DE1596228A1 - Brennstoffzellenbatterie mit verminderten Kurzschlussstroemen - Google Patents

Description

• Breinstoffzellenbat terie reit ver-

  mi:iderten Kur~gchlußströmen

  Die vorliegende Erfindung betrifft eine galvanische Brennstoff-

  zel?enba.tterie, beider zwei oder mehtere durch einen fl1U3sigen

  Elektrokten miteinander verbundenen Brennstoffzellen in Serie

  ge,:chaltet sind.

  Bei derartigen Batterien' treten bekanntlich zkischen den' in Serie

  geschalteten Zellen unerwÜnschte Kurzschlußströme durch die äußer,

  E'ektrolytleitungen auf, über die die verschiedenen Zellen miteiz

  ander verbunden sind. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Umwandlun

  chemischer in elektrische Energie erheblich hersbgeaetzt, was in einer Erhöhung der Verlustenergie sowie in einer i. infolge der eintretenden Elektrolyse - unerwüneohten Gaabildung an den Elektroden in Erscheinung. tritt.
• Der Blektrolytkürzechlußetron ergibt sich aus der Gleichung

  in der ü die Spannung, 1 die Länge und q `den Querschnitt der

  Elektrolytsäule und p den spe'zifiachea Widerstand des Blektrol. ten

  bedeutete Da nun S für eisten gegebenem Elektrolyten konstant ist,

  kann eine Herabsetzung det Zurzachllugstromes nur durch Verlänge-

  rung des Blektrolytweges uald oder Verengung des Querschnittee er-

  zielt werden. Eine Verlängeä#nM des Blektroly-tweges mub? allein aus

  räumlichen Gründen ali wenig geeignet bezeichnet werden, und eiwe

  Verengung des Leitungewegeä ist gegen des dai4it erhc@:ter. 'Strrf@t@.-

  ;riderstandes unslveckmäßIg, . da damit gleichzeitig eise höhere @:-z`e@-gi

  Leistung f'är dieirkulatß.on den Elektrolyten gefordert wrird`.- Wird

  z. H. der heitungsdurcäteeser auf die Hälfte herabgesetzt#ab-sinkt

  die _heitfählkett des,llektx@tlytea .und demzufolge auch der Kuh z-

  ech3.ußstrom auf Y1/4. Die Pumpenleistung für die B1ektrolytzir'Ku-

  lation steigt jedoch hierbei auf das 3049he.

  Gemäß der Erfindung können-die-vorstehenden-Nachtelle bei, einer

  Betterle tue zwei oder vehatren elektrisch in Serit geschalteten

  und turne- i"tss:g', Oice@t a@ied@ra@ xgxbtusr@siaen .

  dadurch vermieden werden,

  daß zur Verringerung des inneren Verluatatromes Ventilklappen in den Blektrolytleitungen anpordnet sind, die bei nichtbe- wegtem Elektrolyten geschlossen sind.
• 'An Hand de--r Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Figur 1 zeigt-schematisch eine Anordnung von Brennstoffzellen, bei der als Elektrolyt KOH und als Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden. Der Elektrolyt tritt bei 1 in die Batterie ein, durchströmt die Brennstoffzellen mit den Elektroden 7 und verAßt bei 2 wieder die Batterie. Mit 3 ist die Wasserstoffeintrittesstelle und mit 4 die Wa®nerstoffaustri'ttsstelle der Bat-terie bezeichnet. Her Sauerstoff strömt bei 5 in die Batterie ein und verläßt sie bei 6. Inder Blektrolytzuflußleitung ist bei 8 jew,eils eine Ventilklappe eingebaut.

  Wenn die Blektrolytverteilungaleitungen iss Zellrahmen untergebrachi

  sind, dann werden die-Ventilklappen vorzugsweise an den Verbindungs;

  .stellen zweier Zellen eingebaut, da sie dann gleichzeitig die Dich-

  tung der Elektrolytletungen r ^i« die Tierabsetzung des Elektro-

  lytquernchnittes übernehmen. Wenn die Zersetzungsspannung den

  benutzten Elektrolyten durch dis Buame der Zsllspannnungen zweier

  (dreier) Zellen noch nicht erreicht wird, dann geneigt die Anbrin»

  gurg der Ventilklappen naoh-Jeder zweiten (dritten) Zelle.

  Figur 2 zeigt eine gemäß der Erfindung in die Eliktrolytleitung

  einzuhauende Ventilklappe, die aus dem Ring 11 und der daran be=

  befestigten Klappe 12 besteht. Eine Ventilkleppe,gemUc3 Figur '

  kann leicht durch Ausstanzen aus einer elastischen Folie her-

  gestellt werden.

  Die Funktion der Ventilklappen kann den Figuren 3a und 3b entnom-

  men werden, in denen 13 einen Diehtungsring und 1 4 die darar_ be-

  festigte Klappe beddutsi9 Ute 1'5 wird die Richtung des strömenden

  Elektrolyten angedeutet und 16 und 17 stellen die Rahmen zweier

  r

  hintereinander geschalteter Brennstoffzeilen mit den Bohrungen fLb

  den :1fktrolyten dar. Während der Zirkulation des Elektrolyten

  (Figur 3a) wird die Klappe durch den hydrodynamischen Druck ge-

  .'fnet. :Der Zeitungsquerschnitt wird in dieser Periode nur

  verändert und KurzschluD9tröme'bilden sich aus.

  Wird jedoch die Zirktien des ektzolyten unterbrochen, $o

  schließt sioh :die elautieths Klappe (73b) und der Qüersclrnit-

  der BlektxQ]qtleitu4 wird an dieser Stelle verringert, was :zu

  einer beträchtliclicass<lung den Bl<ktrolytkuresohlußetromee

  führt,

  Alleinige Voraus®etsung;fdas gintreten des in higur 3b dar-

  gestellten Zustandes ist, daig eine Zirkulation des lllektrolyten

  nicht stattfindet. Das let insbesondere dann der Fall, wenn die

  Batterie in unbelästetem Ruheauaatand ist und folglich die Abfuhr

  von Verlu®twärme und Reaktionaaprodukten aus der Batterie entfallt

  Da der Elektrolytkurzschlußström von der Batteriespannung abhängig-ist und die Ruhespannung der Batterie etwa 30 bis 50 ;b höher liegt als bei Abgabe von Leistung, ist er bei unbelasteten Batterien am größten. Mit steigender Belastung der 3atterie durch den Verbraucher fällt der Kurzschlußstrom uni damit die Verlustleiätung ab. Infolge des Elektrolytkurzschlusses findet also im Ruhestand einer Batterie mit beweglichem Elektrolyter, ein ständiger Verbrauch an Reaktionsgasen statt, was sich bei solchen Aggregaten, die lange Zeit in Betriebebereitschaft, also unbelastet, stehen, besonders ungUnstig auswirkt, da der währena der Strombelastung etzielte gute Wirkungsgrad den Systems durch den inneren Verbrauch während der Ruheperioden stark verringert wird, wenn man den Wirkungsgrad für die volle Einsatzzeit ausrechnet. Als Aggregate dieser Art werden hier beispielhäft Notstromaggregate genannt.
• Auch in belästetem Zustand kann ein zeitweises Schließen der Ventilklappen vorgenommen werden, nämlich dann, wenn zum Betrieb der. Batterie eine zeitlich unterbrochene Spülung ausreicht.
• Das ist sehr häufig der Fall. Die Unterbrechung der Elektrolytetrömun.g kann entweder für die ganze Batterie eintreten oder auci periodisch seich Uber einztlne Zellenpakete erstrecken.
• Als Werkstoff für die gemäß der Erfindung verwendeten Ventil-Llappen können alle Dichtungsmaterialien verwendet werden, die in da® Blektrolyt. b®etündig sind. Vorzugaweive werden -'da in Säuren urtd Brisen hinreichend beständig - Künatatoffe, Kautschuk se- verwendet.

  B a dl

  In einer Brenn®toffzellenbatterie mit 34 hintereinanderge-

  schalteten Zellen, die bei'Raumtemperatur eine Leistung von

  500 W hatte, wurde der-Elektrolyt (6 m KOH) parallel durch die

  Zellen gepumpt. Als Reaktipnsgase wurden H2 und 02- verwe:rdet.

  Der Kurzs*ch? ußatr om lag bei 1,5 A, die verlorene Leistung

  'bei 30 11.

  `,iterden nun in der eben beschriebenen Brennstoftzellenbatterie

  in die Blektrolftleituag Ventilklappen gdmäß Figur 1 einge-

  baut, so wird der Kurzechlußetrom dar unbelasteten. Batterie auf

  20 mA gedrosselt, die Verl®rens Leistung- liegt bei ca. 0,'T W.

  Hei Belastung mit der Xeleet fällt dis Yerluatlei®tung durch

  den Blektrolytkurzschluß vierend der Perioden der unterbrochene

  E:tektrolytzirkulation auf vK. 0,-4 W.

Claims (1)

1. Patenta..aspr"A;che 1. Batterie aus zwei oder mehreren elektrisch-in Serie ge- schalteten und durch einen flüssigen Elektrolyten mitein- ander verbundener Brennstorfzelleni dadurch. gekennzeichariet, d"--w(' zur t#l'errängerung des inneren Verlustetromes Ventilklappen in den Elektrolytleitungsn- angeordnet sind, die bei nicht- bewegtem Elektrolyten geschlossen sind. z. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzVichnet, daß die - Ventilklappen h4r in den Elektrolytleitungen jeder zweiten Zelle angeordnet sind: . 3. Batterie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappen aus einen abdichtenden Ring und einer daran befestigten Klappe bestehen. 4. Sattere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeiahnet:, daß die Ventil. klappen an den Verbindungsstellen der Elektrolytleitung zweier Brennstoffsehen angeordnet sind: 5. Batterie nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappen aus einem in Säuren und/oder Basen be- ständigem elaetieohen Material bestehen. -