Teil Heim
Produktion, Amateur
Funkamateur
Modellflugzeuge, Raketen-
Nützlich, unterhaltsam 		Stealth - Master
Elektronik
Physik
der Technik
Erfindung 		Raum Geheimnis
Erde Mysteries
Secrets of the Ocean
List
Kartenausschnitt
Anfang
Forum
Verwendung des Materials ist für die Referenz (für Websites - Hyperlinks) zulässig
Erfindung
Russische Föderation Patent RU2214024

Akkus: Nickel-Metallhydrid, mächtiger Elektroden und schließen Sie die Elektrode mit niedrigem Widerstand

Akkus: Nickel-Metallhydrid, mächtiger Elektroden und schließen Sie die Elektrode mit niedrigem Widerstand

Name des Erfinders: Benjamin Richman (US); Srinivasan Venkatesan (US); Stanford R. Ovshinsky (US); FETSENKO Michael A. (US)
Der Name des Patentinhabers: Ovonic Teig COMPANY, INC. (US)
Patentanwalt: Kuznetsov Yuri Dmitrijewitsch
Korrespondenzanschrift: 129010, Moskau, ul. Boris Spassky, 25, S. 3, Ltd. "Gorodissky und Partner", pat.pov. Yu.D.Kuznetsovu, Kenn-Nr 595
Startdatum des Patents: 1998.01.29

Die Batterien sind Nickel-Metallhydrid-Elektroden vorgeschlagen, und das kann eine erhöhte Leistung zur Verfügung stellen und bewerten Batterien wieder aufladen. Positive und negative Elektroden können durch vpressovaniya pulverisierten Metallhydriden als aktives Material in das poröse Metallsubstrat ausgebildet sein. Poröse Metallgrundlagen aus Kupfer sind, Nickel mit Kupfer oder einer Legierung aus Kupfer und Nickel beschichtet. Die Elektrodenanschlüsse sind direkt mit dem porösen Metallbasis mit einer Verbindung befestigt ist, die durch Schweißen, Löten oder Schweißen durchgeführt wird.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sekundäre Nickel-Metall - Hydrid, insbesondere die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine leistungsstarke Batterien aus Nickel-Metall - Hydrid - leistungsfähigen Elektroden enthält , unter Verwendung von hochleitfähigen Basen und Verbindungen Elektroden mit Kontaktstift mit geringem Widerstand.

In den letzten Jahren die fortschrittlichsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Fahrzeugbatterien für den Antrieb von Fahrzeugen wurden in erster Linie zu erfüllen die Anforderungen gesendet werden, die auf reine Elektrofahrzeuge. Zu diesem Zweck Stanford Ovshinsky und seine Batterie-Entwicklung für die Gruppe in Energy Conversion Denices, Inc. und Ovonic Battery Company haben große Fortschritte in der Batterietechnologie Nickel-Metall-Hydrid hergestellt.

Zunächst Ovshinsky und seine Teams haben Metallhydrid-Legierungen gedreht, die die negative Elektrode bilden. Als Ergebnis dieser Bemühungen konnten sie eine sehr hohe Leistung für reversible Wasserstoffspeicherung zu erhalten, die für effiziente und ökonomische Batterieanwendungen und erzeugen Energie mit einer hohen Dichte, effiziente Reversibilität, hohem elektrischen Wirkungsgrad, effiziente Anreicherung von Wasserstoff in der Masse ohne strukturelle Veränderungen eine Batterie der Lage Ansammeln oder Umweltverschmutzung, mit großer Haltbarkeit mit dem zyklischen und wiederholte Tiefentladung. Die verbesserten Eigenschaften dieser Legierungen "Ovonic" (Ovonic), da sie nun durch die Entwicklung der lokalen chemischen Ordnung und damit die lokalen strukturellen Ordnung durch die Einführung von ausgewählten Modifikatorelementen in eine Wirtsmatrix genannt, erhalten. Ungeordnete Metallhydridlegierungen haben eine wesentlich höhere Dichte von katalytisch aktiven Plätzen und Speicherplätzen im Vergleich zu Ein- oder Mehrphasen-kristallinen Materialien. Diese zusätzlichen Plätze sind für verbesserten Wirkungsgrad der elektrochemischen Ladung und Entladung, und erhöhen die Fähigkeit, elektrische Energie zu akkumulieren. Die Art und die Anzahl der Speicherstellen können auch unabhängig von den katalytisch aktiven Zentren geschaffen werden. Genauer gesagt sind diese Legierungen für Massenspeicherung der dissoziierten Wasserstoffatome an Bindungskräfte innerhalb des Bereichs von Reversibilität geeignet für die Verwendung in Sekundärbatterien Anwendungen.

Einige sehr wirksame Materialien für elektrochemische Wasserstoffspeicherung wurden auf den ungeordneten Materialien oben beschrieben erstellt basiert. Diese aktive Materialien wie beispielsweise Ti-V-Zr-Ni, die in dem US-Patent beschrieben sind, 4551400 ( "Patent '400") Sapru, Hong, Fetcenko und Venketsen (Sapru, Hong, Fetcenko, Venkatesan), durch Bezugnahme auf deren Offenbarung in die Quelle eingebracht wird, Informationen. Diese Materialien bilden reversibel Hydride, um Wasserstoff-Speicher. Alle Materialien in dem '400-Patent verwendet verwenden, eine gattungsgemäße Zusammensetzung Ti-V-Ni, in dem es zumindest Ti, V und Ni, und können Cr, Zr modifiziert und A1. Die Materialien des '400 - Patents sind Mehrphasenmaterialien, die umfassen können, aber sind nicht beschränkt auf, eine oder mehrere kristalline Phasen mit C 14 und C-Typ - Strukturen 15.

