本发明专利技术涉及包括负极、正极、将负极和正极互相分隔的多孔隔膜和浸渍电极和隔膜的含水碱性电解质的二次电化学电池，以及这类电化学电池的充电方法。所述负极包含集流体和能够通过形成双电层（亥姆霍兹双层）而将电荷存储在该电极中的碳基存储材料。正极含有集流体和氢氧化镍和/或羟基氧化镍。所述电化学电池包括包封电极、隔膜和电解质的外壳。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及二次电化学电池和此类电池的充电方法。基于镍-铁的电化学电池以镍/铁蓄电池（爱迪生蓄电池）的形式早已为人所知。在基于镍/铁的电化学元件的充电和放电中的电极反应可通过下列方程描述：充电2Ni(OH)2+2OH-→2NiO(OH)+2H2O+2e-Fe(OH)2+2e-→Fe+2OH-[方程1]放电2NiO(OH)+2H2O+2e-→2Ni(OH)2+2OH-Fe+2OH-→Fe(OH)2+2e-[方程2]所用电解质通常是氢氧化钾溶液。镍-铁蓄电池非常可靠并具有长寿命，但它们通常不适合作为高强度脉冲电流源。例如在EP1011163A1中描述了可再充电的镍-金属氢化物电池组形式的更适合该用途的蓄电池。在镍-金属氢化物电池组的充电和放电中的电极反应可通过下列方程描述：充电Ni(OH)2+OH-→NiO(OH)+H2O+e-M+H2O+e-→M-H+OH-[方程3]放电NiO(OH)+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-M-H+OH-→M+H2O+e-[方程4]在此也常使用氢氧化钾溶液作为电解质。EP1011163A1中描述的镍-金属氢化物电池组适用于保障数据处理单元的易失性存储器——必须在极短时间内提供强电流的用途。用于保障数据处理单元的易失性存储器的能源也可以是电容器，尤其是所谓的双层电容器（“超级电容器”）。对此的一个实例可见于DE202004017545U1。双层电容器的优点是它们可以极快输送极高脉冲电流。但是，根据电容器的性质，它们的容量有限。此外，大多数双层电容器具有有机电解质体系，其在发生过充电时可能构成安全风险。EP1011163A1中描述的电池组具有比双层电容器高得多的容量。但是，在数据处理单元中的运行中主导的相对高温可能容易造成过充电。通常没有与其相关的安全风险。但是，过充电会造成电池组的预期寿命降低。本专利技术的目的是提供可释放高强度脉冲电流并且不具有或只以减弱的形式具有现有技术的所述缺点的能源。通过下述电化学电池，尤其也通过具有权利要求1的特征的电化学电池（下文被描述为变体1的电池的一个优选实施方案）实现这一目的。在从属权利要求2至8中给出根据权利要求1的电化学电池的优选实施方案。此外，具有权利要求9的特征的方法也有助于实现所提出的目的。所有权利要求的措辞经此引用并入本说明书的内容。下述所有电化学电池具有负极、正极、将负极和正极相分隔的多孔隔膜、浸渍电极和隔膜的含水碱性电解质和包封电极、隔膜和电解质的外壳。该电池是二次电化学电池。换言之，充电和放电操作可逆。电化学电池的负极存在于多个实施方案中：在根据变体1的电池中–能够形成双电层的负极该负极包含集流体（Stromableiter）和能够通过形成双电层（亥姆霍兹双层）而将电荷存储在该电极中的碳基存储材料。在根据变体2的电池中–具有赝电容的负极在这一实施方案中，该负极除集流体和能够通过形成所提到的双电层而将电荷存储在该电极中的碳基存储材料外还包含可化学吸附氢气和/或以金属氢化物的形式存储氢气的非碳基存储材料（下文被称作H2存储材料）。在根据变体3的电池中–具有赝电容的负极在这一实施方案中，该负极除集流体和能够通过形成所提到的双电层而将电荷存储在该电极中的碳基存储材料外（和作为根据变体2的非碳基存储材料的替代物）还包含金属形式（氧化态0）和/或氧化形式（氧化态2或3）的铁。当铁为氧化形式时，其优选作为氢氧化铁存在于电极中。如从一开始列出的方程可以推断，氧化形式和金属形式之间的平衡在充电和放电过程中移动。在碳基存储材料和非碳基H2存储材料或铁（变体2和3）的组合存在下，负极能够不仅仅通过形成所提到的双层存储电荷。相反，还可通过可逆氧化还原反应的绕道途径来化学存储电荷。简言之：在这些情况中，负极可具有赝电容性质。该电化学电池的正极在所有情况下含有集流体和另外氢氧化镍（Ni(OH)2）和/或羟基氧化镍（NiO(OH)）。在正极充电过程中，氢氧化镍吸收氢氧根离子以转化成羟基氧化镍并随之释放水分子和电子。相反，在放电过程中，羟基氧化镍吸收电子并用水转化成氢氧化镍，随之释放氢氧根离子。因此，正极理论上有可能在完全充电状态下仅包含羟基氧化镍并且在完全放电状态下仅包含氢氧化镍。但是，在实践中，这两种化合物通常彼此一起存在于电极中，其中化合物相对于彼此的量比取决于电极的充电状态。辅助电极在优选实施方案中，电池在所有变体中可具有与各自的负极电连接以消散任选在电池外壳中生成的氧气超压（Überdruck）的辅助电极。这种辅助电极已知用于其它电化学系统；例如，EP0218028A1描述了用于镍/镉蓄电池的辅助电极。该辅助电极可以例如是由促进氧气渗入的疏水和非导电第一层、亲水第二层和支持催化氧气还原并与负主电极电接触的疏水第三层构成的三层电极。这样的三层电极从EP0416244A1中获知。第三层因此优选由含活性炭的轧制混合物构成（例如由50重量%至80重量%的活性炭、3重量%至20重量%的导电炭黑和10重量%至30重量%的聚四氟乙烯（PTFE）构成）。第一和第二层优选基于单层塑料纤维无纺布，在其一面上施加含水纤维素醚混合物。其细节可见于EP0416244A1。更优选地，该辅助电极也可以配置为单层电极。为了消散任选在外壳中生成的氧气压力，可以将例如活性炭、炭黑和聚四氟乙烯（PTFE）的混合物施加到负极上，例如作为厚度50至100微米的层。在另一优选实施方案中，辅助电极，如同与其电连接的各自负极，除所提到的组分外还可具有一定含量的金属和/或氧化形式的铁或一定含量的非碳基H2存储材料。电池中的辅助电极具有双功能特性。一方面，如已经提到，其可有助于消散任选在外壳中生成的氧气超压。但是，另一方面，特别由于活性炭和炭黑的含量，其如同负极那样能够存储电荷。其因此提高阳极侧上的双层电容。该电池的正极优选具有比负极小的绝对容量。换言之，负极用于吸收电能的容量优选超过正极在这方面的容量。当该电池具有所提到的辅助电极时尤其如此。在这种情况下，负极和辅助电极的相加绝对容量优选超过正极的绝对容量。负极的容量优选为正极的容量的至少1.1倍，优选1.1至2.0倍。在发生电池过充电时，由此确保形成氧气而非例如氢。与传统镍-铁蓄电池和镍-金属氢化物电池组相比，本文所述的新发展，在不存在辅助电极的情况下就已提高在高温下的过充电稳定性。通过辅助电极还增强这一作用。电池的提高的过充电稳定性可以尤其归因于负极中的碳基存储材料，其可有助于消耗由过充电生成的氧气。由于过充电稳定性，电池外壳可以配置为气密和液密。具有这样的外壳的电池优选还具有如上所述的辅助电极。气密密封在本文中应被理解为是指在电池中形成的气体在正常运行中不能逸出外壳。外壳因此通常不含用于针对性排气的装置，例如阀。但是，出于安全原因，可以设置爆裂膜，其在超过压力阈值时不可逆破坏。负极在优选实施方案中，电化学电池的负极在所有变体中包含至少5重量%的含量的碳基存储材料。在特别优选的实施方案中，该负极可含有大于5重量%的含量的碳基存储材料。这一含量更优选为5重量%至100重量%，优选5重量%至90重量%，更优选5重量%至75重量%，尤其是5重量%至50重量%。在后一范围内，更优选的是5重量%至25重量%，尤其是5重量%至1本文档来自技高网...
【技术保护点】
二次电化学电池，其包括1.1负极，其含有1.1.1集流体，1.1.2 具有至少800平方米/克的BET表面积的活性炭作为能够通过形成双电层（亥姆霍兹双层）而将电荷存储在电极中的碳基存储材料，1.2 正极，其含有1.2.1 集流体，和1.2.2 氢氧化镍和/或羟基氧化镍，1.3将负极和正极互相分隔的多孔隔膜，和1.4 浸渍电极和隔膜的含水碱性电解质，和1.5包封电极、隔膜和电解质的外壳。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.13 DE 102014223194.9;2014.07.09 EP 14176411.二次电化学电池，其包括1.1负极，其含有1.1.1集流体，1.1.2具有至少800平方米/克的BET表面积的活性炭作为能够通过形成双电层（亥姆霍兹双层）而将电荷存储在电极中的碳基存储材料，1.2正极，其含有1.2.1集流体，和1.2.2氢氧化镍和/或羟基氧化镍，1.3将负极和正极互相分隔的多孔隔膜，和1.4浸渍电极和隔膜的含水碱性电解质，和1.5包封电极、隔膜和电解质的外壳。2.如权利要求1中所述的二次电化学电池，其特征在于其具有与负极电连接且用于消散任选在外壳中生成的氧气压力的辅助电极。3.如权利要求1或权利要求2中所述的二次电化学电池，其特征在于所述正极具有比所述负极更低的容量。4.如前述权利要求任一项中所述的二次电化学电池，其特征在于所述外壳配置为气密和液密。5.如前述权利要求任一项中所述的二次电化学电池，...
【专利技术属性】
技术研发人员：C舒拉，S肖尔茨，E皮特利克，D恩斯林，
申请(专利权)人：瓦尔达微电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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