DE3822537A1 - Batterieelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieelektrode, die als Stromkollektor und als Träger für das aktive Material eine Metallgitter-Einlage mit sich kreuzenden oder schneidenden Strängen unter Beteiligung unterschiedlicher Metalle besitzt.

In der Batterietechnik sind Metallgitter oder -netze als Stromkollektoren in Elektroden üblich. Diese dienen zugleich als Träger für die aktiven Massen, beispielsweise die Gitter von Starterplatten, in deren enges Fachwerk die aktive Bleioxidmasse einpastiert ist, oder die Kupfer- oder Nickelnetze, die in alkalischen Akkumulatoren als Träger, z.B. für Cadmiummetall mit großer BET-Oberfläche dienen. Auch Nickelhydroxid als aktive positive Masse wird in Kombination mit Nickelnetzen als Träger verwendet.

Weitere Beispiele für netzarmierte Elektroden sind die Wasserstoff- und Sauer­ stoffelektroden in Brennstoffzellen bzw. Luftsauerstoffelementen, bei denen Mischungen aus Katalysatoren, gegebenenfalls Hilfsleitmitteln und Kunststoffen auf Metallnetze als Trägerkörper aufpastiert, aufgewalzt oder aufgesintert sind.

Diese Beispiele lassen sich beliebig vermehren. Allen Elektroden ist jedoch gemeinsam, daß die flächenhafte Metallgitter-Einlage aus sich kreuzenden oder schneidenden Strängen zur Stromabführung elektrisch kontaktiert werden muß. Dies kann bei Bleigittern über einen Bleirahmen mit angegossener Stromfahne, bei Netzstrukturen mittels aufgeschweißter Randstreifen, Metallzungen oder auch durch einen Metalldraht im Randbereich der Netzfläche geschehen.

Das bedeutet, daß der auf der gesamten Netz- bzw. Gitterfläche erzeugte Strom über die Stränge des Netzes geführt und zur Kontaktfahne hin konzentriert wird. Dadurch entstehen erhebliche Spannungsabfälle, die den Einsatz derartiger Strom­ kollektornetze beschränken. Die ungleichmäßige Stromführung führt dazu, daß die Spannungsabfälle in der Elektrode zu groß werden, so daß man zu Netzen aus dickeren Drähten oder aus besser leitenden Metallen übergehen muß.

Bei Bleiakkumulatoren sind bereits negative Elektrodengitter bekannt, zwischen deren gegossene Gitterstege Metallstäbe mit größerem Leitungsvermögen als Blei eingefügt sind. Gemäß DE-AS 12 24 379 oder DE-OS 24 25 375 handelt es sich um verbleite Aluminiumstäbe. Der DE-PS 24 04 642 läßt sich dagegen ein Elektroden­ gitter in Gestalt eines Blei-Kupfer-Verbundkörpers entnehmen.

Derartigen Elektrodenkonstruktionen sind durch die elektrochemische Verträglich­ keit der Gittermetalle Grenzen gesetzt. Diese läßt in der Regel ihren Einsatz beim Arbeitspotential positiver Elektroden nicht zu. Besonders kritisch ist diese Situa­ tion für Sauerstoffelektroden zur kathodischen Sauerstoffreduktion.

Als Abhilfe bietet sich die Plattierung eines Nickelnetzes mit einem Edelmetall an, da Nickel allein zwar am Sauerstoffpotential beständig ist, sich aber mit einer schützenden Passivschicht überzieht, die schlecht leitet. Dies kann man durch galvanische oder stromlose Versilberung der Netzoberfläche überwinden.

Bekannt sind auch platinierte Nickelnetze als Brennstoffelektroden (Anoden), z.B. gemäß DE-PS 16 71 880.

Die Versilberung von Nickelnetzen ist kostspielig und räumt das erwähnte Problem der Spannungsabfälle bei derart hergestellten Sauerstoffelektroden nicht aus dem Wege, während reine Silbernetze ein Stromleitvermögen weit über Bedarf zur Verfügung stellen und daher den hohen Preis ebenfalls nicht rechtfertigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein flächiges Träger- und Stromleitgerüst für Batterieelektroden nach dem eingangs formulierten Gattungs­ begriff anzugeben, das insbesondere bei den Arbeitspotentialen positiver Elek­ troden beständig ist und zu einem minimalen Innenwiderstand der Zelle beiträgt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterieelektrode gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.

