DE3023969A1

DE3023969A1 - Ladungstransferkomplex-kathoden fuer festelektrolyt-elemente

Info

Publication number: DE3023969A1
Application number: DE19803023969
Authority: DE
Inventors: Demetrios V Louzos; Robert A Powers
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE3023969C2; BR8004052A; CH638643A5; HK23084A; US4243732A; CA1157515A; BE884035A; FR2460549B1; GB2053877B; JPS5619868A; GB2053877A; FR2460549A1

Description

Die Erfindung betrifft eine positive Elektrode zur Verwendung , insbesondere in Elementsystemen in festem Zustand und in denen die positive Elektrode einen Ladungstransferkomplex enthält, "worin der Komplex das Reaktionsprodukt von mindestens einem Halogen mit einem kohlenstoffhaltigen Pech ist, wie z.B. einem Me s ophas enpech.

Ionische Leitfähigkeit ist im allgemeinen verbunden mit einem Ionenfluß durch eine wässrige Lösung metallischer Salze. In der überwiegenden Mehrzahl der praktischen Anwendungen ionischer Leiter, z.B. als Elektrolyten für Trockenzellenbatterien, wird die wässrige Lösung in einer Paste oder gelierten Matrix unbeweglich gemacht, um die mit der Handhabung und Verpackung einer Flüssigkeit verbundenen Schwierigkeiten zu überwinden. Jedoch ist das System auch nach der Immobilisierung immer noch einer möglichen Undichtigkeit ausgesetzt, hat infolge des Austrocknens oder der Kristallisation von Salzen eine begrenzte Lagerzeit und kann lediglich innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs entsprechend dem Flüssigkeitsbereich des Elektrolyten verwendet werden. Außerdem hat die Notwendigkeit, ein großes Volumen von immobilisierenden Material zu verwenden, das Ziel der Verkleinerung beeinträchtigt.

Bei den Versuchen, diese Nachteile der flüssigen Systeme zu überwinden, haben die Forscher eine große Zahl von festen Vertfridungen untersucht, in der Hoffnung, Verbindungen zu finden, die bei Raumtemperatur fest sind und ionische Leitfähigkeiten aufweisen, die denen der üblicherweise verwendeten flüssigen Systeme nahekommen. Solche Verbindungen haben spezifische Leitfähigkeiten bei Raumtemperatur (20⁰C) im Bereich von 10" bis 10 ^ Ohm cm , verglichen mit wässrigen Lösungen von Salzen,

die typischerweise spezifische Leitfähigkeiten von 0,5 bis

-1 -1 0,05 0hm cm aufweisen.

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Verbesserte mikroelektronische Schaltkreisanordnungen haben den Strombedarf elektronischer Vorrichtungen allgemein vermindert. Dies hat andererseits die Anwendbarkeit von Festelektrolyt-Kraftquellen begünstigt, die gewöhnlicherweise nur Ströme im Mikroamperebereich abgeben können. Diese festen Elektrolytsysteme haben den ihnen eigenen Vorteil, daß sie frei von Elektrolytundichtigkeiten und inneren Gasungsproblemen sind, da eine flüssige Phase und Korrosionsphänome fehlen. Zusätzlich haben sie auch eine wesentlich längere Lagerzeit als die konventionellen Flüssigelektrolyt-Kraftquellen.

Gutman und andere beschreiben in J. Electrochem. Soc, 114, (1967) Festelemente unter Verwendung von positiven Elektroden aus elektronisch leitenden Ladungstransferkomplexen und negative Elektroden aus ausgewählten zweiwertigen Metallen. Die US-PS 3 660 163 beschreibt primäre Lithiumjodid-Festzellen, die eine negative Lithiumelektrode, einen Lithiumhalogenid-Elektrolyten im festen Zustand und eine leitfähige positive Elektrode aus organischen Materialien enthält, wie z.B. polyzyklischen aromatischen Verbindungen, organischen Polymeren, heterozyklischen stickstoffhaltigen Verbindungen und dergl. und Jod. Die US-PS 3 66O 164 offenbart Elemente im festen Zustand, die als Kathode einen Ladungstransferkomplex verwenden, in denen die Akzeptorkomponente das Halogen und die Donor-Komponente eine organische Verbindung ist, typischerweise aromatisch oder heterozyklisch.

