DE1571730A1

DE1571730A1 - Elektrochemische Zellenanordnung

Info

Publication number: DE1571730A1
Application number: DE19661571730
Authority: DE
Inventors: Gillespie Peter James
Original assignee: Energy Conversion Ltd
Current assignee: Energy Conversion Ltd
Priority date: 1965-05-18
Filing date: 1966-05-17
Publication date: 1971-01-14
Also published as: NL152126B; SE330577B; GB1151373A; US3468712A; CH460883A; NL6606767A

Description

DIPL-ING. HANS BEGRICH - DIPL-ING. AiFONS WASMEIER

REGENSBURG 3 · LESS1NGSTRASSE 10 15717^(1

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^Tas 12. Mai 1966 W/He

ENERGY COHVERSION LIMITED, Britannic House, Finsbury Circus,

London E.C. 2, England.

Elektrochemische Zellenanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Zellenanordnungen.

Wenn eine Vielzahl von Zellen zu einer Batterie vereinigt werden, in der die Zellen elektrisch in Serie oder parallel oder serien-parallel geschaltet sind, damit die Anordnung mit einer größeren Gasmenge arbeiten oder eine höhere Ausgangsspannung bzw. eine höhere Leistung bei gleicher Spannung ergeben kann, war es bi3her üblich, zur Einführung der Reaktionsgase in die Zellen einen verhältnismäßig großen Gaeraum hinter jeden Elektrode vorzusehen, damit die Gase gleichförmig über die Oberflächen der Elektroden verteilt werden. Diese Gasräume werden über Zu-

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führkanäle, die zu Teilen der Räume führen, sowie über Abführkanäle, die von anderen Teilen wegführen, gespeist.

Es ist für Elektroden aus porösem Material bereits vorgeschlagen worden, Gaskanäle in Form von Sätzen von eingeschichteten, kammartigen Kanälen vorzusetzen, die in einem Träger für die Elektrode ausgebildet sind, wobei die Glieder des einen Satzes von Kanälen als Eingangskanäle und die Glieder des anderen Satzes als Ausgangskanäle verwendet werden, und bei denen das Gas von einem Satz zum anderen durch bestimmte Teile des porösen Materiales der Elektrode strömt. Eine solche Anordnung ist in der britischen Patentschrift 959.557. beschrieben.

Vorliegende Erfindung geht von einer derartigen bekannten Anordnung aus, sie ist jedoch darauf gerichtet, daß eine bessere und günstigere Gasdurchströmanordnung vorgesehen wird, die es ermöglicht, Zelleneinheiten mit geringer Dicke auszuführen, da es dann möglich ist, eine Batterie mit besonders günstigen Abmessungen geringen Gewichtes und geringer Kosten herzustellen.

Gemäß der Erfindung werden in einer GasVerteilanordnung zum Einführen von Gas in eine Elektrode einer elektrochemischen Gaszelle, bei der das Gas zu der Elektrodenoberfläche und von dieser Elektro denfläche über Sätze von abwechselnden parallelen Kanälen geführt wird, die Kanäle in einem Bauteil (nachstehend als Verteilerbauteil bezeichnet) ausgebildet und es sind Leitungen in einem getrennten Bauteil (nachstehend als Leitungsbauteil bezeichnet) ausgebildet, damit das Gas in die abwechselnden Kanäle oder wenigstens einen Satz von abwechselnden Kanälen sowie aus den abwechselnden Kanälen oder wenigstens einem anderen Satz von abwechselnden Kanälen geführt wird.

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Die Kanäle im Verteilerbauteil können durchlaufende Schlitze sein, sie können aber auch Nuten in einer Fläche sein, wobei wenigstens eine Öffnung vom Boden einer jeden Nut durch die andere Seite des Bauteiles reicht, und die Öffnungen sich nur über einen Teil der Länge der entsprechenden Nuten erstrecken, sowie Öffnungen in gleiche Nuten in bezug aufeinander so angeordnet sind, daß sie mit der entsprechenden Leitung im Leitungsbauteil zusammenpassen.

Vorzugsweise sind Teile der mit der Elektrode in Eingriff kommenden Seite des Verteilerbauteiles zwischen den Kanälen in Längsrichtung ungleichlang ausgebildet, so daß Räume für den Gasdurchfluß über die Elektrodenoberfläche aus den Gaszuführkanälen in die zugeordneten Gasjiauslaßkanäle frei gelassen werden.