Danach wurde gefunden, daß eine von Potentialabfällen freie Stromabführung aus allen Bereichen der Netz- bzw. Gitterebene möglich ist, wenn die Leitfähigkeit des die Grundstruktur bildenden Nickelnetzes nicht durch eine umfassende Ober­ flächenbeschichtung mit einem besser leitenden und zugleich edleren Metall pauschal erhöht wird, sondern wenn man lediglich diskrete Stränge oder Fäden des Grundnetzes durch Reinsilberfäden desselben Durchmessers ersetzt.

Erfindungswesentlich ist nicht der Reinheitsgrad dieser Silberfäden, denen gege­ benenfalls auch eine Silberlegierung zugrundeliegen kann, sondern vielmehr soll "Reinsilber" andeuten, daß es sich bei diesen Fäden um ein ganz überwiegend aus Silber bestehendes und dabei einheitliches Material handelt.

Die Herstellung eines Nickel-Silber-Mischnetzes stellt webtechnisch kein Problem dar. Dabei kann die Stärke der Silberfäden bzw. -drähte auch von derjenigen der Nickelfäden abweichen. Im besonders günstigen Fall haben die Nickeldrähte und die Silberdrähte gleiche Durchmesser.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung können Reinsilberdrähte ausschließlich in Schußfadenrichtung liegen, bzw. nur Schußfäden des Nickelge­ webes sind durch solche aus Reinsilber ersetzt. In einer anderen vorzugsweisen Ausführungsform sind nur die Kettfäden von einem teilweisen Austausch durch Silberdrähte betroffen. Der gleichzeitige Ersatz sowohl von Schußfäden als auch von Kettfäden des Nickelnetzes durch Fäden aus Silber gestattet die Schaffung beliebiger Fadenmuster, die so eingerichtet sind, daß die Silberdrahthäufigkeit der Stärke des örtlichen Stromflusses in der Elektrode proportional ist. Im Extremfall geht das Maschenwerk des Nickeldrahtgitters vollständig in ein solches aus Silberdraht über. Grundsätzlich wird die Dichte der Silberdrähte dort am größten sein, wo der gesammelte Strom aus einer Ecke des Netzes oder Gitters abfließt.

Die Figur zeigt eine Elektrode mit einer Metallnetzeinlage gemäß der Erfindung.

Die Elektrode 1 ist beispielsweise eine Sauerstoffelektrode und durch Aufwalzen einer feinpulverigen, kunststoffgebundenen Katalysatormischung 2 aus z.B. Manganoxiden oder Silberoxid auf das mit einem Abschlußstreifen 3 versehene Metallnetz 4 hergestellt.

Das Metallnetz 4 ist im wesentlichen ein Nickelgewebenetz und aus sich kreu­ zenden Schußfäden und Kettfäden gebildet. Nach Maßgabe des aus den verschie­ denen Netzbereichen zur Fahne 5 hin abzuführenden Stromes ist die Leitfähigkeit des Netzes dem Stromfluß durch Austausch von Schußfäden 6 als auch von Kettfäden 7 gegen solche aus besser leitendem und am Sauerstoffpotential beständigen Silber angepaßt. Zur Anpassung genügt häufig ein in beiden Richtungen der Netzebene oder auch nur in einer Richtung aufgespanntes monotones Raster von Reinsilberdrähten.

Besonders günstig ist jedoch, wie in der Figur durch kräftiger ausgezogene Netzfäden angedeutet, eine Dichteverteilung der Silberfäden propor­ tional dem örtlich fließenden Strom. An der Elektrode stellt sich dadurch über ihren gesamten Umfang ein weitgehend homogenes Potentialniveau ein.

Claims (4)

1. Batterieelektrode, die als Stromkollektor und als Träger für das aktive Material eine Metallgitter-Einlage mit sich kreuzenden oder schneidenden Strängen unter Beteiligung unterschiedlicher Metalle besitzt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Metallgitter ein Metallgewebenetz ist, in welchem Nickel­ drähte und Silberdrähte gemischt sind.

2. Batterieelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel­ drähte und Silberdrähte gleichen Durchmesser besitzen.

3. Batterieelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgewebenetz neben Nickeldrähten Silberdrähte in Schußfadenrichtung und/oder in Kettenfadenrichtung enthält.

4. Batterieelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Silberdrahthäufigkeit der Stärke des örtlichen Stromflusses in der Elektrode proportional ist.