DE1596023C - Elektrode für Akkumulatorenzellen mit einer porösen Matrize aus stromleitendem Material in Form miteinander verbundener Honigwabenzellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Akkumu- und dem Scheider aufrechtzuerhalten, aber auch latorenzellen mit einer porösen Matrize aus strom- zwischen der Elektrode und dem Elektrodenschirm, leitendem Material in der Form miteinander verbun- so daß sich Änderungen der charakteristischen Eigendener Honigwaben, deren Poren groß genug sind, um schäften der Elektrode ergeben,
sie mit einer aktiven Elektrodenpaste zu imprä- 5 Ein Zweck der Erfindung besteht infolgedessen gnieren. ' darin, bei der neuen Elektrode auch die mechanische

Akkumulatorenzellen stellen ein wichtiges Hilfs- Festigkeit und die technologische Einheitlichkeit zu mittel zur Speicherung elektrischer Energie für Anlagen verbessern und damit die Eigenschaften von Akkumudar, die insbesondere in Flugzeugen untergebracht latorenzellen zu verbessern, die mit der neuen Elekwerden sollen. Eine wichtige Art von Zellen, die sich io trode ausgerüstet sind; damit sollen eine längere für derartige Verwendungszwecke besonders gut Lebensdauer, ein einwandfreier Betrieb und eine eignen, sind die Alkali-Elektrolytzellen für hohe hohe Leistungsfähigkeit sowohl bei Raumtemperatur Energiedichte, die Elektrodenkombinationen aus bei- als auch bei höheren Temperaturen in der Größenspielsweise Silber und Zink, Silber und Kadmium Ordnung von 100⁰C und mehr erreicht werden,
und Nickel und Kadmium enthalten. Hochleistungs- 15 Infolgedessen betrifft die Erfindung auch die . zellen sind dabei solche Zellen, die wesentlich mehr Schaffung einer Akkumulatorenzelle mit einer neuen elektrische Energie je Gewichtseinheit speichern kön- Elektrode, die sich insbesondere für den Flugzeugbau nen als übliche Zellen, wie beispielsweise Zellen mit eignet, ein geringes Gewicht hat und in einer großen Bleielektroden. Anzahl von Zyklen geladen und entladen werden kann

Eine Hochleistungszelle kann beispielsweise 100 bis so und andererseits bei normalen Umgebungstempera-400 Wattstunden je Pfund entwickeln. Neben den türen absolut zuverlässig ist und insbesondere bei außerordentlich wichtigen Anwendungen im Flug- höheren Temperaturen arbeiten kann, wobei solche zeugbau finden solche Hochleistungszellen auch auf Zellen eine erhöhte Kapazität, eine hohe Entladevielen anderen Gebieten Anwendung, z. B. bei trag- ■ spannung und eine lange Lebensdauer bei einer baren Werkzeugen und Werkzeugmaschinen, bei as großen Anzahl von Ladezyklen aufweisen.
Fernsehgeräten, Rundfunkempfangsgeräten und Plat- Schließlich ist es noch ein Zweck der Erfindung,

tenspielern sowie bei Anlassern, tragbaren Röntgen- Elektroden aus Zink und Silber zu schaffen, die eine geräten u. dgl. hohe Kapazität aufweisen und sich insbesondere zur

Bei Hochleistungszellen mit hoher Energiedichte, Verwendung in Silber-Zink-Hochleistungszellen beispielsweise bei Silber-Zink-, Nickel-Kadmium- 30 eignen.

Akkumulatoren sind die Elektroden unmittelbar auf Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden

einander gegenüberliegenden Seiten einer Membran aus der nachstehenden Beschreibung hervorgehen,
oder eines Scheiders angeordnet, der die Aufgabe hat, Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird

den Elektrolyten, beispielsweise Kaliumhydroxid, mit einer Elektrode gelöst, die dadurch gekennzeichnet zurückzuhalten, die Elektroden voneinander zu tren- 35 ist, daß der Durchmesser der Poren im Bereich nen und eine Wanderung von Elektrodenionen zu ver- zwischen 0,23 und 2,54 mm liegt, etwa 8 bis 50 Poren hindern, durch welche die Zelle kurzgeschlossen auf 25,4 mm der Länge der Matrize kommen und daß werden würde. der Gewichtsanteil der Matrize aus Metall 1 bis 10 Ge-

