AT344807B - Elektrolytzirkulationseinrichtung fuer elektrischen akkumulator mit loeslichen aktiven massen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Elektrolytzirkulationseinrichtung für elektrischen Akkumulator mit löslichen aktiven Massen und Umlauf des Elektrolyten, wobei der Akkumulator aus mehreren, eine Batterie bildenden Elementen besteht, deren untere und obere Seite mit Löchern versehen sind für den Durchgang des Elektrolyten, mit Anschluss an Entleerung-un Verteilungsleitungen. 



   Bekannt sind elektrische Akkumulatoren, bestehend aus einer Vielzahl von serienmässig angeordneten Zellen, von denen jede eine Metallanode   (z. B.   eine Zinkanode) aufweist, die auf einer bipolaren, als Trennwand zwischen zwei benachbarten Zellen dienenden Elektrode ruht, ferner einen aus einer wässerigen Lösung eines Salzes des Anodenmetalls (vorzugsweise aus einem Halogenid) gebildeten Elektrolyten, schliesslich eine Kathode, bestehend aus dem das besagte Salz bildenden Metalloid (Halogen), die durch eine an der bipolaren Elektrode haftende aktive kathodische Masse festgehalten wird, wobei die Elektrode selbst an der Reaktion nicht teilnimmt, und auf deren andern Seite sich die Metallanode niederschlägt. 



   Um zu vermeiden, dass die wässerigen Lösungen mit hohem Halogengehalt, die es am Ende des Ladeprozesses gibt, das Metall auch bei offenem Kreislauf chemisch angreifen, wurde bereits vorgeschlagen, nicht nur die besagte aktive kathodische Masse zu verwenden, sondern auch die elektrolytische Lösung von der Berührung mit dem Metall während der Zeitabschnitte fernzuhalten, in denen die Zellen keine elektrischen Ladungen abzugeben haben, und den Elektrolyten in die Zellen selbst bei funktionierender Batterie rücklaufen zu lassen. 



   Ein Nachteil dieser bekannten Akkumulatoren liegt darin, dass sich während der Lade- und Entladezeiten Gasblasen bilden können (hauptsächlich Wasserstoff-Blasen), die an den Oberflächen der mit dem Elektrolyt in Kontakt befindlichen Zellen haften und somit die Verbreitung dieses Elektrolyten in der aktiven kathodischen Masse beeinträchtigen. Das hat zur Folge, dass die Metallablagerung auf der bipolaren Elektrode nicht gleichförmig erfolgt, was dendritische Bildungen verursacht, die in kurzer Zeit zu Kurzschlüssen im Innern der Zelle führen. 



   Ein weiterer Nachteil ist, dass die Zellen, die im elektrischen Stromkreis serienmässig hintereinander angeordnet sind, aber im Rückkreislauf des Elektrolyten parallel angeordnet sind, durch den Elektrolyten selber in elektrische Verbindung gesetzt werden, was je nach dem grösseren oder kleineren Leitungsvermögen des Elektrolyten einen mehr oder weniger schwachen Kurzschluss-Strom verursacht. 



   Diese Nachteile werden erfindungsgemäss bei einer Elektrolytzirkulationseinrichtung der eingangs bezeichneten Art dadurch behoben, dass jede der die Batterie bildenden Zellen oben wenigstens eine Öffnung hat, die in ein mit einer Vorrichtung zum Entweichen der während des Lade-und Entladeprozesses gebildeten Gase verbundendes Röhrchen mündet, und dass die Zellen durch eine gemeinsame Verteilungsleitung mit Elektrolyt gespeist werden, wobei im Zirkulationssystem ausserhalb der Zellen Filter und/oder elektrolytfreie Zonen eingebaut sind. 



   In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine perspektivische, teilweise Schnittdarstellung einer AkkumulatorZelle, Fig. 2 eine Ausführungsform des Akkumulators in teilweiser Perspektive, Fig. 3 eine Schnittzeichnung einer Filtereinzelheit am Zugang zu den Zellen und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer andern Ausführungsform des Akkumulators. 



   Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, setzt sich der Akkumulator aus serienmässig hintereinander angeordneten Zellen zusammen (siehe Fig. 2 und 4), die je eine bipolare Elektrode enthalten, welche die Zone --13-- des Elektrolyten (s.   Fig. l)   einer Zelle von derjenigen der benachbarten Zelle trennt. 



   Jede bipolare Elektrode besteht aus einer aus vollkommen dichtem Graphitharz geformten Platte   - -10--,   die auf der einen Seite zur Aufnahme der Zinkablagerung --4-- glatt ist und deren andere Seite mit Diaphragmen versehen ist, die gleich bei der Herstellung mitgeformt werden und   Rillen --8-- bilden.   



  In diese Rillen wird die aktive Kathodenmasse eingeführt. Diese setzt sich aus Graphitpulver, Zusatzsalz und trägem Kohlenpulver aus poröser Kohle zusammen. Ein Halterungsring --5--, vorzugsweise aus Kunststoff, und eine poröse und isolierende   Trennwand --9-- hält   die aktive kathodische Masse, die von sich aus ohne Kohäsion und somit leicht zerstörbar ist, zusammen. 



   Die oben beschriebene bipolare Elektrode ist in einem   Rahmen --12-- (Fig. 1)   montiert und bildet eine Wand davon, während die gegenüberliegende Seitenwand erst frei und dann bei der Zusammenstellung durch die bipolare Elektrode der benachbarten Zelle geschlossen ist. Im Rahmen --12-- gibt es somit eine Zone --13--, die den Elektrolyten aufzunehmen hat. 

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   Im Falle von Zellen mit grossen Abmessungen kann man in der   Elektrolytenzone--13--dünne     Halterungsleisten --14--,   vorzugsweise aus Kunststoff, vorsehen. 



   Der Elektrolyt dringt in die Zone --13-- und verlässt sie durch eine Serie von   Öffnungen --11, 16--   in der unteren Wand bzw. in der oberen Wand des Rahmens --12--, die in Verbindung mit einer Sammel- leitung --22 bzw. 23-- sind. Der Elektrolyt kann von unten nach oben oder umgekehrt, oder auch abwechslungsweise in beiden Richtungen zirkulieren. 



   Die   Zellen --15-- gemäss   obiger Zusammensetzung sind miteinander in Serie verbunden (s. Fig. 2). Die erste Zelle der Batterie ist durch eine leitende Wand abgeschlossen, auf der sich die Zinkablagerung --4-bildet und die in elektrischer Verbindung mit dem Aussenteil mittels einer Klemme --27-- ist, welche der negative Anschluss des Akkumulators wird. 



   Zwischen dem ersten Element und dem nachfolgenden besteht die Trennwand aus der bipolaren Elektrode, die die Abdichtung zwischen zwei benachbarten Elementen bildet, und so fort bis zum letzten Element, in dem die ebenso wie die vorherige gebildete Elektrode als positive einpolige Elektrode fungiert und mit dem Äusseren mittels einer nicht dargestellten Klemme elektrisch in Verbindung ist. 



   Die einzelnen Sammelleitungen --23--, die in diesem Fall den Elektrolyten ableiten, sind in Verbindung mit dem Oberteil eines   Behälters --19-- zur   Sammlung des Elektrolyten mittels untereinander getrennter   Röhrchen --17--.   Es wird damit verhindert, dass durch den Elektrolyt ein Element in elektrischen Kontakt mit den benachbarten Elementen gesetzt wird, indem beim Fallen des Elektrolyten in den Behälter --19-- eine Unterbrechung des Flusses stattfindet. 



   Der Elektrolyt wird dem   Behälter --19-- mit   Hilfe einer einzigen Pumpe --20-- entnommen und gelangt so zu den   Sammelleitungen-22-zwecks   Beförderung zu den Elementen durch ein Röhrchen - und einen   Verteilungskanal-31-hindurch.   



   Zwischen dem Kanal --31-- und jeder der Leitungen --22-- wird ein Filter --21-- eingesetzt mit der doppelten Aufgabe, die Flüssigkeit von etwaigen festen Partikeln zu filtrieren und den Durchfluss zu unterbrechen, um zu vermeiden, dass der Elektrolyt die   Elemente --15-- in   Kurzschluss setzen kann. In der dargestellten Ausführungsform (s. Fig. 3) besteht das Filter --21-- aus einem   Gehäuse --25-- in   welchem poröse Diaphragmen eingesetzt sind, die den elektrischen Widerstand des Flusses um   24mal   vermehren. Selbstverständlich können solche Filter im unteren Teil der Sammelleitungen --23-- angebracht sein, die in diesem Fall durch eine gemeinsame Anschlussleitung zum   Behälter --19-- untereinander   verbunden werden können. 



   Während des Lade- und Entladeprozesses könnten sich Gasbläschen bilden (hauptsächlich Wasserstoff-Bläschen), die an der Zinkschicht der negativen Elektrode und an dem porösen Diaphragma - anhaften könnten. Diese Bläschen könnten einen negativen Einfluss ausüben, weil sie die Verbreitung des Elektrolyten in der aktiven Kathodenmasse beeinträchtigen würden, so dass sich das Zink nicht einheitlich ablagern könnte. Zur Vermeidung dieser Mängel ist jedes Element --15-- des Akkumulators gemäss dieser Ausführungsform mit einem   Gasröhrchen --28-- verbunden,   durch das die sich gebildeten Gase entweichen, angesaugt durch eine kleine pneumatische Pumpe --26-- mit unterbrochener Arbeitsweise (s. Fig. l und 2). 



   In einer andern Ausführungsform   (s. Fig. 4)   vollzieht sich der Rückkreislauf des Elektrolyten mit Hilfe einer einzigen pneumatischen Pumpe. Die oberen   Sammelleitungen --23-- münden   in einen Kanal --30--, der seinerseits in einen   Überlaufbehälter-32-mündet.   Die unteren Sammelleitungen --22-münden in einen Kanal der mittels eines   Röhrchens --18-- mit   dem   Behälter --19-- in   Verbindung ist. Die pneumatische   Pumpe --29-- arbeitet durch   einen Kanal --34-- abwechslungsweise mit Druck und Entspannung auf dem   Behälter-19- (z.

   B.   mit einem Kreislauf zwischen 1 und 5 Minuten), aus dem der Elektrolyt in die   Elektrolytenzone --13-- der Elemente --15-- gedrängt   und nachträglich in diese Zonen zurückfliessen gelassen wird. Das Ansaugen erfolgt durch den Kanal --33--, der in den Überlaufbehälter mündet. 



   Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Gas-Ableitungsröhrchen wegfallen können, denn die pneumatische   Pumpe --29-- saugt   auch die sich in den   Elementen --15-- bildenden   Gasbläschen an.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrolytzirkulationseinrichtung für elektrischen Akkumulator mit löslichen aktiven Massen und Umlauf des Elektrolyten, wobei der Akkumulator aus mehreren, eine Batterie bildenden Elementen besteht, deren untere und obere Seite mit Löchern versehen sind für den Durchgang des Elektrolyten, mit Anschluss an Entleerung-un Verteilungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der die Batterie bildenden Zellen (15) oben wenigstens eine Öffnung hat, die in ein mit einer Vorrichtung (26 bzw. 32) zum Entweichen der während des Lade- und Entladeprozesses gebildeten Gase verbundenes Röhrchen (28 bzw.

   23) mündet, und dass die Zellen (15) durch eine gemeinsame Verteilungsleitung (18) mit Elektrolyt gespeist werden, wobei im Zirkulationssystem ausserhalb der Zellen Filter (21) und/oder elektrolytenfreie Zonen eingebaut sind.

   2. Zirkulationseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zellen (15) oben über die Röhrchen (28) mit einer Pumpe (26) zum Entziehen der Gase und über die Leitungen (23) sowie unten durch eine gemeinsame Verteilungsleitung (18) mit einem Behälter (19-Fig. 2) verbunden sind, in welchen der Elektrolyt durch die Röhrchen (17) mündet, die jedes vom andern getrennt und in Verbindung mit der Leitung (23) zur Entfernung des Elektrolyten aus den Zellen sind, ferner eine Pumpe (20), um den Elektrolyten aus dem Behälter (19) zu entziehen und ihn zu den Leitungen (22) zur Verteilung auf die Zellen zu befördern vorgesehen ist, wobei im Zirkulationssystem Filter (21) jeweils am Eingang jeder Leitung (22) eingebaut sind.

   EMI3.1 n e t, dass die Filter (21) aus einem Gehäuse (25) bestehen, in dem poröse Diaphragmen (24) eingebaut sind.

   4. Zirkulationseinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die durch die Verteilungsleitung verbundenen Zellen mit einem Behälter (19-Fig. 4) verbunden sind, in den der Elektrolyt durch eine Leitung (18) und einen Kanal (31) mündet, ferner mit einem Überlaufbehälter (32), in den der Kanal (30) in Verbindung mit den Elektrolytenräumen der Zellen mündet, wobei der Oberteil des Behälters (19) und des Behälters (32) über Leitungen (34 bzw. 33), welche abwechslungsweise unter Druck und unter Entspannung stehen, mit einer pneumatischen Pumpe (29) verbunden sind.