DE1596169C3 - Metall/Sauerstoff-Zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Metall/Sauerstoff- oder Metall/Luft-Zelle.

Aus der FR-PS 13 54 465 ist es bekannt, in einem durch Sauerstoff depolarisierten galvanischen Element positive Elektroden zu verwenden, die aus einer hydrophoben Membran, die elektrolytseitig einen leitenden, katalytisch aktiven Überzug trägt, bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einer solchen Elektrode eine Form zu geben, die die Verwendung einer minimalen Elektrolytmenge und die Erzielung einer hohen Energiedichte, bezogen auf Volumen und Gewicht der Zelle, möglich macht.

Gegenstand der Erfindung ist die im Anspruch gekennzeichnete Metall/Luft oder Metall/Sauerstoff-Zelle.

Die negative Elektrode besteht aus einem porösen oder festen Metallteil, das in die hüllenförmige positive Gaselektrode eingesetzt ist, und der Elektrolyt befindet sich vorzugsweise in einem porösen Träger, beispielsweise einer Folie aus regenerierter Zellulose in dem die negative und die positive Elektrode trennenden Raum.

Wenn durch den Betrieb der Zelle gemäß der Erfindung die beispielsweise aus Zink bestehende negative Elektrode vollständig oder praktisch vollständig oxydiert ist, kann sie leicht aus der Hülle genommen und durch eine neue ersetzt werden. Da die positive Elektrode bei der elektrochemischen Umsetzung unverändert bleibt, erübrigt sich eine Aufladung der Zelle. Vorzugsweise wird beim Auswechseln der negativen Elektrode auch der Elektrolyt erneuert, beispielsweise indem man eine poröse Metallelektrode und bzw. oder eine hydrophile Membran um diese Elektrode damit sättigt.

In den Zeichnungen sind

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Zelle gemäß der Erfindung, wobei die negative Elektrode aus der hüllenförmigen Sauerstoffelektrode herausgezogen ist,

Fig.2 ein Querschnitt durch die Zelle von Fig. 1, wobei die Metallelektrode in die hüllenförmige Sauerstoffelektrode eingesetzt ist,

F i g. 3 eine Batterie aus einer Anzahl von Zellen, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind, und

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines vorzugsweise zwischen den einzelnen Zellen verwendeten Abstandshalters.

Die in Fig. 1 gezeigte Zelle 10 weist eine negative Metallelektrode 1 und eine positive Gaselektrode 2 auf. Die Gaselektrode weist einen Rahmen 2.2, eine hydrophobe Membran 23, ein leitendes Netz 2.4 an der Innenseite der Membran, das wegen der geringen Dicke der Membran von außen sichtbar ist, und eine katalytische Schicht 23 auf. Die Metallelektrode 1 paßt in die Gaselektrode 2 und weist einen oberen Teil 1.1 und eine poröse Metallsinterplatte oder ein Metallblech 1.4 auf. In der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Metallelektrode durch eine Klemme 2.1 in ihrer Stellung gehalten. Durch ein Netz 1.41 kann die Festigkeit der Metallelektrode verbessert und ihre Leitfähigkeit erhöht werden. Vorzugsweise ist die Metallelektrode vollständig von einer Zellophanschicht od. dgl. bedeckt, durch die sie gegen die positive Elektrode elektrisch isoliert ist. Wenn die Metallelektrode porös ist, wird durch die öffnung 2£so viel Elektrolyt in die Zelle eingebracht, daß die Poren dieser Elektrode und der porösen Trennschicht 1.3 damit imprägniert werden. Wenn die Metallelektrode ein Blech ist, so wird der Elektrolyt in die hüllenförmig ausgebildete Sauerstoffelektrode eingefüllt, so daß er nach Einsetzen der Metallelektrode in die Trennschicht 1.3 eindringt, oder diese Schicht 13 wird mit dem Elektrolyten gesättigt, bevor die Metallelektrode eingesetzt wird. Der

zo Anschluß 1.2 der Metallelektrode kann mittels eines Steckkontaktes 2.7 mit dem Anschluß 2.6 der Gaselektrode verbunden werden.

F i g. 3 ist eine schematische Ansicht einer Batterie 40 aus einer Anzahl Metall/Luft- oder Metall/Sauerstoffes Zellen, wie sie in den F i g. 1 und 2 gezeigt sind. Die Batterie weist einen Deckel 41 und ein Gehäuse 42 auf, die beide öffnungen 43 für den Durchtritt von Luft in das Innere der Batterie aufweisen. Mittels eines in Führungsklammern 45 gleitenden Schiebers 44 können

.P die öffnungen 43 geschlossen werden, wenn die Batterie außer Betrieb ist. Die einzelnen Zellen 10 sind durch Abstandshalter 30 voneinander getrennt. Derartige Abstandshalter sind in F i g. 4 näher veranschaulicht. Sie müssen sehr porös sein, damit Luft zwischen den einzelnen Zellen hindurch und an die Gaselektroden gelangen kann. An einem Ende der Batterie ist eine Endplatte 47 vorgesehen, die mittels eines Abstandshalters 30 mit öffnungen 31 für den Durchtritt von Luft von der angrenzenden Zelle 10 getrennt ist. Durch

AO Schwenkklammern 46 werden die Endplatten, die einzelnen Zellen und die Abstandshalter zusammengehalten.

Die hydrophobe Membran der Gaselektrode muß gasdurchlässig, jedoch undurchlässig für wäßrige Materialien sein. Beispiele für Polymerisate, die für die Herstellung dieser Membran verwendet werden können, sind die fluorierten Kohlenwasserstoffe, wie Polytetrafluoräthylen, Polytrifluorethylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polytrifluoräthylen, die hydrophoben Mischpolymerisate von zwei oder mehr solcher fluorierter Kohlenwasserstoffe oder Mischpolymerisate dieser fluorierten Kohlenwasserstoffe mit Acrylnitril, Methacrylat, Polyäthylen u. dgl. Die Polymerisate haben gewöhnlich eine Porosität von etwa 15 bis 85 °/o und eine einheitliche Porengrößenverteilung von etwa 0,01 bis etwa 100 μ. Ihre Dicke beträgt etwa 0,013 bis 0,25 mm. Die zur Herstellung des Überzuges auf der hydrophoben Membran verwendeten Katalysatoren sind die metallischen Elemente, Legierungen, Oxide oder Gemische davon, die eine elektrochemische Umsetzung zu katalysieren vermögen, beispielsweise Elemente, Legierungen, Oxide oder Gemische der Metalle der Gruppen IB, HB, IV, V, VI, VII und VIII des Periodischen Systems. Das Metallnetz kann aus

"5 irgendeinem elektrisch leitenden Material, das in der Umgebung der Zelle korrosionsfest ist, bestehen. Beispiele für solche Materialien sind Nickel, Zirkonium, Titan und Wolfram. Um die Spannung der Batterie zu

erhöhen, kann es erwünscht sein, die Gaselektrode durch ein Isoliermaterial so zu teilen, daß zwei einzelne Elektroden entstehen. In diesem Fall müssen natürlich auch die Metallelektroden so unterteilt werden, daß zwei einzelne Metallelektroden entstehen, die jede einer ;. Gaselektrode zugeordnet sind.

Die Metallelektroden können aus Metallen, Metalloiden, Legierungen oder Schwermetallsalzen bestehen, wobei nur wesentlich ist, daß sie mit einem damit verträglichen Elektrolyten zu reagieren vermögen und ι ο elektropositiver als Sauerstoff sind. Geeignete Materialien sind Blei, Zink, Eisen Cadmium, Alumiunium und Magnesium, wobei das bevorzugte Material Zink ist. Die Metallelektrode kann die Form eines festen oder praktisch festen Metallbleches haben, ist aber vorzugsweise porös. Solche porösen Elektroden können beispielsweise durch Sintern eines entsprechenden Metallpulvers erhalten werden.

Als Elektrolyt können in den Zellen der Erfindung alkalische Elektrolyte, wie Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Gemische von Kaliumhydroxid und Rubidiumhydroxid u. dgl. verwendet werden. Verwendbare saure Elektrolyte sind Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salzsäure.

Die Stromentnahme erfolgt durch übliche Anschlüsse.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Metall/Luft- oder Metall/Sauerstoff-Zelle, deren positive Elektrode aus einer gasdurchlässigen hydrophoben Polymermembran, die auf der Elektrolytseite einen leitenden, katalytisch aktiven Überzug aufweist, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Gaselektrode die Form einer oben offenen Hülle, die eine auswechselbare negative Elektrode, den Elektrolyten und gegebenenfalls einen Elektrolytträger umgibt, hat.