NO850127L - Forbedring ved molybden-belagte aluminiumkatoder for alkalimetall/svovelbattericeller - Google Patents

Forbedring ved molybden-belagte aluminiumkatoder for alkalimetall/svovelbattericeller

Info

Publication number
NO850127L
NO850127L NO850127A NO850127A NO850127L NO 850127 L NO850127 L NO 850127L NO 850127 A NO850127 A NO 850127A NO 850127 A NO850127 A NO 850127A NO 850127 L NO850127 L NO 850127L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
molybdenum
aluminum
layer
foil
substrate
Prior art date
Application number
NO850127A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul A Damrow
Floris Y Tsang
Original Assignee
Dow Chemical Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dow Chemical Co filed Critical Dow Chemical Co
Publication of NO850127L publication Critical patent/NO850127L/no

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • 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
    • H01M10/39Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • H01M10/3909Sodium-sulfur cells
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

Alkalimetall/svovelbattericeller av forskjellige former
er vel kjent. I én utførelse er anvendt et stort antall hule glassfiberlengder som elektrolytt/membran/skille mellom (smeltet) alkalimetallanoden og katolytten - en smeltet blanding av svovel-"katode" og alkalimetallpolysulfider av den typen fremstilt ved utladningsreaksjonen i cellen.
I den sistnevnte type av celler tar katoden, dvs. den katodiske strømsamler - generelt form av en spiralsk omviklet metallfoliey de påfølgende omviklinger holdes fra hverandre i en avstand omtrent litt mer enn den ytre diameter til fibrene.Fibrene er fylt med alkalimetallet og er vertikalt plassert, parallelt mellom omviklingene. Katolytten fyller rommet mellom omviklingene som ikke er okkupert av fibrene. De lavere ender av fibrene er lukket og de øvre ender er åpne og forbin-der den øvre flaten til et "keramisk" rørark gjennom hvilket de passerer for å tette inngrep hermed. Et reservoar-rom over rørarket inneholder mer av de smeltede alkalimetall, som flom-mer inn i fibrene når metallet som opprinnelig var til stede i dem omdannes, under utlading av cellen, til kationer - som vandrer gjennom fiberveggene inn i katolytten. Elektroner som blir gitt fra metallet idet det ioniseres, blir transportert gjennom det u-ioniserte metall i fibrene og reservoar til en anodeleder forbundet gjennom en ytre krets til en katodeleder. Elektronene passerer gjennom kretsen (og lederne) til den katodiske strømoppsamler (elektronfordeler), hvor de blir tatt opp av svovel til å danne sulfid-ioner i katolytten.
Den katodiske strømoppsamler kan også ta form av en vik-let strimmel av metalltrådnett eller et stort antall av trådlengder vertikalt plassert mellom fiberlengdene som i "negleseng"-oppstilling.
Folien, trådnettet eller tråden består hovedsakelig av aluminium og er belagt med et tynt lag molybden-disulfid, karbon eller molybdenmetall, som kjent fra US-patentene 3 749 603; 3 765 944 og 4 332 868. Det her foretrukne belegningsmateria-let er molybden.
Analogt er Na/S-celler, i hvilke separatoren tar form av
en vertikalt anordnet flat plate i hvilken en mengde parallelle,
vertikale sjakter av kapillære dimensjoner er blitt boret ut kjent fra US-patent nr. 3 915 741. Det smeltede natrium er plassert i sjaktene og i et reservoar over dem, med hvilket de kommuniserer. Svovel/sulfid-katolytten er anbrakt rundt platene i en rustfri stålbeholder og den katodiske strømoppsam-ler er et legeme av grafittfibre som strekker seg gjennom katolytten og elektrisk bundet gjennom en rustfri ståltrykkplate til beholderen.
En annen type Na/S-celler i hvilke separatoren er i form av vertikalt anbrakt hule fibre, er kjent fra US-patent nr. 4 230 778. Fibrene er fylt med katolytten, er i det ytre fuktet med natrium og kan eller kan ikke være holdt fra hverandre. Hver fiber er tettet i begge ender, og den katodiske strøm blir samlet ved en rustfritt stål- eller belagt jerntråd plassert inn i hver fiber gjennom i det minste én av tetningene. Beleg-ningen på de belagte tråder er beskrevet som å være "et anti-korrosivt lag". US-patent 4 310 607 omtaler en svært lignende kombinasjon av tett pakkede hule fibre bundtet parallelt med "beskyttelses-belagt" aluminiumtråder strukket inn i dem som strømoppsamlere. Fibrene er åpne i én ende og er lukket sammen langs deres lengder på en måte som utfyller mellomrommene mellom dem, unntatt 1 deres åpen-ende-terminale deler. De sistnevnte deler passerer gjennom en rørplate dannet av det samme glass som fibrene. Blant et stort antall patenter i batteri-teknologien be-traktes US-patentene nr. 3 966 492, 3 985 575, 4 117 209, 4 173 686, 4 248 943, 4 226 923 og britisk patent nr. 2 013 022 å være relevante til foreliggende oppfinnelse - som, for å imøtegå, er basert på oppdagelsen av at levetiden til Na/S-celler i hvilke den katodiske strømoppsamler er en molybden-belagt aluminiumsfolie, økes ved å bake folien i luft.
De mest relevante patenter er US-patenter nr. 3 985 575 og
4 117 209.
US-patent nr. 3 985 575 lærer at metallsubstrater belagt med metalloksyder eller sulfider blir fortrinnsvis fuktet med polysulfid-komponenten av svovel/polysulfid-katolytt, som er essensiell for den katodiske strømoppsamler (fordeler, mer nøyaktig) til å bli brukt under lading av cellen. Det er også essensielt, selvfølgelig, at overflatelaget består i det minste hovedsakelig av elektronisk ledende oksyder eller sulfider.
Den spesifikke kombinasjon av et aluminiumsubstrat, et molybdenlag over dette og et overflatelag av et metalloksyd er ikke kjent fra patentet. SelvomM0S2er spesielt nevnt som et passende overflatelag, og M0O2er kjent å være et ledende oksyd, er bruken av M0O2i overflatelaget ikke overveiet.
US-patent nr. 4 117 209 lærer kombinasjonen av et aluminiumsubstrat, et krom/nikkel-intermediatlag og et overflate-belegg av et ledende metalloksyd - mest merkbart Ti02. Molybdenoksyder er ikke omfattet i listen av andre passende oksyder.
Ingen av de foregående patenter foreslår noen effekt av en metalloksydbelegning på cellelivet.
Selv om de er rettet mot fremstilling av et overflatelag av et katodereaktivt oksyd (M0O2) på et ledende metallsubstrat (slik som Al), heller enn mot en strømoppsamler per se, er to US-patenter - US-patent 4 245 017 og 4 281 048, ikke inkludert i den foregående liste - relevante til foreliggende oppfinnelse som innarbeidet i en belagt folie. Mo02-laget kjent fra disse patenter fungerer som offerkatoden i en Li/Mo02_celle og substratmetallfunksjonene som en katodisk strømoppsamler deri.
Mo0~ ^ er avledet fra en forløper-belegning av MoS 2-partikler, ved å oksydere MoS2til Mo02, eller til MoO^- som deretter reduseres til M0O2• Siden oksydasjoner må utføres ved temperaturer under smeltepunktet til substratmetallet, er oksyda-sjonstemperaturen langt under sintertemperaturen for molybdenoksyder. Således oppnås Mo02_produktet fra hver av operasjon-ene (eller intermediære MoO^-laget) nødvendig i form av adskil-te partikler. MoS2~partiklene blir anvendt på substratet som en suspensjon i olje. Mesteparten av oljen fjernes i bake-(oksydasjons)prosessen, men karbonisering resulterer også og Mo02(eller MoO^)-partiklene er åpenbart bundet til substratmetallet (og hver annen, antageligvis) ved karboniseringspro-duktet.
Foreliggende søker kjenner ingen tidligere litteratur mer relevant til deres oppfinnelse enn de få patenter referert her som omtaler Mo/Al eller MoS2/Al som katodisk strømoppsamler i Na/S-celler eller det intermediære MoO^-laget dannet i én metode for å fremstille katodereaktivt Mo02-partikler på en aluminium-strømoppsamler til Li/Mo02-celler. Således angir ikke den sistnevnte litteratur en overveielse av Al/Mo/MoO^eller MoC^-strukturer å ha brukbarhet som katodiske strømoppsam-lere i alkalimetall/svovelceller. Ingen i den tidligere litteratur foreslår at den brukbare levetid av en alkalimetall/svo-velcelle i hvilken molybden-belagt aluminium er brukt som katodisk strømoppsamler kan utvides ved dannelse av mer enn et overflatelag av molybdenoksyder på den eksponerte overflate av molybdenet .
Det primære mål er å øke bruks-levetiden av alkalimetall/ svovelceller i hvilke molybdenbelagt aluminium blir brukt til katodisk strømavtaking.
Et annet mål er å fremskaffe, som nevnte forbedrede avtaker, en aluminiumfolie belagt med et intermediært lag av molybden og et ytre lag av ikke-partikulære molybdenoksyder.
