DE1293271B

DE1293271B - Galvanische Brennstoffbatterie

Info

Publication number: DE1293271B
Application number: DEC32884A
Authority: DE
Inventors: Danner Georges
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1963-05-17
Filing date: 1964-05-13
Publication date: 1969-04-24
Also published as: NL6405519A; CH408139A; US3394032A; BE647163A; GB1063520A; FR1367534A; LU46016A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine galvanische Brennstoff- eines besonderen Materials, insbesondere eines Heizbatterie, bestehend aus mehreren nebeneinander an- ' oder Kühlmittels, gestattet.

geordneten Elementen, bei der die Elektroden eben Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Trenn-

und parallel angeordnet sind und die gegenüber- wand zusätzlich von den Gaskanälen getrennte

liegenden Elektroden jedes Elementes mit Gasen 5 Innenräume aufweist.

versorgt werden, deren Zuführungsstrecken senk- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform, recht zueinander liegen, und bei der zwei neben- welche bei einfacher Herstellung eine große Kontakteinanderliegende Elemente durch eine Trennwand fläche liefert, kennzeichnet sich dadurch, daß die getrennt sind, welche an ihren beiden Flächen Innenräume durch kreuzweise Aufeinanderlegung Kanäle, Rinnen, Rippen od. ä. als Gasleitwege auf- io zweier Wellbleche gebildet sind,
weist. ■""..; ■ Damit ein Eintreten der Brennstoffgase in die

Es sind Brennstoffbatterien bekannt, bei denen Innenräume wirksam vermieden wird, kann nach die Gaszuführung für beide Elektroden auf im einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorwesentlichen geraden Wegen verläuft. Die Wege der gesehen sein, daß die Innenräume zwischen den beiden Gase liegen senkrecht zueinander. Der Strom ig beiden Blechen an der Seite durch passend geformte durchfließt das elektrische Batterieelement entlang Platten, Verschlußorgane od. ä. abgeschlossen sind, einer Richtung, welche senkrecht zu den beiden In den Platten sind vorzugsweise Zu- bzw. AbRichtungen der Gasströme liegt. Unter senkrecht führungsöffnungen vorgesehen,
kann man solche Anordnungen verstehen, bei denen Der Abschluß der Innenräume kann auch dadurch die Richtungen von Batteriestrom und beiden Gasen 20 erfolgen, daß die Innenräume zwischen den Blechen genügend voneinander getrennt sind, damit in der seitlich durch Formveränderung und/oder AbPraxis die nach der Gattung gruppierten und nicht schneiden eines der Bleche in Randnähe, z. B. durch übereinanderliegenden Verbindungen im Winkel Tiefziehen bzw. Pressen oder Stanzen, abgeschlossen über den Raum verteilt werden können. sind, wobei die Bleche gegebenenfalls zusammen-

Allgemein verwendet man die Anordnung, die für 25 geschweißt sein können.

verschiedene, gegebenenfalls vorgeschriebene Be- Ist eine Heizung oder Kühlung der Batterie bedingungen am zweckmäßigsten erscheint. Eine An- absichtigt, so ist in den Innenräumen ein Mittel, das Ordnung, bei der die drei obengenannten Zu- zum Heizen oder Abkühlen der Batterie dient, vorführungsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen gesehen.

und einen Trieder mit drei rechten Winkeln bilden, 30 Die Innenräume können jedoch auch mit einem scheint jedoch die günstigste Anordnung zu sein. Da gasdichten, gegebenenfalls wärmebeständigen, stromdie Richtungen der Gasströme eine Ebene bestim- leitenden Material -gefüllt - sein.-- Hierdurch kann men, sind die Elektroden der Batterie in der Praxis auch bei einer mangelnden elektrischen Leitfähigkeit im allgemeinen eben und parallel angeordnet, wobei der Trennwände eine gute Leitung des elektrischen der Elektrolyt in Form einer ebenen Schicht zwi- 3g Stromes herbeigeführt werden,
sehen den Elektroden liegt. Derartige Batterie- Die Erfindung findet vorzugsweise bei Brennstoffelemente haben demnach eine im wesentlichen ebene batterien mit festem Elektrolyten Anwendung. Ein Form. fester Elektrolyt ist in der Tat vorteilhaft, um all-

Der elektrische Strom, der von einer Elektrode gemein ebene Batterieelemente herzustellen. Der

zur anderen fließt, durchquert das Element in einer ₄₀ Elektrolyt kann .folien-, streifen- oder plattenförmig

Richtung, die etwa senkrecht zur Ebene des Batterie- sein und beispielsweise aus Zirkoniumdioxyd (ZrO₂)

elementes steht. Auf jeder Seite des Elementes sind bestehen. Außerdem ist es möglich, eine schwer

Mittel vorgesehen, um den Umlauf der beiden Gase schmelzbare mit einem flüssigen Elektrolyten ge-

in den Ebenen parallel zu den Elektroden und in tränkte bzw. imprägnierte Substanz zu verwenden

verschiedenen Richtungen, vorzugsweise senkrecht ₄₅ oder einen flüssigen Elektrolyten sowohl bei hoher

zueinander, zu gewährleisten. Hierzu ist es schon be- als bei gewöhnlicher Temperatur,

kannt, zwischen zwei Elementen eine Trennwand zu Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise

verwenden, welche auf beiden Flächen etwa senk- an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

recht zueinander liegende Kanäle, Nuten, Rippen F i g. 1 schematisch die Strömungsrichtungen der

od. dgl., welche an den Seiten münden, aufweist. 50 Mittel, die die Batterie durchströmen,

Häufig ist es nun notwendig, daß die Batterie von F i g. 2 eine vereinfachte Ansicht eines Elementes

einem Mittel mit Wärmewirkung durchsetzt wird, um der Batterie gemäß der Erfindung,

entweder die Batterie zu heizen oder abzukühlen. Fig. 3.eine aus einer bestimmten. Anzahl, von in

Daraus ergibt sich, daß man in unmittelbarer Nähe F i g. 2 dargestellten Elementen bestehende Batterie

der Brennstoffbatterie'eine große Anzahl von ver- gg und

schiedenen Leitungsanordnungen vorsehen muß. F i g. 4 eine ebene Ansicht eines Abschlußteils für

Die große Anzahl von für das Arbeiten der die in F i g. 3 gezeigte Batterie.

Batterie erforderlichen Leitungssystemen machen F i g. 1 ist eine schematische Darstellung des

den für die Instandhaltung der Batterie notwendigen Batterietyps, der bei der Erfindung verwendet wird.

Zugang insbesondere dann schwierig, wenn zur Er- 60 Die Batterie, deren Elektroden mit Wasserstoff bzw.

zielung einer höheren Spannung mehrere elektrische Sauerstoff versorgt werden, ist als Würfel veran-

Elemente zusammengefaßt werden. Bekannte Lösun- schaulicht, nach dessen drei Hauptachsen die drei

gen dieses Problems sind kompliziert und oft teuer Mittel (zwei Gasströme und der elektrische Strom)

und unwirtschaftlich. zu- bzw. abgeführt werden. Der Umlauf bzw. die

Ziel der Erfindung ist eine Brennstoffbatterie der 6g Strömung der Mittel ist eng mit der Arbeitsweise

eingangs genannten Art, welche auf einfache und der Batterie verknüpft, nämlich: Der Strom fließt von

raumsparende Weise bei vertretbarem herstellungs- unten nach oben, wie es die senkrechte Achse / zeigt;

und betriebstechnischem Aufwand die Einbringung der Sauerstoff fließt von links nach rechts, wie es die

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Achse mit der Bezeichnung O₂ angibt, und der des viereckigen Elementes zugeführt und auf der

Wasserstoff von vorn nach hinten gemäß der entgegengesetzten Seite wieder abgeführt. Der elek-

Achse H₂. Durch raummäßige Trennung der drei irische Strom wird von beiden Wellblechen ent-

Bewegungsrichtungen der am Betrieb der Batterie nommen, die an jeder Rippe lineare Kontaktstellen

teilnehmenden Mittel wird die Anordnung der An- 5 mit der anliegenden Elektrode aufweisen. Die Gase

Schlüsse für den elektrischen Strom oder die Speise- werden allgemein über gerade Leitungsstrecken zu-

kanäle für die Gase um das im Betrieb befindliche geführt, die einerseits durch die Außenwand der

Element herum erleichtert. Elektrode und andererseits durch die Wand des

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsart eines Elementes Wellbleches abgegrenzt sind. In F i g. 3 sieht man

gemäß der Erfindung. Das Element weist in der io eine Batterie, bestehend aus mehreren zusammen-

Draufsicht die Form eines Rechtecks auf, während gefaßten Elementen vom in F i g. 2 gezeigten Typ.

die Seitenlängen in Abhängigkeit von der Austausch- Die verschiedenen Elemente 21, 22,23,24 usw., die

geschwindigkeit der Gase mit den Elektroden fest- im Grundriß eine quadratische bzw. viereckige Form

gesetzt werden. Die Austauschgeschwindigkeit hängt aufweisen, sind übereinander unter Zwischenlegung

von der Gasart, von den Elektrodentypen und deren 15 von je zwei kreuzweise aufeinandergelegten WeIl-

Stärke sowie von der Beschaffenheit des Materials ab. blechen gestapelt, wobei die gleichgerichteten

Das Element kann viereckig bzw. quadratisch Wellungen zur Führung des gleichen Gases dienen,

sein, wenn für beide Elektroden ähnliche Arbeits- Auf diese Weise erhält man eine Batterie, bestehend

bedingungen vorliegen. aus einem Stapel, deren elektromotorische Kraft die

Die Elektroden 11 und 12 bestehen z. B. aus 20 Summe aller elektromotorischen Kräfte der Elemente Platten, Plättchen, Folien od. ä. aus einem ge- der Batterie ist. Das Ganze hat die Form eines gebenenfalls porösen Metall, das nach den für den Quaders, dessen Höhe von der Anzahl der benutzten Betrieb der Batterie vorgesehenen Gasarten und Elemente abhängt. Der Strom durchfließt die nach dem Typ des Elektrolyten bestimmt wird. Nach Batterie von unten nach oben, über Bleche und über einer anderen Ausführungsart kann der Elektrolyt 13 25 deren durch die Elektroden gebildeten Kontakte soiest sein, z. B. aus Zirkoniumdioxyd oder aus einer wie über Kontakte an den Kreuzungsstellen der anderen geeigneten festen Substanz bestehen. Bei Rippen der angrenzenden Bleche von verschiedener der Verwendung eines festen Elektrolyten werden Polarität, wobei die Bleche an diesen Stellen zu-, die Elektroden einfach an den Elektrolyten gelegt sammengeschweißt sein können. Eine Seitenfläche und gegebenenfalls daran angelötet. Weiterhin ist es 30 der Batterie wird mit einem der Gase versorgt, wähmöglich, Elektroden zu verwenden, die durch rend die andere Seitenfläche, deren Rillen bzw. metallischen Niederschlag auf einer Folien- oder Rippen senkrecht zu denen der ersten Fläche stehen, Plättchenfläche eines festen, z.B. kristallinen Elek-mit einem anderen Gas gespeist wird. Die Gase trolyten hergestellt werden. Bei der Verwendung fließen in den Kanälen und münden auf den gegeneines festen Elektrolyten benötigt man keine Wände, 35 überliegenden Flächen der Bleche. Man erhält somit um den Elektrolyten an den Seiten zu halten. Im bei vier senkrecht zueinander liegenden Seiten zwei Falle, daß man einen flüssigen Elektrolyten vor- Flächen zur Zuführung der Reaktionsgase und zwei sieht, ist es erforderlich, die Flüssigkeit aller Teile Flächen, um gegebenenfalls die beim Durchfließen zu halten und außerdem den Kontakt der beiden der Batterieelemente nicht absorbierten Gase zurück-Elektroden mit der Flüssigkeit herzustellen. Will 40 zugewinnen, welche eventuell die Gase oder Proman nun die Elektroden in horizontalen Ebenen an- dukte der Verbrennung mit sich führen. Bei einer ordnen, so muß man Mittel vorsehen, die dafür Anordnung, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, ist es sorgen, daß die obere Elektrode an der Oberfläche erforderlich, die Zwischenräume der berührenden des Elektrolytbades anliegt; denn bei Absinken des Wellbleche mit unterschiedlicher Polarität, die zwei Elcktrolytenpegels besteht die Gefahr, daß der Kon- 45 verschiedenen nebeneinander angeordneten Elementakt unterbrochen wird. Die Elektroden können nun ten angehören, abzuschließen; ohne dies würden z. B. senkrechte Platten sein, die paarweise Behälter sich die Gase darin vermischen. Außer dem Nachteil bilden, in denen ein flüssiger Elektrolyt gespeichert der Anwesenheit eines explosiven Gemisches in der werden kann. Die genannten Behälter weisen am Anlage würde die Trennung der wiedergewonnenen Umfang isolierende Wandungen auf, wie es in an 50 Gase am Ausgang schwierig gemacht werden. Man sich bekannter Weise bei Brennstoffbatterien mit kann zu diesem Zweck ebene Teile verwenden, wie flüssigem Elektrolyt der Fall ist. Weiterhin ist es sie in F i g. 4 bei 25 gezeigt sind, die an den Enden möglich, einen flüssigen Elektrolyten zu verwenden, der Wellbleche in geeigneter Weise angebracht oder der in einem mit Kammern oder Poren versehenen angeschweißt sind. Bei Verwendung eines solchen Träger gespeichert wird, wobei der Träger für einen 55 Teils ist es möglich, zwischen den Elektroden Hohlkalten Arbeitszustand der Batterie aus Kunststoff räume zu bilden, die beispielsweise dazu benutzt oder für einen heißen Arbeitszustand aus einem werden können, um je nach Bedarfsfall ein Heizschwer schmelzbaren Material besteht. oder Abkühlungsmittel darin in Umlauf zu bringen,

