DE2137753B2

DE2137753B2 - Wiederaufladbare, abgedichtete, alkalische elektrochemische zelle mit einer zink enthaltenden negativen elektrode und einem mehrschichtigen separator

Info

Publication number: DE2137753B2
Application number: DE19712137753
Authority: DE
Inventors: John L Denver; Stark Robert E Littleton; Gillman Leland M Denver; CoI. Devitt (V.StA.)
Original assignee: The Gates Rubber Co, Denver, CoI. (V.St.A.)
Priority date: 1970-08-03
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1978-02-23
Also published as: FR2104824A1; US3897266A; DE2137753C3; BR7104865D0; JPS474223A; GB1359310A; SE373000B; CA992603A; DE2137753A1; FR2104824B1

Description

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare, abgedichtete, alkalische elektrochemische Zelle mit einer Zink enthaltenden negativen Elektrode, einer positiven Elektrode, einem mehrschichtigen Separator sowie einem im wesentlichen vollständig durch Elektroden und Separator absorbierten flüssigen und damit in der Zelle nicht frei vorhandenen Elektrolyten. j^r>

Alkalische Sekundärzellen mit Zink enthaltenden Anoden (negativen Elektroden), beispielsweise mit den Elektrodenpaaren Nickel/Zink, Silber/Zink oder Mangandioxid/Zink, bieten die benötigten Charakteristiken, wie hohe Zellenspannung, hohe Leistungsdichte in Verbindung mit geringem Gewicht und niedrige Kosten im Vergleich zu bekannten Zellen, die Cadmium odei andere Materialien als Ersatz für Zink enthalten. Ein großer Nachteil der Zink enthaltenden Zellen ist jedoch die relativ niedrige Anzahl von Lade-/Entladevorgän- 4^r> gen in der Zelle, bevor diese ihre elektrochemische Aktivität verliert Das Phänomen des »Baumwachsens« verursacht einen Kurzschluß der Zelle, durch den die Lebensdauer der Zelle herabgesetzt wird. Unter »Baumwachsen« ist das dendritische Wachsen der Zinkablagerungen in Querrichtung in Form baumähnlicher Verästelungen von der Zinkelektrode durch den angrenzenden Separator zur gegenüberliegenden Elektrode entgegengesetzter Polarität zu verstehen.

Es wurden viele Versuche unternommen, das dendritische Wachsen zu verhindern, wobei man unter anderem auch dem Aufbau des Separators besondere Aufmerksamkeit widmete. Eine derartige Zelle wird beispielsweise in der DT-PS 21 37 900 beschrieben. Es wurde darüber hinaus aber auch festgestellt, daß die Art ω der Umhüllung der Zinkelektrode mit dem Separator einen wesentlichen Einfluß hat auf das dendritische Wachstum und daß dort praktisch keine eingeschlossenen Hohlräume vorhanden sein dürfen.

Aufgabe der Erfindung war es, eine elektrochemische Zelle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der jegliches Ansammeln von Elektrolyt im Zwischenraum zwischen den Elektroden und am Boden des Zellenbehälters verhindert und damit die Möglichkeit einer Ausbildung von Dendriten weitestgehend unterbunden wird und außerdem gleichzeitig Wege für die Gasrekombination geschaffen werden, womit insgesamt eine Verlängerung der Lebensdauer der Zelle erreicht werden kann. Es mußte somit eine Zelle geschaffen werden, bei der die unmittelbar an der zinkhaltigen Elektrode anliegende Separatorschicht über die gesamte Fläche, im wesentlichen parallel gesehen zu der von Separator und Zinkelektrode gebildeten Grenzfläche, im wesentlichen gleichmäßige Mikroporosität besitzt und die Zinkelektrode und der angrenzende mikroporöse Separator derart konform sind, daß ihre Grenzfläche im wesentlichen keine eingeschlossenen Hohlräume aufweist.

Die Lösung dieser der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Wickeldruck der beiden Elektroden und des Separators 17 bis 70 kp/cm² beträgt und die beiden Elektroden zusammen mit dem Separator im Behälter unter gleichzeitiger Bildung von freien Räumen angeordnet sind.

