DE2535091B2 - Wiederaufladbare elektrochemische Zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wiederaufladbare elektrochemische Zelle, die eine erste Elektrode aus Lai -J-RyNi₅ -_ZM_ZH_X, wobei y=0 oder 1; z=0 oder 1; Af=O bis 7 ist, R ein Metall aus der Gruppe Seltene Erden, Calcium und Thorium und M ein Metall aus der Gruppe Kobalt, Kupfer und Eisen darstellen, mit der Maßgabe, daß beim Vorhandensein von Eisen z< 0,2 ist, eine Gegenelektrode aus einem Material, das reversibel ein Proton und ein Elektron aufnehmen kann, und einen alkalischen oder schwach sauren Elektrolyten enthält.

Eine elektrochemische Zelle mit einer wasserstoffaufnehmenden Elektrode aus LaNi₅ ist in der DE-OS 20 03 749 beschrieben. Bei dieser bekannten Zelle wird als Anodenmaterial Zink, als Elektrolyt eine Natriumchloridlösung (10 Gew.-%) und als Kathodenmaterial LaNi₅ verwendet. Diese bekannte Zelle ist eine Primärzelle, die nicht wiederaufgeladen werden kann. LaNi₅ wird als Kathodenmaterial auf Grund seiner Fähigkeit verwendet, Wasserstoff durch die Bildung von LaNi₅H_x zu binden, wobei, abhängig vom H2- Druck, x=0 bis 6 ist. Der bei Lieferung von Strom durch die Zelle an der Kathode frei werdende Wasserstoff wird vom LaNi₅-Kathodenmaterial unter Bildung von LaNi₅H_x gebunden, wobei χ die obengenannte Bedeutung hat. Bei einer gegebenen Temperatur hängt die Größe von χ vom herrschenden H₂-Druck ab. Bei 2O⁰C und einem H₂-Druck von 101 kPa ist χ < 1.

Diese bekannte Primärzelle ist für die Praxis weniger geeignet, unter anderem, weil die EMK nur etwa 500 mV beträgt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine elektrochemische Zelle mit einer Elektrode der eingangs genannten Zusammensetzung zu schaffen, die wiederaufladbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer elektrochemischen Zelle der eingangs genannten Art gelöst, bei der die erste Elektrode aus einem Material besteht, dessen Plateaudruck bei 20° C weniger als oder gleich 101 kPaist.

Elektroden, die reversibel ein Proton und ein Elektron aufnehmen können, bestehen z. B. aus Nickelhydroxid oder Mangandioxid. Der Elektrolyt kann z. B. aus einer Lösung von KOH in Wasser bestehen. Wenn in einer graphischen Darstellung für eine intermetallische Verbindung wie LaNi₅ die bei einer bestimmten Temperatur aufgenommene Wasserstoffmenge über dem Wasserstoffdruck aufgetragen wird, ergibt sich, daß bei diesen Verbindungen für jede Temperatur in der Isotheime ein nahezu waagerechter Teil vorhanden ist, Dieser nahezu waagerechte Teil gibt an, daß bei geringer Änderung des Wasserstoffdruckes viel Wasserstoff von der intermetallischen Verbindung aufgenommen bzw. abgegeben wird. Dieser Druck wird als Plateaudruck bezeichnet

Vorzugsweise besteht die erste Elektrode aus LaNUCuH_x, wobei χ in Abhängigkeit vom Ladungszustand zwischen 0 und 4,8 liegt Dieses Material weist bei 20⁰C einen Plateaudruck von 70,7 bis 80,8 kPa auf. Dieses Material als solches wird in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift nicht erwähnt Darin werden mir Materialien mit einem Plateaudruck von 252,5 kPaund höher genannt

Die wiederaufladbare elektrochemische Zelle nach dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist den Vorteil auf, daß beim Betrieb hohe Wasserstoffdrücke vermieden werden können, wodurch die Konstruktion der Abdichtung vereinfacht wird.

Die elektrochemische Zelle nach der Erfindung kann als wiederaufladbare Batterie verwendet werden, weil eine Elektrode aus Lai_J-RjNi₅__ZM_ZH_X, wie sich herausgestellt hat, eine sehr gute reversible Elektrode mit einer schnellen Reaktionskinetik ist Dadurch besitzt eine solche Elektrode auch eine gute Belastbarkeit sowohl beim Aufladen als auch beim Entladen.

Dies wurde unter anderem an einer elektrochemischen Zelle nach der Erfindung (Format R14) festgestellt, bei der eine Elektrode aus LaNUCuH_x bestand. Der Ladestrom in 5 η-Kalilauge betrug 0,5 C/h (C = Kapazität der Elektrode in Ah). In 2 Stunden wurde, ausgehend von LaNUCuH_x, wobei χ = 0 ist, die theoretische Menge an Wasserstoff von der Elektrode aufgenommen. Die Gegenelektrode war auf Basis von Ni(OHyNiOOH ausgeführt, wie es bei alkalischen Ni/Cd-Zellen üblich ist. EMK der Zelle: etwa 1380 mV. Beim Entladen der aufgeladenen Zeile gehen an den Elektroden im großen ganzen die nachstehenden Reaktionen vor sich:

Anode: LaNUCuH - LaNUCu + H+ + e
Kathode:NiOOH + H++e- Ni(OH)₂

Beim Aufladen gehen diese Reaktionen in umgekehrter Richtung vor sich.

so Es stellte sich heraus, daß eine völlig aufgeladene Zelle, nachdem sie der Luft ausgesetzt worden war, in 340 Stunden bei Zimmertemperatur weniger als 10% ihrer Ladung verloren hatte.

In der Figur der Zeichnung ist die Entladekurve 1 der oben beschriebenen elektrochemischen Zelle dargestellt (Ordinate E in mV, Abszisse t in Stunden). Entladestrom 480 mA; das Format der Zelle ist R 14.

Vergleichsweise ist in derselben Figur die Entladekurve 2 einer käuflich erhältlichen Nickel-Cadmium-Zelle vom gleichen Format dargestellt. Entladestrom ebenfalls 48OmA.

Aus der Figur ist ersichtlich, daß bei der verhältnismäßig großen Stromabgabe für das Format R14 die Zellenspannung der Zelle nach der Erfindung (Kurve 1) verhältnismäßig konstant bleibt und daß die Anzahl gelieferter Wattstunden im Vergleich zur Nickel-Cadmium-Zelle beträchtlich größer ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wiederaufladbare elektrochemische Zelle, die eine erste Elektrode aus Lai-j-RjNis-zMzH» wobei y=0 oder 1, z=0 oder 1, *=0 bis 7 ist, R ein Metall aus der Gruppe Seltene Erden, Calcium und Thorium und M ein Metall aus der Gruppe Kobalt, Kupfer und Eisen darstellen, mit der Maßgabe, daß beim Vorhandensein von Eisen z<0,2 ist, eine Gegenelektrode aus einem Material, das reversibel ein Proton und ein Elektron aufnehmen kann, und einen alkalischen oder schwach sauren Elektrolyten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus einem Material besteht, dessen Plateaudruck bei 20⁰C weniger als oder gleich lOlkPaist

2. Wiederaufladbare elektrochemische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus LaNUCuH_x besteht, wobei χ in Abhängigkeit vom Ladungszustand zwischen 0 und 4,8 liegt