Obgleich verschiedene Kathodenmaterialien im Stand der Technik zur Verwendung in verschiedenen Elementensystemen genannt sind, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue positive Elektrode zur Verwendung in Festelektrolyt-Element-

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systemen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer positiven Elektrode, enthaltend einen Ladungstransferkomplex, worin der Komplex das Reaktionsprodukt von mindestens einem Halogen mit kohlenstoffhaltigem Pech ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer positiven Elektrode, enthaltend einen Ladungstransferkomplex, worin der Komplex das Reaktionsprodukt von Jod oder Brom mit Mesophasenpech ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer positiven Elektrode, enthaltend einen Ladungstransferkomplex, worin der Komplex das Reaktionsprodukt von Jod mit Mesophasenpech ist, zur Verwendung in einem Element in festem Zustand unter Verwendung einer negativen Lithiumelektrode und eines festen Lithiumjodid-Elektrolyten.

Die genannten und weitere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung noch klarer.

Die Erfindung betrifft eine positive Elektrode zur Verwendung in einem elektrochemischen Element, enthaltend einen Ladungstransferkomplex, worin der Komplex das Reaktionsprodukt von wenigstens einem Halogen mit kohlenstoffhaltigem Pech und worin die Donor-Komponente das kohlenstoffhaltige Pech und die Akzeptor-Komponente mindestens ein Halogen ist.

Zumindest ein Halogen soll in dem hier verwendeten Sinn ein Halogen, wie Jod, Brom, Chlor oder Fluor oder eine Mischung

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von zwei oder mehr Halogenen oder eine Verbindung (interhalogenverbindung) von zwei oder mehr Halogenen bedeuten.

Ladungstransferkomplexe sind eine gut bekannte Klasse von Materialien, die aus zwei Komponenten bestehen - eine als Elektronendonor, die andere als Elektronenakzeptor -, die schwach gebundene Komplexe bilden, die eine höhere elektronische Leitfähigkeit aufweisen als jede Komponente allein. Ladungstransferkomplexe gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ein kohlenstoffhaltiges Pech als Elektronendonor und mindestens ein Halogen als Elektronenakzeptor. Die gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugten Ladungstransferkomplexe können das Reaktionsprodukt eines Mesophasen enthaltenden Pechs mit Jod oder Brom sein. Obgleich die Leitfähigkeit der Ladungstransferkomplexe gemäß der vorliegenden Erfindung genügend hoch sind für die meisten Anwendungen in Elementen, könnte die Leitfähigkeit durch Zugabe eines leitfähigen Materials, wie Kohlenstoff, Graphit oder eines inerten leitfähigen Metalls noch verbessert werden. Vorzugsweise sollte die Leitfähigkeit des Ladungstransferkomplexes für die meisten Anwendungen in Elementen größer als etwa 10 reziproke Ohm pro cm sein.

Natürliche und synthetische kohlenstoffhaltige Peche, die gut bekannt sind, sind komplexe Mischungen von organischen Verbindungen, die, außer bei bestimmten seltenen Pechen auf paraffinischer Basis, die aus bestimmten Petroleumarten erhalten werden, wie rohen pennsylvanischen, im wesentlichen aus verknüpften ringaromatischen Kohlenwasserstoffen bestehen und man sagt deshalb, sie haben eine aromatische Basis. Da die Moleküle, die diese organischen Verbindungen bilden, vergleichsweise klein sind (durchschnittliches Molekulargewicht nicht höher als einige Hundert) und nur schwach miteinander reagieren, haben

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solche Peche eine isotropische Natur. Beim Erhitzen dieser Peche unter ruhenden Bedingungen "bei einer Temperatur von etwa 350 bis 450⁰C jedoch, entweder bei konstanter Temperatur oder mit schrittweise ansteigenden Temperaturen, beginnen KLeine unlösliche Flüssigkeitssphären in dem Pech zu erscheinen, die schrittweise in der Größe anwachsen, wenn das Erhitzen fortgesetzt wird. Wenn.diese Sphären durch Elektronendiffraktion und Techniken mit polarisiertem Licht untersucht werden, kann man zeigen, daß sie aus Schichten von orientierten Molekülen bestehen, die in der gleichen Richtung ausgerichtet sind. Da diese Sphären fortfahren, sich zu vergrößern, wenn das Erhitzen fortgesetzt wird, kommen sie miteinander in Kontakt und fließen schrittweise ineinander über, und bilden eine größere Masse ausgerichteter Schichten. So wie das Ineinanderfließen fortdauert, werden Gebiete von ausgerichteten Molekülen gebildet, die wesentlich größer sind als die ursprünglichen Sphären. Diese Gebiete kommen zusammen und bilden eine ausgedehnte Mesophase, worin der Übergang von einem orientierten Gebiet zu einem anderen manchmal gleichmäßig und kontinuierlich durch schrittweise gekrümmte Lamellen verläuft und manchmal durch noch schärfer gekrümmte Lamellen.