Die Zelle gemäß der Erfindung kann die herkömmlichen Nickel-Cadmium-Zellen für nahezu alle Anwendungen ersetzen, einschließlich der Verwendung in transportablen Geräten, wie beispielsweise Ohmmetern, Oszillographen oder auch in Geräten für die Kommunikation und Fotografie. Besonders günstig wirken sich bei der Zelle die leichte Herstellbarkeit, die niedrigen Kosten des für die Herstellung verwendeten Rohmaterials und die Möglichkeit aus, die Zelle in jeder gewünschten Position zu verwenden. Hinzu kommen als weitere Vorteile die von der Zelle gelieferte hohe Spannung, die günstigen Energiedichteeigenschaften sowie die Möglichkeit der Erleichterung der Gasrekombination, womit Zerstörungen der Zelle verhindert werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine spiralförmig gewickelte Nickel-Zink-Zelle, teilweise aufgeschnitten;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt der Zelle nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2;

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Grenzfläche zwischen Zinkplatte 2 und Separator 6 nach Fi g. 2 entlang der Linie 3-3.

1. Elektropositive Platte

Obwohl die Erfindung insbesondere auf Zellen mit Zinkelektroden in Verbindung mit dem Problein des dendritischen Wachsens abgestimmt ist, enthält die Elektrode entgegengesetzter Polarität ein Material, das in höherem Maße elektropositiv ist als Zink, beispielsweise Silber, Silberoxid, Mangandioxid, Sauerstoffgas oder Nickeloxid. Die folgende Beschreibung richtet sich auf die Verwendung von Nickel, doch ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.

Die fertige positive Elektrode aus Nickeloxid besitzt vorzugsweise, aber nicht unbedingt eine flexible, nicht selbsttragende Struktur. Sie ist rollfähig und kann in gepreßtem Zustand in den Zellenbehälter hineingedrückt werden, wo sie sich diesem anpaßt. Verschiedene der in bekannten Nickel-Cadmium-Zellen üblichen Nickelelektroden können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können imprägnierte Elektroden unter Verwendung einer Dorösen. elektrisch leitenden. Nickelmetallstaub

enthaltenden Unterlage zum Einsatz kommen, bei denen der Nickelmetallstaub zu einem Nickeldrahtnetz oder einem Nickelschwamm gesintert ist. Diese poröse Unterlage wird dann auf herkömmliche Weise mit einer Nickelnitratlösung imprägniert und zusammen mit einer Gegenelektrode in eine Kaliumhydroxidlösung eingetaucht, damit die basische Lösung langsam in die Poren der Unterlage eindiffundieren und dort das Nickelhydroxid in situ ausfällen kann. Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von Nickelelektroden werden Nickelhydroxidpartikeln (hergestellt nach dem Verfahren der US-PS 34 89 664) an eine elektrochemisch aktive Metallunterlage unter Zuhilfenahme eines Kunsrstoffbinders gebunden.

Bei Anwendung der beschriebenen imprägnierten Elektrode wird vorzugsweise eine dünne hochreversible Schicht aus Nickelhydroxid auf die Unterlage aufgebracht. Dabei ist eine extrem hohe physikalische elektrochemische Reversibilität erwünscht, um eine große Anzahl von Lade-/Entladezyklen zu ermöglichen. Da jedoch die Lebensdauer der Nickel-Zink-Zelle im wesentlichen von der kürzeren Lebensdauer der Zinkelektrode abhängt, können die Nickelplatten einen einfacheren Aufbau haben, um dennoch eine voll ausreichende Lebensdauer zu haben.

2. Zink enthaltende Platte

Wie die Nickelplatte, so ist auch die zinkaktive Anode vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt flexibel, nicht selbsttragend und geeignet, spiralförmig aufgewickelt jo zu werden oder eine sonstige gewünschte Verformung anzunehmen und der Einwirkung eines Stapeldruckes zusammen mit dem übrigen Zelleninhalt ausgesetzt zu werden. Die Zinkelektrode besteht vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, aus einer dünnen Unterlage, auf die durch Beschichten, Sintern, Imprägnieren oder durch einen anderen aktivierenden Vorgang eine gleichmäßig gebundene Schicht oder eine Abdeckung aus zinkaktivem Material aufgebracht worden ist.

Die Unterlage kann insbesondere ein Blech mit flacher Gitterstruktur sein, nämlich ein geflochtenes Drahtnetz, ein perforiertes Blech oder ein Streckmetall aus Eisen, Stahl oder einem anderen leitfähigen Material, das wegen seiner niedrigen Kosten und der gewünschten Eigenschaften bevorzugt wird. Die Unter- v, lage sollte eine dauerhafte Basis sein, auf der das zinkaktive Material dauerhaft in elektrischem Kontakt bleiben, elektrochemisch aktiv und reversibel über die gesamte Lebensdauer der Batterie sein sollte.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen des aktiven Zinks auf dem Substrat besteht im Aufpasten, wobei im Rahmen der Erfindung bekannte Verfahren und Mischungen zum Aufpasten zur Anwendung kommen können. Eine bevorzugte Mischung zum Aufpasten besteht aus etwa 25 bis 99 Gew.-% und insbesondere aus etwa 35 bis 85 Gew.-% relativ reinem Zinkpulver und etwa 15 Gew.-% oder weniger Quecksilberoxid oder einem funktionell gleichwertigen Bestandteil, vermischt mit einem geeigneten Bindemittel, beispielsweise einer wäßrigen Lösung von Natrium- t>o carboxymethylcellulose. Die Mischung kann darüber hinaus Zinkoxid enthalten, vorzugsweise in Mengen von etwa 10 bis 60 Gew.-%. Das Bindemittel sollte ausreichen, um die Bestandteile zu einer glatten Paste zu vermischen.

Sobald die Paste auf die Unterlage aufgebracht, beispielsweise aufgeformt und getrocknet ist, ist es wichtig, daß die Oberfläche der Platte relativ glatt ist, so daß eine im wesentlichen invarian/e Grenzfläche zum anliegenden Separator gebildet wird. Es ist oft erwünscht, das zinkaktive Material durch Preßformen auf die Unterlage aufzubringen und anschließend zu polieren, um die nötige Glätve zu erzielen. Der erforderliche Glättegrad der Platte steht jedoch in der Regel im umgekehrten Verhältnis zu der Fähigkeit des Separatormaterials sich zu verformen, zu biegen oder sich auf andere Art und Weise der Oberflächenkontur der Elektrodenplatte anzupassen. In Anbetracht der praktisch nicht vorhandenen abgeschlossenen Hohlräume entlang der Grenzfläche wird das dendritische Wachsen unterbunden und die Lebensdauer der Zelle verlängert. Es ist wichtig, daß die gesamte Oberfläche der Platte aktiv bleibt und örtliche Spitzen in der Stromdichte vermieden werden, um ein übermäßiges dendritisches Wachsen zu verhindern.

Es ist erwünscht, einen Überschuß an reduzierbarem zinkaktivem Material, beispielsweise ZnO, in bezug auf die Menge des oxidierbaren Kathodenmaterials zu verwenden, um die Wasserstoffbildung an der Zinkplatte und damit das Zerbrechen der Zelle während des Ladens und Überladens zu verringern. Wird diese Vorsichtsmaßnahme nicht beachtet oder entsteht aus irgendeinem Grund ein unnatürlich hoher Gasdruck, so ist ein Hilfselektrodensystem erforderlich, um eine Entgasung durchzuführen.

3. Separator

Zwischen den Elektrodenplatten entgegengesetzter Polarität ist ein Separator angeordnet, um die metallische Leitung der Elektroden zu unterbinden. Der Separator besteht aus einer oder mehreren Schichten, die den Elektrolyten zurückhalten und die elektrochemische lonenleitung zwischen den Platten erlauben. Der unmittelbar an der Zinkplatte anliegende Teil des Separators absorbiert den alkalischen Elektrolyten und hält ihn in hohem Maße in einer aufsaugenden, schwammähnlichen Weise fest. Ein weiteres wichtiges Merkmal dieser Separatorschicht besteht darin, daß sie im angefeuchteten und in engem Kontakt zur Zinkplatte befindlichen Zustand eine Grenzfläche ausbildet, die im wesentlichen keine Hohlräume aufweist, d. h., die Separatorschicht folgt genau den Konturen der Zinkelektrode. Es ist besonders wichtig, daß die negative Zinkplatte im wesentlichen homogen mit dem Elektrolyten befeuchtet ist, um das dendritische Wachsen herabzusetzen oder sogar vollständig auszuschalten.

Weiterhin ist es für den unmittelbar an der Zinkelektrode anliegenden Separatorteil von besonderer Wichtigkeit, daß dieser gleichmäßig porös ist und die Durchlässigkeit des Elektrolyten längs der Grenzfläche zwischen Separator und Zinkelektrode ermöglicht. Es hat sich gezeigt, daß diese Anforderungen von jeder Fläche erfüllt werden müssen, die im wesentlichen parallel zu der genannten Grenzfläche innerhalb der Separatorschicht selbst verlaufen. Diese Eigenschaften haben sich als wesentlich herausgestellt, um die geschilderte Feuchtigkeitshomogenität aufrechtzuerhalten. Erfindungsgemäß hat diese Separatorschicht eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von etwa 0,00305 bis 3,05, vorzugsweise von etwa 0,01525 bis 1,525 und insbesondere von etwa 0,061 bis 0,305 Liter/min pro cm² des Separators, bezogen auf einen Druckunterschied von 12,7 mm Wassersäule. Die Separatorschicht enthält den alkalischen Elektrolyten (35 Gew.-% KOH) vorzugsweise in einer Menge von 0,55 bis 0,95 g

Elektrolyt, vorzugsweise von 0,7 bis 0,9 g Elektrolyt/cm' Separator und eingeschlossenem Elektrolyten.

Bevorzugte Materialien, die die genannten Bedingungen erfüllen, sind Cellulosematerialien, insbesondere Baumwollcelluiosematerialien, wie mikroporöse hoch- ^r> feine Filterpapiere, nämlich Filterpapiere, die einem Angriff des alkalischen Elektrolyten widerstehen und oxydationsunempfindlich sind. Im Unterschied zu den meisten bekannten Separatoren für alkalische Zellen bestehen die erfindungsgemäß verwendeten Separatoren vorzugsweise aus Fasern mit einem Polymerisationsgrad von vorzugsweise mindestens etwa 3500 und insbesondere von mindestens etwa 7500. Unter Polymerisationsgrad ist die Anzahl der Anhydroglukoseeinheiten pro Molekül zu verstehen. ι ^r>

Als Separatormaterialien können aber auch andere, Nichtcellulosematerialien verwendet werden, beispielsweise mikroporöser Gummi oder Kunststoffe, wie mikroporöses Neopren, mikroporöses Polyvinylchlorid oder mikroporöses Polyäthylen, obwohl diese weniger bevorzugt sind als Filterpapiere. Übliches Zellophan hat keine ausreichende mechanische Festigkeit und legt sich auch nicht genügend den Konturen der Zinkplatte an, d. h., es bilden sich Hohlräume an der Grenzfläche. Im Handel erhältliche Separatoren auf der Basis poröser 2^r> Vliese, die als sehr gute Separatoren für die Verwendung in Nickcl-Cadmium-Zellen bekannt sind, können erfindungsgemäß nicht verwendet werden und wurden auch schon früher für Nickel-Zink-Zellen abgelehnt. Ihnen fehlt die Gleichmäßigkeit, sie sind zu stark porös jo und erlauben, ja fördern sogar das Wachsen der Zinkdendriten durch die porösen Zwischenräume. In diesen bekannten Materialien erkennt man bei mikroskopischer Vergrößerung ausgeprägte Kanäle oder andere Hohlräume, die es dem Elektrolyten ermögli- r> chen, sich durch Kapillarwirkung zu sammeln, wodurch das Dendritwachsen begünstigt wird. Im Gegensatz hierzu weisen die erfindungsgemäß verwendeten Separatoren trotz einiger erkennbarer Faserstrukturen keine Kanäle auf.

Eine semipermeable Membran, beispielsweise aus regenerierter Cellulose (Zellophan), kann im Anschluß an die geschilderte gleichmäßige Separatorschicht verwendet werden, um das dendritische Wachsen noch weiter zu dämpfen und um metallische Leitung zwischen 4> der positiven und der negativen Elektrode zu verhindern.

4. Elektrolyt

Vorzugsweise wird ein alkalischer Elektrolyt verwcn- to det. Der Elektrolyt bildet vorzugsweise eine Quelle von Hydroxylionen, die an den elektrochemischen Reaktionen an den Platten teilnehmen. Es wird angenommen, daß die Entladereaktionen, die an der Kathode (positive Elektrode), in diesem Falle der Nickelkathode, und der v, Zinkiinodc stattfinden, etwa nach folgenden Gleichungen ablaufen:

Ni(K)II + ΙΙ,Ο -I- e"

Zn I 2 Ol Γ

> Ni(OII)₂ -ι- OH" (Kathode) Zn(OH)₂ + 2c (Anode)

Die Reaktionen sind jedoch noch nicht eindeutig b erforscht.

Die l.adcrcaklioneii liiiifen umgekehrt wie die l'iMlliidm-uktioncn üb. Bevorzugte F.lektrolytc enthalten Erdalkalihydroxide, wie Kalziumhydroxid oder Strontiumhydroxid, oder Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Rubidiumhydroxid oder Cäsiumhydroxid. Auch Gemische können verwendet werden. Wegen seines niedrigen Preises und seiner günstigen Dissoziationscigcnschaften wird Kaliumhydroxid besonders bevorzugt, und zwar in Konzentrationen von 20 bis 45 Gew.-% wäßriger Lösung, obwohl auch etwas kleinere oder größere Konzentrationen in Frage kommen. Es können verträgliche Zusatzstoffe, die die Reaktion nicht beeinträchtigen, mit verwendet werden, beispielsweise Korrosionsinhibitoren und löslichkeitsregelnde Substanzen, wie Kaliumcarbonat (US-PS 34 85 673).

Es sollte nur so viel Elektrolyt vorhanden sein wie nötig ist, um die Zelle zu befeuchten und die Elektrolytleitung sicherzustellen. Der günstigste Zustand ergibt sich bei nahezu trockener oder feuchter Zelle, obwohl auch mit geringfügig mehr oder weniger Feuchtigkeit gearbeitet werden kann. Durch diese Elektrolytbedingungen wird nicht nur das dendritische Wachsen herabgesetzt, sondern gleichzeitig auch die Sauerstoffrekombination mit der Zinkplatte erleichtert, so daß Gasbildung verhindert wird.

5. Zellenaufbau

Der Zellenaufbau wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

Das Innere der Zelle besteht aus der positiven Elektrode 4, der negativen Elektrode 2 und dem Separator 6, der bis nahe zur Nässe mit 35%iger KOH gesättigt ist. Diese Teile sind innerhalb des zylindrischen Zellengehäuses 8, das eine Abdeckung 10 besitzt, zusammengezwängt. Die negative Zinkelektrodc 2 wurde hergestellt, indem ein langer Streifen Stahlstreckmetall mit einer Paste beschichtet wurde, die etwa 65 Gew.-% Zinkpulver, etwa 30 Gew.-% Zinkoxid und etwa 5 Gew.-% Quecksilberoxid enthielt, die mit einer ausreichenden Menge einer wäßrigen Lösung von Methylcellulose angepastet war. Der Elektrodenstrcifen wurde anschließend poliert. Die positive Nickeleleklrode wurde hergestellt durch Imprägnieren einer gesinterten Nickelplatle mit einem aktiven Nickelmaterial, wobei die Unterlage 14 etwas poröser und weniger dicht war als das für die Anode verwendete Streckmetall 16. Der Separator 6 besteht aus mehreren Schichten eines saugfähigen Membranmaterials. Eine Schicht aus hochwertigem Filterpapier relativ gleichmäßiger Porosität und einer Luftdurchlässigkeit von 0,2135 Liter/min pro cm² des Separators liegt an der Zinkelektrodc an. Das Elektrolytabsorptionsvermögen des Filterpapiers beträgt etwa 0,8 g Elektrolyt pro cm¹ Separator und Elektrolyt.

Der Separatorstreifen 6, die Zinkclcktrode 2 und die Nickelelektrode 4 werden spiralförmig mit einem Druck von etwa 136 kp maschinell zu einem dichten konzentrischen Winkel gewickelt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ansicht eines Tcilschnittes entlang der Linie 2-2 nach Fig. I. Der zylindrische axiale Hohlraum 12 bildet den durch den Kern, auf den der aus mehreren Schichten gebildete Zelleninhalt gewickelt wurde, freigegebenen Hohlraum. Im allgemeinen ist der Stapeldruck fest und ausreichend, um das Auftreten von Hohlräumen zu verhindern oder herabzusetzen. Der Stapeldruck hängt vom Zellenaufbau und den verwendeten Materialien ab und beträgt /wischen 17 und 7OkP⁷Cm². F.s hat sich herausgestellt, daß dieser Stapeldruck zu einer erheblichen Rcdu/ie

rung des Dendritenwachsens führt, anscheinend deshalb, weil ein fester Stapeldruck das Auftreten von Taschen und Hohlräumen innerhalb des Separators und entlang der Grenzfläche Zinkplatte/Separator erheblich reduziert und die Verwendung von weniger Elektrolyt ermöglicht.

Das spiralförmig gewickelte Paket nach F i g. 2 ist eng zusammengeschnürt, um ein Abwickeln oder eine Verschiebung der Schichten zu verhindern, und wird dann in den zylindrischen Stahlbehälter 8 eingesetzt. Der Stahlbehälter ist vorzugsweise elektrisch isoliert mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen oder einem anderen Isoliermaterial. Der Behälter 8 kann auch insgesamt aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt sein. Von der Anode und der Kathode führen jeweils metallische leitfähige Anschlußfahnen (nicht dargestellt) zu dem Behälter. Die Anschlußfahne von der Anode führt zur Stahldose 8 und von der Kathode zur Unterseite der Abdeckung 10, wo die beiden Teile durch ein geeignetes Isoliermaterial, wie Gummi oder Kunststoff, voneinander getrennt sind. Die Abdeckung wird auf der Dose befestigt, indem ihre Kanten über den Rand der Dose umgebördelt werden. Eine Kappe 11 auf der Abdeckung 10 enthält ein Sicherheitsventil zum Auslaß von überschüssigem Gasdruck, der sich unter ungünstigen Bedingungen in der Zelle ausbilden kann. Ein solcher Drucküberschuß kann beispielsweise bei einer Überladung der Zelle entstehen. Dies ist jedoch verhältnismäßig selten, so daß in einigen Fällen vollständig hermetisch abgedichtete Zellen verwendet werden können. Aus Sicherheitsgründen ist dies jedoch nicht empfehlenswert. Wege für den Sauerstofftransport und die Rekombination sind am Boden der Zelle bei 22 vorgesehen. Ein ähnlicher Raum befindet sich in der Nähe der Abdeckung der Zelle (nicht dargestellt). Ferner steht der zylindrische Axialhohlraum 12 zur Verfügung. Diese Wege erlauben die Gasrekombination und verhindern eine Zerstörung der Zelle. Der Hohlraum 22 wirkt sich ferner dadurch vorteilhaft aus, daß er lokale Ansammlungen an Elektrolyt und die Bildung von Zinkatansammlungen verhindert.