Andere Legierungen Ti-V-Zr-Ni und negativen Elektroden für reversible Wasserstoffspeicherung verwendet wird. Eine Familie von Materialien sind solche, die in US-Patent 4728586 ( "das '586 Patent") Venketsena, Reychmena und Fetcenko, deren Offenbarung durch Bezugnahme auf die Quellinformation aufgenommen ist. Das '586-Patent beschreibt eine spezifische Unterklasse dieser Legierungen Ti-V-Ni-Zr, bestehend aus Ti, V, Zr, Ni und eine fünfte Komponente, Cr. Das '586-Patent erwähnt die Möglichkeit von Zusätzen und Modifikatoren außer den Legierungskomponenten, Ti, V, Zr, Ni und Cr, und erörtert im Allgemeinen spezielle Zusätze und Modifikatoren, die Mengen und Wechselwirkungen dieser Modifikatoren und die besonderen Vorteile, die von ihnen erwartet werden könnten.

Im Gegensatz dazu beschrieben die Legierungen "Ovonic" oben wurden die geordneten Legierungen im Allgemeinen als "geordnete" Materialien, die unterschiedliche chemische Eigenschaften, Mikrostruktur und elektrochemischen Eigenschaften hatte. Leistung erstellt früher bestellten Materialien war schlecht, aber in den frühen 1980er Jahren, die Erhöhung der Grad der Modifikation (dh die Erhöhung der Anzahl und Menge elementaren Modifikatoren), ihre Leistung begann deutlich zu verbessern. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass ihre elektrischen und chemischen Eigenschaften variieren je nachdem, wie groß gemacht disordering Modifikatoren. Diese Entwicklung von Legierungen aus einer speziellen Klasse von "geordnete" Materialien zum aktuellen mehrkomponentigen mehrphasigen "ungeordneten" Legierungen ist in den folgenden Patenten dargestellt: (i) US-Patent No. 3.874.928; (Ii) US-Patent Nr 4.214.043; (Iii) US Patent Nr 4.107.395; (Iv) US-Patent No. 4.107.405; (V) US Patent Nr 4.112.199; (Vi) US Patent Nr 4.125.688; (Vii) US-Patent No. 4.214.043; (Viii) US-Patent No. 4.216.274; (Ix) US-Patent Nr 4.487.817; (X) US Patent Nr 4.605.603; (Xii) US-Patent 4.696.873, und (xiii) Das US-Patent 4699856. (Diese Quellen sind im Detail in U.S. Patent No. 5.096.667 beschrieben und diese Diskussion speziell unter Bezugnahme auf die Quellinformation eingeschlossen ist).

eine Rolle mit einem niedrigeren Wert ist im Vergleich zu den Eigenschaften und der Störung infolge der besonderen Modifikatoren Einfach gesagt, dass alle Metallhydrid-Legierungen, um den Grad der Modifikation zu erhöhen, zunächst die Rolle Basislegierung bestellt. Darüber hinaus zeigt die Analyse der derzeit auf dem Markt von verschiedenen Herstellern und erzeugt Mehrkomponentenlegierungen, dass diese Legierungen nach der Führungslinie mit Ovonic Legierung für Systeme etabliert modifiziert sind. Somit kann, wie oben angegeben, sind alle stark modifizierten Legierungen sind ungeordneten Materialien durch mehrere Komponenten und das Vorhandensein von mehreren Phasen charakterisiert, d.h. Ovonic-Legierungen.

Ovshinsky und seine Gruppe dann lenkte die Aufmerksamkeit auf die positive Elektrode der Batterie. Positive Elektroden heute typischerweise Nickelpaste Elektroden sind, die aus Nickelhydroxid-Teilchen in Kontakt mit dem leitfähigen Gitter oder Substrat bestehen, vorzugsweise mit einer großen Oberfläche. Es gibt verschiedene Varianten dieser Elektroden einschließlich der sogenannten plastisch verbunden Nickelelektroden, die Graphit als ein Mikrostreifen verwenden, sondern auch, einschließlich der sogenannten schaumMetallElektroden, die Nickelschaum mit hoher Porosität als Rahmen mit sphärischem Nickelhydroxid und Kobalt Additiven gefüllt verwenden diese Erhöhung Leitfähigkeit. Klebte Elektroden des schaum Metallart begonnen haben den Verbrauchermarkt zu durchdringen aufgrund ihrer geringen Kosten und höhere Energiedichte bezogen auf gesinterte Nickelelektroden.

Es wird angenommen, in der Regel, daß die Reaktion an der Elektrode Nickelbatterie auftritt, ist ein Einzelelektrodenprozeß Oxidation von zweiwertigem Nickelhydroxid denen Nickeloxyhydroxid zu dreiwertigem während des Ladens und dann Nickeloxyhydroxid dreiwertigem zu zweiwertigem Nickelhydroxid Entladung, wie in Gleichung 2 gezeigt.

Einige kürzlich erhaltenen Beweise für die Zeit zeigen, dass die Redox-Reaktion von Nickelhydroxid quadrivalent Nickel beteiligt ist. Dies ist kein neues Konzept. In der Tat, die Existenz von tetravalenten Nickel Vorschlag zuerst von Thomas Edison in einigen seiner frühen Patente auf Batterien hergestellt. Allerdings hat die volle Nutzung von tetravalenten Nickel nie untersucht worden.

In der Praxis, in der Regel nicht die Elektrode die Fähigkeit beobachtet, eine größere Anzahl von Elektronen als das zu tragen, die auf die theoretische Möglichkeit, entspricht ein Elektron zu übertragen. Ein Grund hierfür ist nicht vollständig Ausnutzung des aktiven Materials durch elektronische Trennung des oxidierten Materials. Weil reduziert Nickelhydroxidmaterial hohen elektronischen Widerstand aufweist, führt die Rückgewinnung von Nickelhydroxid Nähe des Suszeptors auf weniger leitfähigen Oberfläche, die mit der anschließenden Reduktion von oxidiertem aktivem Material interferiert, die weiter weg ist.

Ovshinsky und seine Teams haben positive Elektrodenmaterialien entwickelt, die zuverlässige Übertragung von mehr als einem Elektron pro Nickelatom unter Beweis gestellt haben. Solche Materialien sind in den US-Patenten 5344728 und 5348822 offenbart ist (die ungeordnete positive Elektrodenmaterialien stabilisiert describe) und U.S. Patent No. 5.569.563, den 29. Oktober 1996 erteilt wurden, auf, und im US-Patent No. 5.567.549, erteilt am 22. Oktober 1996 g.