Derartige Scheider können entweder aus anorga- wichtsprozent des Gesamtgewichtes der Elektrode nischen oder aus organischen Stoffen aufgebaut sein, 4° ausmacht.

man bevorzugt aber im allgemeinen anorganische Ein wesentlicher Vorteil der Elektrode nach der

Scheider. Im allgemeinen stehen die Elektroden auch Erfindung besteht in der erhöhten Kapazität und in der in Berührung mit einem Elektrodenschirm, beispiels- Erhöhung der Festigkeitseigenschaften des Elektrodenweise einem Nickelschirm, an den die Leitung für die aufbaus, die man durch Sintern des Elektrodengerüstes Elektrodenklemme angeschlossen ist. 45 erzielt. Das Sintern kann beispielsweise bei Tempera-

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht türen in der Größenordnung von etwa 300 bis 800⁰C darin, derartige Elektroden so zu verbessern, daß sie- erfolgen oder auch z. B. durch Sintern einer Silbereine wesentlich höhere Kapazität erhalten, insbeson- elektrode, die sich in einer Nickelmatrize befindet, dere, wenn sie in Hochleistungszellen mit hoher bei einer Temperatur von etwa 300⁰C.
elektrischer Energiedichte eingebaut werden. so Weitere Vorteile ergeben sich, wenn man eine Aus-

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, führungsform der Elektrode nach der Erfindung wählt, eine Elektrode zu schaffen, die beim Einbau in eine bei der entweder eine Elektrode oder beide Elektroden Hochleistungszelle die Leistungsfähigkeit der Zelle einer Hochleistungszelle, beispielsweise die Silberhinsichtlich der Ausgangsleistung je Gewichts- oder elektrode und die Zinkelektrode in einer Silber-Zink-Volumeneinheit der Zelle erheblich verbessert. 55 Zelle eine Metallmatrize aufweisen, beispielsweise

Es ist allgemein bekannt, daß der mechanische eine Nickelmatrize nach der Erfindung.
Bestand von Elektroden aus Zink oder anderen Als Matrizenmaterial für das aktive Elektroden-

Stoffen in Hochleistungszellen für hohe elektrische material eignet sich jedes stromleitende Material, Energiedichte schon bei Raumtemperatur nur schwer welches in die Form eines hochgradig porösen Honigaufrechtzuerhalten ist; es ist aber von besonderer 60 wabengebildes gebracht werden kann und genügende Schwierigkeit, diesen Bestand bei Temperaturen in der mechanische Festigkeit aufweist. Nickel eignet sich Größenordnung von 100° C und mehr zu erhalten. besonders gut als Material für die Matrize, insbeson-Selbst wenn also eine Zinkelektrode in unmittelbare dere sowohl für die Silber- als auch für die Zink-Berührung mit dem Scheider gebracht wird, kommt elektrode in einer Silber-Zink-Hochleistungszelle für es vor, daß das Elektrodenmaterial auseinanderbricht 65 hohe Energiedichte. Andere Materialien oder strom- und sich am Boden des Elektrodenfaches nieder- leitende Metalle für die Matrize, die man verwenden schlägt, so daß es äußerst schwierig ist, einen guten kann, sind beispielsweise Silber-, Kupfer-, rostfreie gleichbleibenden Kontakt zwischen der Elektrode Stahl- und Nickellegierungen, beispielsweise Nickel-

Chrom-Legierungen. Die bevorzugten Matrizenmetalle Elektrodenmaterials in unerwünschter Weise erheblich sind Nickel, Silber und Kupfer, zumal solche Metalle reduziert ist.

bessere elektrische Eigenschaften haben als rostfreier Bei der bevorzugten Ausführungsform der Elektrode