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt der Grenzfläche entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2. Die vom Separator 6 und der Zinkelektrode 2 gebildete 4-, Grenzfläche 5 ist in stark vergrößertem Maßstab, und zwar in etwa lOOfacher Vergrößerung dargestellt. Der Separator schmiegt sich den Konturen der Zinkelektrode eng an, so daß im wesentlichen keine Hohlräume oder Taschen vorhanden sind. Bisher übliche Separato- w ren zeigen bei der gleichen mikroskopischen Vergrößerung beachtliche Taschen, Hohlräume und Kanäle, die sich radial von der Grenzfläche zwischen Separator und Elektrode erstrecken.

Die besonderen Vorteile einer Zelle gemäß der Erfindung sind aus der nachstehenden Tabelle zu erkennen, die Vergleichswerte der Leistungen einer Standard-Nickel-Cadmium-Zelle (Zelle B), einer bekannten Nickel-Zink-Zelle (Zelle C) und einer Nickel-Zink-Zelle gemäß der Erfindung (Zelle A) ausweist. Die wesentlichsten Vorteile der Zelle A gegenüber der Zelle B bestehen in einer größeren Nennzellenspannung (25%), einer höheren Energiedichte und erheblich verminderten Kosten. Die Zelle B hat den Vorteil einer in bezug auf die Lade-Entladezyklen längeren Lebensdauer, es muß jedoch berücksichtigt werden, daß für nahezu alle Zwecke, für die Zellen dieser Art verwendet werden, die Lebensdauer der Zelle A mehr als ausreichend ist. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, in denen mindestens eine Lebensdauer von 150 oder 200 Zyklen gefordert wird. Hier versagt die Zelle C, während die Zelle A die Forderung erfüllt. Die Zelle A hat ferner den wesentlichen Vorteil gegenüber der Zelle C, daß sie während des Entladens oder Ladens in jeder beliebigen Position betrieben werden kann; denn die Zelle C ist im Gegensatz hierzu nicht permanent dicht und muß daher im allgemeinen aufrechtstehend eingesetzt werden.

Tabelle

Typische ZeUenwerte

Zellen-Nennspannung
Amperestunden
pro dm³

Wattstunden pro kp

Wattstunden pro dm³

Durchschnittliche

Lebensdauer

(Ladezyklen)

Permanentdichtung

Zelle A	Zelle B	Zelle C
(D	(2)	(3)
1,6 73,23	1,2 73,23	1,6 43,94
41 115,95 300	32 85,43 500+	36 70,79 112

ja

nein

(1) Nickel-Zink-Zellc gemäß der Erfindung.

(2) Nickel-Cadmium-Zelle bekannten Typs.

(3) Nickel-Zink-Zelle bekannten Typs, wie z. B. in »Nickcl-Zinc-Cclls«, 21st Annual Power Sources Conference, Seite 70-79, beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wiederaufladbare. abgedichtete, alkalische elektrochemische Zelle mit einer Zink enthaltenden ·; negativen Elektrode, einer positiven Elektrode, einem mehrschichtigen Separator, sowie einem im wesentlichen vollständig durch Elektroden und Separator absorbierten flüssigen und damit in der Zelle nicht frei vorhandenen Elektrolyten, wobei die unmittelbar an der zinkhaltigen Elektrode anliegende Separatorschicht über die gesamte Fläche, im wesentlichen parallel gesehen zu der von Separator und Zinkelektrode gebildeten Grenzfläche, im wesentlichen gleichmäßige Mikroporosität besitzt und die Zinkelektrode und der angrenzende mikroporöse Separator derart konform sind, daß ihre Grenzfläche im wesentlichen keine eingeschlossenen Hohlräume aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickeldruck der beiden Elektroden und des Separators 17 bis 70kp/cm² beträgt und die beiden Elektroden zusammen mit dem Separator im Behälter unter gleichzeitiger Bildung von freien Räumen (22) angeordnet sind.

2¹)