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 Herstellung

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DE1146151B
DE1146151B DEA38136A DEA0038136A DE1146151B DE 1146151 B DE1146151 B DE 1146151B DE A38136 A DEA38136 A DE A38136A DE A0038136 A DEA0038136 A DE A0038136A DE 1146151 B DE1146151 B DE 1146151B
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English (en)
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Dipl-Phys Dr Joachim Euler
Dr Paul Scholz
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VARTA AG
Original Assignee
VARTA AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/02Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
    • H01G7/021Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an organic dielectric
    • H01G7/023Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having an organic dielectric of macromolecular compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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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
Anmelder:
Varta Aktiengesellschaft,
Hagen, Dieckstr. 42
DipL-Phys. Dr. Joachim Euler und Dr. Paul Scholz,
Frankfurt/M.,
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:
Beispiel 1
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
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,
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.
Beispiel 2
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,
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-
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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)

PATENTANSPRÜCHE:
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
© 309 547/107 3.63
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