Als Ergebnis dieser Untersuchungen auf dem Gebiet der aktiven Materialien der positiven und negativen Elektroden von Ovonic Battery Nickel-Metall-Hydrid (Ni-GM) hat in einem fortgeschrittenen Stadium der Entwicklung für die ET (Elektrofahrzeuge) erreichte. Ovshinsky Gruppen konnten Batterien für Elektrofahrzeuge zu schaffen, die die Bewegung des Elektrofahrzeugs zu mehr als 350 Meilen mit einer einzigen Ladung (Tour d'Sol 1996) in der Lage sind zu liefern. Ovonic Ni-MH-Batterie hat eine ausgezeichnete Energiedichte nachgewiesen werden (bis zu ca. 90 W / kg), die Haltbarkeit im zyklischen Betrieb (über 1000 Zyklen bei 80% DOD (Entladetiefe)), Widerstand unter Verletzung der Fähigkeit, Betrieb schnell zu laden (bis zu 60% 15 min). Zusätzlich hat die Ovonic Batterie zeigte eine höhere Leistungsdichte als Batterien durch jede andere Technik, bei der Prüfung und Bewertung der Eigenschaften für ET (Elektrofahrzeuge) als eine Quelle von gespeicherter Energie verwendet werden.

Trotz der Tatsache, dass Ovshinsky und sein Team große Fortschritte bei der Schaffung von Batterien für reine Elektrofahrzeuge, Partnerschaft für eine neue Generation von Fahrzeugen (PNGV), staatliche Unternehmen in der Automobilindustrie, mit Sitz in den USA im Jahr 1996, machte die Annahme gemacht haben, dass Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) in den nächsten zehn Jahren wird die Führung bei der Erreichung des Ziels von triple-Spritsparen nehmen können. Zur Erreichung dieses Ziels wird leicht, kompakt, High-Power-Batterien benötigen.

Hybrid-System verwenden, müssen erhebliche Vorteile bei Kraftstoff und ultra low emission Effizienz. Fuel-Motoren erreichen eine maximale Effizienz bei der bei einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U / min) betrieben wird. Daher kann Spitzenkraftstoffeffizienz durch Verwendung von Kraftstoffmotor mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen pro Minute, um den Energie leistungsfähige Energiespeichersystem zu schaffen, die Spitzenleistung erzeugt für eine Beschleunigung erreicht werden, und nimmt hin und kinetischer Energie regeneratives Bremsen verwendet wird.

In ähnlicher Weise auf der Basis der Fähigkeit, eine kleine Motorbetriebs mit höchster Effizienz und der zugehörigen Energiespeichersystem zu verwenden Pulsleistung zur Verfügung zu stellen, bietet es das beste Design-Emissionen bei Verwendung des Brennstoffmotors zu minimieren. Somit ist die Schlüsseltechnologie für HEV ist ein Energiespeichersystem, das eine sehr hohe Pulsleistung bietet, und empfangen die hohen regenerative Bremsströme bei sehr hohen Wirkungsgrad. Für den Gerätebetriebszyklus, Pulsleistung zu erzeugen, erfordert es eine außergewöhnliche Haltbarkeit im zyklischen Betrieb mit geringer Tiefe der Entladung.

Es ist wichtig zu verstehen, dass für eine solche Energiespeichersysteme vorwärts andere Anforderungen als für ein reines Elektrofahrzeug-Systeme gestellt werden. Bereich - dies ist ein entscheidender Faktor für die praktische ET, so dass die kritische Auswertungsparameter Energiedichte. Leistung und Haltbarkeit im zyklischen Betrieb besonders wichtig sind, aber sie werden sekundäre EBs im Vergleich mit der Energiedichte.

Im Gegensatz dazu mit dem HEV Pulsleistung für die überwältigende Bedeutung der Leistungsdichte-Systeme. Außergewöhnliche Langlebigkeit zyklischen Betrieb mit geringer Tiefe der Entladung und ist kritischer als die üblichen Haltbarkeit zyklischen Betrieb bei 80% DOD erforderlich in Systemen für ET. Energiedichte ist wichtig, Batteriegewicht und Raum, aber aufgrund einer kleineren Batteriegrße dieses Merkmal ist weniger kritisch als die Stromdichte zu minimieren. Die Fähigkeit, schnell aufzuladen - es ist ein wesentlicher Faktor für die effektive regeneratives Bremsen und das Laden und Entladen Effizienz - dies ist ein kritischer Faktor, der die Batterie in einem geladenen Zustand in der Abwesenheit von externen Lade aufrechtzuerhalten.

Es ist zu erwarten, dass aufgrund dieser grundlegenden Unterschiede in den Anforderungen an Systeme für ET und den Systemanforderungen für HEV-Batterien, die derzeit für den Einsatz in EV-Anwendungen optimiert sind, werden für HEV nicht geeignet sein, wenn nicht sogar zu verbessern Leistungsdichte. Trotz der Tatsache, dass die nachgewiesene Leistung von Ovonic-Batterien für EBs beeindruckend waren, diese Konstrukte elektrochemischen Zellen und Batterien sind für den Einsatz in reinen ET optimiert und daher erfüllen sie nicht die spezifischen Anforderungen für GET.

Somit besteht ein Bedarf an Hochleistungsbatterien, die auf den Spitzenleistungskennlinien für die HEV erforderlich arbeiten, und haben darüber hinaus bereits demonstriert Leistung Ovonic Battery Ni-GM und die Möglichkeit der industriellen Produktion getestet.

Die vorliegende Erfindung ist eine Nickel-Hydrid-Batterien und Elektroden zum Metall diejenigen bereitzustellen, die fähig sind zu einer erhöhten Leistungsabgabe und der Neubildungsrate erhöht erzeugen.

Diese und andere Aufgaben durch die Batterie des Nickel-Metallhydrid erreicht, umfassend mindestens eine negative Elektrode ein poröses Metallsubstrat und einem Elektrodensteg an der Elektrode angebracht ist, wobei die Verbesserung umfaßt, daß das poröse Metallsubstrat aus Kupfer, Nickel gebildet ist, beschichtet mit Kupfer oder Kupfer-Nickel-Legierung, und die Elektrodenstreifen direkt auf dem porösen Metallsubstrat mit einer Verbindung befestigt, um einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Verbindung mit niedrigem elektrischen Widerstand durch Schweißen, Löten oder Schweißen erfolgen.

Diese und andere Aufgaben werden durch eine negative Elektrode zur Verwendung in einer Batterie, Nickel-Metallhydrid erfüllt, wobei die negative Elektrode ein poröses Metallsubstrat enthält, die negative Elektrode mit einer Elektrode befestigt ist, und die Verbesserung darin besteht, daß das poröse Metallsubstrat aus Kupfer gebildet Nickel beschichtet mit Kupfer oder Kupfer-Nickel-Legierung, und die Elektrodenstreifen direkt an das Substrat mit einer Verbindung, die einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.

Fig. 1 eine Elektrode für einen prismatischen Ni-GM-Batterie mit einer Elektrode befestigt.

Fig. 2 stellt den Bereich der Korrosion, Immunität und Passivität von Kupfer bei 25 o C.

3 ist eine Leistungsdichte (W / kg) für die GM-Batterie Ni-P-Element-Typ als Funktion der Entladungstiefe möglich Prozentsatz.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die wiederaufladbare Batterie eine Nickel-Metallhydrid-Leistung (Ni-GM) zu erhöhen. Typischerweise kann die Ausgangsleistung durch Verringerung des Innenwiderstands der Batterie erhöht werden. den Innenwiderstand Senkung verringert die Verluste durch Dissipation der Energie in der Batterie, wodurch die Leistung erhöht wird, die verwendet werden können, externe Lasten zu treiben. Der Innenwiderstand der Nickel-Metallhydrid-Batterie kann durch Erhöhung der Leitfähigkeit der Batterieelemente und zwischen den Elementen und Verbindungen verringert werden.

Typischerweise umfasst Ni-MH-Batterie mindestens eine negative Elektrode und mindestens eine positive Elektrode. Die Elektroden-Kontaktfahne kann auf jede der negativen und positiven Elektroden angebracht werden, eine elektrische Verbindung mit jeweiligen Ausgangselektrode Ni-MH-Batteriekontakt zu liefern (d.h., negative Elektrode mit dem negativen Ausgangsanschluß und der positiven Elektrode zu einer positiven Ausgangsklemme). Fig. 1 zeigt eine Elektrode 1 an einer Elektrode Tab 2 für eine prismatische Ni-GM-Batterie. Die Elektrode 1 in Fig. 1 entweder eine negative oder positive Ni-MH-Batterieelektrode. Im Allgemeinen werden die Elektrodenstreifen 2 kann aus jedem elektrisch leitenden Material gebildet, das gegenüber Korrosion in der Batterieumgebung beständig ist. Vorzugsweise beschichtet die Elektrodenlasche aus Nickel oder Kupfer mit Nickel.

Die Ni-MH-Batterien mit einer negativen Elektrode ein aktives Material, das in der Lage die reversible elektrochemische Speicherung von Wasserstoff ist. Und die negative Elektrode ein poröses Metallsubstrat, wobei das aktive Material angeordnet ist. Die negative Elektrode kann durch Pressen des aktiven Materials (in Pulverform) in das poröse Metallsubstrat ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Haftung des pulverförmigen aktiven Materials zu porösen Metallsubstrat und die negative Elektrode kann gesintert werden.

Wenn an die Ni-MH-Batteriespannung aktive negative Elektrode aufgebrachte Material wird durch die elektrochemische Absorption von Wasserstoff und die elektrochemische Bildung von Hydroxylionen berechnet. An der negativen Elektrode läuft die elektrochemische Reaktion wie folgt:



Die Reaktionen an der negativen Elektrode sind reversibel. Bei der Entladung aufgestaute Wasserstoff freigesetzt wird ein Wassermolekül zu bilden und die frei ein Elektron.

negatives aktives Elektrodenmaterial ist ein Wasserstoffspeichermaterial. Wasserstoffspeichermaterial kann aus aktiven Materialien Ti-V-Zr-Ni, wie beispielsweise jene, beschrieben in US-Patent 4551400 ( "Patent '400"), deren Offenbarung durch Bezugnahme auf die Quellinformation aufgenommen ausgewählt werden. Wie oben diskutiert, verwendet die Materialien in dem '400 Patent zu nutzen, eine gattungsgemäße Zusammensetzung Ti-V-Ni, in der es zumindest Ti, V und Ni, mindestens ein oder mehrere Elemente aus Cr, Zr und A1 . Die Materialien des '400 - Patents sind Mehrphasenmaterialien, die umfassen können, aber sind nicht beschränkt auf, eine oder mehrere Phasen mit Kristallstrukturen vom Typ C 14 und C 15.

Es gibt auch andere Legierungen, Ti-V-Zr-Ni, die für die negative Elektrode Wasserstoffspeichermaterial verwendet werden. Eine Familie von Materialien sind solche, die in US-Patent 4728586 ( "das '586 Patent"), dessen Offenbarung durch Bezugnahme auf die Quellinformation aufgenommen ist. Das '586-Patent beschreibt eine spezifische Unterklasse dieser Legierungen Ti-V-Ni-Zr, bestehend aus Ti, V, Zr, Ni und eine fünfte Komponente Cr. Das '586-Patent erwähnt die Möglichkeit von Zusätzen und Modifikatoren außer den Legierungskomponenten, Ti, V, Zr, Ni und Cr, und erörtert im Allgemeinen spezielle Zusätze und Modifikatoren, die Mengen und Wechselwirkungen dieser Modifikatoren und die besonderen Vorteile, die von ihnen erwartet werden könnten.

Zusätzlich zu den Materialien, die oben, Wasserstoffspeichermaterialien für die negative Elektrode Ni-MH-Batterie aus den ungeordneten Legierungen aus Metall beschrieben Hydride ausgewählt werden können, die im Detail in dem US-Patent 5277999 ( "Patent '999") Ovshinsky und Fetcenko beschrieben sind, deren Offenbarung aufgenommen wird Verweis auf die Informationsquelle.

Die Leitfähigkeit der negativen Elektrode kann durch Erhöhung der Leitfähigkeit des porösen Metallsubstrats der negativen Elektrode erhöht werden. Wie oben diskutiert, kann die negative Elektrode durch Pressen aktive Wasserstoffspeichermaterial gebildet werden, in ein poröses Metallsubstrat. Typischerweise ist das poröse Metallsubstrat, aber nicht beschränkt auf, Gitter, Gitter, "Matte", Folie, Schaum, Platte und Streckmetall begrenzt. Vorzugsweise wird das poröse Metallsubstrat für die negative Elektrode verwendet wird, ist ein Netz, Gitter, Streckmetall. Die vorliegende Erfindung offenbart eine negative Elektrode für eine Ni-MH-Batterie, die eine poröse Metallsubstrat aus Kupfer, Nickel mit Kupfer oder einer Legierung aus Kupfer und Nickel beschichtet ausgebildet ist. Wie hierin verwendet, bedeutet "Kupfer" bezieht sich auf reines Kupfer oder eine Kupferlegierung, und "Nickel" bezieht sich auf reines Nickel oder einer Nickellegierung.

Fig. 2 veranschaulicht die Domänen von Korrosion, Immunität und Passivität von Kupfer bei 25 o C. Die horizontale Achse den pH - Wert des Elektrolyten darstellt und die vertikale Achse stellt das elektrische Potential eines Materials enthält Kupfer. Das elektrische Potential wird an einen Wasserstoff Verweis (vertikale Achse mit "H") gezeigt, relativ, und relativ Hg / HgO-Referenz (vertikale Achse "Hg / HgO" bezeichnet). Wie hierin verwendet, werden alle Spannungswerte in Bezug auf die Standard-Hg / HgO, sofern nicht anders angegeben. Verwendung von Kupfer in alkalischen Elektrolyten Elemente vorher ausgeschlossen aufgrund der Löslichkeit von Kupfer in Elektrolyt KOH. 2 veranschaulicht, dass bei bestimmten Betriebsbedingungen (dh. E. PH und Potential) Kupfer korrodiert. 2 und veranschaulicht, bei der geeigneten pH-Werten und Spannungs Kupfer weist Immunität gegen Korrosion, die. Unter geeigneten Betriebsbedingungen wird eine Kupferbasis, die in Kontakt mit dem Metall-Hydrid-aktives Material ist, wird die Kathode über den Bereich der Betriebsparameter für die Ni-Gm-Zelle geschützt.

Während des normalen interlace Batterieentladung und Laden von Ni-GM mit einer negativen Elektrode aus Metallhydrid unter einem elektrischen Potential von etwa ist -0.85 V und der pH-Wert auf der negativen Elektrode mit einem Metallhydrid etwa 14. Dieser Arbeitspunkt wird als Betriebspunkt A in Figur 2 gezeigten . Wie in Fig. 2 -0,85 Betriebsspannung unterhalb (d.h. negativer) als die Kupferauflösungs Spannung von etwa -0,4 V (bei einem pH-Wert von etwa 14). Folglich wird während des normalen Batterieladung und Verschachtelung Entladung Ni-GM negativen Metallhydrid-Elektrode eine Kupferbasis verwendet, hat eine Immunität gegen Korrosion.

Während der Ni-MH-Batterie entladen tiefer als normal, wird die positive Elektrode die Elektrode, Wasserstoff freigesetzt wird, wodurch die Rückgewinnung von Nickel durch Elektrolyse von Wasser ersetzt wird Wasserstoffgas und Hydroxid-Ionen zu bilden. Weil die Ni-MH-Batterie mit einem stöchiometrischen Überschuß an Metallhydrid aktive Material durchgeführt wird, das negative Elektrodenpotential auf -0,8 V. Zusätzlich nahe bleibt, der Wasserstoff an der positiven Elektrode, die negative Elektrode entwickelt wird am Metallhydrid oxidiert, das ferner das negative Potential stabilisierenden Elektrodengröße etwa -0,8 V. bei niedrigen Strömen, können Überentladungs ​​auftreten unbegrenzt ohne die Entladung der negativen Elektrode mit einem Metallhydrid erforderlich negativen Elektrodenpotential mit dem Wert für die Kupferauflösung erforderlich zu erhöhen. Bei hohen Strömen, entwickelt sich Wasserstoff schneller als es rekombiniert und es gibt eine Tiefentladung der negativen Elektrode mit einem Metallhydrid. Jedoch Entladen deutlich kleiner als die der negativen Elektrodenpotential auf einen Pegel, bei dem die Auflösung von Kupfer zu erhöhen, erforderlich. Selbst wenn die negativen und positiven Elektroden kurzgeschlossen sind, sorgt ein stöchiometrischer Überschuß an Metallhydrid, daß die negative Elektrode mit einem Metallhydrid bei einem Potential von etwa -0,8 V, und noch von Kupferauflösung geschützt. Somit wird auf Kupferbasis negative Elektrode in Metallhydrid unter allen Bedingungen geschützt, außer wenn die negative Elektrode aus Metallhydrid zwangsläufig irreversibel aufgrund seiner eigenen Oxidation verschlechtern würde.

Wie gezeigt, ist bei den Betriebsbedingungen des negativen Elektrodenmaterials mit Kupfer-Metall-Hydrid-Basen vor Korrosion geschützt. Jedoch Zuverlässigkeit der Batterie zu erhöhen und weiter die negative Elektrode aus der aggressiven chemischen Umgebung der Batterie zu schützen, das poröse Metallsubstrat aus den oben genannten Materialien aus Kupfer, Nickel mit Kupfer oder einer Legierung aus Kupfer und Nickel beschichtet ist, kann zusätzlich mit einem Material beschichtet sein, das elektrisch leitfähig ist und zusätzlich dh widerstandsfähig gegen Korrosion in der Batterieumgebung. Ein Beispiel für ein Material, das verwendet werden kann, um das poröse Metallsubstrat zu bedecken, aber nicht beschränkt auf, Nickel.

Kupfer unter Verwendung des porösen Metallsubstrats der negativen Elektrode durchzuführen, hat verschiedene wichtige Vorteile. Kupfer - ein ausgezeichneter elektrischer Leiter. Folglich verringert die Verwendung als Substratmaterial, den Widerstand der negativen Elektrode. Dies verringert die Menge der Batterieleistung, die durch interne Verlustleistung verschwendet wird, und stellt dadurch eine Erhöhung der Ausgangsleistung Ni-MH-Batterie.

Darüber hinaus Kupfer - ein weiches Metall. Die Weichheit ist wichtig wegen der Expansion und Kontraktion der negativen Elektroden während der Ladung und Entladung Wechsel Ni-MH-Akku. Erhöhte Duktilität Basis hilft Elektrodenzerstörung aufgrund der Expansion und Kontraktion zu verhindern, die zu einer erhöhten Zuverlässigkeit der Batterie führt.

Erhöhte Duktilität basierend Kett- und ermöglicht zuverlässig die aktive Wasserstoffspeichermaterial zu halten, das auf der Substratoberfläche zusammengedrückt wird. Dies verringert die Notwendigkeit für eine Wärmebehandlung der negativen Elektroden, nachdem das aktive Material wurde auf die Basis zusammengedrückt worden, so dass die Elektrodenherstellungsprozess vereinfacht wird und seine Kosten verringert.

Die Leitfähigkeit der negativen Elektrode kann durch Erhöhung der Leitfähigkeit der negativen aktiven Elektrodenmaterials erhöht werden. Die Leitfähigkeit des aktiven Materials kann durch Kupfer in das Metallhydridmaterial Einbeziehung erhöht werden. Dies kann auf viele verschiedene Arten erfolgen. Ein Weg, - das Mischen von Kupferpulver mit dem Metallhydrid während der Herstellung des aktiven Materials. Ein anderes Verfahren - ein Abschluss von Metallhydrid-Partikel in einem Mantel aus Kupfer unter Verwendung von chemischen Metallabscheidungsverfahrens. Zusätzlich zu der Leitfähigkeit der Zugabe von Kupfer Erhöhung ermöglicht die Wärmebehandlungstemperatur zu senken, wenn das aktive Material auf ein Kupferbasis gesintert wird und die Verringerung der elektrische Widerstand zwischen jede positive Elektrode und dem entsprechenden Elektrodenanschluss.

Die Leitfähigkeit der negativen Elektrode kann durch Beschichten des Kupfer negativen Elektrode nach der das aktive Material in Form von Metallhydrid erhöht werden komprimiert worden ist (und möglicherweise gesintert) auf die Substratoberfläche. Kupferbeschichtung kann durch eine Maske oder ohne Vorlage durchgeführt werden. Zusätzlich Elektroden Leitfähigkeitskupferbeschichtung zur Erhöhung dient als zusätzliches Mittel zur Sicherstellung, daß das aktive Metall wird auf dem Substrat "verklebt" werden.

Die negative Elektrode hierin beschrieben ist anwendbar auf alle Ni-GM-Batterie, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, prismatische Ni-GM-Batterien und zylindrische "Swiss roll" Batterien Ni-GM begrenzt.

eine elektrische Verbindung zwischen jeder Elektrode zu liefern und dem entsprechenden Ausgangsanschluss Batterie wie oben diskutiert, kann die Elektroden-Kontaktfahne an jede der negativen Elektrode und der positiven Elektrode jeder Ni-MH-Batterie angeschlossen werden. Eine andere Möglichkeit, die spezifische Ni-MH-Batterie Ausgang zu erhöhen, ist der elektrische Widerstand jeder Verbindung zwischen der negativen Elektrode und dem entsprechenden Elektrodenanschluß zu reduzieren.

Jeder Elektrodenstreifen kann direkt auf dem porösen Metallsubstrat der entsprechenden Elektrode befestigt werden, um eine Verbindung zu bilden, einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Eine solche Verbindung wird hierin als "Verbindung mit einem niedrigen elektrischen Widerstand" genannt. Verbindung mit niedrigem elektrischen Widerstand ist hier definiert als eine Verbindung zwischen zwei oder mehr Materialien (wie Metalle), worin die zwei oder mehr Materialien, die miteinander verbunden sind durch Legieren oder Prozess benetzen. Beispiele, in denen zwei Metalle miteinander verbunden werden durch Verschmelzen, - einem Schweißen und Löten. Ein Beispiel, bei dem zwei Metalle durch den Benetzungsvorgang verbunden sind, ist das Löten. Folglich kann niederohmige Verbindung durch solche Verfahren erreicht werden, die umfassen, ohne jedoch zu, Schweißen, Löten oder Schweißen beschränkt. Der verwendete Schweißverfahren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen und Ultraschallschweißen beschränkt.

Wie oben diskutiert, kann das poröse Metallsubstrat der negativen Elektrode des Netzes, Gitters, "Matte", Folie, Schaum, Platte oder porösem Metall bestehen. Vorzugsweise ist das poröse Metallsubstrat der negativen Elektrode ein Geflecht, Gitter oder Streckmetall. Zur Erhöhung kann die spezifische Ni-MH-Batterie Elektrodenstreifen auf das Netz, Gitter oder Streckmetall mit einem niedrigen elektrischen Widerstand mit einer Verbindung angebracht werden. Vorzugsweise kann die Elektroden-Kontaktfahne mit einem niedrigschmelzenden Lötmittel Raster, Gitter oder Streckmetall geschweißt, hartgelötet oder gelötet werden. Stärker bevorzugt kann der elektrische Anschluss mit dem Netz-, Gitter- oder Streckmetall verschweißt werden. Wie erläutert, umfasst der Schweißtechnik, ist aber, Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen und Ultraschallschweißen beschränkt.

