DE1496253C

DE1496253C - Process for increasing the performance of fuel elements operated with liquid electrolytes

Info

Publication number: DE1496253C
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Phys. 6239 Fischbach; Winsel August Dipl.-Phys. 6233 Kelkheim Wendtland
Original assignee: Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München; Varta AG, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-11-25

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine wesentliche Weiterentwicklung des Verfahrens gemäß Patent 1546 719, wonach poröse, beidseitig arbeitende Elektroden ständig oder zeitweise vom Elektrolyten durchströmt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß beidseitig arbeitende Gasdiffusionselektroden als Trennwände zwischen je zwei Elektrolyträumen angeordnet sind, während durch ein hydrostatisches Druckgefälle Elektrolyt durch die vom Gas nicht erfüllten durchgehenden Poren der Elektroden ge- ίο drückt wird. .... .. ..... ..The subject of the invention is an essential further development of the method according to the patent 1546 719, according to which porous, double-sided electrodes are constantly or temporarily from the electrolyte are flowed through. This is achieved in that gas diffusion electrodes working on both sides are arranged as partitions between each two electrolyte chambers, while by a hydrostatic Pressure drop electrolyte through the gas does not filled through pores of the electrodes ίο is pressed. .... .. ..... ..

Von der bereits',angewandten Kühlung der Elektroden durch Kreislaufführung der Betriebsgase abgesehen, ist es auch bekannt, die bei der elektrochemischen Umsetzung entstehende Wärmemenge in einer Zelle, kurz als Verlustwärme bezeichnet, dadurch abzuführen, daß der Elektrolyt im Kreislauf durch einen Wärmeaustauscher strömt.Apart from the already '' applied cooling of the electrodes by circulating the operating gases, it is also known the amount of heat generated during the electrochemical conversion in a cell, referred to as heat loss for short, to dissipate the electrolyte in the circuit flows through a heat exchanger.

Beim erwähnten Vorschlag ist es jedoch nicht möglich, diese Strömung des Elektrolyten zum unmittelbaren Abtransport der Wärme auszunutzen, da alle Elektrolyträume unter verschiedenem hydrostatischem Druck stehen.In the case of the proposal mentioned, however, it is not possible to direct this flow of the electrolyte Take advantage of the removal of heat, since all electrolyte spaces under different hydrostatic Standing under pressure.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Durchströmungsprinzip aufzufinden, das geeignet ist, den Elektrolyten zwecks Abführung der Verlustwärme an nur einer Seite der Elektrode mit ausreichender Geschwindigkeit vorbeizuführen.The task was therefore to find a flow principle that is suitable for the Electrolytes to dissipate the heat loss on only one side of the electrode with sufficient speed to lead past.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß von den zwischen den Elektroden befindlichen Elektrolyträumen in jeden zweiten ein unter höherem Druck . stehender Elektrolytanteil eingeleitet und anschließend durch die Elektroden in die benachbarten Elektrolyträume gepreßt wird, durch die ein unter geringerem Druck stehender Elektrolyt an den Elektrodenoberflächen vorbeigeleitet und danach gegebenenfalls einem Wärmeaustauscher zugeführt wird.The object was achieved in that of the electrolyte spaces located between the electrodes in every second one under higher pressure. static electrolyte content introduced and then is pressed through the electrodes into the adjacent electrolyte chambers, through which one under less pressurized electrolyte on the electrode surfaces bypassed and then optionally fed to a heat exchanger.

Die Verlustwärme .kann nämlich wirksam auch dann abgeführt werden, wenn nur eine Seite der beidseitig arbeitenden Metallelektroden durch strömenden Elektrolyten gekühlt wird; die relativ hohe Wärmeleitfähigkeit des. Metalls hat zur Folge, daß . sich zwischen den beiden Elektrodenseiten kein nennenswertes Temperaturgefälle ausbilden kann.The heat loss can be effectively dissipated even if only one side of the metal electrodes working on both sides are cooled by flowing electrolytes; the relatively high one Thermal conductivity of the metal has the consequence that. there is no between the two electrode sides can develop a significant temperature gradient.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll durch die schematische Zeichnung erläutert werden. 1 bis 5 sind beidseitig arbeitende Gasdiffusionselektroden, und zwar abwechselnd Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden, denen das Gas vom Rande her zugeführt wird und die elektrisch parallel geschaltet sind (Gas-Zuführungen und elektrische Verbindungen nicht gezeichnet). Sie bilden poröse Trennwände zwischen den Elektrolyträumen 6 bis 11. Durch die Räume 7, 9 und 11 wird mittels der Pumpe 12 eine Elektrolytströmung erzeugt, die je eine Seite der Elektroden 1 bis 5 kühlt und die Verlusrwärme dem Wärmeaustauscher 13 zuführt. Die Pumpe 12 arbeitet zwischen den Drucken P₁ und p₂ und wälzt pro Zeiteinheit die Elektrolytmenge V₁ um.The method according to the invention is to be explained by the schematic drawing. 1 to 5 are double-sided gas diffusion electrodes, namely alternating hydrogen and oxygen electrodes, to which the gas is fed from the edge and which are connected electrically in parallel (gas feeds and electrical connections not shown). They form porous partition walls between the electrolyte chambers 6 to 11. An electrolyte flow is generated through the rooms 7, 9 and 11 by means of the pump 12, which cools one side of the electrodes 1 to 5 and supplies the lost heat to the heat exchanger 13. The pump 12 operates between the pressures P ₁ and p ₂ and circulates the amount of electrolyte V ₁ per unit of time.

In einem zweiten Kreis, der an den ersten angeschlossen ist, werden mit Hilfe der Pumpe 14 von den Elektrolyträumen 6,8 und 10 aus die Elektroden gespült. Die Pumpe 14, arbeitet dabei zwischen den Drucken P₁ und p₃ uää. drückt pro Zeiteinheit die Elektrolytmenge V₂ durch die Elektroden. Für die Drücke in den beiden Kreisen gilt die BeziehungIn a second circuit, which is connected to the first, the electrodes are flushed from the electrolyte chambers 6, 8 and 10 with the aid of the pump 14. The pump 14 works between the pressures P ₁ and P _{3 and the} like. pushes the amount of electrolyte V ₂ through the electrodes per unit of time. The relationship applies to the pressures in the two circles

...... ^. P₁ < P₂ < Pa...... ^. P ₁ <P ₂ <Pa

und für die ^; Strömungsgeschwindigkeiten im allgemeinen ■■'■ and for the ^; Flow velocities in general ■■ '■

da eine sehr geringe Spülgeschwindigkeit durch die Elektroden ausreicht, um die Entstehung von Konzentrationsänderungen in diesen zu verhindern. Typische Werte für die Drücke sind etwa p, = 1 at, P₂ = 1,01 at, ρ, = 1,1 at.since a very low flushing speed through the electrodes is sufficient to prevent changes in concentration in them. Typical values for the pressures are approximately p, = 1 at, P ₂ = 1.01 at, ρ, = 1.1 at.

Die Abkühlungsräume 7, 9 und 11 brauchen nicht nur den freien Elektrolyten zu enthalten, sondern können auch in bekannter Weise festes, poröses Separatormaterial aufnehmen, das die benachbarten Elektroden gegeneinander abstützt und gegebenenfalls die elektrische Hintereinanderschaltung veranlassen kann. ,The cooling spaces 7, 9 and 11 not only need to contain the free electrolyte, but also can also accommodate solid, porous separator material in a known manner, which the neighboring Electrodes are supported against each other and, if necessary, cause the electrical series connection can. ,

Das wesentliche Kennzeichen der Batterie ist also ' das Vorhandensein von Abkühlungsräumen 7, 9 und 11, aus denen die Verlustwärme durch den strömenden Elektrolyten abtransportiert wird, und von dazwischen angeordneten Druckräumen 6, 8 und 10, in denen ein höherer Druck gegenüber den Kühlräumen aufrechterhalten und somit eine Strömung des Elektrolyten durch die Elektroden hervorgerufen wird.The main characteristic of the battery is the presence of cooling chambers 7, 9 and 11, from which the heat loss is transported away by the flowing electrolyte, and pressure chambers 6, 8 and 10 arranged in between, in which a higher pressure compared to the cooling chambers is maintained and thus causing the electrolyte to flow through the electrodes.

Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt also nicht nur, daß durch Aufhebung der Konzentrationspolarisation die Leistung einer Brennstoffbatterie gesteigert wird, sondern gestattet es zusätzlich, den Wärmehaushalt der Batterie sorgfältig zu regulieren und gegebenenfalls auch noch die gebildeten Reaktionsprodukte im Wärmeaustauscher oder in einer anderen geeigneten Vorrichtung aus dem Elektrolyten zu entfernen.The method according to the invention therefore not only has the effect that the performance of a fuel battery is increased by eliminating the concentration polarization but also allows the heat balance of the battery to be carefully regulated and optionally also the reaction products formed in the heat exchanger or in a other suitable device to remove from the electrolyte.

Claims

Claim:

Process for increasing the performance of gas diffusion electrodes that can be operated on both sides in liquid electrolytes with a continuous pore structure, the outer pores being smaller than those of the middle layer and each serving as a partition between ... two, electrolyte chambers arranged electrode by generating a pressure gradient is continuously or intermittently flowed through by the electrolyte between these spaces, according to Patent 1546 719, characterized in that that of the electrolyte spaces located between the electrodes in every second one Electrolyte portion under higher pressure is introduced and then through the electrodes is pressed into the neighboring electrolyte chambers, through which a lower pressure standing electrolyte bypassed the electrode surfaces and then if necessary is fed to a heat exchanger.