Et videre mål er å fremskaffe en enkel prosess for å omdanne en molybdenbelagt aluminiumsfolie til den sistnevnte, forbedrede avtaker.
Også andre mål vil være synlig for de som er kjent i faget ved de følgende spesifikasjoner og krav.
Essensen av foreliggende oppfinnelse er oppdagelsen av at alkalimetall/svovel-battericeller i hvilke den katodiske strøm-avtaker er fremstilt fra molybdenbelagt aluminium har lengre levetid hvis den belagte folie blir bakt i nærvær av oksygen før den blir innført i cellen.
Oppfinnelsen kan bredt defineres som en forbedring i en alkalimetall/svovel-battericelle som har en katodisk strømav-taker formet fra molybdenbelagt aluminium, nevnte forbedring er et overflatelag, på molybdenet, av molybdenoksyd, av hvilke den ytre del med en dybde på omtrent 25 Å eller mer, er MoO^•
Mer spesielt ligger oppfinnelsen i en formet gjenstand som har anvendelighet som katodisk strømavtaker for alkalimetall/- svovel-battericeller, nevnte gjenstand omfatter (1) et metallsubstrat av aluminium eller av hovedsakelig aluminium, aluminium/molybden-blanding; (2) over nevnte substrat, et første lag av molybden eller av hovedsakelig molybden, aluminium/molybden-blanding; (3) over nevnte første lag, et annet lag som har gjennomsnittssammensetning MoOx, hvor x har verdier mellom 2 og 2,9; og (4) et overflatelag, omtrent 25 Å eller mer tykt, av Mo03.
Oppfinnelsen ligger også i fremgangsmåten for fremstill-
ing av en alkalimetall/svovel-battericelle som omfatter å inn-arbeide i denne den katodiske strømavtaker med foregående defi-nisjon .
Oppfinnelsen ligger videre i en metode til å lage en for-bedret strømavtaker omfattende følgende trinn: (1) å fremskaffe en formet gjenstand som har et ytre lag av molybden eller av hovedsakelig molybden, aluminium/molybden-blanding, på et substrat av aluminium eller av hovedsakelig aluminium, aluminium/molybden-blanding, og (2) å bringe nevnte ytre lag i kontakt med oksygenmolekyler ved3n temperatur under smeltepunktet til aluminium for en tidsperiode på omtrent 10 minutter eller lenger.
I alle utforminger av oppfinnelsen er strømavtakeren fortrinnsvis i en form, slik som en folie, passende for bruk i natrium/svovel-celler i hvilken elektrolytt/separatoren er i form av et mangfold av hule fibre.
Herav inkluderer ikke metallene anvendt i utførelsen av oppfinnelsen mer enn tilfeldige mengder av forurensninger. Mengdene av tilfeldige forurensninger i kommersielle metaller
kan bli så mye som få prosent, men er mer typisk 1 % eller mindre - som i tilfellet av "rent" aluminium, som normalt inneholder opp til omtrent 1 % silisium, C, jern etc.
I beskrivelsen av oppfinnelsen er oksydoverflatelaget som normalt er til stede på aluminium eller molybden, ikke spesi-
elt beskrevet, selv om i tilfellet til aluminium i det minste, det kan være så tykt som 200 Å eller mer. Men dette laget er å
anta er til stede - unntatt annet er angitt - når referanse blir gjort til metallet som sådant.
"Blandingene" av aluminium og molybden referert til som sådanne her inkluderer, men er ikke begrenset til sanne legeringer. Det er, formede gjenstander dannet ved inngående sint-rering av blandingene av de to metallpulvere under sterkt trykk er også inkludert.
"Substratet" må ikke være et massivt legeme av aluminium (eller Al/Mo). Det kan være en slire rundt en kjerne av et-hvert materiale som har den nødvendige styrke og elektriske ledningsevne.
Uttrykket "ikke-partikulært" omfatter metall eller oksyd-lag i hvilke "korngrenser" er observerbare ved standard metalo-grafiske teknikker.
Det skal gjøres oppmerksom på Å-verdiene gitt her for tykkelsen av metall og metalloksydlag er relative beregninger ut-ledet fra resultatene av mange forskjellige analytiske metoder: elektron-mikroskopi, elektron-diffraksjon, atom-absorpsjons-spektroskopi, Auger-spektroskopi, elektronspektroskopi til kjemisk analyse, lav-vinkel-røntgenstråle-diffraksjon og Rutherford Backscattering.
Den katodiske strømavtaker kan ta enhver form, passende til cellen den skal innarbeides i, i hvilken et formet element av molybdenbelagt aluminium kan fremstilles, og deretter over-flateoksyderes i samsvar med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. For celler i hvilke elektrolytt/separatoren tar formen av et mangfold av tett-plasserte hule fibre som enten ikke er i kontakt med hverandre eller er slik bare som påføl-gende fibre i rader, er den foretrukne avtakerform den som er en folie eller trådnett med individuelle lengder av tråd anordnet mellom fibrene eller radene derav.
Den samme fordelaktighet gjelder for folier, trådnett eller tråder anbrakt mellom tynne plater av kation-konduktivt glass eller kjeramikk i hvilke anolyttbrønner av kapillær di-mensjon går ut fra en kant av platen mot (eller gjennom) en annen kant. For celler i hvilke elektrolyttseparatoren tar form av en bikube, tar den katodiske avtaker fortrinnsvis formen av lengder av tråd eller trange bånd av folie eller trådnett innsatt i disse rom i bikuben i hvilke katolytten er anbrakt. I
en celle i hvilken alkalimetallet er anbrakt i hule fibre som er tett pakket i parallell og katolytten er i mellomrommet mellom dem, kan den katodiske strømavtaker bestå av trådlengder innsatt i mellomrommet og vanligvis forbundet til en katodisk "samleskinne" eller terminal.
Hvis "samleledningen" eller andre terminale midler til hvilke separate katodiske strømavtakerelementer er bundet,
blir eksponert til katolytten, kan den også bestå av molybden-belagt aluminium som har vært overflateoksydert. Dette anvendes til en katode-beholdervegg gjennom hvilken alle eller deler av katodestrømmen passerer.
Som indikert ved de foregående definisjoner kan "aluminium-substratet" være aluminium som sådan eller en aluminium/molybden-blanding i hvilken aluminium dominerer. Blant slike blandinger er sanne aluminiumrike legeringer foretrukket. I samsvar med M. Hansen (Constitution of Binary Alloys, s. 114,115, 2. utgave, McGray Haill, N.Y. 1958), finnes det for eksistensen av MoAl2 , MoAl3, MoAl4, MoAl,. og MoAl12eutektika i littera-turen. Fordelaktighet for utførelse av foreliggende oppfinnelse øker når Al/Mo-forholdet går opp og aluminium ved i det minste 99 % renhet er mest foretrukket.
Lignende, "molybden"-belegget på substratet kan være molybden som sådant eller aluminium/molybden-blandinger i hvilke molybden dominerer. Den sanne, Mo-rike legering av to metaller er foretrukket. T samsvar med Hansen (loe.eit.: s.115,117)
er i det minste ett bestemt Mo-rikt eutektikum, Mo^Al, kjent. Molybden i seg selv, for eksempel i det minste 99 % rent - er mest foretrukket.
Molybden- (eller molybden og aluminium) belegging kan dannes på substratet ved enhver passende metode ved hvilken et vedhengende, ledende belegg med passende tykkelse kan fremstilles. Slike metoder er velkjente og vil ikke bli beskrevet her. Med "adekvat tykkelse" menes en tykkelse slik at i det minste 100 Å av beleggingsmetallet vil blande seg mellom substratet og de overliggende oksyder i den endelige avtaker. [De sistnevnte oksyder inkluderer overflatelaget (^20 Å) vanligvis til-stede på molybdenmetall, men minimum resttykkelse av Mo (eller Mo/Al) inkluderer ikke Mo-innholdet av dette overflatelag). Fortrinnsvis er tykkelsen til det innblandede metall omtrent
200 Å eller mer. Når de overliggende oksyder skal formes fra en ytre del av det til å begynne med ikke oksyderte Mo-(eller Mo/Al)belegget, må beleggtykkelsen økes for å fremskaffe Mo-innholdet i det mellomliggende(MoOx)og ytre (MoO^)-lag. Således bør den totale tykkelse til metallet (per se) før oksyde-ring være i det minste 150 Å og fortrinnsvis i det minste 225 Å.
Det mellomliggende (eller under-) oksydlaget (gjennomsnitts-sammensetningMoOx) er det mest vanskelige å analysere, men Auger-spektroskopi er betraktet å fremskaffe en pålitelig indi-kasjon på nærværet av dette lag i molybden-belagt aluminiums-folier som har blitt overflateoksydert ved baking i luft ("luftbaking"). Avhengig av baketemperatur og varighet, er tykkelsen på dette lag funnet å variere fra omtrent 140 Å (etter 22 dager ved 100°C) til omtrent 1150 Å (etter 65 minutter ved 400°C). Fortykkingen foregår åpenbart primært som et resultat av Mo02~dannelse, selv om innholdet av MoO^i delen av det mellomliggende lag øyeblikkelig etter det ytre lag av MoO^sannsynligvis øker også. MoO -tykkelsen på mindre enn 140 Å er ikke utelukket, siden oksydasjonstemperaturer på mindre enn 100 C og/eller baketid så lang som 10 minutter (eller til og med mindre) er selv-følgelig mulig.