Das Leitungsbauteil und/oder das zugeordnete Verteilerbauteil können für den Wärmeaustausch ausgelegt sein und für diesen Zweck kann einer oder können beide Teile zur möglichen Aufnahme einer Vorrichtung ausgespart sein, die den Strom des kühlenden Gases durch die Aussparung beendet. Andererseits können zusätzliche Wärmeaustauschelemente in Verbindung mit der Kombination, aus Verteiler- und Leitungsbauteil vorgesehen sein.

Vorzugsweise weist jedes Bauteil der Anordnung aufeinander abgestimmte Gasdurchflußöffnungen Ait Verbindungskanälen zu entsprechenden Gaszufuhr- und Gasauslaßleitungen auf.

Es ist zweckmäßig, die verschiedenen Bauteile einer Gasverteilanordnung gemäß der Erfindung aus Kunststoff herzustellen, insbesondere, wenn das Material durch Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck oberflächenaktiviert werden kann, weil dann die einzelnen Bauteile einer Gasverteilanordnung miteinander gasdicht in einer

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einzigen Anordnung verbunden werden können, und zwar entweder als eine Einfachelekfcroäenverteileinheit oder als eine zweipolige Einheit.

Jede Elektrode einer jeden Zelle benötigt eine Gasverteilanordnung und die beiden Anordnungen können ähnliche Torrn geaäfi der

Erfindung erhalten, obgleich die Gaeflußanordnungen weniger zwingend für die Wasserstoffseite sind, z.B. in einer Wasserstoff/ luft-Zelle. Sie unterscheiden sich in jedes Falle in Hinblick auf ihre Leitungeanordnungen.

Je größer die Anzahl der Sätze yoji abwechselnden Schlitzen in irgendeinen Bereich ist, der die Elektrodenoberfläche darstellt, welcher Gas zugeführt werden soll, desto kurzer können die Schlitze ausgebildet werden. Dies ist von Torteil, da die Schlitze normalerweise sehr kleine Abmessungen aufweisen, und eine Leitung, die zu einem Ende eines Gaskanales führt, welcher durch einen solchen Schlitz ausgebildet wird, einen entsprechenden Druckabfall längs des Kana.es hervorrufen wird, wenn sie relativ lang ist. .

Das Bauteil, das die Sätze von abwechselnden Schlitzen aufweist, besteht aus Metall oder besitzt eine stromleitende Oberfläche, so daß sie als Stromträger für die bestimmte Elektrode wirksam wird, und es ist zweckmäßig, diese Bauteile, falls sie aus Metall bestehen, soweit zu verlängern, daß sie freie Oberflächen für Kühlzwecke ausbilden, wobei die verlängerten Teile Kühlrippen darstellen. In einer bevorzugten Anordnung sind die Kühlrippen durch Verlängerung der Bauteile in Richtung längs der Sätze von

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Schlitzen ausgebildet, so ..daß ein Wärmefluß von den Teilen der Bauteile zwischen den Schlitzen direkt zu der Kühlrippe auftritt.

Bs ist für eine Anordnung nach der Erfindung von Vorteil, daß das Abführen der Gasspeiseleitungen aus der Fläche der Trennvorrichtung die Gefahr des Gasabfließens an der Dichtung, die jede Zelle umgibt, und die die Gasdichtung zwischen benachbarten Trennvorrichtungen ausbildet, weitgehend vemindert.

Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsformen von Gasverteilanordnungen für Brennstoffzellen dargestellt und beschrieben, welche einen Teil einer Batterie bilden. In beiden Ausführungsformen ist die Konstruktion zur Verwendung als Trennvorrichtung zwischen in Reihe geschalteten Zellen geeignet, d.h., daß Vorkehrungen getroffen sind, um Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltendes Gas der einen Seite und Sauerstoff oder Luft der anderen Seite einer jeden Trennvorrichtung zuzuführen.

Pig. 1 zeigt in auseinandergezogener Darstellung die verwendeten Bauteile, wobei die Form der Gasverteilanordnung so gewählt ist, daß die Sätze von Kanälen, über die Gas zur Elektrode oder von der Elektrode geführt wird, in Richtung parallel zu den die Kühlrippen bildenden Kanten ausgerichtet sind.

Fig. 2 ist eine ähnliche auseinandergezogene Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Trennvorrichtung, bei der die Kanäle rechtwinkelig zu den Kühlrippenkanten verlaufen.

