DK143825B - Faststof-elektrolytisk celle - Google Patents
Faststof-elektrolytisk celle Download PDFInfo
- Publication number
- DK143825B DK143825B DK139375A DK139375A DK143825B DK 143825 B DK143825 B DK 143825B DK 139375 A DK139375 A DK 139375A DK 139375 A DK139375 A DK 139375A DK 143825 B DK143825 B DK 143825B
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- solid
- electrolyte
- conductivity
- state electrolytic
- state
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 13
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 27
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 9
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- -1 Srl2 Chemical compound 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 101100096319 Drosophila melanogaster Spc25 gene Proteins 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 2
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 102100035591 POU domain, class 2, transcription factor 2 Human genes 0.000 description 1
- 101710084411 POU domain, class 2, transcription factor 2 Proteins 0.000 description 1
- 101100237460 Rattus norvegicus Mgll gene Proteins 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001626 barium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L barium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ba+2] WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001251 solid state electrolyte alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001631 strontium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- AHBGXTDRMVNFER-UHFFFAOYSA-L strontium dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Sr+2] AHBGXTDRMVNFER-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
(19) DANMARK
|f| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT <n> 1 ί+3825 B
DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET
(21) Ansøgning nr. 1593/75 (51) intCI.3 H 01 M 6/18 (22) Indleveringsdag 2. apr. 1975 H 01 II 4/36 (24) Løbedag 7. jul. 1972 (41) Aim. tilgængelig 2. apr. 1975 (44) Fremlagt 1 2. okt. 1981 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. 3^-00/72
(30) Prioritet 9- jul. 1 971 i 1 61 01 6, US
(71) Ansøger P.R. MALLORY & CO. INC., Indianapolis, US.
(72) Opfinder Charles Chi Liang, US: Carl Roger Sehlaikjer, US.
(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.
(54) Faststof-elektrolytisk celle.
Opfindelsen angår en faststof-elektrolytisk celle af den i kravets indledning angivne art.
Miniaturisering inden for elektronik har udviklet sig hurtigt i de sidste år og har medført en forøget efterspørgsel efter særlige j kraftkilder, som udmærker sig ved et volumen og en vægt, som er ^ sammenlignelige med, hvad der er kendt ved elektroniske komponen- J ter, som benyttes i kredsløb. Ved at benytte faststof-elektroly- 5 tiske celler har man haft held til at efterkomme dette krav. Bort- l set fra fordelen ved miniaturisering tillader faststof-elektroly- 0 i 2 143828 tiske celler og batterier en stor design-fleksibilitet og besidder en særdeles lang lagringsstabilitet af størrelsesordenen 5 til 10 år.
De faste elektrolytter, som benyttes i faststof-elektrolytiske celler, er ioniske ledere, som letter ionstrømmen vinder de faststof-elektrolytiske cellers drift. Ionledningsevnen for faststof-elektrolytten i den faststof-elektrolytiske celle er en af de hovedfaktorer, som bestemmer ydelsen af en given celle.
Det er konstateret, at et faststof-elektrolytisk cellesystem kan have en lav ledningsevne for den faste elektrolyt, hvilket kan medføre, at den faststof-elektrolytiske celle får en høj indre modstand og en ringe strømafgivelse.
F.eks. er de ionisk ledende, elektrisk isolerende lithiumforbindel- ser egnede faststof-elektrolytter i et faststof-elektrolytisk høj- spændingsbatterisystem, som benytter lithiumanode. Mellem alle de simple ioniske lithiumforbindelser er lithiumiodid den mest le- —7 —1 —1 dende, og det har en ledningsevne på omkring 10 ohm cm ved stuetemperatur. Imidlertid kan faststof-elektrolytiske celler med Li/Lil-katodesystemer kun afgive strømtætheder på 1 μΑ/cm eller mindre uden noget nævneværdigt tab af IR (indre modstand).
Det har nu vist sig, jfr. dansk fremlæggelsesskrift nr. 135 075, at ledningsevnen for en alkalimetalhalogenidmatrix kan forøges væsentligt ved tilføjelse af et eller flere additiver, som indfører defekter i faststof-elektrolytmatricen. Additiverne bør være ioniske forbindelser af kationer, som har oxidationstrin, som er højere end +1. Nettovirkningen af additiverne er, at de forbedrer ledningsevnen ved hjælp af de kationiske defekter, som indføres i faststof-elektrolytmatricen, der fortrinsvis er et alkalimetalhalogenid.
Idet ledningsevnen for en alkalimetalhalogenid-faststof-elektrolyt skyldes alkalimetalionen, kan ledningsevnen for faststof-elektrolytten forøges væsentligt ved tilførsel af op til omkring 20 molprocent af følgende additiver: Cal^, CaO, CaCl2, Bal2, BaO, Bel2,
Mgl2, MgCl2, BaCl2, Srl2, SrCl2, Lal^, CaS og BaS o.s.v.
Det er opfindelsens formål at angive en faststof-elektrolytisk celle af den i indledningen til kravet angivne art, hvor problemet med den høje indre modstand og den lave strømstyrke ved kendte faststof-elektrolytiske celler er væsentligt nedsat.
3 143826 Dén faststof-elektrolytiske celle ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af kravet angivne. Det har overraskende vist sig, at den faststof-elektrolytiske celle ifølge opfindelsen opfylder opfindelsens formål.
Den faststof-elektrolytiske celle er fortrinsvis en primær celle indeholdende en faststof-elektrolytisk separator.
Ifølge opfindelsen tilvejebringes der en faststof-elektrolytisk celle, i hvilken problemet med den høje indre modstand og lave strømevne ved kendte faststof-elektrolytiske· celler er væsentlig nedsat. Denne væsentlige nedsætning er en direkte følge af brugen af førnævnte faststof-elektrolytiske materiale og det særlige materiale, som katoden består af. Det faststof-elektrolytiske materiale er fortrinsvis en alkalimetalhalogenidmatrix, som indeholder op til 20 mol-procent af et eller flere af de i kravet angivne additiver, som er en ionlsk forbindelse af en kation, som har et oxidationstrin, som er højere end +1. Repræsentative eksempler på sådanne additiver er Ca^, CaO, CaC^» Balg °S BaO.
Opfindelsen skal i det følgende nærmere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 er et tværsnit af en forsøgscellestruktur, og fig. 2 er en polarisationskurve for forsøgscellen i nedenstående eksempel 1.
EKSEMPEL 1
En blanding af Lil og CaO med et molforhold på 99 til 1 blev malet til et pulver, som dernæst blev opvarmet til en temperatur på 500°-700°C i en periode på fra 5 minutter til adskillige timer. Det smeltede Lil indeholdende CaO additiv blev afkølet brat til stuetemperatur og malet til fint pulver. Der fremstilledes en kugle med en tykkelse på 0,05 cm ved at presse pulveret i en stålform under et tryk på 3.600 atm., hvorved man fik en elektrolyt af Lil indeholdende 1 molprocent af CaO.
En forsøgscelle blev fremstillet med den i fig. 1 viste opbygning, hvor A er en anodestrømskollektor fremstillet af stål, B er en 4 143825 lithiumanode, C er faststof-elektrolytten fremstillet som beskrevet ovenfor, D er katoden, og E er en katodestrømskollektor fremstillet af bly. Katoden var en blanding af Pbl2, elektrolytten og
Pb-pulver. Denne celle blev afprøvet; ledningsevnen for elektro- —6 —1 “1 lytten blev bestemt til (3 - 1) x 10” ohm" cm” . Polarisations-kurven for denne forsøgscelle på fig. 2 viser, at den indre modstand primært skyldes elektrolytten. Den kendsgerning, at den iagttagne tomgangsspænding for cellen,1,88 1 0,01 volt, passer godt med den teoretiske værdi på 1,87 volt, og den kendsgerning, at de iagttagne IR tab passer med værdien, som er beregnet ud fra elektrolyttens ledningsevne, viser, at elektrolytten praktisk taget er en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og er egnet til faststof-elektrolytbatterisystemer.
EKSEMPEL 2
En faststof-elektrolytkugle bestående af Lil indeholdende 1 molprocent Cal2 blev fremstillet ved den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde .
En forsøgscelle blev fremstillet som i eksempel 1, men med denne Lil/Cal0 elektrolyt. Denne celle blev afprøvet; ledningsevnen blev C- bestemt til (8 ± 2) x 10 ohm” cm” . Denne elektrolyt er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og egnet til faststof-elektrolytbatterisysterner.
EKSEMPEL 3
En faststof-elektrolytkugle bestående af Lil indeholdende 0,2 molprocent Cal2 blev fremstillet ved den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde .
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1, men med denne Lil/Cal0 elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev bestemt til (2 - 0,5) x 10 ohm cm . Elektrolytten er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og er egnet til faststof-elektrolytiske batterisystemer.
5 U3$25 EKSEMPEL 4
En faststof-elektrolytisk kugle bestående af Lil indeholdende 10 molprocent CaO blev fremstillet ved den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde .
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1, men med denne Lil/CaO elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev bestemt til (5 - 2) x 10 ohm" cm” . Denne elektrolyt er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og er egnet til faststof-elektrolytiske batterisystemer.
EKSEMPEL 5
En faststof-elektrolytisk kugle bestående af Lil indeholdende 4 molprocent Cal2 blev fremstillet ved den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde .
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1, men med denne elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev bestemt til (8 ± 2) x 10"6 ohm"·1· cm"^. Denne elektrolyt er praktisk taget en ren ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og egnet til faststof-elektrolytiske batterisysterner.
EKSEMPEL 6
En faststof-elektrolytkugle bestående af Lil indeholdende 15 aolpro-cent CaCl2 blev fremstillet ved den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde.
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1, men med denne elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev bestemt til /*· — — (5 - 2) x 10" ohm" cm" . Denne elektrolyt er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og egnet til faststof-elektrolytbatterisystemer.
EKSEMPEL 7
En faststof-elektrolytkugle bestående af Lil indeholdende 2 molprocent Bal2 blev fremstillet ifølge den i eksempel 1 angivne fremgangsmåde«
6 143&2S
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1,
men med denne elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev be-. —6 —X —X
stemt til (2 - 1) x 10” ohm cm” . Denne elektrolyt er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektrinisk ledningsevne og er egnet til faststof-elektrolytiske batterisystemer.
EKSEMPEL 8
En faststof-elektrolytisk kugle bestående af Lil indeholdende 20 molprocent BaO blev fremstillet i overensstemmelse med eksemplet ifølge fig. 1.
En forsøgscelle fremstillet i overensstemmelse med eksempel 1, men med denne elektrolyt, blev afprøvet; ledningsevnen blev be-stemt til (5 i 2) x 10“ ohm” cm” , Denne elektrolyt er praktisk taget en rent ionisk leder med ubetydelig elektronisk ledningsevne og egnet til faststof-elektrolytisk batterisystemer.
Den undersøgte elektrolyts overlegenhed demonstreres klart ved —7 den kendsgerning, at dens ledningsevne når fra 2 x 10 til
“5 ^X _1 H
2 x 10 ohm cm , mens ledningsevnen for rent Lil kun er 10 —1 —1 ohm cm . Således medfører tilstedeværelsen af additiver til indføring af kationiske defekter i lithiumhalogenidmatricen en væsentligt forbedret ledningsevne i forhold til den rene lithium-halogenid-faststof-elektrolyt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK139375A DK143825C (da) | 1971-07-09 | 1975-04-02 | Faststof-elektrolytisk celle |
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US00161016A US3837920A (en) | 1971-07-09 | 1971-07-09 | A battery containing a solid electrolyte having cationic defects |
| US16101671 | 1971-07-09 | ||
| DK340072AA DK135075B (da) | 1971-07-09 | 1972-07-07 | Faststof-elektrolytisk materiale til brug i elektriske celler. |
| DK340072 | 1972-07-07 | ||
| DK139375A DK143825C (da) | 1971-07-09 | 1975-04-02 | Faststof-elektrolytisk celle |
| DK139375 | 1975-04-02 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK139375A DK139375A (da) | 1975-08-04 |
| DK143825B true DK143825B (da) | 1981-10-12 |
| DK143825C DK143825C (da) | 1982-03-29 |
Family
ID=27221268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK139375A DK143825C (da) | 1971-07-09 | 1975-04-02 | Faststof-elektrolytisk celle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DK (1) | DK143825C (da) |
-
1975
- 1975-04-02 DK DK139375A patent/DK143825C/da not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK143825C (da) | 1982-03-29 |
| DK139375A (da) | 1975-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3791867A (en) | Rechargable nonaqueous battery | |
| US4020240A (en) | Electrochemical cell with clovoborate salt in electrolyte and method of operation and composition of matter | |
| US4374186A (en) | Polymer packaged cell in a sack | |
| US4808497A (en) | Organic electrolyte for nonaqueous cells | |
| US4877695A (en) | Non-aqueous electrochemical cell | |
| US3736184A (en) | Metal phosphate and metal arsenate organic electrolyte cells | |
| EP0055135B1 (en) | Composition for use as solid state electrolyte and solid state cell employing same | |
| US3953231A (en) | Sealed lithium-solid sulfur cell | |
| US20120058393A1 (en) | Battery and energy system | |
| US3713897A (en) | Electrolyte materials for high voltage solid electrolyte battery systems | |
| EP0102692A1 (en) | Non aqueous electrochemical cell | |
| US3681144A (en) | Lithium-metal selenide organic electrolyte cell | |
| JP2711545B2 (ja) | 非水性電池 | |
| GB1273455A (en) | Electric accumulator | |
| GB2187590A (en) | Electrochemical cells | |
| IE51437B1 (en) | High energy-density electrochemical cell | |
| US3884723A (en) | Button type galvanic cell | |
| US4434216A (en) | Solid state electrolyte | |
| US4476204A (en) | Electrochemical cell utilizing a mixture of phosphorus oxychloride and a low freezing solvent as the electrolyte | |
| USRE25608E (en) | cahan | |
| US4262065A (en) | Additive for lithium batteries | |
| US4419423A (en) | Nonaqueous cells employing heat-treated MnO2 cathodes and a PC-DME-LiCF3 SO3 electrolyte | |
| US4362794A (en) | Electrolyte | |
| DK143825B (da) | Faststof-elektrolytisk celle | |
| US3853623A (en) | Additive for an alkaline battery employing divalent silver oxide positive active material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PBP | Patent lapsed |