Stahl oder Nickellegierungen. Nickel und Silber sind nach der Erfindung, bei welcher das aktive Elektroganz besonders erwünscht. Es kann jede beliebige 5 denmaterial in einer stromleitenden Matrize aus Metall Elektrode für Silber-, Zink- und Silber-, Kadmium- zurückgehalten wird, wirkt die Metallmatrize erstens oder Nickel-Kadmium-Zellen aus diesen strom- als Stromsammler, um den Strom zu der Ausgangsleitenden Matrizenmetallen hergestellt werden. So sind klemme zu leiten, zweitens als konstruktive Verstärbeispielsweise Silber und Kupfer jeweils für sich von kung zur Erhöhung der Festigkeit der Elektrode und großem Wert als Grundmaterial für die Matrize einer io drittens im Sinne einer Vergrößerung der Kapazität Elektrode, beispielsweise für die Silberelektrode oder der Elektrode oder der Zelle, in welche sie so eingebaut für beide Elektroden in Silber-, Zink- oder Silber- ist, daß das aktive Elektrodenmaterial sich durch die Kadmium-Zellen, und man kann beispielsweise auch gesamte Masse der Elektrode hindurch erstreckt. Kupfer oder Nickel als Matrizenmetall für die eine Bei der fabrikatorischen Herstellung einer Elektrode

oder für beide Elektroden einer Nickel-Kadmium- 15 nach der Erfindung kann man beispielsweise so vorZellen verwenden. gehen, daß man eine Paste aktiven Elektroden-

Wie oben bereits erwähnt, sollten die Poren für das materials bereitet, beispielsweise eine Paste aus Zink stromleitende Metall der Matrize genügend groß sein, und Zinkoxid und die Poren der Matrize in diese um darin eine genügend große Menge Elektroden- Poren einfüllt oder eindringen läßt, daß man die material für einen leistungsfähigen Betrieb zurück- ao Paste in die Matrize hineinschüttelt. Im Bedarfsfalle zuhalten, andererseits sollte aber die Porengröße kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der nicht so groß sein, daß man eine so kleine Menge Elektrode die fertige Elektrode dann noch bei angestromleitenden Matrizenmetalls erhält, daß die Lei- hobener Temperatur gesintert werden. Die Erzeugnisse stungsfähigkeit der neuen Elektrodenkonstruktion aus Matrize und aktivem Elektrodenmaterial können verringert wird oder auch die mechanische Festigkeit 35 dann so in eine Zelle eingesetzt werden, daß die der Elektrode ernstlich gefährdet wird. Obwohl also Elektroden, beispielsweise eine Silberelektrode und die Porengröße der Metallmatrize unterschiedliche eine Zinkelektrode, auf entgegengesetzten Seiten Werte haben kann, sollten die Porendurchmesser der eines porösen Scheiders angebracht werden, um eine Metallmatrize, beispielsweise einer Nickelmatrize, im Silber-Zink-Hochleistungszelle für hohe Energiedichte Bereich von beispielsweise etwa 0,203 bis 2,54 mm im 30 zu bekommen.

Durchmesser betragen, und die Wandstärke der In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfin-

Honigwabe der Matrize sollte so gewählt sein, daß dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im beispielsweise 8 bis 50 derartige Poren auf 25,4 mm einzelnen erläutert werden. In der Zeichnung ist der Länge der Matrize kommen. F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer Aus-

Das aktive Elektrodenmaterial, welches in die 35 führungsform der Elektrode nach der Erfindung und Poren der stromleitenden Metallmatrize hineingelangt F i g. 2 die Ansicht eines Querschnittes durch eine

bzw. diese ausfüllt, ist vorzugsweise ein Elektroden- Zelle mit eingebauten Elektroden nach der Erfindung, material, wie man es in Silber-Zink-, Silber-Kadmium- Wie man aus F i g. 1 ersieht, besteht die Elektrode 10

oder Nickel-Kadmium-Hochleistungszellen verwendet, nach der Erfindung aus einer Matrize 12 aus Metall, und enthält infolgedessen Elektrodenmaterial aus 40 beispielsweise Nickel, die eine erhebliche Porosität Silber, Zink, Kadmium und Nickel. Es sei ausdrück- aufweist und die Form miteinander verbundener lieh erwähnt, daß man Silber und Nickel sowohl als Honigwabenzellen großer Anzahl mit dazwischen beMetalle für die Matrize als auch als Materialien für findlichen Poren 14 besitzt. Die Poren 14 sind mit das aktive Elektrodenmaterial verwenden kann, wobei aktiven Elektrodenstoffen angefüllt oder imprägniert, letzteres die Poren der Metallmatrize ausfüllt, um auf 45 beispielsweise mit einer Paste 16 aus Silber und Silberdiese Weise entscheidend verbesserte Elektroden nach oxid oder Zink und Zinkoxid.

der Erfindung für Hochleistungszellen hoher Energie- Eine Klemme oder ein Anschlußdraht 18, der beidichte herstellen zu können. spielsweise aus Nickel bestehen kann, ist an der Elek-

Obwohl der Gewichtsanteil der stromleitenden trode 10 befestigt.

