DE1471766C - Wartungsfreier elektrischer Akkumulator mit einem in Wasser gelösten Elektrolyten und einer oberhalb der Elektrodenplatten angeordneten Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen wartungsfreien elektrischen Akkumulator mit einem in Wasser gelösten Elektrolyten und einer oberhalb der Elektrodenplatten angeordneten Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, die sowohl zur Bindung der bei der elektrochemischen Zersetzung des Elektrolyten frei werdenden Gase als auch zur Erzeugung eines von der Klemmenspannung des Akkumulators unabhängigen Hilfspotentials dient.

Bekannte Akkumulatoren dieser Art mit saurem oder auch alkalischem Elektrolyten bezwecken die hauptsächlich infolge von Überladung auftretende Zersetzung des Elektrolyten reversibel zu machen und mindestens einen Teil der aus dem Wasser elektrolytisch erzeugten Gase Sauerstoff bzw. Wasserstoff wieder zu Wasser rekombinieren. Bekannt sind Mittel zur katalytischen Rekombination beider Gassorten, soweit diese in stöchiometrisch äquivalenten Mengen anfallen, Mittel zur Unterdrückung der einen oder der anderen Gassorte durch entsprechende Bemessung der polaren Kapazitäten eines Akkumulators sowie gäsaufzehrende Hilfselektroden, die jedoch nur geringe Potentiale aufweisen und insbesondere auf der Wasserstoffseite erhebliche Nachteile bringen,, da edelmetallhaltige Hilfselektroden in Verbindung mit den negativen Platten Lokalelemente bilden und somit die durch Selbstentladen eines Akkumulators entstehende zusätzliche Wasserstoffentwicklung noch vermehren. Schließlich muß in allen Fällen auch dafür gesorgt sein, daß überschüssige Gase, meist Wasserstoff, aus. dem Zellenraum entweichen können. Deshalb ist es bisher nicht möglich gewesen, wirklich gasdichte Akkumulatoren oder solche, die auch nach längerer Betriebszeit keiner Auffüllung mit Wasser bedürfen, herzustellen.

Es ist weiterhin bekannt, über den Temperäturgang, der bei der Rekombination der Gase Wasserstoff und Sauerstoff an dem Rekombinationskatalysator auftritt, eine Ladevorrichtung zu steuern. Die am Katalysator herrschende Temperatur ist jedoch nicht allein abhängig von der Menge der in der Zeiteinheit zu Wasser rekombinierten Gase, sondern auch von der gerade herrschenden Außen- und Betriebstemperatur, so daß sich keine feste Bezugstemperatur für die Steuerung ergibt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein wartungsfreier Akkumulator, der unabhängig von äußeren Einflüssen, wie z.B. Umgebungs- oder Betriebstemperatur, die Rekombination der unter bestimmten Bedingungen entstehenden Gase Wasserstoff und , Sauerstoff ermöglicht und gleichzeitig ein Hilfspotential zur Bestimmung des Ladezustandes bzw. zur Steuerung einer Ladestromquelle liefert.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine oberhalb der Elektrodenplatten angeordnete Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle einen festgelegten Elektrolyten enthält, dem zwei Katalysatorelektroden anliegen, die so bemessen und angeordnet sind, daß sie den Zellenraum oberhalb der Akkumulatorelektroden in zwei getrennte Räume aufteilen, von denen einer den aufsteigenden Sauerstoff und der andere den aufsteigenden Wasserstoff auffängt, und daß Mittel vorgesehen sind, die die beiden Gase am freien Aufsteigen hindern und einem vom anderen Gas nicht erreichbaren Raumabschnitt zur elektrochemischen Verbrennung zu leiten. Das wird dadurch erreicht, daß die Elektrodenplatten mindestens einer Polarität in mikroporösen, aber gasundurchlässigen Kunststoff-Hülltaschen eingebettet sind, die einerseits als Separatoren des Akkumulators wirken, andererseits die aus den Plattenoberflächen austretenden Gasbläschen auffangen und durch eine

5 oberhalb der Platten angeordnete Austrittsöffnung in einen vorgesehenen Raumabschnitt entweichen lassen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand dargestellt, der im folgenden näher beschrieben werden soll. Es zeigt ,

Fig. 1 einen gasdichten Bleiakkumulator im Schnitt und

F i g. 2 einen Schnitt senkrecht zu F i g. 1 nach Linie IMI.

Der einzellige Bleiakkumulator 1 nach Fig. 1 hat einen gasdicht auf den Behälter 2 aufgesetzten Dekkel 3, der gleichfalls gasdicht um die Polköpfe 4 und 5 des Akkumulators sowie um die Anschlußpole 6 und 7 einer Brennstoffzelle 8 herumgeformt ist. Zur

ao Verankerung der genannten Teile dienen entsprechende Ringwülste 4', 5', 6' und T, während die über Polverbinderbrücken 9 mit ihren jeweiligen Polköpfen 4 und 5 in Verbindung stehenden negativen Elektrodenplatten 10 bzw. positiven Elektrodenplatten 11 auf Stützrippen 12 am Boden des Behälters 2 aufsitzen. Jede der drei negativen Elektrodenplatten 10 und der zwei positiven Elektrodenplatten 11 ist in eine mikroporöse, aber weitgehend gasundurchlässige Hülltasche 13 eingebettet, die zugleich einmal als Separator wirkt und zum anderen die aus den Plattenoberflächen austretenden Gasbläschen auffängt und jeweils durch eine oberhalb der Platten 10 und 11 angeordnete Austrittsöffnung 14 in den für das betreffende Gas vorgesehenen Raumabschnitt entweichen läßt.

Durch die Öffnungen 14, die als Ringwülste der Hülltaschen ausgebildet und jeweils an der höchsten Stelle der an ihren Oberkanten geneigten Elektrodenplatten 10 und 11 festspannend anliegen, kann in Richtung der in Fig. 1 eingezeichneten Pfeile der Sauerstoff bzw. der Wasserstoff in getrennte Raumabschnitte entweichen. Die Brennstoffzelle 8 kann auf diese Weise optimal arbeiten. Ihr Elektrolyt ist gleichfalls wie der des Akkumulators 1 verdünnte Schwefelsäure und wird durch einen porösen Kunststoffschaumkörper 15 festgehalten sowie gegebenenfalls kapillar aus dem Elektrolytraum 16 des Akkumulators ergänzt. Als Katalysatorelektroden dienen zweischichtige, mit Palladium bzw. Platin aktivierte Kohlepulverelektroden 17 bzw. 18, die akkumulatorseitig mit einer sehr wenig porösen Keramikplatte 19 zusammengehalten werden, welche zugleich der elektrischen Trennung beider Zellensysteme dient und nur dafür zu sorgen hat, daß der Schaumkörper 15 der Brennstoffzelle 8 nicht austrocknen kann. Die Brennstoffzelle 8, deren Wasserstoffelektrode 17 in Fig. 2 in Draufsicht zu sehen ist, teilt unmittelbar den Zellenraum oberhalb der Elektrodenplatten 10 und 11, senkrecht zu diesen angeordnet, in zwei getrennte Raumabschnitte auf.

Zur Inbetriebnahme wird der Behälter 2 mit Elektrolyt aufgefüllt und dann der Deckel 3 fest und flüssigkeitsdicht aufgesetzt. Die Anschlußpole 6 und 7 der Brennstoffzelle zeigen mit beginnender Gasentwicklung ein Potential, das beispielsweise zur Entnahme eines Steuerstromes für eine nicht dargestellte Ladeeinrichtung verwendet werden kann. Damit die Brennstoffzelle in der vorgesehenen Weise zur Gas-

rekombination wirksam arbeiten kann, ist auf jeden Fall ein Stromverbraucher an deren Anschlußpole 6 und 7 anzuschließen. Der sich beim Betrieb des Akkumulators einstellende Elektrolytpegel 20 ist vom Gleichgewichtszustand der im Akkumulator entwickelten bzw. von dessen Brennstoffeelle 8 verbrauchten Gase abhängig. Um das Entstehen eines Überdruckes zu vermeiden, darf der Akkumulator anfangs nicht vollständig mit Elektrolyt aufgefüllt werden. Eine geringe Menge Luft schadet dabei nicht, da sich der Stickstoff nicht mehr erneuert und ohne weiteres von den Katalysatorelektroden 17 und 18 mit aufgenommen werden kann. . ■ . "

Bei alkalischen Akkumulatoren nimmt man zweckmäßig nicht nur den gleichen alkalischen Elektrolyten auch für die Brennstoffzelle, sondern auch vorzugsweise Nickelsinterelektroden als Brennstoffkatalysatoren. Im übrigen wird man zweckmäßig die bewährten Mittel zur Einstellung der günstigsten Mengenanteile der zu entwickelnden Gase auch bei Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einsetzen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wartungsfreier elektrischer Akkumulator mit einem in Wasser gelösten Elektrolyten und einer oberhalb der Elektrodenplatten angeordneten Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, die sowohl zur Bindung der bei der elektrochemischen Zersetzung des Elektrolyten frei werdenden Gase dient als auch zur Erzeugung eines von der Klemmenspannung des Akkumulators unabhängigen Hilfspotentials, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzelle einen festgelegten Elektrolyten hat, dem zwei Katalysatorelektroden anliegen, die so bemessen und angeordnet sind, daß sie den Zellenraum oberhalb der Akkumulatorelektroden in zwei getrennte Räume aufteilen, von denen einer den aufsteigenden Sauerstoff und der andere den aufsteigenden Wasserstoff auffängt, und daß Mittel vorgesehen sind, die die beiden Gase am freien Aufsteigen hindern und einem vom andern Gas nicht erreichbaren Raumabschnitt zur elektrochemischen Verbrennung zuleiten.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Elektrodenplatten einer Polarität in mikroporöse, aber gasundurchlässige Kunststoff-Hülltaschen eingebettet sind, die einerseits als Separatoren des Akkumulators wirken, andererseits die aus den Plattenoberflächen austretenden Gasbläschen auffangen und durch eine oberhalb der Platten angeordnete Austrittsöffnung in einen vorgesehenen Raumabschnitt entweichen lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen