DE1496251A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von galvanischen Brennstoffelementen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von galvanischen Brennstoffelementen Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betrieb von galvanischen Brennstoffelementen oder -batterien, in denen poröse Elektroden und feinporöse Diaphragmen abwechselnd als Trennwände angeordnet sind.
• E Im deutschen Patent Nr. (AZ .S 98.219 VIbf21b) ist bereits vorgeschlagen worden, die Blektrolytspülung der Brennstoffbatterie mit Hilfe einer Druckdifferenz in den Elektrolyträumen an beiden Enden der Batterie durchzuführen. So wird die Konzentrationspolarisation beseitigt, weil die Elektroden und die Diaphragmen der Brennstoffbatterie vom Elektrolyten durch-. strömt werden. Bei Brennstoffbatterien, die eine Vielzahl von räumlich aneinander gereihten Brennstoffzellen enthalten, entsteht jedoch -insbesondere durch die feinporigen als Deckschicht wirkenden Diaphragmenschichten - ein erheblicher Strömungswiderstand. Außerdem ist der.Elektrolytanteil, der bereits eine Reihe von Elektroden durchströmt hat, mit Reaktionsprodukten angereichert. Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt diese Nachteile und ermöglicht die Aufteilung einer Brennstoffbatterie in mehrere Bereiche für den Blektrolytumlauf. Hierzu wird der Elektrolyt am Rande einer-oder mehrerer der als Trennwände angeordneten Elektroden und Diaphragmen zu- oder abgeführt.
• Am einfachsten ist es, den ßlektrolyten über eine von oben in die Elektrode einmündende Gasversorgungsleitung in die Elektrode-einzubringen. Der Elektrolyt läuft dann nach unten. in die großen gaserfüllten Poren und in die feinen, stets mit Elektrolyt gefüllten Poren der Elektrode. Auf diese Weise verteilt sich der Elektrolyt'über-die Elektrode.
• Man kann aber auch das Gas und den Blektrdlyten an getrennten Bereichen des Elektrodenrandes einbringen. Es ist dann möglich, :für die Zufuhr beider Betriebsstoffe die günstigste Stelle am -Rande der Elektrode zu wählen. Insbesondere kann die Elektrolytzufuhr an größeren Bereichen am Rande der Elektrode erfolgen, und-man erreicht bei diesem Verfahren eine Verteilung des . Elektrolyten über einen möglichst großen Teil der Elektrodenoberfläohe. Die Zuführung des Elektrolyten erfolgt in diesem Palle über den Rand der Elektrode, welcher poröse Bereiche besitzt, die sich schwammartig mit Elektrolyt vollsaugen. Damit das Gas aus diesen Randbereichen nicht entweichen kann, darf der poröse Rand nur Poren enthalten, in denen der Kapillardruck größer ist als der Gäsdruck im Innern der Elektrode.
• Diese feinen Poren des Randbereichs stehen in Verbindung mit den dünnen, stets mit Elektrolyt gefüllten Poren im Innern der Elektrode, die die Weiterleitung des zugeführten Elektrolyten bewirken.
• Wenn man bei dieser Elektrolytzuführung über eine Elektrode in der Mitte der Brennstoffbatterie noch einen an die Saugleiturig der Blektrolytfördervorrichtung angeeohloesegen El$ktrolytsammelraum an jedem Ende der Batterie anordnet, erhält man. zwei Bereiche für, den Elektrolytumlauf.
• Man kann aber auch bei- diesem Verfahren die Aufteilung. der Batterie in zwei Bereiche dadurch ermöglichen, daß man den Elektrolyten über die Druckleitung der Fördervorrichtung diesen Sammelräumen zuführt und die Saugleitung an feinporöse Randbereiche einer Elektrode in der Mitte der Batterie anschließt. Die Gasleitungen müssen in diesem Falle an andere Randbereiche geführt werden. Das Entweichen des Gasse über die als Blektrolyt-Sammelräume dienenden feinporösen Randbereiche wird durch den Kapillardruck des Elektrolyten in äen feinen Poren verhindert, in die der Elektrolyt über. die in der Elektrode vorhandenen feinen Poren fließt. Eine weitere Möglichkeit zur Unterteilung der Brennstoffbatterie in einzelne Versorgungsbereiche besteht darin, daß man die Elektrolytflüssigkeit.über den Rand einzelner Diaphragmen zu- und/oder abführt: Hierzu kann der Rand des Diaphragmas beispielsweise von einem Sammelkanal umschlossen sein.
• Die Dicke des Diaphragmas wird jedoch stets möglichst gering gehalten, und der geringe Quere chnitt für den nach dem Rand strömenden Elektrolyten macht sich nachteilig bemerkbar.
• Die nachstehenden, nicht maßstabsgerechten Abbildungen zeigen einige mögliche Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung.des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• In der Anordnung der Figur '! wird der frische Elektrolyt, dem das Reaktionswasser im Entwässerungsorgan 1 entzogen wurde, mit Hilfe der Pumpe 2 in dösierten, bevorzugt lastabhängigen Mengen in die Gasleitung 3 eingeführt und mit dem Gasstrom in die Elektrode 4 eingebracht. Der Elektrolyt fließt unter dem« Einfluß des Druckgefälles zwischen dem Gas im Gasram 4 und dem. hydrostatischen Druck im Elektrolytsammelraum 9 der Reihe nach durch die. Elektroden 5 und 6 und die Diaphragmen 7 und B. Die ,Zuführung der Gase zu den übrigen Elektroden und die Stromabnahme erfolgt über die Elektrodenränder; das zugehörige Zeitungssystem ist durch ein umschließendes Gehäuse 10 ange-'deutet.
• In Figur 2 ist eine in zwei Blekttolyt-Bereiche aufgeteilte Brennstoffbatterie darzeeaUt` de_r. Elektrolvt wird über die Elektrode 11 zugeführt. Der Elektrolytfluß verteilt sich auf die beiden Bereiche und wird über die Sammelräume 13 und die-Zeitung 14 in das Entwässerungsorgan 15 eingeführt. Von hier wird der aufkonzentrierte Elektrolyt durch die Pumpe 16 wieder in den Strom des bei 12 eintretenden Gases eingeführt.
• Figur 3 zeigt die Zuführung des Blektrolyten über die Elektrodenränder. Der poröse Rahmen 20 ist teilweise oder ganz mit einem dicht aufsitzenden Behälter 21 umgeben, in den der Elektrolyt unter Druck bei 22 eingeführt wird. Aus dem Raum 23 dringt er unter diesem Druck in den porösen Rahmen 20 und von hier in die Elektrode ein, die den Elektrolytfluß über die zugehörigen Durchflußbereiche der Brennstoffbatterie verteilt.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb galvanischer Brennstoffelemente, in denen poröse Elektroden und feinporöse Diaphragmenabwechselnd als Trennwände angeordnet sind und mit flüssigem Elektrolyten gespült werden, dadurch Bekenn- _ zeichnet, daß Elektrolyt am Rande einer oder mehrerer Trennwände zu- oder abgeführt wird. .
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dag die Druckleitung einer hektrolytfördervorrichtung mit dem Gasraum einer oder mehrerer Elektroden verbunden ist und die Elektrolytsammelräume an die Saugleitung der Fördervorrichtung angeschlossen sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß. ein oder mehrere Diaphragmenränder mit den Elektrolytsammelräumen verbunden sind. -