Matrize aus Metall, beispielsweise einer Nickel- 50 Elektroden, wie sie beispielsweise in F i g. 1 dargematrize, den größeren Teil des Gesamtgewichtes der stellt sind, können in eine Akkumulatorenzelle einElektrode ausmachen kann, d. h. also bis zu etwa gebaut werden, wie sie in F i g. 2 im Schnitt dargestellt 80 Gewichtsprozent der gesamten aktiven, mit Metall ist. Die Zelle besteht aus einem Gehäuse 24 aus Kunstimprägnierten Elektrode, enthält eine bevorzugte stoff und besitzt zwei symmetrische Gehäusehälften 26 Elektrode nach der Erfindung nicht mehr als ungefähr 55 und 28, die beispielsweise aus Teflon bestehen und 10 Gewichtsprozent der Metallmatrize, beispielsweise mit Hilfe von Schraubenbolzen 30 zusammengehalten ungefähr 1 bis ungefähr 10% Matrizenmetall und sein können. Die Gehäusehälften 26 und 28 des Zellenungefähr 90 bis ungefähr 99% aktiven Elektroden- gehäuses weisen Ausnehmungen 32 auf, die zum Einmaterials in den Poren einer solchen Matrize. Elek- setzen von Elektroden dienen, weiche die in F i g. 1 trodenkonstruktionen, deren Matrize einen kleineren 60 gezeichnete Form haben und beispielsweise Zink- bzw. Gewichtsanteil des gesamten Elektrodengewichtes Silberelektroden 10a und 106 sein können. Die zuausmacht, also beispielsweise nur 1 bis 10% ihres sammengesetzte Zinkelektrode 10a, die vorzugsweise Gewichtes, haben eine beträchtlich größere Leistungs- eine anorganische dünne Fasermatte aus Kaliumfähigkeit hinsichtlich der Ausgangsleistung je Ge- titanatpapier 12a auf der Innenfläche der Elektrode wichts- oder Volumeinheit der Akkumulatorenzelle, 65 aufweisen kann, wird in das Fach der Gehäusehälfte · verglichen mit Elektroden, die einen größeren Gc- 26 eingesetzt. Die Silberelektrode 106 wird in die . wichtsanteil ihrer Metallmatrize aufweisen, weil bei gegenüberliegende Gehäusehälfte 28 eingesetzt, und Elektroden der letztgenannten Art der Betrag aktiven außerdem wird ein Bogen oder eine Matte aus an-

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organischem Fasermaterial,'' beispielsweise Kalium- bewegungen in der Matrize eingebracht wurde, so

titanatpapier, an die Innenfläche der Elektrode 10ό daß eine Ausführungsform einer Zinkelektrode nach

angelegt. Dazwischen befindet sich ein Scheider 38, . der Erfindung entstand.

der entweder ein organischer oder ein anorganischer Hierauf wurde eine Silberpaste hergestellt durch

Scheider sein kann. Vorzugsweise wird ein anorgani- 5 Vermischen von Silber mit Silberoxidpulver und

scher Scheider in die Mitte zwischen die Gehäuse- wäßriger Kalilauge. Die Poren der Nickelmatrize

half ten 26 und 28 gelegt, so daß die Elektroden 10 α wurden mit dieser Paste durch Rütteln der Paste in

und 106 auf entgegengesetzte Oberflächen des Schei- die Matrize eingefüllt, so daß man als Endergebnis

ders gedrückt werden, wobei die anorganischen Faser- eine Silberelektrode erhielt. Ein Anschlußdraht, bei-

papierblätter 12a und 126 zwischen dem Scheider 38 ίο spielsweise Silberdraht, wurde sowohl an die Zink-

und der Elektrode 10a bzw. der Elektrode 106 liegen. elektrode als auch an die Silberelektrode angeschweißt

Am Umfang des Scheiders 38 sind Distanzstücke 40 oder angelötet.

und 42 aus Teflon eingelegt, um eine Abdichtung Schließlich wurde eine dünne Matte aus Kaliumgegen Durchsickern von Flüssigkeit zu schaffen. Ent- titanatpapier auf die Oberseite einer jeden aus Paste sprechende Anschlußleitungen 18a und 186 sind am 15 und .Nickelmatrize bestehenden Zink- bzw. Silberoberen Ende der Zelle durch die Elektrodenteile aus elektrode aufgelegt, und die ganze Elektrodenanord-Kunststoff hindurchgeführt. Kleine Vorratsbehälter 48 nung wurde in eine Zelle gemäß F i g. 2 der Zeichnung und 49 für den Elektrolyten sind im oberen Teil der eingesetzt, derart, daß die Kaliumtitanatpapierbogen entsprechenden Gehäusehälften 26 und 28 vorgesehen. zwischen den entsprechenden Elektroden und dem

Selbstverständlich können im Bedarfsfall die Matten 20 Scheider lagen. Schließlich wurde die Zelle zusammen-

12a und 126 aus anorganischem Fasermaterial weg- gebaut, wobei 25 bis 30% KOH als Elektrolyt und

gelassen werden, oder es kann auch nur eine der Elek- ein anorganischer Scheider aus gesintertem kerami-

troden bei der Ausführungsform nach F i g. 2, beispiels- sehen Aluminiumsilikat zur Anwendung gelangten,

weise die Zinkelektrode 10a in Verbindung mit dem Nach Aufladung dieser Zelle mit einer spezifischen

Kaliumtitanatpapier 12a angewendet werden, so daß 25 Stromstärke von 50 Milliampere je Quadratzentimeter

das Kaliumtitanatpapier 126 an der Silberelektrode (mA/cm²) für eine Gesamtkapazität von 2,75 Am-

106 weggelassen werden kann. perestunden (Ah) wurde die Zelle mit 50 mA/cm²

Weitere Beispiele für andere geeignete faserförmige entladen. Die Kapazität der Zelle betrug bei der ersten

anorganische Stoffe, die für die Teile 12a und 126 ver- Entladung 1,675 Ah und war damit ungefähr dreimal

wendet werden können, sind außer den Titanaten, 30 so groß wie die Kapazität üblicher Standard-Silber-

beispielsweise Kaliumtitanat, Aluminiumsilikate, SiIi- zinkzellen dieser Art unter Verwendung üblicher

zium, Zirkon und Tonerde. Zink- und Silberelektroden, d. h. also ohne die Metall-

Beim Zusammenbau von Hochleistungszellen mit matrizen, wie sie bei den Elektroden nach der Erfin-Elektroden nach F i g. 2 der Zeichnung werden die dung zur Anwendung gelangen. Die herkömmlichen Elektroden vorzugsweise zusammen mit anorganischen 35 Zellen ohne Metall, beispielsweise Nickelmatrize, Scheidern in Form unlöslicher wäßriger Metalloxide, haben bei der ersten Entladung eine Kapazität, die im beispielsweise in Form von wäßrigem Zirkonoxid allgemeinen ungefähr 0,50 bis 0,60 Ah beträgt. Es ist oder in der Form gesinterter Keramikteile, beispiels- ferner gefunden worden, daß der Pegel für die Entweise aus gesintertem Aluminiumsilikat, verwendet. ladespannung bei der Zelle nach der Erfindung, wie

Organische Scheider, die man bei der Herstellung 40 sie oben beispielsweise erwähnt wurde und bei der

von Akkumulatorenzellen mit Elektroden nach der Silber- und Zinkelektroden in Verbindung mit einer

Erfindung verwenden kann, enthalten beispielsweise Nickelmatrize zur Anwendung gelangten, größer ist

mikroporöse Kunststoffe wie Nylon, Dynel, Teflon als bei vergleichbaren Zellen, die keine Nickelmatrize

oder Kunstdarmgehäuse aus verfilzter regenerierter. in den Elektroden verwenden. Bei diesem Ausfüh-

Zellulose u. dgl. Im Bedarfsfalle können jedoch auch 45 rungsbeispiel einer Akkumulatorenzelle mit Elektro-

andere Arten anorganischer oder organischer Scheider den nach der Erfindung betrug die Entladespannung

zur Anwendung gelangen. 1,40 bis 1,41 Volt, während diese Spannung bei den

Wie oben bereits erwähnt, hat der Scheider die gleichen Zellen mit Silber- und Zinkelektroden, aber

Aufgabe, den Elektrolyten zurückzuhalten, um die ohne Nickelmatrize etwa 1,35 Volt beträgt.
Elektroden voneinander zu trennen, gleichzeitig aber 50 Nach erfolgter Wiederaufladung wurde die Zelle

auch die Aufgabe, den Durchgang von Elektrolyt- dieses Beispiels mit den Elektroden nach der Erfindung

ionen zuzulassen, aber den Durchgang von Elektro- bei einer Stromstärke von 80 mA/cm² entladen, wobei

denionen zu verhindern. die Kapazität bei dieser relativ hohen spezifischen

Im folgenden sollen einige Beispiele für die Her- Stromstärke 1,6 Ah betrug.

Stellung von Elektroden nach der Erfindung und deren ₅₅ Vergleichbare Zellen ohne Metallmatrize in den

Einbau in Akkumulatorenzellen gegeben werden. Elektroden haben eine viel geringere Kapazität (0,6 bis

0,9 Ah) bei dieser Entladestromstärke oder können

Beispiel 1 ⁿ'^cnt einmal derartig hohe Entladeströme liefern.

Die Zelle dieses Ausführungsbeispiels wurde dann

Silber- und Zinkelektroden wurden unter Verwen- 60 wiederholt bei 100⁰C und 22,5 mA/cm² Lade- und

dung je einer porösen Nickelmatrize mit einem Poren- 17,5 mA/cm² Entladstromstärke während einer halben

durchmesser von etwa 0,76 mm und ungefähr 25 Poren Stunde entladen und während einer halben Stunde

je 25,4 mm linearer Längenausdehnung der Matrize aufgeladen, und es wurden im ganzen 600 Zyklen

hergestellt. Eine Zinkpaste wurde durch Vermischen durchlaufen. Die Leistungsfähigkeit der Zelle und der von Zink, Zinkoxid und etwa 1% Polyvinylalkohol 65 Ablauf der Vorgänge waren völlig einwandfrei. Eine

in Form eines Schlammes zusammen mit 30% KOH Untersuchung der Elektroden nach derartigen Ver-

hergcstelll. Diese Paste wurde in die Poren der Nickel- suchsreihen zeigte, daß sich die Elektroden in einem

matrize eingefüllt, wobei die Paste unter Rüttel- ausgezeichneten Zustand befanden.

Beispiel 2 Beispiel 4

Eine Silberelektrode wurde unter Verwendung einer Es wurde eine Nickel- und eine Kadmiumelektrode

Nickelmatrize wie in dem Beispiel 1 hergestellt und hergestellt und in beiden Fällen eine poröse Kupfer-

der gesamte Elektrodenaufbau dann bei 300° C ge- 5 matrize verwendet mit einem Porendurchmesser von

sintert. Diese Elektrode wurde mit einer herkömm- ungefähr 1,270 mm und etwa 18 Poren je 25,4 mm

liehen Zinkelektrode mit Paste ohne Nickelmatrize ihrer linearen Ausdehnung. Nickelhydroxid wurde

zusammengebaut. Auch diese Zelle wurde so zusam- zuerst aus einer Nickel-Nitrat-Lösung mit Hilfe von

mengebaut, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, und mit Ammoniumhydroxid ausgefällt. Der Nickelhydroxid-

20,0 mA/cm² aufgeladen. Dabei ergab sich eine io niederschlag wurde durch Aufschlämmen ausge-

Kapazität von 2,1 Ah beim ersten Entladevorgang waschen, um das Ammoniumnitrat zu entfernen, und

gegenüber 0,5 bis 0,6Ah bei einer herkömmlichen dann bei 95°C während 24 Stunden im Ofen getrock-

oder regulären Zelle mit einer Paste und Silber- und net. Hierauf wurde eine Paste hergestellt, die 80%