Die Unterschiede in der Orientierung zwischen den Gebieten schaffen eine komplexe Ordnung von Extinktionskonturen des polarisierten Lichts in der ausgedehnten Mesophase, die verschiedenen Typen linearer Diskontinuität in der molekularen Ausrichtung entsprechen. Die letztendliche Größe der erhaltenen orientierten Gebiete ist abhängig von der Viskosität sowie der Zuwachsrate der Viskosität, der Mesophase, aus der sie gebildet sind, die andererseits wiederum abhängig sind von dem speziellen Pech und der Aufheizgeschwindigkeit. In bestimmten Pechen werden so Gebiete mit Größen von mehr als 200 Mikron bis zu mehreren Hundert Mikron erhalten. In anderen Pechen ist die Viskosität

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der Mesophasen dergestalt, daß nur begrenzte ineinanderfließende und strukturelle Umlagerungen der Schichten stattfinden, so daß die letztendliche Größe der Gebiete 100 Mikron nicht überschreitet.

Das hochorientierte optisch anisotrope unlösliche Material, das auf diese Weise durch die Behandlung der Peche erhalten wird, wird mit dem Ausdruck "Mesophase" bezeichnet, und Peche, die solches Material enthalten, sind als "Mesophasen-Peche" bekannt. Wenn solche Peche oberhalb ihres Erreichungspunktes erhitzt v/erden, bilden sie Mischungen von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, der eine ein optisch anisotroper orientierter Mesophasenteil und der andere der isotrope nicht-mesophasische Teil. Der Ausdruck "Mesophase" ist von dem griechischen "mesos" oder "zwischen" ("intermediate") abgeleitet und zeigt die pseudokristalline Natur dieses hochorientierten optisch anisotropen Materials an. Im folgenden soll "Mesophasen-Pech" oder "Mesophase" ein kohlenstoffhaltiges Pech bedeuten, das eine Mesophase enthält.

Eine detaillierte Anleitung für die Herstellung von Mesophasenpech kann den US-PS'en 4 005 183, 4 017 327 und 4 026 788 sowie der US-Anmeldung Ser.No. 833 963 vom 3.10.1977 entnommen werden, deren Offenbarung durch diese Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.

Die bevorzugten kohlenstoffhaltigen Peche zur erfindungsgemäßen Verwendung sind Mesophasenpeche und besonders bevorzugt sollten diese Mesophasenpeche einen Mesophasengehalt von oberhalb 40 Gew.-?o haben, bevorzugt sollten die Mesophasenpeche einen

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- ίο -

Mesophasengehalt von mehr als 90 Gew.-% und besonders bevorzugt von mehr als 95 Gew.-Knaben.

Spezifische bevorzugte jodhaltige und bromhaltige Ladungstrans^ ferkomplexe zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die folgenden:

X · Jp, worin X ein Mesophasenpech ist und die Menge an Jod zwischen etwa 50 Gew.-°6 und etwa 97 Gew.-?<! und bevorzugt zwischen etwa 80 Gew.-?6 und etwa 90 Gew.-Ja schwankt;

X · Br₂, worin X Mesophasenpech ist und die Menge Brom zwischen etwa 50 Gew.-% und 97 Gew.-% und vorzugsweise zwischen etwa 80 Ge\}.-°/o und etwa 90 Gew.-% schwankt.

Es wurde gefunden, daß die obigen festen Ladungstransferkomplexe Dampfdrucke unterhalb denen von Jod und Brom aufweisen.

Negative Elektrodenmaterialien, die zur Verwendung mit den positiven Elektroden der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen Lithium, Silber, Natrium, Kalium, Rubidium, Magnesium und/oder Calcium. Das bevorzugte negative Elektrodenmaterial ist Lithium.

Feste Elektrolyten zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Lithiumiodid, Silberjodid, Silberbromid, Lithiumbromid, Tetrasilberrubidiumpentajodid, Lithiumaluminiumtetrachlorid, Tetrasilberkaliumtetrajodidcyanid, Tetrasilberrubidiumtetrajodidcyanid, Natriumiodid und Natriumbromid. Die bevorzugten festen Elektrolyte zur erfindungsgemäßen Verwendung sind Lithiumiodid und Tetrasilberkaliumtetrajodidcyanid.

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Wie in der US-PS 3 660 163 beschrieben ist, kann in einem Element mit einer negativen Lithiumelektrode Lithiumjοdid in situ durch Zusammenbringen der negativen Lithiumelektrode mit der jodhaltigen positiven Elektrodenoberfläche gebildet werden, wobei das Lithium mit dem Jod in der positiven Elektrode unter Ausbildung einer Lithiumjodid-Elektrolytschicht reagiert, die sowohl die negative Elektrode als auch die positive Elektrode berührt. Alternativ kann das Lithiumiodid auch durch Reaktion von Lithium und Jod gebildet werden und das Lithiumiodid dann als Beschichtung auf die Oberfläche der negativen oder positiven Elektrode aufgebracht werden.

Bevorzugte Elementsysteme unter Verwendung der erfindungsgemäßen positiven Elektrode können die folgenden sein:

Anode Elektrolyte

Lithium Lithiumiodid

Lithium Lithiumbromid

Silber Silberjodid

Silber Tetrasilberkaliumtetrajodidcyanid

Silber Tetrasilberrubidiumtetrajodidcyanid

Beispiel 1

Einige Ladungstransferkomplexe wurden durch Mischen von Mesophasenpech (enthaltend etwa 85 % Mesophase) mit Jod in den in Tabelle I gezeigten Gewichtsverhältnissen hergestellt. Die Mischungen wurden dann in eiiem evakuierten Glasrohr verschlossen, worin sie dann bei Raumtemperatur (20⁰C) gealtert oder bei den in Tabelle I gezeigten Temperaturen 16 Stunden lang erhitzt wurden. Die so gebildeten Mesophase/Jod-Ladungstransferkomplexe und Jod (Jp) wurden dann auf den Joddampfdruck untersucht und die erhaltenen Werte sind in Tabelle I zusammengefaßt.

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Ladungstransferkomplex
oder Jod .

*Mesophase.94 Ge\i.-% Jod Mesophase.95 Gew»~% Jod Mesophase.95 Gew.~% Jod

<=>Mesophase.97 Gew.-% Jod

oMesophase.97 Gew.-% Jod OTMesophase.97 Gew.-^ Jod £J Mesophase.95 Gew.-% Jod °Mesophase.95 Gew.-# Jod cn Mesophase.95 Gew.-^ Jod ~* Jod

*) Mesophasen-Pech enthaltend etwa 85 % Mesophase

Tabelle I	Jod-Dampfdruck (mm Hr)	54	⁰C	71⁰C
Reaktion	20⁰C	1,	6	6,6
Synthese Temp. ⁰C	0,1	1,	7	6,8
200	0,1	2,	6	7,0
200	0,2	2,	4	8,1
200	0,2	3,	0	8,7
20	0,3	2,	9	8,4
120	0,2	2,	3	7,7
200	0,2 ,	2,	9	8,1
20	0,2	2,	3	8,7
120	0,2	4,	,9	9,0
200	0,3

CD hO CO CD

Wie aus den in Tabelle I aufgeführten Werten entnehinbar ist, haben die Mesophase/Jod-enthaltenen Ladungstransferkomplexe einen Joddampfdruck, der unterhalb dem des Jod erniedrigt ist, insbesondere bei erhöhten Untersuchungstemperaturen.

Beispiel 2

Ein Ladungstransferkomplex, bestehend aus Mesophasenpech, enthaltend etwa 85 % Mesophase und Brom, wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, worin eine chemische Analyse zeigte, daß Brom in einem Anteil von etwa 52 Gew.-So zugegen war. Der so gebildete Mesophase/Brom-Ladungstransferkomplex und Brom wurden auf den Bromdampfdruck bei verschiedenen Temperaturen untersucht und die erhaltenen Daten sind in Tabelle II aufgeführt.

	Tabelle	II	54⁰C	(mm	HR)
	Brom-Dampfdruck	9,7 640		71⁰C
Material	2O⁰C			33 1200
Mesophase.Brom Brom	5,2 220

Wie aus den in Tabelle II enthaltenen Werten hervorgeht, weist der Hesophase/Brom-enthaltende Ladungstransferkomplex einen Bromdampfdruck auf, der wesentlich unter dem des Broms liegt.

Beispiel 3

Proben eines Mesophase/Jod-enthaltenden Ladungstransferkomplexes wurden wie in Beispiel 1 bei 20O⁰C unter Verwendung der Gewichtsverhältnisse, die in Tabelle III gezeigt sind, hergestellt. Die Leitfähigkeiten dieser Proben im Vergleich zu Mesophasenpech und Jod (Jp) wurden gemessen und die erhaltenen Werte sind in Tabelle III zusammengestellt.

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unter	7	χ	10 ^w
1.	O	χ	10~⁷
6,	2	χ	ΙΟ"⁴
2,	10~⁵

- 14 -

Tabelle III Material Leitfähigkeit (Ohm"¹ cm"¹)

-8 Mesophase - —..--- -.«

Jod

Mesophase.67 Gew.-?o Jod Mesophase.94 Gew.-?o Jod

Beispiel 4

Zwei Knopfzellen mit 11,6 mm (0,457 inch) Durchmesser wurden wie folgt konstruiert. Ein Mesophase (etwa 85 % Mesophase)/ Jod-Ladungstransferkomplex wurde durch Vermählen der Mesophasenpech- und Jodkomponenten und nachfolgendem einwöchigem Trocknen in einem Argontrockenschrank unter Verwendung von Phosphorpentoxid hergestellt. Danach wurde das Mesophasenpech und Jod miteinander in einem Gewichtsverhältnis von einem Teil Mesophasepech zu 18 Teilen Jod (Mesophase.95 % Jod) gemischt und dann in einem evakuierten Rohr versiegelt, das danach 16 Stunden auf 200°C erhitzt wurde. Der erhaltene Ladungstransferkomplex wurde in einen nickelplattierten kaltgerollten Stahlbehälter montiert. Ein negativer Lithiumelektrodenstreifen wurde in einen Deckel gegeben, der dann mit einer Dichtung oben auf dem Behälter in üblicher Weise befestigt wurde, so daß die Oberfläche der negativen Elektrode die Oberfläche der positiven Elektrode berührte. Der Elektrolyt, Lithiumiodid, wurde in situ durch Reaktion von Lithium in der negativen Elektrode und Jod in der positiven Kathode gebildet. Die beiden Zellen wurden dann jeweils 10 Sekunden über verschiedene Widerstandsbelastungen entladen und die beobachteten Spannungen gemessen. Bezogen auf die Gesamtoberfläche der positiven Elektrode, die der negativen Elektrode gegenüberlag, wurde die Stromdichte für jede

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Spannung berechnet und die erhaltenen Werte sind in Tabelle IY zus ammenge faßt.

	Stromdichte	Tabelle IV	Stromdichte
Zelle 1	uA/cm2	Zelle 2	uA/cm²
Spannung	I 2,6	Spannung	I 2,7
(Volt)	5,6	(Volt)	5,8
2,75	8,4	2,7	8
2,6	11	2,55	11
2,5	15	2,45	14
2,35	20	2,3	18,5
2,25	30	2,2	30
2,1	50	1,95	61
1,6		1,5
0,8	0,65
Beispiel 5

Eine Knopfzelle von 11,6 mm Durchmesser (0,457 inch) wurde wie in Beispiel 4 hergestellt, außer daß der Behälter aus rostfreiem Stahl war und das Mesophasepech und Jod des Ladungstransferkomplexes in einem Gewichtsverhältnis von einem Teil Mesophasepech zu 16 Teilen Jod (Mesophase.94 % Jod) eingesetzt wurde. Die Zelle wurde kontinuierlich über eine 1 megohm Belastung entladen und die erhaltenen Daten sind in Tabelle V zusammengefaßt.

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Tabelle V

Zeit Spannung

(Std.) (Volt)

100 2,75

250 2,65

300 2,60

600 2,50

700 2,45

800 2,40

900 2,35

1100 2,30

Beispiel 6

Zwei Knopfzellen von 11,6 mm Durchmesser (0,457 inch) wurden wie folgt konstruiert. Ein Mesophase (85 % Mesophase)/Brom-Ladungstransferkomplex wurde durch Vermählen des Mesophasepechs und einwöchiges Trocknen in einem Argontrockenschrank unter Verwendung von Phosphorpentoxid hergestellt. Danach wurde das Mesophasepech und Brom miteinander in einem Gewichtsverhältnis von einem Teil Mesophasepech zu einem Teil Brom vermischt. Der erhaltene Ladungstransferkomplex wurde in einem nickelplattierten kaltgerollten Stahlbehälter montiert. Ein negativer Lithiumelektrodenstreifen wurde in einen Deckel gegeben und dann mit einer Dichtung am Kopf des Behälters in üblicher Weise befestigt, so daß die Oberfläche der negativen Elektrode die Oberfläche der positiven Elektrode berührte. Der Elektrolyt, Lithiumbromid, wurde in situ durch Reaktion von Lithium in der negativen Elektrode und Brom in der positiven Elektrode gebildet. Die Zelle wurde dann in jeweils 10 Sekunden-Perioden über verschiedene Widerstandsbelastungen entladen und die gemessenen Spannungen wurden aufgezeichnet. Bezogen auf die Gesamtoberfläche der positiven

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Elektrode, die der negativen Elektrode gegenüberlag, wurde die Stromdichte für jede gemessene Spannung berechnet und die erhaltenen Daten in Tabelle VI zusammengefaßt.

Tabelle VI

Spannung Stromdichte

(Volt) juA/cm²

3,3 3,4

3,1 7,0

2,9 10

2,7 14

1,6 32

0,5 52

Beispiel 7

Zwei Zellen wurden wie in Beispiel 4 konstruiert, außer daß der verwendete Ladungstransferkomplex eine Mischung von 67 Gew.-5» Jod mit 33 % Mesophasepech (etwa 85% Mesophase) war. Jede Zelle wurde wie in Beispiel 4 beschrieben getestet und die erhaltenen Daten sind in Tabelle VIl zusammengefaßt.

	Stromdichte	0	Tabelle VII	Zelle	Spannung	2	Stromdichte
	uA/cm²)	(Volt)	uA/cm²
Zelle 1	2,7	2,69	I 2,7
Spannung	6	2,68	6
(Volt)	9	2,67	9
2,72	13	2,66	13
2,71	18	2,65	18
2,71	27	2,63	26
2,70	52	2,55	51
2,69	231	2,10	210
2,68	30082/0861
2,63
2,31

Die beiden Zellen wurden dann wie in Beispiel 5 "beschrieben getestet. Die erhaltenen Daten sind in Tabelle VIII zusammengefaßt.

	Zeit	1	Tabelle VIII	Zelle 2
Zelle	(Std.)	Spannung		Spannung
10	(Volt)	Zeit	(Volt)
100	2,77	(Std.)	2,77
200	2,77	10	2,76
300	2,76	100	2,75
500	2,75	200	2,75
1000	2,73	300	2,72
2000	2,67	500	2,67
Beispiel 8	2,50	1000	2,50
		2000

Zwei Zellen wurden wie in Beispiel 4 konstruiert, außer daß der verwendete Ladungstransferkomplex eine Mischung aus 86 Ge\i.-% Jod mit 14 % Mesophasepech (etwa 85 % Mesophase) war.'Jede Zelle wurde wie in Beispiel 4 beschrieben getestet und die erhaltenen Daten sind in Tabelle IX zusammengefaßt.

	1	Tabelle IX	Zelle 2
Zelle	Stromdichte		Stromdichte
Spannung	uA/cm^	Spannung	uA/cm
(Volt)	2,76	. (Volt)	2,75
2,76	6	2,75	6
2,75	9	2,73	9
2,75	13,7	2,71	13
2,74	18	2,68	18
2,74	27	2,65	26
2,72	54	2,58	48
2,69	²^ 0 3	2,41	157
2,43	0082/OW⁵I

Die beiden Zellen wurden dann wie in Beispiel 5 "beschrieben getestet. Die erhaltenen Daten sind in Tabelle X zusammengefaßt.

	Zelle 1	9	Tabelle	X	Zelle 2
	Spannung		Spannung
Zeit	(Volt)	Zeit	) (Volt)
(Std.)	2,77	(Std.	2,75
10	2,77	10	2,73
100	2,77	100	2,71
200	2,76	200	2,71
300	2,75	300	2,69
500	2,72	500	2,66
1000	2,68	1000	2,63
1800	1800
Beispiel

Eine Zelle wurde wie in Beispiel 4 konstruiert, außer daß der verwendete Ladungstransferkomplex eine Mischung aus 75 Gew.-/6 Jod mit 25 % Mesophasepech (etwa 85 % Mesophase) darstellte. Die Zelle wurde wie in Beispiel 4 beschrieben getestet und die erhaltenen Daten sind in Tabelle XI zusammengefaßt.

Tabelle XI

Spannung Stromdichte

(Volt) /^

2,65 2,7

2,65 6

2,64 9

2,64 13

2,64 ■ 18

2,63 26

2,60 52

2,38 238

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Die Zelle wurde dann wie in Beispiel 5 beschrieben getestet, Die erhaltenen Daten sind in Tabelle XII zusammengefaßt.

Tabelle XII

Zeit Spannung

(Std.) (Volt)

10 2,77

100 2,76

200 2,75

500 2,72

800 2,71

Die vorgehende Beschreibung betrifft bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und sie soll alle Abänderungen und Modifikationen der Erfindung umfassen, die nicht vom Sinn und Umfang der Patentansprüche abweichen.

Die Erfindung betrifft positive Ladungstransferkomplex-Elektroden zur Verwendung in festen Elementsystemen, worin die positiven Elektroden Reaktionsprodukte eines Halogens, wie z.B. Jod oder Brom, mit einem kohlenstoffhaltigen Pech, wie z.B. Mesophasepech, darstellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Positive Elektrode zur Verwendung in einem elektrochemischen Element, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ladungstransferkomplex enthält, worin der Komplex das Reaktionsprodukt von wenigstens einem Halogen mit einem kohlenstoffhaltigen Pech und worin die Donor-Komponente das kohlenstoffhaltige Pech und die Akzeptor-Komponente mindestens das eine Halogen ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Pech Hesophasenpech ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß zumindestens ein Halogen Jod, Brom, Chlor und/oder Fluor ist.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Halogen Jod und das kohlenstoffhaltige Pech ein Hesophasenpech ist.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Halogen Brom und das kohlenstoffhaltige Pech ein Hesophasenpech ist.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungstransferkomplex X.YIo ist, worin X ein Mesophasenpech ist und worin die Menge des Jods zwischen etwa 50 Gew.-So und etwa 97 Gew.-% liegt.

7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Jodgehalt zwischen etwa 80 Ge\i.-% und etwa 97 Gew.-?S liegt.

8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungstransferkomplex X. Br^ ist, worin X ein Mesophasenpech ist und worin die Menge des Broms zwischen etwa 50 Gew.-?i! und etwa 97 Gew.-% liegt.

9. Elektrode nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Festelektrolytelement, dadurch gekennzeichnet, daß eine negative Elektrode aus Lithium, Silber, Natrium, Kalium, Rubidium, Magnesium und/oder Calcium verwendet wird.

10. Elektrode nach Anspruch 1 oder 9 zur Verwendung in Festelektrolytelementen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt aus Lithiumiodid, Tetrasilberkaliumtetrajodidcyanid, Lithiumbromid und/oder Tetrasilberrubidiumpentajodid verwendet wird.

11. Elektrode nach Anspruch 3 zur Verwendung in Festelektrolytelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Jod ist, das kohlenstoffhaltige Pech ein Mesophasenpech ist, die negative Elektrode Lithium und der Elektrolyt Lithiumiodid ist.

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12. Elektrode nach Ansprach 3 zur Verwendung in Festelektrolytelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogen Brom ist, das kohlenstoffhaltige Pech ein Hesophasenpech ist, die negative Elektrode Lithium und der Elektrolyt Lithiumbromid ist.

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