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Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab Anordnungen entsprechend denen nach Fig. 2 und gibt ein Verfahren zur Herstellung der geschlitzten Bauteile an.

Fig. 4 stellt in auseinandergezogener Darstellung eine typische Einheit einer Brennstoffzellenbatterie dar, die Trennvorrichtungen der in Fig. 1 gezeigten Form enthält.

Die Figuren 5 his 10 zeigen eine weitere Verteilanordnung, die einen Wärmeaustausch ergibt.

Nach der Fig. 1 sind die fünf Bauteile der Trenneinheit jeweils mit aufeinander passenden LuftZuführdurchlässen 1, 2 und 3 sowie Luftabfühtdurehlässen 4» 5, 6 und 7 und mit einem Wasserstoffzuführdurchfluß 8 sowie mit Wasserstoffabführdurchlässen 9 und 10 versehen. Die Wasserstoffdurchlässe weisen einen kleineren Durchmesser auf und ihre Anzahl ist geringer als die der Luftdurchlässe, was durch die relativ kleinere Menge an Wasserstoffdurchfluß gegenüber Luftdurchfluß bedingt ist. Die Endbauteile 11 und 15 der Einheit bestehen aus Metall, das gegen elektrolytische Einflüsse widerstandsfähig ist, z.B. Nickel- oder Titanfolie, während die beiden Leitungsbauteile 12 und 14 und die Trennvorrichtung 13 aus Kunststoff, z.B. Polyvinylchlorid bestehen.

Das Bauteil 11 soll der Luftelektrode einer Zelle ausgesetzt werden und die Verteilereinlaßschlitze sind mit 16 sowie die Auslaßschlitze mit 17 bezeichnet; aus der Darstellung der strichpunktierten Schlitze auf dem Leitungsbauteil 12 ergibt sich, daß die Einlaßschlitze die Leitungsöffnung 18 in dem letzteren Bauteil

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überlappen, während die Auslaßschlitze in ähnlicher Welse die Auslaßleitungsöffnung 19 Überlappen. Die Leitungsöffnungen aind so ausgebildet, daß sie die entsprechenden Luftzuführdurchlässe 1, 2 und 3 und die Luftabführdurchlässe 41 5, 6 und 7 uafassen. Ähnliche Anordnungen sind an der Wasserstoffseite vorgesehen, wie sich aus der Zeichnung ergibt.

Sie schraffierten Teile der Bauteile 11 und 15 können als Kühlrippen wirken, es läßt sich jedoch erkenen, daß wesentlich «ehr Metall zwischen den Enden der Gasechlitze und den Oasdurchlässen belassen werden euß, wenn die Wärae zu den Kühlrippen geleitet werden soll, daait die Warne längs der Teil· zwischen den Gasschutz en (16 und 17 auf der Luftelektrodenseite)-ströaen kann.

In der Praxis sind die fünf Bauteile miteinander gasdicht verbunden; sie können jedoch so angeordnet sein, daß sie zusaneengepreßt werden, wenn .eine ganze Reihe von Zellen und Trennanordnungen miteinander zu einer starren Einheit in einem beliebigen, an sich bekannten Verfahren befestigt werden.

Luft- und Wasserstoff Zuführungen werden dann alt den Endbauteilen verbunden, wobei Einlaßleitungsöffnungen alt den Durchlässen 1, 2, 3 und 8 in einer Reihe liegen, während Auslaßverbindungen zu den Leitungsöffnungen hergestellt werden, die mit den öffnungen 4 hie 7, 9 und 10 nacheinander aufgereiht sind.

Aus der in Fig. 2 dargestellten Anordnung läßt sich entnehaen, daß die Sichtung der parallelen Gassohlitze in den Endbauteilen in rechten Winkeln zur Richtung der Schlitze nach Fig. 1 verläuft. Dadurch ist es nicht nur aöglich, eine wirkaaaere Gas-

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verteilung zur Verkürzung der maximalen Länge des Zuführweges längs der Kanäle aus den Leitungen zu erzielen, sondern die Wärmeleitung längs des Metalles zwischen diesen Kanälen erfolgt auch in der richtigen Richtung, damit sie direkt zu den Kühlrippen gelangt, welche ebenso wie in Pig. I schraffiert angedeutet sind.