Man kann eine Strömung für Wasserstoff oder wobei vorausgesetzt wird, daß geeignete Leitungs-Sauerstoff oder anderes Gas über gerade Wege vor- 60 systeme an bestimmten Stellen vorgesehen sind, die nehmen, indem man auf jeder Fläche des elek- die Inbetriebnahme der Batterie nicht stören. Diese irischen Batterieelementes gerillte, gerippte oder ge- Leitungssysteme bzw. Leitungsanordnungen können nutete Trennwände, wie Wellbleche, anordnet. Die z. B. an den Seiten der in Fig. 3 dargestellten Wellungen sind dabei senkrecht zu den beiden Batterie angebracht werden. Außerdem ist es mög-Flächen des Elementes angeordnet. In F i g. 2 sind 65 lieh, eine in dem Teil 25 vorgesehene Öffnung 26 zu zwei Wellblechteile 14 und 15 dargestellt, welche verwenden, um je nach Bedarf ein Rohr bzw. eine rechtwinklig in bezug auf die Wellung zueinander Leitung mit Abkühlungs- oder Heizmittel daran anangeordnet sind. Die Gase werden je an einer Seite zuschließen. Auf der anderen gegenüberliegenden

Seite des gleichen Teils 25 kann man eine zweite öffnung anbringen; zwischen beiden öffnungen können Leitbleche verwendet werden, um eine günstige Zu- und Abführung der Mittel zu erzielen. Zwischen den Wellblechen können je nach Bedarfsfall Vorzugsweise stromleitende Füllungen verwendet werden, um den Stromübergang von einem Element zum anderen zu erleichtern. Wenn der Kontakt zwischen zwei benachbarten Wellblechen ausreichend ist, kann man eine beliebige Füllung vorsehen, gegebenenfalls ein bei hoher Temperatur widerstandsfähiges Füllmaterial wie ein Bindemittel bzw. eine schwer schmelzbare Substanz.

Es ist auch möglich, wenn die Gase vollständig in der Batterie verbraucht werden, eine dreieckige An-Ordnung zu bilden, bei der zwei Seiten zur Zuführung der Gase bestimmt sind und die andere Seite zur Aufnahme eines Mittels zur thermischen Regelung. Außerdem kann man eine rechteckförmige Anordnung entwerfen, bei der die Gase von einer Seite ao zur anderen fließen und sich kreuzen, bei dem die Batterie in Längsrichtung von einem thermischen Regulierungsmittel durchflossen werden kann, wobei die beiden Gase zu der gleichen Seite der Batterie oder zu zwei entgegengesetzten Seiten zugeführt werden. In gleicher Weise können die StrÖmungskanäle eventuell gekrümmt ausgebildet sein. Ebenso können die Leitungswege fächer- oder bogenförmig verlaufen.

Claims

Patentansprüche:

1. Galvanische Brennstoffbatterie, bestehend aus mehreren nebeneinander angeordneten Elementen, bei der die Elektroden eben und parallel angeordnet sind und die gegenüberliegenden Elektroden jedes Elementes mit Gasen versorgt werden, deren Zuführungsstrecken senkrecht zueinander liegen, und bei der zwei nebeneinander liegende Elemente durch eine Trennwand getrennt sind, welche an ihren beiden Flächen Kanäle, Rinnen, Rippen oder ähnliches als Gasleitwege aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand zusätzlich von den Gaskanälen getrennte Innenräume aufweist.

2. Brennstoffbatterie nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume durch kreuzweise Aufeinanderlegung zweier Wellbleche gebildet sind.

3. Brennstoffbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenräumen ein Mittel, das zum Heizen oder Abkühlen der Batterie dient, vorgesehen ist.

4. Brennstoffbatterie nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume mit einem gasdichten, gegebenenfalls wärmebeständigen, stromleitenden Material gefüllt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen