DE1671760C3 - Galvanisches Element mit mindestens einer anodischen Halbzelleneinheit und einer kathodischen Halbzelleneinheit, die durch einen festen Elektrolyten getrennt sind - Google Patents

Galvanisches Element mit mindestens einer anodischen Halbzelleneinheit und einer kathodischen Halbzelleneinheit, die durch einen festen Elektrolyten getrennt sind

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DE1671760C3 DE1671760A DE1671760A DE1671760C3 DE 1671760 C3 DE1671760 C3 DE 1671760C3 DE 1671760 A DE1671760 A DE 1671760A DE 1671760 A DE1671760 A DE 1671760A DE 1671760 C3 DE1671760 C3 DE 1671760C3
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Description

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Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit idestens einer anodischen Halbzelleneinheit innerb des Gehäuses und einer kathodischen Halbzellenheil innerhalb des Gehäuses, die durch einen festen ktrolyten mit kristalliner Struktur getrennt sind, bei η der größere Gewichtsanteil aus Ionen des Alumims und Ionen des Sauerstoffs in Kristallgitterbinig sowie aus Alkalimetallionen, welche bezüglich des (15 Stallgitters unter Einfluß eines elektrischen Feldes idern, besteht.
d eines älteren Vorschlags isi ein knlionisch leitender, kristalliner fester Elektrolyt aus einem Mischkristallgitter und Kationen, die bezüglich des Kristallgitters unter Einfluß eines elektrischen Feldes wandern, wobei das Kristallgitter im wesentlichen zum grö-Deren Teil aus Ionen des Aluminiums und Sauerstoff; und zum kleineren Teil aus Ionen eines Metalls mil einer Wertigkeit nicht größer als 2 besteht und Kationen aufweist, die unter dem Einfluß eines elektrischer Feldes wandern.
Es wurde weiterhin auch ein Verfahren zur elektrochemischen Erzeugung von elektrischer Energie vorgeschlagen, bei welchem die in durch eine Trennwand getrennten Halbzellen enthaltenen geschmolzenen Reaktionspartner auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, wobei der anodische Reaktionspartner ein Alkalimetall ist, wobei man einen festen Elektrolyten als Trennschicht verwendet, der selektiv ionisch leitend hinsichtlich der Kationen des Alkalimetalls ist und dessen kristalline Struktur im wesentlichen aus Ionen des Aluminiums und Sauerstoffs und gegebenenfalls eines Metalls mit einer Wertigkeit nicht oberhalb von 2 in Kristallgitterbindung und Kationen des Alkalimetall!, welche bezüglich des Kristallgitters unter Einfluß eines elektrischen Feldes wandern, besteht.
Gegenstand eines weiteren Vorschlags ist ein galvanisches Clement, bestehend aus einer anodischen Reaktionszone, einer negativen Elektrode in dieser anodischen Reaktionszone, einer kathodischen Reaktionszone und einer positiven Elektrode in der kathodischen Reaktionszone und einem dazwischen angebrachten festen Elektrolyt mit kristalliner Struktur, wobei der feste Elektrolyt im wesentlichen aus Ionen von Aluminium und Sauerstoff in Kristallgitterbindung und aus Kationen, die hinsichtlich des Kristallgitters unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes wandern, aufgebaut ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein galvanisches Element mit mindestens einer anodischen Halbzeüeneinheit innerhalb des Gehäuses und einer kathodischen Halbzelleneinheit innerhalb des Gehäuses die durch einen festen Elektrolyten mti kristalliner Struktur getrennt sind, bei dem der größere Gewichtsanteil aus Ionen des Aluminiums und Ionen des Sauerstoffs in Kristallgitterbindung sowie aus Alkalimetallionen, welche bezüglich des Kristallgitters unter Einfluß eines elektrischen Feldes wandern, besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb der Anodenreaktionskammer ein Leiter, der sich aus der Anodenreaktionskammer erstreckt, in Berührung mit dem ge schmolzenen Alkalimetall steht, und daß innerhalb der Kathodenhaibzelleneinheit in elektrischer Berührung mit der Kathode ein elektrisch leitendes Fasermateria angeordnet ist, das die elektrische Verbindung zwischen der Kathode und dem festen Elektrolyten hergestellt und in Berührung mit einem als kathodischer Reaktionspartner dienenden Elektrolyten, der elektro chemisch umkehrbar reaktionsfähig mit dem Alkalimetall ist, steht, und Temperaturregeleinrichtungen vorhanden sind, um das Alkalimetall und den den kathodi sehen Reaktionspartner darstellenden Elektrolyten in· flüssigen Zustand zu halten.
