DE1146151B - Elektrischer Akkumulator mit metallischen Elektroden und einer zwischen ihnen angeord-neten ionenleitenden Kunststoffschicht und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Elektrischer Akkumulator mit metallischen Elektroden und einer zwischen ihnen angeord-neten ionenleitenden Kunststoffschicht und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Akkumulator mit metallischen Elektroden und einer zwischen
ihnen angeordneten ionenleitenden Kunststoffschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Akkumulators.
Bekanntlich sind bestimmte Substanzen, die man allgemein als Elektrete bezeichnet, in der Lage, kleinere
Elektrizitätsmengen zu speichern, wobei sie eine gewisse Polarisation erleiden und dementsprechend
eine Spannung nach außen hin zu liefern vermögen. Als nachteilig hat sich bei diesen bekannten Stoffen
bisher die Tatsache erwiesen, daß sich ihre Spannung nur schlecht definieren läßt und daß sie vor allem
nur wenig Energie aufzunehmen vermögen, so daß keine nennenswerte Belastung erfolgen darf, wenn
es nicht zu einem Zusammenbruch der Zellen kommen soll. Dazu kommt noch, daß sowohl die Aufnahme
als auch die Abgabe der elektrischen Energie bei den bekannten Elektreten deren thermische Vorbehandlung
erfordert, mit anderen Worten muß also sowohl beim Einbringen elektrischer Ladung als auch
bei dem Herausnehmen dieser Ladung aus dem Elektreten dieser durch Schmelzen in einen flüssigen Zustand
übergeführt werden.
Es ist auch bekannt, die Überführung der Elektrete vom festen in den flüssigen Zustand durch Zusatz
von Lösungsmitteln zu bewirken, wobei nach dem Laden das Lösungsmittel entfernt wird und wobei
sinngemäß zum Entladen wieder Lösungsmittel hinzugefügt werden muß.
Es ist auch ein Akkumulator vorgeschlagen worden, bei dem sich die zwischen vorzugsweise metallischen
Elektroden angeordnete Kunststoffschicht in halbfestem oder halbflüssigem Zustand befindet.
Ferner ist auch bereits ein Akkumulator vorgeschlagen worden, bei dem zwischen vorzugsweise
metallischen Elektroden eine Schicht aus einem gequollenen Kunststoff mit polaren Gruppen angeordnet
ist, der mindestens in ihren den Elektroden benachbarten Randschichten Stoffe zugesetzt sind, die einen
Ausgleich der Raumladungen gestatten.
Außerdem ist ein Akkumulator vorgeschlagen worden, welcher eine Schicht aus einem gequollenen
Kunststoff mit polaren Gruppen mit einem Wassergehalt von 3 bis 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise
30 bis 60 Gewichtsprozent, insbesondere 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Quellmittel,
besitzt, wobei diese Schicht zwischen vorzugsweise metallischen Elektroden angeordnet ist.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Akkumulator zu schaffen, bei dem die elektrische
Energie zumindest teilweise in einer zwischen den Elektrischer Akkumulator mit metallischen
Elektroden und. einer zwischen ihnen angeordneten ionenleitenden Kunststoffschicht
und Verfahren zu seiner Herstellung
und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder:
Varta Aktiengesellschaft,
Hagen, Dieckstr. 42
Hagen, Dieckstr. 42
DipL-Phys. Dr. Joachim Euler und Dr. Paul Scholz,
Frankfurt/M.,
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
Elektroden angeordneten Kunststoffschicht gespeichert wird, der dabei aber die von einem üblichen
Akkumulator mit vorzugsweise flüssigem Elektrolyt gewohnten Vorteile gegenüber den Zellen mit reinen
Elektreten aufweist, ohne die Nachteile der bisher bekannten Akkumulatoren zu besitzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die positive Elektrode aus Feinsilber, die
negative Elektrode aus Feinzink und die Kunststoffschicht aus einer Paste oder einem gewalzten Fell
aus einem Kopolymer aus Acrylnitril undMethacrylat unter Zusatz von Methylzellulose, wasserfreien Salzen
und Lösungsmitteln besteht.
Als Vorteile des erfindungsgemäßen Akkumulators sind vor allem sein relativ kleines Volumen und sein
dadurch bedingtes günstiges Kapazitätsvolumenverhältnis im Vergleich zu den bekannten Akkumulatoren,
seine Überladefestigkeit und die konstante Entladespannung während der gesamten Entladedauer
zu nennen. Vorteilhaft ist außerdem der steile Anstieg der Spannung am Schluß der Ladung. Darüber
hinaus verändert die Kunststoffschicht des erfindungsgemäßen Akkumulators bei Ladung und Entladung
ihren Aggregatzustand nicht. Außerdem ist der Akkumulator kippsicher. Während seines Betriebes
tritt praktisch keine Gasentwicklung auf.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Akkumulators besteht darin, daß die Elektroden
aus Folien von 0,02 bis 0,20 mm Stärke bestehen.
Weiterhin hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß die Kunststoffschicht 0,02 bis 2,0 mm,
vorzugsweise 0,1 bis 0,7 mm, stark ist.
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Darüber hinaus hat sich der Zusatz von Salzen zu der Kunststoffpaste oder dem Kunststoff-Fell als vorteilhaft
erwiesen. Im allgemeinen kommen dabei anorganische Salze, insbesondere die Halogenide des
Cadmiums, des Eisens, des Bleis und des Mangans, vorzugsweise des Zinks, in Betracht.
Als Lösungsmittel werden bevorzugt: Säureamide, Amide der Ameisensäure wie z. B. Formamid, Dimethylformamid,
N-Methylformamid oder Gemische der Amide mit Wasser.
Zur Erläuterung der Herstellung eines Akkumulators gemäß der Erfindung seien nachstehend folgende
Ausführungsbeispiele genannt:
Die negative Elektrode besteht aus Feinzinkfolie von 0,05 bis 0,1 mm Dicke.
Die zwischen den Elektroden angeordnete Kunststoffschicht hat folgende Zusammensetzung:
0,5 bis 1,5 g Kopolymer,
0,5 bis 2,5 g Methylzellulose, 1 bis 3 g Zinkchlorid,
5 bis 25 cm3 Lösungsmittel
0,5 bis 2,5 g Methylzellulose, 1 bis 3 g Zinkchlorid,
5 bis 25 cm3 Lösungsmittel
und wird bei Zimmertemperatur verrührt und nach etwa 2 Stunden blasenfrei auf das Zink aufgestrichen
(Schichtdicke etwa 1 mm).
Die positive Elektrode besteht aus Feinsilberblech, 0,05 bis 0,1 mm stark.
Besonders vorteilhaft hat sich dabei folgende Zusammensetzung der Kunststoffschicht aus
1 g Kopolymer,
1 bis 1,5 g Methylzellulose,
1,5 bis 2,0 g Zinkchlorid,
10 bis 20 cm3 Lösungsmittel,
1 bis 1,5 g Methylzellulose,
1,5 bis 2,0 g Zinkchlorid,
10 bis 20 cm3 Lösungsmittel,
5 bis 10 cm3 Wasser
erwiesen. Diese Anordnung liefert bei einer Belastung mit 6 mA/cm2 etwa 20 Minuten lang eine Spannung
von etwa 0,75 Volt und verlangt zur Ladung etwa 1,4VoIt. Der Kurzschlußstrom liegt bei 30 bis
50 mA/cm2, die offene Spannung bei etwa 1,05 Volt im geladenen und bei —0,2 Volt im umgepolten Zustand.
Es hat sich außerdem als zweckmäßig erwiesen, die Kunststoffschicht aus einem Kopolymer aus
Acrylnitril und Methacrylat unter Zusatz von Methylzellulose, Salzen und Lösungsmitteln zu einem Fell
zu verarbeiten, das dann in passende Stücke geschnitten und mit den metallischen Elektroden fest zu
einem einheitlichen Ganzen verbunden wird.
Die negative Elektrode besteht aus Feinzinkfolie von 0,05 bis 0,1 mm Dicke.
Die zwischen den Elektroden angeordnete Kunststoffschicht hat folgende Zusammensetzung:
3 g Kopolymer aus Acrylnitril und Methyl-
methacrylat,
3 g Methylzellulose,
3 g Methylzellulose,
6 g wasserfreies Zinkchlorid, 5 cm3 Formamid
und wird zu einem glatten etwa 0,7 mm starken Fell gewalzt. Dieses Fell wird entweder in reinem Form-
35
60 amid oder in einer Lösung von 6 g wasserfreiem
Zinkchlorid in 20 cm8 Formamid nachgequollen und dann blasenfrei zwischen die Folien gequetscht (endgültige
Dicke etwa 1 mm).
Die positive Elektrode besteht aus Feinsilberblech und ist 0,05 bis 0,1 mm stark.
Die Anordnung liefert bei einer Belastung mit mA/cm2 etwa 25 Minuten lang eine Spannung von
0,8 Volt und verlangt zur Ladung etwa 1,4 Volt. Der Kurzschlußstrom liegt für diese Anordnung etwa bei
mA/cm2, die offene Spannung bei etwa 1,16VoIt im geladenen Zustand.
Die Zeichnung stellt in schematischer Weise einen Akkumulator nach der Erfindung dar.
Mit 1 ist die positive, aus Feinsilber bestehende Elektrode, mit 2 die zwischen den Elektroden angeordnete
Kunststoffschicht und mit 3 die aus Fednzink bestehende negative Elektrode bezeichnet.
Claims (8)
1. Elektrischer Akkumulator mit metallischen Elektroden und einer zwischen ihnen angeordneten
ionenleitenden Kunststoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Elektrode aus
Feinsilber, die negative Elektrode aus F&inzink und die Kunststoffschicht aus einer Paste oder
einem gewalzten Fell aus einem Kopolymer aus Acrylnitril und Methacrylat unter Zusatz von
Methylzellulose, Salzen und Lösungsmitteln besteht.
2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Folien von
0,02 bis 0,20 mm Stärke bestehen.
3. Akkumulator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht
0,02 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,7 mm, stark ist.
4. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeicheet, daß die Kunststoffschicht
Zinkchlorid enthält.
5. Akkumulator nach einem der Ansprüche % bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel
Säureamide, vorzugsweise Amide der Ameisensäure, insbesondere Formamid, verwendet
sind.
6. Akkumulator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Gemische
der Amide mit Wasser verwendet sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestandteile der Kunststoffschicht bei Zimmertemperatur verrührt und nach einer angemessenen Quellungszeit, beispielsweise
von 2 Stunden, auf eine der Elektroden, vorzugsweise auf die Zinkelektrode, aufgestrichen
werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines Akkumulators nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge>kennzeichnet,
daß die Bestandteile der Kunststoffschicht zu einem Fell verarbeitet werden,
das dann in passende Stücke geschnitten und mit den metallischen Elektroden fest zu einem einheitlichen
Ganzen verbunden wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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