Tykkelsen av det ytterste (Mo03)-lag bør være større enn
det til monolaget av MoO^(^20 Å) normalt til stede på eksponerte molybdenoverflater. Tykkelser større enn omtrent 50 Å har nettopp blitt oppdaget. Selv om større tykkelser ifølge sakens natur ikke er betraktet uoppnåelige, er ingen fordel som ville oppveie den korresponderende øking i total motstand synlig.
Oksydasjonsprosessen ifølge oppfinnelsen omfatter å eksponere overflaten til den molybdenbelagte aluminium-(etc.)gjen-standen som skal bli avtaker til oksygenmolekyler i et oksygen-inneholdende fluid ved en temperatur slik at omdannelsen av Mo (under MoO^-overflatelaget) til Mo02foregår ved en brukbar hastighet, men smelting eller utfelling av substratet forekommer ikke. Fluidet kan bestå av oksygen, av oppløsninger av oksygen i inerte væsker eller av blandinger av oksygen med andre gasser som ikke ugunstig berører prosessen eller produktet derav på en ikke-tolererbar måte. Luft er den foretrukne oksygenkilde. På grunn av reprodusibiliteten blir oksydasjonen fortrinnsvis ut-ført i en instrumentert ovntype utstyrt med en termostatisk kontrollert varmekilde og under kontrollerte fuktighetsbeting-elser, atmosfærisk renhet, etc. Eksempler på passende flyten-
de oksygenkildematerialer er oppløsninger av oksygen i flytende fluorkarboner.
Avhengig av utførelsen av battericellen i hvilken den katodiske strømavtaker skal anvendes, kan oksydasjonen utføres etter at den ubehandlede avtaker er innarbeidet i cellen (eller i en forløper derav). Men i de fleste tilfeller vil det være mer foretrukket å utføre oksydasjonen først.
Temperaturen kan variere under oksydasjonsprosessen, men
vil nødvendigvis være mindre enn smeltepunktet til "aluminium"-substratet. Fortrinnsvis overskrider ikke temperaturen 650°C, selv når substratet består av 99 % eller renere aluminium. Den
eneste iboende laver-fgrense for temperatur er den pålagt ved praktisk betraktning av reaksjonshastigheten. Ved temperaturer under omtrent 50°C er oksydasjonen av molybden under MoO^-overflatelaget meget langsom. Temperaturer på i det minste 80°C
er foretrukket. Det foreliggende mest foretrukne området for oksydasjonstemperaturer er fra 100 til 400°C, på grunn av ade-kvate reaksjonshastigheter i den lavere ende av område og på grunn av isolasjonskrav, utstyrsopprettholdelseskrav, etc., ved øvre ende av området.
Oksydasjonstiden kan være så lang som 1 måned eller mer (ved temperaturer fra 80 til 100° ) men kan være så kort som
10 minutter- eller til og med mindre, ved temperaturer på omtrent 450°C eller høyere. Fremgangsmåter for å fremskaffe oksydlag andre enn den ifølge foreliggende oppfinnelse er ikke utelukket. Således kan "kontinuerlig film av grått molybdenoksyd" omtalt dannet på molybden eller molybden'^ legeringsoverflater ved anodiseringspro-sessen i US-patent 4 212 907 være passende. (Den kjente prosess er en førbehandling for et substrat på hvilket en metall-plate skal dannes; oksydfilmen er ikke angitt på annen måte). Større lang-levetid for celle har faktisk blitt demonstrert bare i celler i hvilke den katodiske strømavtager er en i spiral vundet folie og elektrolytt/separator består av hule fibre oppsatt i parallell og lagt mellom folieinnpakningene, fibrene er natriumfylte og nedsenket i en sulfid/svovel-katolytt. Men det er oppfatningen til de foreliggende søkere at effekten på lang-levetid ikke er begrenset til celler i hvilke natrium er alkalimetallet, og kan bli realisert i celler av annen utførelse - som eksemplifisert ved de kjent i patentene anført i tabell 1 her.
De følgende eksempler er for illustrasjonsformål og er ikke å oppfatte som uttømmende i lys av foreliggende oppfinnelse.
Molybdenbeleggene referert til i eksemplene ble påført -feit begge sider av Al-foliene ved magnetron-katodeforstøvning. Tykkelsen av metallet og oksydlagene på folieprøvene som ble ana-lysert ble beregnet ved en ione -bombar^dementsprosess som fjer-ner målmaterialet ved en hastighet antatt å være i det vesent-lige den samme som den ved hvilken Ta20^fjernes fra en kalibreringsstandard ved en gitt "maskinsetting". Nøyaktig-heten til denne prosedyren for Mo-metall er bare omtrent _+ 50 %, men er relativt god for molybdenoksyder.
Eksempel 1
Tid/temperatur-effekter på tykkelser og sammensetninger av lag
i oksydert Mo-belegg på Al-folier.
1145 (matvaregrad) aluminiumf olie, 12,7 nm (0,5 "mil") tykk og 11,43 cm (4,5") bredt, (fremstilt av Reynolds Aluminum Co.) ble brukt som mottatt, med ingen overflatebehandling eller annen førbehandling. Begge sider av en 70 meters lengde av folie, bundet på en 15,24 cm (6") kjerne, ble samtidig belagt med Mo ved planar magnetron-sprutebelegning i en argonmatrise ved
-4 -5
trykk fra 10 til 10 torr. 1 meters deler av den belagte folie ble kuttet fra områder antatt å være uniforme i morfolo-gi og tykkelse. Hver testdel ble løst rullet og "senket ned i" luft i en isolert varmeblokk, temperaturen i hvilken ble opp-rettholdt i mellom _+ 1 % av innsettingsverdien ved hjelp -av en trans-met visigrafkontrollør, modell -2060. Utvekslingskammeret til en inert tørrboks ble brukt til å avkjøle de oksyderte prø-ver. Forskjellige deler ble behandlet med forskjellige lengder av tid og forskjellige temperaturer som angitt i tabell 2 som følger. Sammensetningene og den relative tykkelse av det resul-terende Mo-oksyd og metall-lagene er også gitt i tabellen.
Studie av de oksyderte folier ved forskjellige analytiske metoder angitt tidligere her resulterte i følgende konklusjoner. Hver folie har et overflatelag av MoO^som har en tykkelse i området fra omtrent 30 til 50 Å. Under dette har det dannet seg et annet oksyd-lag bestående hovedsakelig av Mo02r men inkluderer noe høyere oksyder (totalt gjennomsnitt på mellom 2 og 3 oksygenatomer pr. Mo-atom). Tykkelsen til det underlig-gende Mo-lag avtok selvfølgelig. Det vil ses av tabellen at tykkelsen av det dannede oksydet er flere ganger den korresponderende minking i metalltykkelse.
Eksempel 2
Levetid-sammenligning av celler med uoksyderte og oksyderte Mo-belagte Al-avtakere.
To grupper på 10 celler hver ble sammenlignet. Alle cellene var av den samme basis-utformning og, unntatt for ok-sydas jonsbehandl ingen , var de identiske innenfor grensene av reprodusibilitet og fremstillingsprosedyre. Celleutførelsen var den til Dow 6 ampere-time eksperimentell-celle. Denne cellen inneholder 2000, 50 x 80 nm hule fibre lagd av modifisert natriumtetraboratglass, en modifisert basisk oksyd-glass-rørplateskive og en katodisk strømavtaker lagd av aluminiumfolie belagt på begge sider med omtrent 500 Å molybdenmetall. De 10 cellene betegnet som gruppe A ble standard for den videre utførelse. De andre 10, i hvilke avtakerfoliene var blitt luftbakt ved 300°C i det minste i 1 time, ble betegnet som gruppe B.
Alle cellene ble samtidig satt til testen i et komputeri-sert, automatisert testanlegg og ble så ladet/utladet cyklisert ved 300°C mellom 2,4 og 1,78 volt inntil de ikke virket lengre. Med noen unntagelser (diskutert senere) cycykliseringen var ved en hastighet på 1 ampere; ved denne hastighet var hver halv-cyklus omtrent 5 timer lang. Resultatene er gitt i tabell 3.
Diskusjon
Den lengste levetid til en gruppe A celle var 70 dager
og gruppens gjennomsnitts-levetid var 4 7 dager. I kontrast var én gruppe B celle fremdeles* ikke gått i stykker etter 365 dager, og gjennomsnitts-levetiden for gruppen (inklusive 3 celler som var ødelagt ved uhell eller bevisst) var 158 dager.
En sammenligning av levetidsfordelingen for de to grupper viser at en hurtigere utviklings-hastighet for feil i gruppe A cellen var ikke virkningsfull i gruppe B cellene, slik at feilene i de sistnevnte celler kom av andre, langsomt frem- kallende årsaker. (Det er ikke kjent hva den hurtigere forår-sakingen av feil er eller hvordan luftbaking virker på den.)
Det vil sees at i de celler i hvilke folien var blitt bakt lenger enn 2 timer var de lengst-levende celler i gruppen B.
Man bør legge merke til at levetids-forbedringen øyensyn-lig ble oppnådd på bekostning av noe lavere cellekapasiteter (amperetimer). Den ohmske motstand i alle celler som har levetid i overskudd av 100 dager,øket progressivt deretter.

Claims (9)

1. En formet gjenstand som er brukbar som en katodisk strømavtaker i alkalimetall/svovel-battericeller, nevnte gjenstand omfatter (1) et metallsubstrat av aluminium eller av en overveiende aluminium, aluminium/molybden-blanding; (2) over nevnte substrat, et første lag med i det minste 100 Å tykkelse av molybden eller av en overveiende molybden, aluminium/molybden-blanding; (3) over nevnte første lag, et annet lag som har gjennomsnitts-sammensetning MoOx, hvor x har verdier i området fra 2 til 2,9; og (4) et overflatelag, omtrent 25 Å eller mer tykt,av MoO^ •
2. Gjenstand ifølge krav 1, i hvilken nevnte substrat er et metall valgt fra aluminium eller en aluminiumrik, binær legering av aluminium og molybden, og nevnte første lag er et metall valgt fra molybden eller en molybdenrik, binær legering av aluminium og molybden.
3. Gjenstand ifølge krav 1 eller 2, i hvilken den relative tykkelse av nevnte lag er som følger: første lag fra 140 til 500 Å; annet lag fra 100 til 1100 Å; og overflatelag fra 30 til 50 Å.
4. En alkalimetall/svovel-battericelle i hvilken den katodiske strømavtaker er en formet gjenstand omfattende (1) et metallsubstrat av aluminium eller av overveiende aluminium, aluminium/molybden-blanding; (2) over nevnte substrat, et første lag i det minste 100 Å tykt av molybden eller av overveiende molybden, aluminium/molybden-blanding; (3) over nevnte første lag, et annet lag som har gjennomsnitts-sammensetningen MoO , x har verdi i området mellom 2 og 2,9; og (4) et overflatelag, omtrent 25 Å eller mer tykt, av MoO^ .
5. Cellen ifølge krav 4,i hvilken nevnte formede gjenstand er en folie og nevnte første, annet og overflatelag-lag er til stede på begge sider av folien, nevnte folie er i form av en lø st omviklet spiral og cellen omfatter en elektro-lytt/separator i form av et mangfold av hule fiberlengder plassert fra hverandre i parallell mellom folie-omviklingene.
6. Fremgangsmåte for fremstilling av en katodisk strøm-avtaker til en alkalimetall/svovelcelle som omfatter: (1) å fremskaffe en formet gjenstand som har et ytre lag i det. minste 150 Å tykt, av molybden eller av overveiende molybden, aluminium/molybdenblanding, på et substrat av aluminium eller av overveiende aluminium, aluminium/- molybden-blanding, og (2) å kontakte nevnte lag med oksygenmolekylér.,. , ved en temperatur på over 50°C men under smeltepunktet til aluminium for en tid på omtrent 10 minutter eller lenger.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, i hvilken nevnte celle er en natrium/svovel-celle og nevnte formede gjenstand er en belagt folie, folien består av nevnte substrat av aluminium og belegget består av nevnte ytre molybdenlag og er til stede på begge sider av folien.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, i hvilken nevnte belagte folie er stilt opp i nevnte celle som en løst omviklet spiral og et flertall av hule fiberlengder, påsatt for å fungere som en elektrolytt/separator,er anbrakt i parallell atskilt fra hverandreut førelse mellom folieomviklingene.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, i hvilken nevnte konr takt blir utført ved å eksponere overflaten av molybdenet for luft i mer enn 2 timer, ved en temperatur av fra 100 til 400°C.
NO850127A 1983-05-13 1985-01-11 Forbedring ved molybden-belagte aluminiumkatoder for alkalimetall/svovelbattericeller NO850127L (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/494,595 US4460662A (en) 1983-05-13 1983-05-13 Molybdenum-coated aluminum cathodes for alkali metal/sulfur battery cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO850127L true NO850127L (no) 1985-01-11

Family

ID=23965122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO850127A NO850127L (no) 1983-05-13 1985-01-11 Forbedring ved molybden-belagte aluminiumkatoder for alkalimetall/svovelbattericeller

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4460662A (no)
EP (1) EP0125626B1 (no)
JP (1) JPS60501334A (no)
AT (1) ATE35484T1 (no)
BR (1) BR8406896A (no)
CA (1) CA1216021A (no)
DE (1) DE3472504D1 (no)
NO (1) NO850127L (no)
WO (1) WO1984004629A1 (no)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4659637A (en) * 1986-04-17 1987-04-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Electrochemical cell with high conductivity glass electrolyte
USH661H (en) 1987-03-24 1989-08-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Cathode container for sodium-sulfur cells
DE3742608A1 (de) * 1987-12-16 1989-06-29 Asea Brown Boveri Elektrochemische speicherzelle
DE3744170A1 (de) * 1987-12-24 1989-07-06 Asea Brown Boveri Elektrochemische speicherzelle
GB2340295A (en) * 1998-07-28 2000-02-16 Aabh Patent Holdings Electrochemical Cell
WO2014088586A1 (en) 2012-12-07 2014-06-12 Colgate-Palmolive Company Antiperspirant/deodorant cosmetic compositions

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3749603A (en) * 1972-04-17 1973-07-31 Dow Chemical Co Alkali metal/sulfur battery having a cathodic current collector coated with molybdenum disulfide
GB1471914A (en) * 1975-03-10 1977-04-27 British Railways Board Alkali metal-sulphur cells
US3985575A (en) * 1976-01-30 1976-10-12 Ford Motor Company Secondary battery or cell with dual electrode
GB1582845A (en) * 1976-11-22 1981-01-14 Chloride Silent Power Ltd Electrochemical cells
IN148314B (no) * 1977-09-19 1981-01-10 Chloride Silent Power Ltd
GB1595192A (en) * 1978-05-31 1981-08-12 Chloride Silent Power Ltd Alkali metal/sulphur cells
US4248943A (en) * 1980-04-21 1981-02-03 Ford Motor Company Sodium sulfur container with chromium/chromium oxide coating

Also Published As

Publication number Publication date
EP0125626B1 (en) 1988-06-29
DE3472504D1 (en) 1988-08-04
WO1984004629A1 (en) 1984-11-22
CA1216021A (en) 1986-12-30
EP0125626A2 (en) 1984-11-21
BR8406896A (pt) 1985-04-16
EP0125626A3 (en) 1986-07-02
ATE35484T1 (de) 1988-07-15
US4460662A (en) 1984-07-17
JPS60501334A (ja) 1985-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hagen et al. Lithium–sulphur batteries–binder free carbon nanotubes electrode examined with various electrolytes
US2636856A (en) Electrode for electrochemical oxidation
Bowden The amount of hydrogen and oxygen present on the surface of a metallic electrode
Shao et al. Design and synthesis of cubic K3− 2xBaxSbSe4 solid electrolytes for K–O2 batteries
KR102721378B1 (ko) 주름 및 말림이 최소화된 고강도 전해동박, 그것을 포함하는 전극, 그것을 포함하는 이차전지, 및 그것의 제조방법
EP3547424B1 (en) Anode, and sulfide solid-state battery
Sengupta et al. Investigation on lithium conversion behavior and degradation mechanisms in Tin based ternary component alloy anodes for lithium ion batteries
US4386020A (en) Process for the production of thermodynamically stable solid ion conductor materials
Heo et al. 10 μm-thick MoO3-coated TiO2 nanotubes as a volume expansion regulated binder-free anode for lithium ion batteries
NO850127L (no) Forbedring ved molybden-belagte aluminiumkatoder for alkalimetall/svovelbattericeller
US4509254A (en) Method for molybdenum-coated aluminum current collector for alkali metal/sulfur battery cells
Dandena et al. Review of interface issues in Li–argyrodite-based solid-state Li–metal batteries
JP6686822B2 (ja) 金属材、セパレータ、セル、および燃料電池
JP5000779B1 (ja) モリブデン電極付光電変換素子用基板
Parthasarathy et al. High temperature sodium-zinc chloride batteries with sodium beta-alumina solid electrolyte
US4123566A (en) NA/S Cell reactant container with metal aluminide coating
US4048394A (en) Secondary battery or cell with vitreous carbon coated graphite current collector
FI65284B (fi) Elektrod foer en elektrolyscell samt foerfarande och aemneskomposition foer oeverdragning av densamma
Hartmann Casing materials for sodium/sulfur cells
US4049881A (en) Solid electrolyte composition and cell
NO119146B (no)
EP0855753A1 (en) Special lead alloy containing antimomy and tin and positive electrode grid for use in lead-acid accumulator having improved corrosion resistance at high temperatures
Okunev et al. (Digital Presentation) Electrodeposition of Electrolytic Niobium Coatings on the Cryogyroscope Rotor
Dubrovskiy et al. Molten salts as a promising medium for the synthesis of highly active catalytic coatings
US4181579A (en) Sodium ion conducting sodium aluminum phosphate glasses