DE1496241B2 - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein galvanisches Brennstoff- treibbaren Elektroden und Diaphragmen beide Oberelement bzw. eine Brennstoffbatterie zur elektro- flächen jeder Elektrode in inniger Berührung mit den chemischen Umsetzung von reduzierbaren und oxy- zwischen den Elektroden liegenden oder an sie grendierbaren Stoffen. zenden elektrolyterfüllten, elektrisch nicht leitenden

Wie beispielsweise der USA.-Patentschrift 3160 527 5 Diaphragmen stehen, wobei zumindest die den Elekzu entnehmen ist, sind bereits Brennstoffelemente be- trodenoberflächen benachbarten Diaphragmenporen kannt, bei denen sich zwischen der Brennstoffelek- stets kleiner als die in den Elektrodenoberflächen betrode und der Oxydationselektrode in inniger Beruh- findlichen Poren sind, die Elektrodenränder Zuleirung mit diesen ein nicht leitendes Diaphragma be- rungen bzw. Abführungen für die Reaktionsstoffe findet, das den Elektrolyten enthält oder selbst die io aufweisen, und daß zur Erzeugung einer Druckdiffe-Funktionen eines Elektrolyten übernimmt. Derartige renz zwischen den begrenzenden Elektrolyträumen Diaphragmen bestehen meist aus Asbestscheiben oder eine Fördervorrichtung vorhanden ist.
Ionenaustauschermembranen. Beim Betrieb mit gas- Dabei ist es zweckmäßig, daß an den Außenflächen förmigen Brennstoffen und Oxydationsmitteln verhin- der beiden Enddiaphragmen poröse Stützplatten ändert der unter dem relativ hohen Kapillardruck der 15 gebracht sind.

Diaphragmenporen stehende Elektrolyt ein Entwei- Ein derartiges Brennstoffelement besteht also aus chen der Gase aus den Elektroden; das Diaphragma porösen Elektroden und elektrolyterfüllten, nicht leidient damit sowohl als Elektrolytraum wie auch als tenden Diaphragmen, die in abwechselnder Reihen-Elektrodendeckschicht. Hinter jeder Elektrode befin- folge aneinandergepreßt sind.

det sich ein Gasraum, von dem aus das Reaktionsgas 20 Überraschenderweise durchläuft die Elektrolyt-

der Elektrode zugeleitet wird. strömung die unter Gasdruck stehenden Elektroden,

Abgesehen von dem für ihn benötigten Volumen da selbst in ihnen stets noch durchgehende elektrolytweist der Gasraum den Nachteil auf, daß die ihm zu- erfüllte neben den gaserfüllten Poren vorhanden sind, gewandte Elektrodenseite elektrochemisch nicht wirk- Beim Betrieb einer Batterie werden nacheinander sam werden kann. 25 Elektroden unterschiedlicher Polarität vom Elektro-

Bei Elementen ohne Diaphragma kann man auf den lyten durchflossen. Es stellte sich daher die Frage, ob

Gasraum verzichten und damit eine bessere Ausnut- nicht die Elektroden durch das im Elektrolyten ge-

zung der Elektroden erreichen, wenn man letzteren löste Betriebsgas ihrer Nachbarelektroden polarisiert

das Gas vom Rand her zuleitet. Wie in der franzö- werden. Die Untersuchungen ergaben, daß derartige

sischen Patentschrift 1 326 662 näher beschrieben ist, 30 Polarisationserscheinungen verschwindend klein und

werden unter dem Druck des Reaktionsgases diejeni- deshalb einer Messung praktisch nicht zugänglich

gen Poren der Elektrode freigeblasen, die einen ge- sind. Die Gründe dafür liegen einmal in der geringen

ringeren Kapillardruck aufweisen. So gelangt das Gas Löslichkeit von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser

von diesen Poren aus an den Ort der elektrochemi- und erst recht in konzentrierten Laugen, wie sie als

sehen Reaktion, d. h. zu den Bereichen der Drei- 35 Elektrolyte bevorzugt werden. Auch liegt die Ar-

phasengrenze Elektrode/Elektrolyt/Gas. Damit das beitstemperatur der Elemente bzw. Batterien üblicher-

Gas aber nicht aus dem Elektrodeninnern in den weise zwischen 40 und 80° C, was wiederum die Lös-

Elektrolyten entweichen kann, müssen auf beiden lichkeit vermindert. Weiterhin ist festzuhalten, daß

Seiten der Elektrode je eine feinporige Deckschicht schon sehr kleine Mengen an durch die Elektrode

aufgebracht werden, deren Poren infolge ihres höhe- 40 geförderten Elektrolyten, nämlich Bruchteile von

ren Kapillardruckes den Elektrolyten festhalten. Millimetern in der Minute und auf den Quadratzenti-

Ähnliches ist in der deutschen Patentschrift meter der Elektrodenoberfläche, ausreichen, um die

1150 053 beschrieben worden. Darüber hinaus sind vorteilhaften Auswirkungen des erfindungsgemäßen

dort Ausführungsformen gezeigt, bei denen der Elek- Verfahrens sicherzustellen.

trolyt durch Kanäle in den Elektroden so geführt 45 Den Elektroden können außer gasförmigen auch

wird, daß er parallel zu den beiden Elektrodenober- flüssige reduzierbare und oxydierbare Stoffe zuge-

flächen die Batterie durchströmt. führt werden. Weiterhin läßt sich das Element für

Die feinporigen Deckschichten einer derartigen die Elektrolyse wäßriger Lösungen verwenden; die Elektrode bringen aber eine gewisse Verschlechterung abgeschiedenen Gase lassen sich dabei unter Druck der elektrochemischen Eigenschaften, wenn sie nicht 50 speichern, da der Kapillardruck der Diaphragmensehr dünn gehalten sind. Dies wiederum hat zur poren höher ist als der Kapillardruck der Elektroden-Folge, daß sich die Herstellung von Elektroden er- poren.

schwert, weil man sorgfältig darauf achten muß, daß Bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten

keine Löcher oder Risse in der Deckschicht entstehen. empfiehlt es sich, die Zahl der Oxydationselektroden

Ersetzt man aus diesem Grund die Deckschichten 55 um eine Einheit höher zu wählen als die der Brenn-

und Elektrolyträume durch feinerporige Diaphrag- Stoffelektroden,

men, so kann man diese Schwierigkeiten umgehen. Besonders bewährt haben sich Brennstoffelektro-

Während des Betriebes derart aufgebauter Elemente den aus Raney-Metall, die natürlich auch aus legier-

bzw. Batterien treten in den Poren der Elektroden ten Raney-Metallen bestehen oder diese Stoffe ent-

oft erhebliche Konzentrationsänderungen des Elektro- 60 halten können.

lyten auf. Dies führt zu sogenannten Grenzstrom- Für die positiven Elektroden empfiehlt es sich, als

dichten, welche wiederum die elektrische Belastbar- Material oberflächenreiches Silber zu nehmen, das

keit der Elektroden stark einschränken. entweder durch feinteilige Fällung aus silbersalzhalti-

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Brennstoff- gen Lösungen mit anschließender Reduktion oder aus

element bzw. eine Brennstoffbatterie herzustellen, die 65 Raney-Silber-Legierungen gewonnen sein kann. In

die beschriebenen Nachteile nicht aufweist. manchen Fällen empfiehlt es sich, dem Silber noch

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß bei einen Zusatz an Aktivatoren zu geben.

Elementen und Batterien mit porösen, beidseitig be- Die rein schematisch aufzufassende Figur soll zur

Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung dienen. Das Element besteht aus einer Brennstoffelektrode 1 und zwei positiven Elektroden 2; es kann aber durch entsprechende Zunahme weiterer Elektroden und Diaphragmen 3 zu einer Brennstoffbatterie erweitert werden. Mittels einer Fördervorrichtung 7 wird zwischen den Elektrolyträumen 5 und 6 eine Druckdifferenz erzeugt, die eine Elektrolytströmung durch Elektroden 1 und 2 und Diaphragmen 3 hervorruft. Die porösen Endplatten 4 dienen zur Stabilisierung der Enddiaphragmen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Brennstoffelement bzw. Brenn-Stoffbatterie mit porösen Elektroden und Diaphragmen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächen jeder Elektrode in inniger Berührung mit den zwischen den Elektroden liegenden oder an sie grenzenden elektrolyterfüllten elektrisch nicht leitenden Diaphragmen stehen, wobei zumindest die den Elektrodenoberflächen benachbarten Diaphragmenporen stets kleiner als die in den Elektrodenoberflächen befindlichen Poren sind, die Elektrodenränder Zuleitungen bzw. Abführungen für die Reaktionsstoffe aufweisen, und daß zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen den begrenzenden Elektrolyträumen (5, 6) eine Fördervorrichtung vorhanden ist.

2. Galvanisches Brennstoffelement bzw. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenflächen der beiden Enddiaphragmen poröse Stützplatten angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen