern elektrischer Energie zu verbessern. Auch können andere Zuschlagstoffe verwendet werden, um die Kapazität und andere Eigenschaften der Elektroden zu verbessern.
Die hier beschriebene Kohle-Elektrode ist besonders zur Verwendung in Verbindung mit Elektrolyten geeignet, die Halogensalze der Alkalimetalle und/oder Erdalkalimetalle enthalten. Spezielle Beispiele für brauchbare binäre Salzelektrolyten sind Iiithiumchlorid-Kaliumchlorid, Kaliumehlorid-Magnesiumchlorid, Magnesiumchlorid-ffatriumehlorid, Lithiumbromid-Kaliumbromid, lithiumfluorid-Rubidiumfluorid, Magnesiumchlorid-Eubidiumchlorid, Lithiumchlorid-Lithiumfluorid, Lithiumchlorid-Strontiumchlorid, Cesiumchloriü-Hatriumehlorid, CaI-oiumchlorid-Iithiumchlorid, Mthiiiasulfat-Kaliumchl^orid und Gemisohe davon. Beispiele für ternäre geschmolzene Salzelektrolyten sind Oaloiumchlorid-Iiithiuiacnlörid-Kaliumchlorid, Lithiumohlorid-Kaliumchlorid-NatriTam-Ohlorid, Calciumchloridlithiumchlorid-Natriumchlorid und Litniumbromid-iratriumbromid-Iiithiumohlorid. Der bevorzugte Elektrolyt ist Lithiumchlorid-Kaliumohlorid-Eutektikua, das 41 M0I5C Kaliumchlorid enthält, einen Sohmelzpunkt von 352° C aufweist und ein Zersetzungspotential von etwa 3,55 Volt besitzt.
Gegenüber der auf diese Weise hergestellte!^ als Kathode dienenden Kohle-Elektrode ist eine Anode angeordnet, die aus Nickel, Zink, Aluminium, Magnesium, Lithium und Verbindungen dieser Materialien bestehen kann. Sine AluMinium-Lithium-Legierung ist da« bevoraugte Material für die Anode. Eine Aluminium-lithium-Anode und ihre Behandlung ist in den USA-Patentanmeldungen 518 113 und 518 473 vom 3. Januar 1966 und der USA-Patentanmeldung 550 239 rom 16. Hai 1966 beschrieben.
- 1t ·
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Beispiel
Zunächst nahm man zwei aus handelsüblichem Material bestehende aktivierte Kohleplättchen mit Abmessungen 6,4 x 76,2 χ 38,1 mm. Auf eine Seite jedes dieser Plättchen wurde dann eine dünne Schicht aus Furfuralalkohol-ELebstoff (Warenzeichen "Durez") aufgetragen. Zwischen die beiden so vorbehandelten Kohleplättchen wurde dann eine Folie aus flexiblem
Graphitmaterial mit Abmessungen 0,25 x 76,2 χ 58,1 mm sandwichförmig eingelegt und das ganze dann zwischen zwei einander gegenüberliegende mit Heizeinriehtungen versehene Platten gelegt. Das verwendete Graphitmaterial wird unter dem Warenzeichen "Grafoil" verkauft und besitzt die folgenden Eigenschaften:
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- 12 - Eigenschaft ungefährer Wert - 13 -
Schüttgewicht (g/cm ) 0,96 - 1,28
Aschegehalt (Gew. $) <ro,i
Schmelzpunkt - Schmilzt nicht,
sublimiert bei 3660° G
Zugfestigkeit in der Ebene der Oberfläche
oder in "a11-Richtung (kg/cm2)		 105 - 176
Elastizitätsmodul, Zug (105 kg/cm2) 0,14
Absolute Druckfestigkeit (kg/cm ) 700
Heliumaufnahmevermögen: 0,127 mm dicke
Folie (cm2/sec)		 2 χ 10"4
gewalzte, blattartige
Körper (cm2/sec)		 5 x 10"5
Reibungscoefficient (gegenüber rostfreiem
Stahl bei 0,56 kg/cm2)		 0,05
Thermische leitfähigkeit b6i 1095° 0:
(Oberflächen- oder '^"-Richtung)
(kcal/m h 0C)		 37,2
(Querrichtung oder "c"-Richtung)
(kcal/m h 0C)		 3
Elektrischer spezifischer Widerstands
Spez. Widerstand (Oberflächen- oder
"a"-Richtung) (10-4 Ohm/cm)		 8
Spez. Flächenwiderstand (Oberflächen
oder HaM-Richtung für 0,127 mm dickes
Band) (0hm ~2)		 0,05
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Zunächst wurde ein Druck von 35 kg/cm angewendet, um das ganze zu pressen. Während dieser Druck aufrecht erhalten wurde, erhitzte man die Platten zunächst auf 115° C und dann auf 150° C, um den Klebstoff auszuhärten. Dabei wurde die Temperatur auf jeder dieser Temperaturstufen eine Stunde lang gehalten. Im Anschluß an das Aushärten des Klebstoffes wurde die so hergestellte Elektrode in einem etwa 15 cm Durchmesser aufweisenden Keramikofen eingelegt und mit einer Schicht aus Koks bedeckt. In den so vorbereiteten Ofen wurde dann Argon eingeleitet, um eine inerte Atmosphäre im Ofen zu gewährleisten, wozu im vorliegenden Pail eine Menge von 12 SCi1H ausreichte. Die Temperatur im Ofen wurde von außen bis auf 875 0 erhöht, wobei der Temperaturanstieg pro Stunde etwa 38° G betrug. Dann wurde die Elektrode auf die Außentemperatur innerhalb von 5 Stunden abgekühlt.
Unter Verwendung dieser Kohle-Elektrode wurde dann eine mit Heizeinrichtungen versehene elektrische Quelle hergestellt, die außer der Kohle-Elektrode eine AluminiumMthium-Anode und einen aus IdCl-KOl-Eutektikum bestehenden Elektrolyten enthielt. Das Eutektikum bestand zu 41 MoI^ aus KOl mit einem Schmelzpunkt von 319° C. Der Elektrolyt wurde auf eine Temperatur über seinen Schmelzpunkt erhitzt und die Zelle dann etwa zwei Tage lang unter Wechselspannungen zwischen 3,3 und 1,0 Volt gesetzt. Ein vollständiger Spannungswechsel, d. h. der Wechsel zwischen laden und Entladen benötigte etwa eine Stunde. Dann wurde die Zelle geöffnet und auf Vorhandensein von Korrosionserscheinungen untersucht. Bei visueller Überprüfung der Kohle-Kathode konnten keine Anzeichen von Korro sion festgestellt werden.
Bei einer anderen Untersuchung wurde eine elektrische Zelle hergestellt, indem man mittels Stiften zehn Kathoden an einen öraphitlcopf befestigt· und eine Üthium-Aluminium-JUiode in
- 14 -
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einem Behälter unterbrachte, der mit einer angemessenen Menge von LiCl-KCl-Eutektikum-rElektrolyt gefüllt war. Jede der Kathoden enthielt einen aus G-raphitfolie bestehenden Stromsammler gemäß dem obengenannten Beispiel. Diese Zelle wurde 49mal zwischen 3»3 und 1,0 Volt in einer Batterieanordnung unter Wechselspannung gesetzt und anschließend nochmals 44-mal als Einzelzelle. Diese Untersuchungen dauerten 16 Tage. Fach dem Öffnen der so belasteten Zelle zum Feststellen entstandener Schäden war die Bindung zwischen der Graphitfolie und der Kohle in fast allen der zehn Kathoden sehr stark. Es wurden keine Anzeichen von Korrosion entdeckt.
Patentansprüche»
" 7
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Claims (6)

IS Patentansprüche;
1. Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie mit einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten, die über dem Schmelzpunkt des Elektrolyten arbeiten kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Alkalimetallhalogen- und/oder ein Erdalkalimetalllialogen-Elektrolyt ist und daß die Elektroden aus Kohle oder kohlenstoffhaltigem Material bestehen und in ihnen ein aus Graphit bestehender Stromsammler oder Stromabnehmer eingebettet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden, nämlich die Anode und die Kathode, aktivierte Kohle enthalten, in welche der aus Graphit bestehende Stromabnehmer oder Stromsammler eingebettet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammler oder Stromabnehmer flexibel ist.
4. Vorrichtung.nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammler oder Stromabnehmer aus einer Folie besteht.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsammler oder Stromabnehmer aus einem Graphitband hergestellt ist, das unter dem Zeichen "Grafoil" vertrieben wird.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode zwischen zwei Plättchen aus aktivierter Kohle eine Graphitfolie, beispielsweise aus "Grafoil", aufweist, die Anode aus einer Aluminium-Lithium-Legierung und der Elektrolyt aus H Cl-KCl besteht, wobei eine inerte Atmosphäre um den Elektrolyten und die Elektroden vorgesehen ist.
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4. -
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode zwei aus Graphit bestehende Stromsammler oder Stromabnehmer aufweist, die zwischen zwei Plättchen aus aktivierter Kohle angeordnet sind, und daß zwischen den beiden Stromabnehmern oder Stromsammlern eine aus Wolfram bestehende Folie od. dgl. angeordnet ist, so daß die Stromabnehmer nach außen abgeschirmt sind·
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DE1921611A 1968-07-31 1969-04-28 Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie Expired DE1921611C3 (de)

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NL (1) NL6911646A (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2319117B (en) * 1978-02-22 1998-09-02 Emi Ltd Improvements in or relating to materials which absorb electromagnetic energy
DE3430487A1 (de) * 1984-08-18 1986-02-27 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Elektrode zur reduktion von sauerstoff und sauerstoffhaltigen verbindungen
JPS6255997U (de) * 1985-09-30 1987-04-07
JP2011523765A (ja) * 2008-05-29 2011-08-18 ライデン エナジー インコーポレイテッド イオン液体電解質を含む電気化学セル
JP5664114B2 (ja) * 2010-10-20 2015-02-04 住友電気工業株式会社 溶融塩電池
MX2020012660A (es) * 2018-06-19 2021-02-02 Henkel Ag & Co Kgaa Compuestos de cianuro de doble metal altamente activos.

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