Im Bauteil 20, das einer Luftelektrode zugeordnet werden soll, sind Reihen von diskontinuierlichen Schlitzen 26 vorgesehen, die Kanäle bilden, um Luft an die Elektrodenoberfläche zu führen, und es sind eingeschichtete Reihen von ähnlichen Schlitzen 27 vorgesehen, um Luft aus der Oberfläche abzuführen. Einlaß 1 ei tungsöffnungen 28 und 29 sind mit den Luftzuführdurchlässen 30 und für alle Bauteile gemeinsam verbunden und Auslaßleitungsöffnungen 32, 33» 34 sind in entsprechender Weise mit gemeinsamen Luftabführdurchlässen 35» 36, 37 verbunden.

Die Reihen von Einlaßschlitzen 26 weisen jeweils zwei Teile auf, die die Leitungsöffnungen 28 und 29 kreuzen; wenn die Schlitze zu den Leitungsöffnungen geöffnet sind, fließt Luft von jeder Leitungsöffnung in jeden Teil des zugeordneten Schlitzes. Die beiden Teile der Reihen 26 ergeben jedoch mit den Leitungsöffnungen 32, 33 oder 34 keine Verbindung.

Zur Massenherstellung werden die Schlitze zweckmäßigerweise in einem Stanzvorgang hergestellt, wo jedoch nur einige wenige Trennvorrichtungen erforderlich sind, kann beispielsweise ein Herstellverfahren nach Fig. 3 Anwendung finden, bei welchem ein Präsrad mit großem Durchmesser die Schlitze erstellt; an der Einlaßseite ist das Rad so ausgebildet, daß es in das Bauteil an solchen Stellen eindringt, daß der durch das Werkzeug hervorgerufene Schnitt nur durch das Bauteil selbst in der Nähe der Auslaßleitungsöffnun-

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gen hindurchtritt, jedoch genügend Material beläßt, damit ein Einbrechen in die tatsächlichen Auslaßleitungsöffnungen vermieden wird. Es ist möglich, wie in Fig. 3 gezeigt, die Schlitze herauszuarbeiten, nachdem die fünf Bauteile 20 bis 24 miteinander zusammengebaut sind; auf diese Weise wird auch ein bestimmter !Ml der Leitungsbauteile 21 und 23 weggearbeitet, dies ist jedoch von Vorteil.

Die Reihen von Auslaßschlitzen 27 weisen zwei kürzere Endschlitze und einen längeren Mittelschlitz auf. Die Endschlitze brechen in die Auslaßleitungsöffnungen 32 und 34 ein und der mittlere Schlitz ist zur Leitungsöffnung 33 offen, es verbleibt jedoch genügend Material zwischen diesen Schlitzen und den Einlaßleitungsöffnungen. Diese Auslaßschlitze können in ähnlicher Weise wie die Schlitze 26 gefräst sein und ein Verfahren zu.· ihrer Ausbildung ist ebenfalls in Fig. 3 gezeigt.

An der Wasserstoffseite ist die Verteilanordnung einfacher, weil hier verhältnismäßig kleinere Mengen vorhanden sind. Die Reihen von Einlaßschlitzen 38 sind fortlaufend symmetrisch um die Einlaßleitungsöffnung 41> gegen die sie geöffnet sind; diese Schlitze 38 dringen nicht in die Auslaßleitungsöffnungen 40 oder 42 ein, Die Reihen von Auslaßsehlitζen 39 jedoch sind in zwei Teilen angeordnet, die in die Auslaßleitungsöffnungen 40 und 42, nicht aber in die Leitungsöffnung 41 eindringen. Ein Verfahren, um diese Schlitze durch maschinelle Bearbeitung in einwandfreier Weise herzustellen, ist ebenfalls in Pig. 3 angegeben, wobei jedoch hier wieder zur Massenherstellung die Schlitze zweckmäßigerweise in das Metall eingestanzt werden.

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Der Zusammenbau der Bauteile der Trennvorrichtungen mit den Zelleneinheiten zu einer Zellenbatterie wird dadurch unterstützt; daß eine Vielzahl von Löchern, z.B. 46, 47, 48 und 49 für durchgehende Bolzen vorgesehen sind, durch die die Bauteile und Zellen in geeigneter Weise unter Verwendung dicker Endplatten zusammengepreßt werden können, wie dies bekannt ist.

Der Zusammenbau kann erleichtert werden, wenn die fünfteiligen Trennvorrichtungen vorher gemeinsam zu einer Einheit zusammengesetzt werden, und es ist vorteilhaft, die äußeren Bauteile aus der gleichen Materialschicht herzustellen und die Schicht umzufalten, wodurch'der Stromfluß durch die Batterie unterstützt wird, so daß die anderen drei Bauteile zwischen der Faltung aufgenommen werden. Mg. 4 zeigt die Anordnung einer Zelleneinheit einer Batterie mit entsprechenden Trennvorrichtungen dieser Form. Die Zelle 50 weist ein absorbierendes Gefüge, z.B. aus Asbest oder Glasfasern auf, das den Elektrolyten hält, und besitzt poröse Elektroden, die den entgegengesetzten Flächen aufgegeben werden; ferner ist die Zelle in einem Rahmen 51 befestigt, wobei feinmaschige Metallgitter 52, 53 oder Graphitgewebebauteile und Trennvorrichtungen 54 und 55» die nur teilweise angedeutet sind, ±n entsprechende Stellung gebracht werden; die Wasserstoffseite der einen Trennvorrichtung wird der Seite mit der negativen Elektrode der Zelle und die Luftseite der anderen Trennvorrichtung der Seite mit der positiven Elektrode der Zelle aufgegeben. Andere Zellen und Gitter werden auf jeder Seite zusammen mit weiteren Trennvorrichtungen angeordnet, bis die Batterie von Zelle^vollständig ist. Die Trennvprrichtungen an jedem Ende der Batterie sind einseitig ausgebildet und die Enden der Batterie abgeschlossen.

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Die Anordnung, Anzahl und Größe der Schlitze, die in der Zeichnung dargestellt sind, ist nur "beispielsweise angegeben und kann im Rahmen vorliegender Erfindung in "beliebiger Weise abgeändert werden, damit bestimmte Forderungen der Zufuhr des betreffenden Gases erfüllt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Verteilanordnung nach den Figuren 5 bis 10 ist das Luftverteilbauteil in Fig. 5 gezeigt, während Fig. 6 einen Teilschnitt nach der Linie VI in Fig.. 5 wiedergibt. Das Bauteil ist eine quadratische Platte, in der eine Anzahl von Schlitzen 56 parallel zueinander eingearbeitet sind, damit ein Bereich abgedeckt wird, der gleichdem Bereich der Elektrode ist, der gespeist werden soll. Diese Schlitze sind mit Kanälen Versehen, die durch die verbleibende Dicke des Bauteiles reichen; die Kanäle sind in den Figuren 5 und 6 als Bohrlöcher dargestellt, in der Praxis können sie jedoch einfache rechteekförmige Gestalt haben.·

Diese Kanäle sind in verschiedenen Mustern in abwechselnden Schlitzen angeordnet und in einem Satz von Schlitzen weist das Schema zwei äußere Kanäle 57» 58 und/4inen mittleren Kanal 59 auf; im anderen Satz sind zwei Kanäle 60, 61 vorgesehen, deren jeder um ein Viertel des Abstandes von den Enden der Schlitze entfernt angeordnet ist. Die Kanäle 57, 58 sind etwas kleiner als der mittlere Kanal 59 ausgebildet, damit der Durchfluß symmetrisch verläuft,und die kombinierte Querschnittsfläche der Kanäle 57, 58 und 59 ist angenähert der der Kanäle 60 und 61.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Material zwischen benachbarten Schlitzen 56 ungleichmäßig über die Länge aufgrund der darin

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ausgebildeten Kanäle 62 vorhanden; diese Kanäle "bilden Rippen aus, die über die Länge verteilt sind. Da beabsichtigt ist,daß die Oxydationselektrode einer Zelle mit dieser Fläche des Verteilbauteiles in Eingriff kommen soll, wird die Elektrode von den Kanten der Schlitze versetzt, und Luft,die in die Schlitze über die Öffnungen 60, 61 in den Speisschlitzen eingeführt wird, strömt frei durch die Kanäle 62 über die Oberfläche der Elektrode in die benachbarten Auslaßschlitze. Um Luft in die Speisekanäle 60, 61 und aus den Auslaßkanälen 57, 58 und 59 zu führen, wird das Verteilbauteil auf einem Leitungsbauteil, wie es in Fig. 7 gezeigt ist", angeordnet. Das Leitungsbauteil besitzt Zuführnuten

mit
64, 65, die/den Kanälen 60, 61 aufeinanderpassen, und Auslaßnuten 66, 67, 68, die mit Kanälen 57, 58, 59 zusammapassen. Damit wird Luft durch die Öffnungen 69, 70 an jedem Ende der Nuten 60, 61 in die Elektrode über die entsprechenden Nuten, Kanäle und Schlitze eingeführt, und die Auslaßgase aus der Elektrode gelangen von dem Bauteil über die Öffnungen 71, 72, 73 an das Ende der Nuten 66, 67, 68.

Das Verteilbauteil für die Wasserstoffelektrode ist ähnlich dem Luftverteilbauteil nach Fig. 5, da der stöchiometrische Durchsatz von Wasserstoff/jedoch kleiner ist als der von Luft, ist eine kleinere Fläche für den Durchflußkanal erforderlich, der den Boden eines jeden Verteilschlitzes mit der Rückseite eines Bauteiles verbindet. Damit sind die Durchflußkanale in den Schlitzen des Wasserstoffverteilbauteiles so angeordnet, daß sie mit Eingangsnuten 74 des in Fig. 8 gezeigten Bauteiles ausgerictiet sind, welches das Wasserstoffbauteil tragen soll. Zwei Sätze von Durchflußkanälen, deren kombinierte Fläche etwa der Fläche des Eingangskanales in die Auslaßschlitze entspricht, sind mit Auslaßnuten 75, 76 im Trägerbauteil ausgerichtet. Zuführöffnungen 77

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sind an den Enden der Eingangsnuten 74 und Öffnungen 78, 79 an den Enden der Auslaßnuten 75» 76 vorgesehen.

Das Trägerbauteil für das Wasserstoffbauteil weist auch eine Wärmeaustauscheranordnung in Form von zwei Einheiten zwischen der Eingangsnut 77 und den beiden Auslaßnuten 78, 79 auf. Die beiden Anordnungen sind identisch ausgebildet und es genügt, eine zu beschreiben. Diese Anordnung weist eine Aussparung 80 rechteckförmiger Gestalt mit dreieckförmigen Enden auf. Im rechteckförmigen Teil verbleiben fünf Teile 81 des Bauteiles, die vom Boden der Aussparung aus nach oben ragen, die Höhe der Teile 81 ist jedoch kleiner als die Tiefe der Aussparung 80; dies ist in Fig. 9 dargestellt, die einen Querschnitt längs der Linie IX nach Fig. 8 wiedergibt. In jedem der Teile 81 ist ein Schlitz 82 ausgebildet, die Tiefe der Schlitze 82 ist dabei größer als die Tiefe der Aussparung 80 und eine Nut 83 auf der Rückseite des Bauteiles reicht in jeden der Schlitze 82. Damit kann Kühlluft, die in die Nut 83 über Speiseöffnungen 84 an den Enden der Nut eintritt, in jeden Schlitz 82 einströmen. Ein Drahtgitter 85» z.B. Kupferdraht, ist zwischen den oberen Seiten der Teile 81 und der Rückseite des WasserstoffVerteilbauteiles so angeordnet, daß Luft, die durch die Schlitze 82 strömt, in einen turbulenten Strom über dem Gitter und über einem Teil des Wasserstoffverteilbauteiles aufgespalten wird und diesen Teil des Bauteiles kühlt; die Kühlluft gelangt dann in die unterschiedlichen Teile der Aussparung 80, von wo sie durch die eine oder andere Auslaßöffnung 86 an den Enden der Aussparung abfließt. Die Nut 83 greift nicht in die Nuten 77, 78, 79 an der Vorderseite des Bauteiles ein, die Tiefe der Nut 83 wird In geeigneter Weise an den Stellen ver ändert, an denen sie diese drei anderen Nuten kreuzt. Die Nut 83 ist durch die Rückseite des Luftleitungsbauteiles geschlossen, das ihr unmittelbar benachbart angeordnet ist.

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Fig. 10 zeigt eine Teilansicht der Teile der Anordnung der vier Bauteile, die eine Gasverteileinheit zur Speisung von Elektroden entgegengesetzter Polaritäten benachbarter Zellen in einer Brennstoffzellenbatterie darstellen. Die Schlitze 56 in dem Luftverieilbauteil und in dem WasserstoffVerteilbauteil verlaufen rechtwinkelig zueinander, so daß eine volle Verwendung der Kanten der Bauteile für die Zuführöffnungen zu den unterschiedlichen Nuten und Aussparungen gewährleistet ist.

Jedes der vier Bauteile besteht aus Kunststoff, vorzugsweise Acrylnitryl-Butadiem-Polymer, und kann natürlich in die gewünschte Form gegossen werden. Bauteile aus diesem speziellen Material können miteinander durch Oberflächenaktivierung über ein Lösungsmittel miteinander verbunden werden, bevor sie zusammengepreßt werden und die Einheit eine starre Anordnung bildet. Die äußeren Bauteile, die mit den Elektroden in Berührung stehen, können plattiert sein, z.B. mit Gold, so daß sie als Stromkollektoren für die entsprechenden Elektroden dienen können. Ferner kann dieses Gießteil dadurch, daß beide Endbauteile miteinander in einem einzigen Stück mit Abstandsteilen dazwischen hergestellt werden, um sich selbst gebogen werden, so daß die beiden Bauteile dann die inneren beiden Bauteile umfassen. Die freiliegenden Teile können getrennt vorgesehen, können jedoch mit jedem der Bauteile über einen Metalleins»tz verbunden sein, der als Gelenk-- und/oder Bwischenverbindung zwischen den Elektroden wirken kann.

Eine derartige Gasverteiler/Stromkollektoranordnung ist für Brennstoffzellen mit niedrigen Temperaturen geeignet und kann für Brennstoffaellen mit saueren Elektrolyten verwendet werden, falls eine Goldplattierung vorgesehen ist.

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Claims

12. Mai 1966 W/He E/p 4683 Patentansprüche ;

1. Gasverteilanordnung für eine Elektrode einer elektrochemischen Gaszelle, bei der das Gas über Sätze von abwechselnden parallelen Kanälen zur Elektrodenoberfläche und von ihr weg geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (16, 17; 26, 27; 57-61) in einem Verteilbauteil ausgebildet sind und daß Leitungen in einem Leitungsbauteil (12, 14; 21, 23) ausgebildet sind, damit Gas in die abwechselnden Kanäle oder wenigstens in einen Satz von abwechselnden Kanälen und aus den abwechselnden Kanälen oder aus wenigstens einem anderen Satz von abwechselnden Kanälen geführt wird.

2. Gasverteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle im Verteilbauteil hindurchlaufende Schlitze sind.

3. Gasverteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in dem Verteilerbauteil Nuten in einer Fläche sind, wobei wenigstens eine öffnung aus dem Boden einer jeden Nut durch die andere Seite des Bauteiles verläuft und die Öffnungen sich über nur einen Teil der Länge der entsprechenden Nuten erstrecken, und daß Öffnungen in gleichen Nuten im wesentlichen in bezug aufeinander angeordnet sind, so daß sie mit der entsprechenden Leitung im Leitungsbauteil zusammenpassen.

4. Gasverteilanordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der mit der Elektrode zusammenwirkenden Seite des Verteilerbauteiles zwischen den Kanälen ungleiche Länge aufweisen, so daß sie Räume für den Gasdurchfluß über die Elektrodenoberfläclu aus den Gaszuführkanalen in die zugeordneten Gasauslaßkanäle bilden.

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5. Gasverteilanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle wenigstens eines Satzes eine Reihe von vergleichsweise kurzen zueinander ausgerichteten Kanälen aufweisen.

6. Gasverteilanordnung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß mehr als eine Leitung in dem Leitungssystem für einen oder mehrere oder jeden Satz von Kanälen vorgesehen ist.

7. Gasverteilanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Verteilerbauteil und Leitungsbauteil für zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität vorgesehen-sind und alle Elemente zu einer einzigen, aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehenden Einheit kombinjart sind.

8. Gasverteilanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselemente oder wenigstens eines der Leitungsbauteile und/oder der bzw. die zugeordneten Verteilerbauteile für den Wärmeaustausch vorgesehen sind.

9. Gasverteilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in dem Leitungsbauteil und/oder dem zugeordneten Verteilerbauteil ausgebildet ist, und daß Gaskanäle in dem Leitungsbauteil und/oder Verteilerbauteil vorgesehen sind, die eine Zirkulation des kühlenden Gases durch diese Aussparung ermöglichen.

10. Gasverteilanordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Wärmeaustauschbauteile in der aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehenden Einheit vorgesehen sind.

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