Zinkelektroden, von denen keine eine Nickelmatrize dieses Nickelhydroxids und 20% Graphitpulver mit

besaß, und gegenüber 1,675 Ah bei der Zelle nach 15 30% KOH als Träger enthielt. Hierauf wurde eine

Beispiel 1. Kupfermatrize der oben beschriebenen Art mit der

Ein Vergleich des Beispiels 1 mit dem Beispiel 2 obenerwähnten Nickelpaste dadurch gefüllt, daß die zeigt, daß die Zelle nach Beispiel 2 mit einer Silber- Paste durch Rütteln in die Poren der Matrize eingeelektrode, die in eine Nickelmatrize hinein gesintert geben wurde. Dann wurde eine Paste aus Kadmiumworden ist, wesentlich mehr leistet als die Zelle nach 20 oxid unter Verwendung von 30% KOH als Träger Beispiel 1, bei der sowohl Silber- als auch Zink- bereitet. Eine Kupfermatrize, wie sie oben beschrieben Pasteelektroden in einer Nickelmatrize untergebracht worden ist, wurde mit der Kadmiumpaste durch Einsind, aber keine der beiden Elektroden gesintert rütteln der Paste in die Poren der Matrize gefüllt,
worden ist. Auch hier wurde wieder eine Zelle nach Art der in

35 F i g. 2 gezeigten Zelle zusammengebaut unter Ver-

Beispiel 3 Wendung der mit Paste gefüllten Kupfermatrize und

der Nickel- und Kadmiumelektroden unter Verwen-

Bei diesem Beispiel wurden Silber- und Zink- dung von etwa 30% KOH als Elektrolyt und eines

elektroden hergestellt und in beiden Fällen eine anorganischen Scheiders aus gesintertem, keramischem

Silbermatrize verwendet. Hierauf wurde eine Silber- 30 Aluminiumsilikat. Die so hergestellte Zelle zeigte

paste aus einer Mischung von 50% Silber und 50% eine wesentlich höhere Kapazität bei der Entladung

Silberoxid und 30% KOH als Träger hergestellt. Die mit großer spezifischer Stromstärke, verglichen mit

Poren jeder Silbermatrize hatten dabei einen Durch- einer herkömmlichen Nickel-Kadmium-Zelle der glei-

messer von ungefähr 2,03 mm und etwa 10 Poren je chen Bauart, aber unter Verwendung herkömmlicher

25,4 mm Längenausdehnung der Matrize; diese Poren 35 Nickel- und Kadmiumelektroden, und ohne eine

wurden mit der Paste durch Vibrationseinbringung in Metallmatrize nach den Lehren der Erfindung,

die Matrize eingefüllt. Es wurde dann eine Zink- . ...

paste durch Herstellung einer Mischung von 92% Beispiel 5

Zinkoxid und 8% Quecksilberoxid in 30% Kalilauge Sintert man Nickel- und Kadmiumelektroden mit

als Träger hergestellt. Die Poren einer ähnlichen 40 der Paste und mit der Kupfermatrize nach der Erfin-

Silbermatrize, wie der oben beschriebenen, wurden mit dung vor dem Zusammenbau in einer Zelle bei etwa

dieser Paste gefüllt. 350° C, dann ergibt sich eine noch höhere Kapazität

Die so hergestellte Elektrode aus Paste und Silber- im Vergleich mit der gleichen Zelle gemäß Beispiel 4,

matrize und Silber bzw. Zink wurden dann in eine in welcher ungesinterte Nickel- und Kadmiumelektro-

Zelle, wie sie in F i g. 2 der Zeichnung gezeigt wird, 45 den mit Pasten und Kupfermatrizen zur Anwendung

eingebaut, und es gelangten 25 bis 40% KOH als gelangten.

Elektrolyt und ein anorganischer Scheider aus wäßri- B ' s '16

gern Zirkonoxid zur Anwendung. "

Eine so zusammengesetzte Zelle besitzt eine erhöhte Zunächst wurde ein erster Satz von Silber- und

Kapazität sowohl bei Umgebungstemperatur als auch 50 Zink-Elektroden hergestellt; dabei gelangte eine

bei höheren Temperaturen in der Größenordnung von 18-8- (18 % Nickel und 8 % Chrom) Matrize aus rost-

100°C und mehr im Vergleich mit der gleichen Zelle freiem Stahl nach dem Verfahren von Beispiel 1 zur

mit den herkömmlichen Silber- und Zinkelektroden Anwendung.

ohne eine Metallmatrize nach der Erfindung. So Hierauf wurde ein zweiter Satz von Silber- und

beträgt die Kapazität einer Zelle bei 25° C mit Elek- 55 Zinkelektroden hergestellt, worauf jeweils eine Cromel-

troden mit Silbermatrize 2,45 Ah, während die Kapa- matrize (eine Nickel-Chrom-Legierung) nach dem

zität der gleichen Zelle mit herkömmlichen Silber- und Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt wurde.

Zinkelektroden unter den gleichen Bedingungen Beide Sätze von Silber- und Zinkelektroden wurden

1,5 Ah beträgt. dann in eine Zelle wie im Falle des Beispiels 1 einge-

Sintert'man die Zink- und .Silberelektroden zusam- 60 baut.

men mit der Silbermatrize, beispielsweise bei 500° C, Jede der so hergestellten Zellen weist eine hohe

und bringt man dann die Paste aus Silber und Zink Kapazität auf, die größer ist. als die Kapazität der

in die Silbermatrize ein, dann zeigt eine Zelle mit auf gleichen Zelle mit den herkömmlichen Silber- und

solche Weise gesinterten Elektroden bei einem Gesamt- Zinkelektroden, aber ohne die Matrizen nach der

aufbau, wie er in F i g. 2 gezeigt ist, eine noch höhere 65 Erfindung, die aus rostfreiem Stahl oder aus einer

Kapazität im Vergleich zu einer Zelle mit ungesinterter Nickel-Chrom-Legierung bestehen.

Zink- und Silberelektrode, aber mit Silbermatrize, wie Aus den obigen Beispielen ersieht man mit aller

sie oben beschrieben worden ist. Deutlichkeit, daß die Verwendung einer Matrize aus

einem stromleitenden Metall nach der Erfindung, die mit einem aktiven Elektrodenmaterial imprägniert ist und in einer Hochleistungszelle unter Verwendung von Silber und Zink, Silber und Kadmium oder Nickel und Kadmium eingebaut ist, zu einer erhöhten Kapazität, höheren Pegeln der Entladespannung und einer besseren Kapazität bei der Entladung insbeson-, dere bei hoher spezifischer Entladestromstärke führt, wobei diese Vorteile sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei höheren Temperaturen erreicht werden und trotzdem eine länge Lebensdauer bei sehr vielen Zyklen · zu verzeichnen ist. Gesinterte Elektroden bieten in dieser Hinsicht zusätzliche Vorteile.

Während der Entladung einer Zelle der oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Art wird in an sich bekannter Weise beispielsweise das Zink in Zinkoxid umgewandelt und das Silberoxid zu Silber reduziert. Während der Aufladung solcher Zellen wird das Silber zu Silberoxid oxydiert und das Zinkoxid zu Zink reduziert. Wegen dieser umkehrbaren chemischen Reaktionen sollen die Bezeichnungen »Silber« und »Zink« sowie die Ausdrücke »Silber« und »Kadmium«, aber auch die Ausdrücke »Nickel« und »Kadmium« und der Begriff »Metall«, soweit sie sich auf die Metalle beziehen, welche die entsprechenden Elektroden derartiger Zellensysteme bilden, entt weder die entsprechenden Metalle selbst oder deren entsprechende Oxide kennzeichnen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrode für Akkumulatorenzellen mit einer porösen Matrize aus stromleitendem Material in Form miteinander verbundener Honigwabenzellen, deren Poren groß genug sind, um sie mit einer aktiven Elektrodenpaste zu imprägnieren, d a-. durch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Poren (14) im Bereich zwischen 0,23 bis 2,54 mm liegt, etwa 8 bis 50 Poren (14) auf 25,4mm der Länge der Matrize (12) kommen und daß der Gewichtsanteil der Matrize (12) aus Metall 1 bis 10 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes der Elektrode (10) ausmacht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse stromleitende Metall für die Matrize (12) aus der Gruppe ausgewählt ist, die Nickel, Kupfer, Silber, rostfreien Stahl oder Nickellegierungen enthält.

3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode gesintert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen