DE2054094A1

DE2054094A1 - Electrochemical cell anode - made of amalgamated zinc powder and pulverized potassium hydroxide

Info

Publication number: DE2054094A1
Application number: DE19702054094
Authority: DE
Inventors: Walter E. Hingham Mass.; Keister Bernard Cleveland Heights Ohio; Smith (V.StA.)
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1970-11-03
Filing date: 1970-11-03
Publication date: 1972-05-04

Abstract

The anode consists of a porous zinc matrix containing an electrolyte in the pores. The electrode material is zinc powder in the form of an amalgam which is mixed with dry potassium hydroxide. Activation by water results in a homogeneous solution and at the same time forms the necessary pores.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER BATTERIE-ANODE Die Erfindung betrifft eine Anode mit einverleibtem dehydriertem Elektrolyten, für eine elektrochemische Zelle, und Verfahren zu deren Herstellung. METHOD OF MANUFACTURING A BATTERY ANODE The invention relates to an anode with incorporated dehydrated electrolyte, for an electrochemical one Cell, and process for their manufacture.

Es ist bekannt, tür die Matrix einer solchen Elektrode Zink zu verwenden und einen Elektrolyten in die poröse Zinkmatrix zu betten. Verschiedene Herstellungsverfahren für eine solche Elektrode sind bekannt. Gewöhnlich wird die Zinkmatrix elektrochemisch ausgefällt. Früher wurde auch vorgeschlagen, Zinkpulver mit Porenbildnern zu behandeln wie Natriumnttrat oder Zucker, und dann den Porenbildner auszulaugen. Die Poren werden danach mit flüssigem Elektrolyt wie Kaliumhydroxyd getränkt, und anschiießend getrocknet. Diese Imprägnierung ergibt nicht zuverlässig eine gleichförmige Verteilung des Elektrolyten, sondern ist abhängig vom Grad und der Wirksamkeit der Imprägnierung und der ge#ometrischen Form und Verteilung der Poren. Nachteilig an diesem bekannten Herstellungsverfahren ist auch das zeitraubende Auslaugen des Porenbildnersb welches nicht immer vollständig gelingt; das Residuum beeinträchtigt aber die Wirksamkeit der Elektrode.It is known to use zinc for the matrix of such an electrode and embed an electrolyte in the porous zinc matrix. Different manufacturing processes for such an electrode are known. Usually the zinc matrix becomes electrochemical failed. It used to be also suggested zinc powder with pore formers to be treated like sodium extract or sugar, and then leached out the pore-forming agent. The pores are then soaked with liquid electrolyte such as potassium hydroxide, and then dried. This impregnation does not reliably produce a uniform one Distribution of the electrolyte, but depends on the degree and effectiveness of the Impregnation and the geometric shape and distribution of the pores. Disadvantageous at This known manufacturing process also involves the time-consuming leaching of the pore formerb which does not always succeed completely; however, the residue impairs the effectiveness the electrode.

In Elektroden, die durch elektrochemisches Ausfällen oder mit Porenbildnern hergestellt werden, ist es schwierig, eine gleichförmige Verteilung des Quecksilbers zu erreichen, da letzteres gewöhnlich zugefügt wird, wenn die Elektrodenmatrix fertiggestellt ist. Auch diese Ungleichförmigkeit beeinträchtigt die Wirksamkeit der Elektrode.In electrodes produced by electrochemical precipitation or with pore formers It is difficult to obtain a uniform distribution of the mercury as the latter is usually added when the electrode matrix is completed is. This non-uniformity also affects the effectiveness of the electrode.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß eine enthaltend ein Elektrode vorgesciriageny gemisch aus diehydriertem Elektrolyten in Form von festem Kaliumhydroxyd,und aus Zinkpulver.In order to avoid these disadvantages, one is included according to the invention an electrode presciriageny mixture of the hydrogenated electrolytes in the form of solid potassium hydroxide, and from zinc powder.

Die Erfindung benutzt Wasser als Basis für den flüssigen Elektrolyten, welcher gebildet wird,indem das trockene feste Kaliumhydroxyd dem Wasser ausgesetzt wird. Dadurch entsteht eine homogene Lösung, und gleichzeitig werden in der Elektrodenmatrix die erforderlichen Großporen gebildet.The invention uses water as the basis for the liquid electrolyte, which is formed by exposing the dry solid potassium hydroxide to water will. This creates a homogeneous solution, and at the same time are in the electrode matrix the necessary large pores formed.

Dieses neue Verfahren ist günstig mit einer Amalgamierung der Zinkpartikel vor Herstellung der Elektrodenmatrix. So können Salzsäure und eine flüssige Quecksilberverbindung direkt gemischt und mit den Zinkteilchen zusammengebracht werden, um das amalgamierte Zinkpulver vor dem Verfestigen der Elektrode zu erhalten.This new method is cheap with amalgamation of the zinc particles before making the electrode matrix. So can hydrochloric acid and a liquid mercury compound mixed directly and brought together with the zinc particles to form the amalgamated Get zinc powder before solidifying the electrode.

Die fertige Elektrode enthält dann Teilchen aus Zink und aus festem Kaliumhydroxyd.The finished electrode then contains particles of zinc and the end solid potassium hydroxide.

Die Anodenmatrix enthält hauptsächlich Zinkpartikel; der Rest besteht alls gleichförmig verteilten Partikeln von Kaliumhydroxyd in genügender Menge, um einen Elektrolyten zu bilden bei Aktivierung mit Wasser. Entsprechend den jeweiligen Benutzungsbedingungen kann eine inerte Füllvorrichtung über der Anodenmatrix verteilt angeordnet sein.The anode matrix mainly contains zinc particles; the rest consists all uniformly distributed particles of potassium hydroxide in sufficient quantity to to form an electrolyte when activated with water. According to the respective Conditions of use can disperse an inert filling device over the anode matrix be arranged.

Erfindungsgemäß kann die Mischung aus amalgamierten Zinkpulver und Kaliumhydroxydpulver auf einem einverleibten Metallgitter zur Elektrodenmatrix verfestigt werden.According to the invention, the mixture of amalgamated zinc powder and Potassium hydroxide powder solidified on an incorporated metal grid to form the electrode matrix will.

Die Erfindung möge anhand des in der Figur schematisch dargestellten Herstellungsschemas weiter erläutert werden.The invention may be based on what is shown schematically in the figure Manufacturing schemes are further explained.

Die Elektrode wird produziert, indem man zunächst ein flüssiges Amalgam ansetzt aus verdünnter Salzsäure und einer Quecksilherverbindllng. Dieser Lösung wird eine bestimmte Menge Zinkpulver beigefügt. Beispielsweise kann fiir jedes Kilogramm Zink 0,12 ltr. Salzsäure verwendet werden, eine Quecksilberverbindung von einem Äquivalentgewicht 0,04 Kilogramm Quecksilber, sowie genügend Wasser, um den Kontakt zwischen den Partikeln während der Reaktion klein zu halten. Elementores Quecksilber oder Quecksilbersalze sind befriedigend.The electrode is produced by first making a liquid amalgam made up of dilute hydrochloric acid and a mercury compound. This solution a certain amount of zinc powder is added. For example, for every kilogram Zinc 0.12 ltr. Hydrochloric acid used, a mercury compound of one Equivalent weight 0.04 kilograms of mercury, plus enough water to make contact between the particles during the reaction. Elementores mercury or mercury salts are satisfactory.

Die Lösung wird dann mechanisch gerührt, so schnell, daß ein Absetzen und eine Agglomeration von Zinkpulver verhindert ist, welches zur Lösung gefügt wurde und darin etwa 30 Minuten reagiert. Danach wird das Rühren eingestellt, und das Amalgam wird mit Wasser gespült, bis der pH-Wert des Spülwassers gleich demjenigen des ursprün<lich in die L6SUDG <qebenon Wassers ist.The solution is then stirred mechanically, so fast that it settles and agglomeration of zinc powder, which is added to the solution, is prevented and reacted in it for about 30 minutes. The stirring is then stopped, and the amalgam is rinsed with water until the pH of the rinse water equals that of the water originally in the L6SUDG <qebenon.

Ds Amalgam wird dann über ein Filter geleitet und das Uberschlüssige Wasser abgezogen. Dann wird unter Hitze und/oder Vakuum das Zinkamalgam in völlig trockenes Pulver übergefijhrt.The amalgam is then passed through a filter and the excess Drained water. Then the zinc amalgam is completely under heat and / or vacuum transferred dry powder.

Dabei werden Verklummpungen erforderlichenfalls durch mechanische Einwirkung beseitigt.If necessary, clumping is eliminated by mechanical means Impact eliminated.

Im Ausführungsbeispiel enthält das a#al#am 3,5 bis 4,# g. Der Anteil kann genau kontrolliert werden und in einem Bereich zwischen o,25 und lo # Mg liegen.In the exemplary embodiment, the a # al # am contains 3, 5 to 4, # g. The amount can be precisely controlled and lie in a range between 0.25 and 10 mg.

Unabhängig von der Herstellung der vorerwähnten Amalgamlösung, werden niedrige Kaliumkarbonathydroxydpillen erzeugt, als Porenbildner und als Trockenelektrolyt. Dieses Material ist im Handel erhältlich in Pillenform und wird auf die erforderliche Korngröße zermahlen, welche von der allgemeinen Anwendung der Anode abhängt. Beispielsweise genügt eine US-Maschengröße von -30. Das gemahlene Material kann gefiltert werden,um# die Teilchengröße einzuhalten. Danach wird es zweckmäßig in einer trockenen inerten Atmosphäre aufbewahrt.Regardless of the preparation of the aforementioned amalgam solution, low potassium carbonate hydroxide pills, as a pore builder and as a solid electrolyte. This material is commercially available in pill form and is made as required Grind grain size, which depends on the general application of the anode. For example a US mesh size of -30 is sufficient. The ground material can be filtered to # to adhere to the particle size. Then it is expedient in a dry inert Atmosphere.

Unter dieser Atmosphäre werden die Amalgamlösung und das Kaliumhydroxyd in eine Mischmaschine gebracht. Diese wird abgedichtet und arbeitetlbis eine homogene Masse erhalten ist, welche die Kaliumhydroxydteilchen gleichförmig verteilt zwischen dem Zinkamalgam enthält.The amalgam solution and the potassium hydroxide are under this atmosphere placed in a blender. This is sealed and works until it is homogeneous Mass is obtained, which distributes the potassium hydroxide particles uniformly between which contains zinc amalgam.

Die Mischung aus Amalgamlösung und Kaliumhydroxyd kann 5 bis 45 Gewichtsprozent der letzteren Komponente enthalten, um eine Elektrolytkonzentration zwischen 25 und 45 % zu erhalten.The mixture of amalgam solution and potassium hydroxide can be 5 to 45 percent by weight contain the latter component to maintain an electrolyte concentration between 25 and get 45%.

Die andere Komponente enthält amalgamiertes Zinkpulver, 55 bis 95 Gewichtsprozent. Versuche haben ergeben, daß 75 Gewichtsprozent der Zinkteilchen, bezogen auf die ganze Mischung, Rest Kaliumhydroxyd, am wirksamsten sind. Unter besonderen Temperatur-und anderen Betriebsbedingungen kann es jedoch zwegckmäßig sein, die Elektrolytkonzentration zu ändern durch eine Änderung des Mischungsverhältnisses der beiden Hauptkomponenten.The other component contains amalgamated zinc powder, 55 to 95 Weight percent. Tests have shown that 75 percent by weight of the zinc particles, based on the whole mixture, the remainder being potassium hydroxide, are most effective. Under However, it can be useful for special temperature and other operating conditions be able to change the electrolyte concentration by changing the mixing ratio of the two main components.

Um die Festigkeit der Anoden zu vergrößern und/oder das Gewicht zu vermindern, können ZUschläge verwendet werden, wie Polytetraf XrEthylen, Asbest, Polysulfone, Nylin und ähnliches Material. Deren Konzentration sollte 15 Gewichtsprozeijt von der Qesamtmasse nicht überschreiten, wobei die Konzentration der Zinkamalgam-und/oder Kaliumhydroxydpartikel anteilig vermindert ist.To increase the strength of the anodes and / or to increase the weight to reduce, ADDITIVES can be used, such as polytetrafluoroethylene, asbestos, Polysulfone, Nylin and similar material. Their concentration should be 15 percent by weight from do not exceed the total mass, whereby the concentration the zinc amalgam and / or potassium hydroxide particles are proportionally reduced.

Nach dem Mischen gibt man die Hälfte des benötigten Materials in eine Preßform. Das Material wird oben geebnet1 und ein Gitter aus Streckmetall wird auf die Füllung gelegt. Dann wird die andere Hälfte des Materials darüber verteilt, und das ganze so lange und so stark gepreßt, daß sich die Teilchen aneinander binden und ein selbsttragender Preßling mit amalgamiertem Zink und Kaliumhydroxyd entsteht. Das Metallgitter muß nicht unbedingt in der Mitte des Preßlings angeordnet sein.After mixing, put half of the required material into one Mold. The material is leveled on top1 and a mesh of expanded metal is placed on top put the filling. Then the other half of the material is spread over it, and pressed the whole thing so long and so hard that the particles bind to one another and a self-supporting compact with amalgamated zinc and potassium hydroxide is created. The metal grid need not necessarily be arranged in the center of the compact.

Zur Vergrößerung der Festigkeit kann der Preßling zwischen zwei beheizte Platten gebracht werdentbis das Kaliumhydroxyd sintert und/oder schmilzt. Die Matrix wird dann rasch abgekühlt.To increase the strength, the compact can be heated between two Plates are brought until the potassium hydroxide sinters and / or melts. The matrix is then rapidly cooled.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Wärmeführung innerhalb folgender Grenzen: Minimum normal Maximum Aufheiztemperatur 87 C 11000 1270C Abkühltemperatur 2100 3800 5100 Behandlungszeit 1/2 min. 1 - 1/2 min. 2 - 1/2 min.According to a preferred embodiment, the heat is routed within the following limits: minimum normal maximum heating temperature 87 C 11000 1270C cooling temperature 2100 3800 5100 treatment time 1/2 min. 1 - 1/2 min. 2 - 1/2 min.

Atmosphäre --- ein trockenes inertes Gas, beispielsweise Argon, oder Vakuum.Atmosphere --- a dry inert gas, such as argon, or Vacuum.

Eine solche Wärmebehandlung läßt die gesinqerten Kaliumhydroxydteilchen oder die verdichtete Kaliumhydroxydphase als Bindemittel wirken gegenüber den lose haftenden Zinkpartikeln, wodurch die gesamte Matrix verfestigt wird.Such heat treatment leaves the potassium hydroxide particles sintered or the compacted potassium hydroxide phase act as a binder against the loose adhering zinc particles, whereby the entire matrix is solidified.

Die so erhaltene Matrix oder Elektrode wird dann in geeignetes Separatormaterial gesetzt und zuletzt betriebsfertig gemacht durch Einsetzen in einen Kat#enbehälter, worin sich eine bestimmte Menge Wasser befindet, ausreichend um mit dem trockenen Kaliiimhydroxyd den gewünschten Elektrolyten zu bilden.The matrix or electrode thus obtained is then placed in a suitable separator material set and finally made ready for use by inserting it into a catheter container, in which there is a certain amount of water, sufficient to keep up with the dry Potassium hydroxide to form the desired electrolyte.

Claims

EXPECTATIONS

1. Method of manufacturing one for an electrochemical cell certain anode, the active ingredient of which is a mixture of zinc powder and dry Potassium hydroxide is characterized in that amalgamated zinc powder with powdered Potassium hydroxide is mixed, that in this mixture a metal grid is embedded is, and then the lance is compressed into a self-supporting body.

2.) The method according to claim 1, characterized in that the amalgamated Zinc powder is made from a solution of water, a mercury compound and Zinc powder, the solution being made up with enough water to make contact to keep as small as possible between the particles during the reaction, with the acid reduces the oxide skin on the zinc powder.

3.) The method according to claim 2, characterized in that the amalgam rinsing is carried out with water until the pH value of the rinsing water is equal to that of the originally added water, after which the amalgam is dried.

4.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that potassium hydroxide in pill form is ground to powder the required mesh size.

5.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the potassium hydroxide by adding water as a pore former is used.

6.) Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that after compaction the anode molding Heat to 88 to 11300 for half a minute to two and a half minutes.

L e r s e i t e