Hierin offenbart, eine Verbindung mit niedrigem elektrischen Widerstand und an die positiven und negativen Elektroden der Ni-MH-Batterie verwendet werden. Darüber hinaus kann die Verbindung mit dem niedrigen elektrischen Widerstand in allen Batterie-Ni-GM angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, prismatische Ni-GM-Batterien und zylindrische Ni-GM-Batterie.

Выходная мощность аккумуляторов никель-гидрид металла и может быть увеличена путем увеличения проводимости положительных электродов аккумуляторов. Как и в случае с отрицательными электродами, это делается путем соответствующего выбора материалов, из которых изготавливаются элементы электродов.

Положительный электрод аккумулятора никель-гидрид металла может быть выполнен путем впрессования порошкообразного активного материала положительного электрода в пористую металлическую основу. Каждый положительный электрод может иметь токопринимающий вывод, прикрепленный, по меньшей мере, к одной точке на электроде. Токопринимающий вывод может быть приварен к положительному электроду. Технология сварки включает, но не ограничивается, контактную сварку сопротивлением, лазерную сварку, сварку электронным пучком или ультразвуковую сварку.

В аккумуляторах Ni-ГМ обычно используется положительный электрод, имеющий гидроксид никеля в качестве активного материала. На положительном электроде протекают следующие реакции:



Положительный электрод с гидроксидом никеля описан в Патентах США 5344728 и 5348822 (которые описывает стабилизированные разупорядоченные материалы положительного электрода) и Патенте США 5569563 и Патенте США 5567549, раскрытие которых включено в качестве ссылки.

Проводимость положительного электрода может быть увеличена путем увеличения проводимости пористой металлической основы электрода. Пористая металлическая основа положительного электрода включает, но не ограничивается, сетку, решетку, фольгу, пену, "циновку", пластинку, пористый металл. Предпочтительно пористая металлическая основа представляет собой вспененный материал. Раскрытый в настоящем описании положительный электрод содержит пористую металлическую основу, которая выполнена из меди, никеля, покрытого медью, или сплава медь-никель. Выполнение основы из одного или нескольких этих материалов увеличивает проводимость положительных электродов аккумулятора. Это уменьшает величину мощности, растрачиваемой без пользы из-за внутренней диссипации мощности, и вследствие этого увеличивает выходную мощность аккумулятора Ni-ГМ.

Для защиты пористой металлической основы положительного электрода от агрессивной среды в аккумуляторе пористая металлическая основа может быть покрыта материалом, который является электропроводящим и, кроме того, стойким к коррозии в среде аккумулятора. Предпочтительно пористая металлическая основа может быть покрыта никелем.

Положительные электроды, раскрытые в настоящем описании, могут применяться для всех аккумуляторов Ni-ГМ, включая, но не ограничиваясь, призматические аккумуляторы Ni-ГМ и цилиндрические, "рулет с вареньем", аккумуляторы Ni-ГМ.

Другой объект настоящего изобретения - это аккумулятор никель-гидрид металла, содержащий, по меньшей мере, один отрицательный электрод, относящийся к типу, раскрытому в настоящем описании. Аккумулятор никель-гидрид металла включает, но не ограничивается, призматические аккумуляторы Ni-ГМ и цилиндрические, "рулет с вареньем", аккумуляторы Ni-ГМ (т.е. АА-элементы, С-элементы и т.д.).

Beispiel 1

В таблице 1 показана мощность при 50 и 80% ГР (глубине разрядки) для призматических аккумуляторов Ni-ГМ, имеющих положительные и отрицательные электроды, содержащие раскрытые в настоящем описании материалы основы.

В примере 1 размеры положительных электродов - 5,5 дюймов высота, 3,5 дюймов ширина и . 0315 дюймов глубина. Размеры отрицательных электродов - 5,25 дюймов высота, 3,38 дюймов ширина и .0145 дюймов глубина. В строке 1 таблицы 1 основа положительных электродов и основа отрицательных электродов формируются из никеля (основа положительных электродов формируется из вспененного никеля, а основа отрицательных электродов формируется из металлической никелевой сетки). В этом случае удельная мощность при 50% ГР (глубина разрядки) примерно 214 Вт/кг, а удельная мощность при 80% ГР примерно 176 Вт/кг.

В строке 2 таблицы 1 основа положительных электродов формируется из вспененного никеля, но основа отрицательных электродов теперь формируется из медной металлической сетки. В этом случае удельная мощность при 50% ГР примерно 338 Вт/кг, а удельная мощность при 80% ГР примерно 270 Вт/кг.

Удельная выходная мощность аккумулятора Ni-ГМ может быть и увеличена путем регулирования высоты, ширины и глубины положительных и отрицательных электродов. Отношение высоты к ширине электродов (т.е. высота, деленная на ширину) определяется в настоящем описании как "аспектное отношение" электродов. Аспектное отношение положительных и отрицательных электродов может регулироваться для увеличения удельной мощности. Более того, электроды могут быть выполнены более тонкими, для того чтобы ввести несколько электродных пар в каждый аккумулятор, благодаря чему уменьшается плотность тока, протекающего через каждый электрод.

Beispiel 2

В таблице 2 показана удельная мощность призматического аккумулятора Ni-ГМ, использующего основу положительных электродов из пены никеля, а основу отрицательных электродов из медной металлической сетки. Помимо этого, аспектное отношение положительных и отрицательных электродов было изменено по сравнению с примером 1 для увеличения удельной выходной мощности аккумулятора.

В примере 2 аспектные отношения (высота, деленная на ширину) положительного и отрицательного электродов была изменена для увеличения удельной мощности аккумулятора. Положительные электроды имели размеры: примерно 3,1 дюймов высота, 3,5 дюймов ширина, а отрицательные электроды имели размеры: примерно 2,9 дюймов высота, 3,3 дюймов ширина. Аспектные отношения положительных и отрицательных электродов из примера 2 примерно .89 и примерно .88, соответственно. И напротив, аспектные отношения положительных и отрицательных электродов из примера 1 примерно 1,57 и примерно 1,55, соответственно. Аспектные отношения в примере 2 ближе к "единице", чем в примере 1.