Das erfindungsgemäße galvanische Element ist insbesondere für Sekundärbatterien oder Lagerbatterier geeignet.
Beim Betrieb werden die Zellen bei einer Tempera tür gehalten, die ausreicht, um sowohl den Anodenre aktionspartner als auc'i den Kathodcnrci-.ktionspartnei im geschmolzenen Zustand /11 halten. Der kathodisch^ Rcaktionspartner ist elektrochemisch umkehrbar reak
«onsfähig mit den Kationen des Alkalimetalis. Der felle Elektrolyt ist selektiv ionisch leitend für die Katioen des Alkalimetalls, wenn ein Unterschied des elek- «schen Potentials zwischen dem Anodenreaktions-•artner und einer Kathode in Berührung mit dem ka-Aodischen Reaktionspartner angelegt wird.
Die Erfindung wird im folgenden in Hand von speiellen Ausführungsformen dieses Elements, seines Aufhaus und Betriebes beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, worin ,
pig 1 die perspektivische Ansicht einer Gestaltungsform (jes Elements der Erfindung, wobei Teile des iußeren Gehäuses und innere Bestandteile entfernt sind um diese und weitere innere Bestandteile, deren Anordnung, Aufbau und Funktion zu zeigen, ,
Fig.2 eine schematische Seitensicht, teilweise im Schnitt einer unterschiedlichen Ausführungsform der Anodenreaktionskammer und des Zufuhrsystems des Elements gemäß F ig.l und
ρ j g 3 eine schematiche Ansicht einer Ausfuhrungsform der Temperaturregeleinrichtung, die zum Betrieb 4er erfindungsgemäßen Elemente verwendet werden
Entsprechend F i g. 1 besteht das Element 10 aus einem äußeren Metallgehäuse 11 mit einem sich nach auswärts erstreckenden Flansch 11-1 und einem Obenabschluß durch eine Metalldeckplatte 13. Die Deckplatte 13 ist am Flansch 11-1 durch eine Mehrzahl von BoI-ten- oder Schraubanordnungen 15 befestigt. Zwischen der Deckplatte 13 und dem Flansch 11-1 befindet sich ein Dichtungsbauteil 17, beispielsweise eine Asbestdichtung. Diese Dichtung dient auch als Polsterung zwischen der Metalldeckplatte und dem Gehäuse.
Das Gehäuse It und der obere Abschluß bilden eine Kammer 19. Im oberen Teil der Kammer 19 befindet 3; sich eine oder mehrere Anodenreaktionskammern 21, die als Anoden.eaktionspartner geschmolzenes Alkalimetall 23, beispielsweise geschmolzenes Natrium enthalten. Die Kammer 21 besteht aus einem praktisch geschlossenen Gefäß mit einem Oberteil 25. Der Behälter 21 hat Einlaßvorrichtungen, nicht gezeigt, durch den Deckel 25, die in Flüssigkeitsverbindung mit einer öffnung in der Deckplatte 13 gebracht werden können, die außen durch Einlaßeinrichtungen 27, die durch die Schraube als Leiter 29 und die Mutter 31 geschlossen gezeigt sind, angedeutet ist. Der Leiter 29 steht in Berührung mit dem Anodenreaktionspartner im Behälter 31 und dient als der negative Leiter von dem Element 10. Der Leiter 29 ist gegenüber der Deckplatte 13 elektrisch isoliert.