В примере 2 положительные и отрицательные электроды и были выполнены более тонкими, чтобы ввести несколько пар электродов в аккумулятор, благодаря чему уменьшается плотность тока, протекающего через каждый электрод. В примере 2 положительные электроды имеют глубину примерно 0,028 дюймов, а отрицательные электроды имеют глубину примерно 0,013 дюймов. Аккумуляторы Ni-ГМ, использующие положительные и отрицательные электроды, имеющие аспектные отношения, аналогичные аспектным отношениям из примера 2, но использующие никель для обоих электродов, положительных и отрицательных, имеют удельную мощность примерно 300 Вт/кг при 50% ГР и примерно 225 Вт/кг при 80% ГР.

Beispiel 3

Как упоминалось выше, материалы для основы, раскрытые в настоящем описании, и могут использоваться для отрицательных и положительных электродов цилиндрических, "рулет с вареньем", аккумуляторов Ni-ГМ. А конкретно, в таблице 3 удельная выходная мощность аккумулятора Ni-ГМ типа С-элемента увеличивается, если для отрицательного электрода в качестве материала основы используется медь. Каждая строка в таблице 3 показывает удельную мощность при 20% ГР и 80% ГР. Для каждой строки основа положительного электрода состоит из пены никеля.

В строках 1 и 2 токоприемный вывод прикреплен к отрицательному электроду. В строке 1 основа отрицательного электрода состоит из пористого металлического никеля, а в строке 2 основа отрицательного электрода состоит из пористой металлической меди. Таблица 3 показывает, что использование меди в качестве материала основы увеличивает удельную мощность аккумулятора.

В строках 3 и 4 токоприемный вывод приварен к отрицательному электроду. В строке 3 основа отрицательного электрода состоит из пористого металлического никеля, а в строке 4 основа отрицательного электрода состоит из пористой металлической меди. И опять таблица 3 показывает, что использование меди в качестве материала основы увеличивает удельную мощность аккумулятора.

В общем виде данные, представленные в таблице 3, показывают, что для аккумулятора Ni-ГМ типа С-элемента использование меди в качестве основы материала для отрицательных электродов увеличивает выходную удельную мощность аккумулятора независимо от того, прикреплены электродные выводы к электродам или непосредственно приварены к основе. Данные и показывают, что вообще удельная мощность аккумулятора увеличивается, если электродные выводы непосредственно привариваются к электродам, а не прикрепляются к электродам.

Die Daten in Tabelle 3 sind graphisch in Fig. 3. Abbildung 3 zeigt als Funktion der% Entladetiefe (durch die Datenpunkte dargestellt entsprechen 0, 20, 50 und 80% DOD) Batterieausgangsleistungsdichte Ni-P-Typ GM-Element (die vier in Beispiel dargestellt Fällen 3).

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen und Verfahren beschrieben wurde, ist es verständlich, dass verstehen, daß die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen und Verfahren beschränkt ist. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, dass die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und äquivalente Ausführungsformen umfasst, die in den Geist und Schutzumfang der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen definiert fallen.

FORDERUNGEN

1. Eine alkalische Nickel-Metallhydrid-Batterie, einen alkalischen Elektrolyten, enthaltend mindestens eine positive Elektrode mit einem Elektrodenanschluss mindestens eine negative Elektrode, die eine Elektrodenleitung aufweist, wobei die negative Elektrode ein poröses Metallsubstrat Kupfer und reines Wasserstoffspeicherlegierung enthält, gedrückt in dem Träger, wobei der Elektrodenanschluss geschweißt an die negative Elektrode der genannten Basis, wobei die negative Elektrode mit einem Metallhydrid ein Kupferbasis bei jeweiligen pH-Werten verwenden, und zeigt die Unempfindlichkeit gegen Spannungskorrosion.

2. Batterie nach Anspruch 1, wobei das poröse Metallsubstrat ein Gitter oder Streckmetallplatte ist.

3. Die negative Elektrode zur Verwendung in alkalischen Nickel-Metallhydrid-Batterie ein poröses Metallsubstrat enthält, reines Kupfer Wasserstoffspeicherlegierung, die geformt in dem Träger und Elektrodenanschluss geschweißt zu der Basis.

4. Elektrode nach Anspruch 3, wobei das poröse Substrat ein Metallgewebe oder Streckmetallplatte.

5. Eine alkalische Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine alkalische Elektrolyt mindestens eine positive Elektrode, enthaltend einen Elektrodenanschluß aufweist, und mindestens einer negativen Elektrode eines Elektrodenanschluß aufweist, wobei die negative Elektrode ein poröses Metallsubstrat enthält, Kupferlegierung umfasst und Akkumulieren wasserstoffabsorbierenden Legierung geformt in dem Träger, der Elektrodenanschluss geschweißt zu der negativen Elektrode der Basis, wobei die negative Elektrode mit einem Metallhydrid ein Kupferbasis bei jeweiligen pH-Werten verwenden, und zeigt die Unempfindlichkeit gegen Spannungskorrosion.

6. Batterie nach Anspruch 5, wobei das poröse Metallsubstrat ein Gitter oder Streckmetallplatte ist.

7. Batterie nach Anspruch 5, wobei die Kupferlegierung eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.

8. Die negative Elektrode zur Verwendung in alkalischen Nickel-Metallhydrid-Batterie, umfassend ein poröses Metallsubstrat Kupferlegierung Wasserstoffspeicherlegierung enthält, geformt in dem Träger und Elektrodenanschluss geschweißt zu der Basis.

9. Elektrode nach Anspruch 8, wobei das poröse Substrat ein Metallgewebe oder Streckmetallplatte.

10. Elektrode nach Anspruch 8, wobei die Kupferlegierung eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.

Druckversion
Erscheinungsdatum 25.03.2007gg