Sich nach unten erstreckend und in flüssiger Verbindung mit der Anodenreaktionskammer 21 stehend befindet sich eine Mehrzahl von polykristallinen, kationisch leitenden Rohren 33, in die das geschmolzene Natrium aus der Kammer 21 fließt. An sich gegenüberstehenden Seiten der Reihen der Rohre 33 angebracht befinden sich geeignete leitende Platten aus Fasermaterial 35, beispielsweise aus carbonisiertem Filz oder Tuch, welche mit dem Elektrolyten als kathodischem Reaktionspartner, beispielsweise einer ionisierten Kombination von Natrium und Schwefel, wie z. B. geschmolzenem Na2Ss, mit Graphitpulver imprägniertem Schwefel oder Schwefel allein, imprägniert ist, so daß die leitenden Faserplatten eine ausreichende Leitfähigkeit zwischen den Rohren 33 und der Primärkathode f>s ergeben, um den Betrieb der Zelle einzuleiten. Zwischen den inneren Paaren von Faserplatten 35 befinden ςίοΐι Metallolatien 37, die in elektrischer Verbindung mit dem Gehäuse 11 stehen. Die Platten 37 stellen^zusammen mit dem Gehäuse 11 die Kathoden des Elements dar. Selbstverständlich kann das Gehäuse 11 aus einem geeigneten Nichtleiter geformt sein. Die Platten 37 können mit den Rohren 33 und dem dazwischenliegenden Elektrolyten als kathodischen Reaktionspartner auf verschiedene Weise angeordnet sein. Die Einzelzellen, die eine Mehrzahl von Rohren 33 enthalten können, können elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sein.
Die Schraube 39, d.h. der positive Leiter des Elements, steht in elektrischer Verbindung mit dem Gehäuse 11.
Wenn die Leiter 29 und 39 durch ein leitendes Material elektrisch verbunden werden, bildet sich ein elektrischer Stromkreis, der dieses leitende Material, den Leiter 29, den Anodenreaktionspartner 23, die kationisch leitende Rohre 33, den Elektrolyten als kathodischen Reaktionspartner, womit die Faserplatten 35 imprägniert sind, die Faserplatten 35, die Kathodenplatten 37 und den Leiter 39 enthält. Beim Entladen gibt der Anodenreaktionspartner 23, d. h. das geschmolzene Natrium im Behälter 21 und den Rohren 33, Elektronen an den äußeren Stromkreis über Leitung 29 ab, wodurch sich Natriumionen bilden, die von dem Schwefel des Elektrolyten als kathodischen Reaktionspartners angezogen werden und durch die selektiv kationisch leitenden Rohre 33 gehen. Der im imprägnierten Zustand in den Faserplatten 35 vorliegende Schwefel nimmt die Elektronen aus dem äußeren Kreis über Leitung 39 auf und bildet Schwefelionen, die wiederum Natriumionen aus der Anodenhalbzelleneinheit anziehen. Im Ladekreis ermöglicht der kationisch leitende Elektrolyt, d. h. die Rohre 33, die selektive Rückkehr der Natriumionen aus dem Elektrolyten als kathodischen Reaktionspartner durch die Trennschicht in die Anodenkammer, wenn ein elektrischer Strom durch die Zelle zum Wiederaufladen geführt wird. Die hier angewandien festen Elektrolyte sind praktisch undurchlässig für die Reaktionspartner, wenn diese in Form von Elementen, Verbindungen oder Anionen vorliegen.
Der hier zu den Rohren 33 ausgebildete kationisch leitende feste Elektrolyt besteht aus einer kristallinen Struktur, wovon mindestens der größere Gewichlsteil aus Aluminiumionen und Sauerstoffionen in Kristallgitterbindung sowie aus Alkalimetallionen besteht, welche bezüglich dieses Gitters wandern, falls ein Unterschied des elektrischen Potentials an entgegengesetzten Seiten desselben auftritt.
Die Materialien, die unter Bildung der kristallinen Struktur vereinigt sind, können lediglich aus Aluminiumoxid und Natriumoxid in geeigneten Verhältnissen bestehen. Ein typisches Pulvergemisch enthielt vor der Sinterung etwa 7 bis 10 Gewichtsprozent Na2O, Rest praktisch AbOi.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der feste Elektrolyt aus kristallinen Mehrmetalloxiden, die aus einem größeren Gewichtsanteil von Ionen des Aluminiums und Sauerstoffs und einem kleineren Gewichtsanteil an Metallionen mit einer Wertigkeit nicht größer als 2 in dieser Kristallgitterbindung bestehen. Das Metall mit einer Wenigkeit nicht größer als 2 besteht vorteilhafterweise aus Lithium. Magnesium oder einer Kombination hiervon. Die z. B. durch die Bezugsziffer 33 in der F i g. 1 dargestellten Rohre lassen sich ■/.. B. entsprechend einer Ausführungsfovm nach folgenden Verfahren herstellen:
1. Sämtliche Ausgangsmaterialien wurden vor der
Verwendung getrocknet.
2. In gepulverter Form wurden Na2CCb, LiNCh und AI2O3 in ein Gefäß gebracht und mechanisch während 30 min vermischt.
3. Das Gemisch wurde auf 1250° C während einer Stunde erhitzt.
4. Das erhaltene Pulver wurde mit einem Wachsbinder vermischt und in eine Kautschukform (Polyurethankautschuk) gesiebt, in die ein praktisch zylindrischer Stahlkern eingesetzt wurde, der als Kern für diese Form diente.
5. Pulver und Form wurden dann isostatisch bei etwa 6330 kg/cm2 gepreßt.
6. Form und Kern wurden abgenommen und das erhaltene Rohr langsam auf etwa 5500C zur Entfernung des Wachsbinders erhitzt.
7. Die Rohre wurden in einem elektrischen Ofen in Gegenwart eines Pulvers der gleichen Zusammensetzung bei etwa 1460° C während etwa 2 Std. gesintert.
Eine typische Zusammensetzung des Pulvergemisches, gemessen vor der Sinterung, enthielt etwa 0,99 Gewichtsprozent L12O, 9,99 Gewichtsprozent Na2Ü, Rest AI2O3. Eine typische Zusammensetzung des Pulvergemisches mit Magnesium enthielt etwa 2,5 Gewichtsprozent MgO, 9,0 Gewichtsprozent Na2O, Rest AI2O3.
Beispiele für kristalline Mehrmetaüoxide sind solche, die einen größeren Gewichtsanteil an Aluminiumoxid, wobei der Rest aus einem größeren Anteil Natriumoxid und einem kleineren Anteil eines Oxides eines Metalls mit einer nicht mehr als 2 betragenden Wertigkeit besteht, enthalten, wobei der Aluminiumoxidbestandteil mehr als 80 Gewichtsprozent des Elektrolyten beträgt und im restlichen Anteil desselben das Gewichtsverhältnis von Natriumoxid zu dem Oxid des Metalls mit einer nicht größeren Wertigkeit als 2 mindestens 2 :1 beträgt. Bevorzugt sind Kristallstrukturen aus einem größeren Gewichtsanteil Aluminiumoxid und einer Restmenge, die im wesentlichen aus einem größeren Gewichtsanteil Natriumoxid und einem kleineren Gewichtsanteil Magnesiumoxid oder Lithiumoxid besteht, die durch Erhitzen der Bestandteile auf Krisiallbildungstemperatur gebildet wurden, wobei das Aluminiumoxid mehr als 80 Gewichtsprozent, insbesondere mehr als 85 Gewichtsprozent der Struktur, das Natriumoxid mehr als etwa 60 Gewichtsprozent des Restes und das Magnesiumoxid oder Lithiumoxid mehr als etwa 1 Gewichtsprozent des Restes, insbesondere 1 bis 4 Gewichtsprozent des Restes betragen. Beispiele für weitere verwendbare Metalloxide eines Metalls mit einer Wertigkeit nicht mehr als 2 sind Nickeloxid, Zinkoxid und Kobaltoxid. Bevorzugt erfolgt die Verpressung des Körpers bei einem Druck oberhalb von 700 kg/cm2 und die Sinterung bei einer Temperatur von oberhalb KKX)0C. Sehr günstige Körper werden bei einem Druck oberhalb etwa 7000 kg/cm2 und bei einer Temperatur oberhalb 17000C bei der Sinterung erhalten.
Weitere Beispiele für die kristallinen Elektrolyte sind kristalline Strukturen aus etwa mindestens 84 Molprozent Ionen von Aluminium und Sauerstoff, wobei der Rest aus einem Oxid eines zweiten Metalls besteht, die durch Erhitzen auf Kristallbildungstemperatur erhalten wurden. Bevorzugte Kristallstrukturen bestehen aus ^1 etwa 88 bis etwa 92 Molprozent eines Aluminiumoxids und entsprechend etwa 12 bis etwa 8 Molprozent eines Nairiumoxids.
Wesentlich für die feste Elektrolytschicht ist, daß sie aus einer größeren Gewichtsmenge an Ionen des Aluminiums und Sauerstoffs und gegebenenfalls einer kleineren Menge an einem oder mehreren Metalloxiden mit einer Wertigkeit nicht oberhalb von 2 besteht und Ionen eines Alkalimetals, beispielsweise Natrium, Kalium oder Lithium aufweist, die bei Anlegen eines elektrischen Potentials gegenüber dem Kristallgitter zur Wanderung kommen.
Die Metallplatten 37 und das Gehäuse 11 sind vorzugsweise aus Aluminium oder einer geeigneten Legierung desselben gebildet, wobei die Oberflächen, welche dem Elektrolyten als kathodischen Reaktionspartner ausgesetzt sind, mit einem geeigneten Metall oder einer derartigen Legierung ausgekleidet oder überzogen sind. Der Überzug muß physikalisch und chemisch beständig gegenüber Angriff durch den Elektrolyten sein und besteht beispielsweise aus Chrom, Titan, Chromel u. dgl. Derartige Überzüge oder Abdeckungen können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Elektroplattieren, Auftragung und Zersetzung von Metallsalzen, Vakuumabscheidung u. dgl.
Die Platten aus Fasermaterial 35 halten den als kathodischen Reaktionspartner dienenden Elektrolyten und dienen als Stromsammler für die Platten 37 und ergeben einen großen Oberflächenbereich je Volumeneinheit. Derartige Materialien können aus Graphit oder Kohlenstoffasern hergestellt werden, die zu Tüchern, Filzen u. dgl. gewebt oder verarbeitet werden. Beispiele für derartige Materialien sind in der USA.-Patentschrift 32 14 647 beschrieben.
Der Metallbehälter 21 muß aus einem Metall oder aus einer Legierung gefertigt sein, welches dem Angriff durch geschmolzenes Natrium widersteht, beispielsweise Chromel. Falls eine direkte Dichtung mit den Trennschichtrohren angewandt wird, sollte mindestens derjenige Teil des Gefäßes, der das Rohr berührt, einen Ausdehnungskoeffizienten in der Nähe desjenigen des Rohres besitzen, wie es z. B. bei Niob der Fall ist. Bei anderen Ausführungsformen kann diese Art der direkten Dichtung vermieden werden.
In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Anodenreaktionspartnerbehälteranordnung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform hat eine Reihe von Rohren 133 dieselbe Funktion wie die Rohre o3 der F i g. 1. Die Rohre 133 stehen in Flüssigkeitsverbindung mit dem Verteiler 135. Die Rohre 133 und der Verteiler 135 sind aus dem gleichen Material wie die Rohre 33 der F i g. 1 gefertigt. An dem Verteiler 135 sind die Rohre 133 mittels Glasdichtungen 137 angebracht Der Verteiler 135 hat eine untere Platte 135-1 und eine obere Platte 135-2, die aneinander durch Glasdichtungen 139 gedichtet sind und eine Kammer 141 bilden. Die Kammer 141 dient als kleiner Behälter zur unmittelbaren Zuführung des Anodenreaktionspartners an die Rohre 133 und enthält eine Metalianode 142, die durch eine öffnung 135-3 in dem Verteiler 135 austritt Die öffnung 135-3 ist mittels einer Glasdichtung 143 abgedichtet Die Kammer 141 des Verteilers 135 steht in Flüssigkeitsverbindung mit einem Rohr 145. Rohr 145 unc Verteiler 135 sind mittels der Glasdichtung 147 verbun den. Das Rohr 145 steht in Flüssigkeitsverbindung mi' dem Hauptbehälter 175. Das Rohr 145 hat einen siel nach auswärts erstreckenden Flansch 145-1 am oberer Ende, der einem entsprechenden Flansch 173-1 am un teren Ende des Rohres 173 gegenübersteht. Zwischei den Flanschen 145-1 und 173-1 angebracht liegt ein me
tallischer O-Ring 149. Die Flansche 145-1 und 173 1 werden zwischen Klammereinrichtungen 151 und 153 gehalten, die zum Anpressen der Flansche 145-1 und 173-1 auf den O-Ring 149 angezogen werden können. Eine Mehrzahl solcher Behälter wie 175 können zur einzelnen Speisung einer Mehrzahl von solchen Verteilern wie 135 angewandt werden. Falls die durch die Verteiler zu speisenden Zellen parallel geschaltet sind, kann ein solcher Behälter wie 175 zur Speisung einer Mehrzahl von Verteilern, die die Rohre einer Mehrzahl von Zellen versorgen, verwendet werden. Wenn der Anodenleiter in der Verteilung 135 angebracht ist und der Hauptbehälter davon in einem Abstand angebracht ist und lediglich durch eine sehr kleine Leitung verbunden ist, kann der Anodenreaktionspartner im Behälter 175 bei einer weit niedrigeren Temperatur gehalten werden, als sie in der Reaktionszone angewendet wird, beispielsweise 100°C, während die Temperatur des Natriums im Verteiler und in den Rohren bei etwa 300°C gehalten wird. In der F i g. 2 ist auch ein Ventil 155 gezeigt. Das Ventil 155 stellt eine Einrichtung zum Abschließen der Zufuhr des Anodenreaktionspartners zu dem Verteiler dar, wenn die Zelle nicht in Betrieb ist oder beschädigt wurde. Das Ventil 155 kann aus einem springfederbedienten, hermetisch abgeschlossenen Solenoidtypventil bestehen, welches elektrisch mit dem äußeren Stromkreis verbunden ist und betätigt wird, wenn die Spannung des äußeren Kreises unterhalb eines bestimmten Wertes abfällt.
Bevorzugt findet sich eine anodische Halbzelleneinheit innerhalb des Gehäuses mit einer Mehrzahl von kationisch leitenden rohrförmigen Bauteilen 33.133 aus festen Elektrolyten in Flüssigkeitsverbindung mit einem gemeinsamen Behälter 25, 141 und einem die elektrische Verbindung zwischen der Kathode und den äußeren Oberflächen der rohrförmigen Bauteile 33.133 ergebenden faserigen Material 35 in Berührung mit einem den kathodischen Reaktionspartner darstellenden Elektrolyten.
Günstigerweise weist das Alkalimetall 23 innerhalb des gemeinsamen Behälters 25. 141 eine Temperatur um mindestens 100"C unterhalb der Temperatur des Alkalimetalls innerhalb der rohrförmigen Bauteile 33, 133 auf, wenn die Batterie in Betrieb ist.
Die Temperaturregelung des Elements kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen bewirkt werden. Bei einer Ausführungsform kann ein Teil der Energieabgabe des Elements zu dieser Funktion eingestellt werden. Eine derartige A"sführungsform ist in F i g. 3 dargestellt. Bei der in F i g. 3 gezeigten AusführungsfoTn ist ein Teil des Gehäuses 200 weggeschnitten, um einen Temperaturprobenehmer 201. der innerhalb des Elements angebracht ist, zu zeigen. Die Sonde 201 steht in
ίο thermischer Verbindung mit einem Bimetallschaltarm 205-1 eines Schalters 205 über einen Leiter 203. Der Schaltarm 205-1 ist elektrisch mit der negativen End: stelle des Elements über den Leiter 207 verbunden und ist voreingestellt, um eine offene Stellung über einen bestimmten Betriebstemperaturbereich einzunehmen. Wenn die Temperatur der Zelle unterhalb eines bestimmten Wertes fällt, bewegt sich der Schaltarm 205-1 zu dem Kontakt 209 und schließt einen Heizstromkreis, der den Leiter 211 und eine Widerstandsheizeinrichtung 213 enthält. Wenn die Temperatur bis zu einem bestimmten Wert gestiegen ist. wird der Kontakt unterbrochen und der Kreis geöffnet. Wenn die Temperatur der Zelle oberhalb eines bestimmten Wertes steigt, beispielsweise wenn eine starke Abnahme von elektrischer Energie erfolgt, bewegt sich der Schwingarm 205-1 zu dem Kontakt 215 und schließt einen Kühlstromkreis, der einen Leiter 217 und Kühleinrichtungen, hier beispielsweise durch ein Gebläse 219 dargestellt, umfaßt. Das Gehäuse 200 hat (nicht gezeigt) Einlaß- und Auslaßeinrichtungen, die sich öffnen, um den Durchgang von Luft durch Wärmeaustauschgänge innerhalb des Gehäuses 200 beim Betrieb des Gebläses 219 zu erlauben, und sich schließen, wenn die Temperatur der Zelle unterhalb eines bestimmten Wertes abfällt, wodurch der Schaltarm 215-1 sich von dem Kontakt 215 wegbewegt und der Kühlstromkreis unterbrochen wird.
In einer günstigen Ausführungsform besteht somii die Temperaturregelungseinrichtung aus einer Tempe ratursonde 201. die mit einem Schaltarm 205-1 verbun den ist. durch den entweder ein Heizstromkreis au; Leiter 211 und Widerstandserhitzer 213 oder ein Kühl Stromkreis aus Leiter 217 und Kühleinrichtung 219 be dient wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
509 645/:

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Galvanisches Element mit mindestens einer anodischen Halbzelleneinheit innerhalb des Gehäuses und einer kathodischen Halbzelleneinheit innerhalb des Gehäuses, die durch einen festen Elektrolyten mit kristalliner Struktur getrennt sind, bei dem der größere Gewichtsanteil aus Ionen des Aluminiums und Ionen des Sauerstoffs in Kristallgitterbindung sowie aus Alkalimetallionen, welche bezüglich des Kristallgitters unter Einfluß eines elektrischen Feldes wandern, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Anodenreaktionskammer (21) ein Leiter (29), der sich aus der Anodenreaktionskammer (2t) erstreckt, in Berührung rr.it dem geschmolzenen Alkalimetall (23) steht, und daß innerhalb der KathodenhaJbzelleneinheit in elektrischer Berührung mit der Kathode ein elektrisch leitendes Fasermaterial (35) angeordnet ist, das die elektrische Verbindung zwischen der Kathode und dem festen Elektrolyten herstellt und in Berührung mit einem als kathodischen Reaktionspartner dienenden Elektrolyten, der elektrochemisch umkehrbar reaktionsfähig mit dem Alkalimetall ist, $teht, und Temperaturregeleinrichtungen (F i g. 3) vorhanden sind, um das Alkalimetall und den den kathodischen Reaktionspartner darstellenden Elektrolyten im flüssigen Zustand zu halten.
2. Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine anodische Halbzelleneinheit innerhalb des Gehäuses mit einer Mehrzahl von kationisch leitenden rohrförmigen Bauteilen (33, 133) aus felter. Elektrolyten in Flüssigkeitsverbindung mit einem gemeinsamen Behälter (25, 141) und einem die elektrische Verbindung zwischen der Kathode Und den äußeren Oberflächen der rohrförmigen Bauteile (33, 133) ergebenden faserigen Material (35) in Berührung mit einem den kathodischen Reaktionspartner darstellenden Elektrolyten.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennteichnet, daß das Alkalimetall (23) innerhalb des gemeinsamen Behälters (25, 141) eine Temperatur um mindestens 100° C unterhalb der Temperatur des Alkalimetalls innerhalb der rohrförmigen Bauteile (33,133) aufweist, wenn die Batterie in Betrieb ist.
4. Element nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelungseinrichtung aus einer Temperatursonde (201), die mit einem Schalt- »rm (205-1) verbunden ist, durch den entweder ein Heizstromkreis aus Leiter (211) und Widerstandserliitzer (213) oder ein Kühlstromkreis aus Leiter (217) und Kühleinrichtung (219) bedient wird.
DE1671760A 1966-09-28 1967-09-01 Galvanisches Element mit mindestens einer anodischen Halbzelleneinheit und einer kathodischen Halbzelleneinheit, die durch einen festen Elektrolyten getrennt sind Expired DE1671760C3 (de)

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