DE1671931A1 - Brennstoffbatterie - Google Patents

Description

Dipf.-Ing. Dipl. oec publ. - DIETRICHLEWINSKY PATENTANWALT iC7ino-i Wwhen 2Ϊ . Gottfnnbtr. 8I 1671931

Telefon 5617i2

22.Februar 1968 4973-Il/Gd

SocietS G-e'ne'rale de Constructions Electriques et MeOaniques (ΑΙ31ΊΙ0Μ), Paris 16, Avenue Kleber 38 (Prankreich

"Brennstoffbatterie"

Französische Priorität aus der französischen Patentanmeldung vom 24. Februar 196? Ur. 2733 (Beifort)

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffbatterie mit in Elektrolyten enthaltenen oxydierenden und reduzierenden Realrfcionsmitteln und mit vielfach gestapelten Zellen aus jeweils einer geringen Anzahl unterschiedlicher allgemein folien- oder plattenförmiger Teile, die zu den gestapelten Platten oder Folien senkrecht verlaufende ijlektrolytzufluß- und Abflußkanäle bildende Zellenaus- tyijiiruii^iin und von deren j..aindungen v.r. den -Elektroden in uzv/. aua deren Übonu die ^laktrolytstronnng umlenkende Leiti:;>nü,le aufweisen.

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BAD ORJQINAt

In den Ausführungsbeispielen bekannter Batterien, bei denen sich, jede Elementarbatterie der Anordnung aus zwei . durch eine halbdurchl&ssige Wand voneinander getrennte Halb-Batterien zusammensetzt, bewegt sich der Elektrolyt, der ein in einer der Halb-Batterien umfließendes Reaktionsmittel trägt, senkrecht gegenüber dem Elektrolyten, der das in der zweiten Halb-Batterie umfließende Reaktionsmittel trägt_o

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Die mit diesen Anordnungen erzielten Ergebnisse erwiesen sich als hervorragend. Es hat sich indessen jedoch herausgestellt, daß die zueinander senkrechte Anordnung der Flußrichtungen der Elektrolyten in jedem Batterieelement eine gewisse Anzahl von Nachteilen mi<t sich brachte.. Ein erster Fachteil besteht darin, daß mit einer solchen Strömungsart die Scheidewand in jedem Punkt einem Druckunterschied unterworfen ist, der sich in der Richtung Wk beiderseits der Winkelhalbierenden der Flußrichtungen ändert. Außer der mechanischen Belastung, der die Scheidewand unterworfen ist und durch die die Verwendung von sehr zerbrechlichen Membranen unmöglich ist, ruft der Druckunterschied in dem Fall, daß die Scheidewand gegenüber Flüssigkeiten eine gewisse Durchlässigkeit besitzt, eine Zwischendiffusion der Elektrolyten hervor, aus der sich ein Energieverlust und andere unangenehme Folgen ergeben. Ein zweiter ITachteil besteht darin, daß zwei läläktrolytenwege, die sich in einem-Punkt der Batterie beiderseits der

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Scheidewand kreuzen, nicht den gleichen Weg-gehabt haben, so daß ihr Erschöpfungsgrad des Reaktionsmittels nicht der gleiche ist und demzufolge die örtliche Stromdichte stets durch den weniger konzentrierten Anteil eines Elektrolyten begrenzt ist«_ Ein dritter Nachteil, der sich aus den vorhergehenden ergibt,, besteht darinj. daß für gewisse Elektrolytwege die Erschöpfung des Reaktionsniittels nur sehr klein im Verlauf der Durchquerung der Batterie ist, während es aus verschiedenen Gründen vorteilhaft ist, ein M starkes Erschöpfen der Reaktionsmittel im Lauf eines DurchfX-iiü's zu begünstigen. Ein vierter Nachteil besteht darin, daß die Breite der Elektrode für eine Halb-Batterie gleich der Länge der Elektrode für die gegenüberliegende HaIb-Battcrie ist„ Daraus ergibt sich, daß die quadratische !Form die i'Llr die Elektroden praktisch alleinig mögliche ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffbatterie der eingangs genannten Art unter Vermeidung der

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vorstehend genannten Nachteile zu schaffen, in der in einer die Batterie bildenden Halbsellen der eines der Reaktions- ::.ittel tragende Elektrolyt gleichzeitig parallel zur Llittelebone der Jlolrtrode und parallel zu dem Elektrolyten umfließt, der das andere Reaktionsmittel enthält und in der anderen Halb-Batterie umfließt„ Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Brennstoffbatterie vor allem dadurch gelöst, daß erfindungKgemäß,die Aussparungen auf zumindest, einer Seite aller Zallenteile durch eine Reihe voneinander

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getrennter etwa-parallel zu dieser Seite ausgerichteter Bohrungen gebildet sind, die nach der Stapelung eine Reihe paralleler Längskanäle bilden, von denen die geradzahligen mit dem das eine Reaktionsmittel enthaltenden Elektrolyten und die ungeradzahligen mit dem das andere ReaktiönsKÜttel enthaltenden Elektrolyten gespeist ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen ^ Brennstoffbatterie besteht darin, daß die Leitkanäle durch in die gegen jede Seite einer Elektrode gedrückten Rahmen eingebrachte Spalte .gebildet sind, die die Rahmenaussparungen mit den Öffnungen verbinden. Die Öffnungen sind jeweils in die ungeradzahligen Rahmen, wenn es sich um gleichartige Halb-Batterien einer Polarität handelt, oder in die gerad-■ zahligen Rahmen eingebracht, wenn es sich um gleichartige Halb-Batterien der anderen Polarität handelt.

fc ' Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie besteht darin, daß sich das in die Rahmenaussparung mündende 'Ende jedes Spaltes auf der Llittellinie zwischen, zwei aufeinander folgenden Öffnungen befindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie besteht darin, daß die Spalte senkrecht sum Rand des Rahmens in die Rahmenaussparung münden. -.. '

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Weitere Eierkraale und durch, sie erzielte Vorteile gehen aus der sich auf die Zeichnung beziehenden Beschreibung hervor*-In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie mit vielfach gestapelten Zellen aus jeweils einer geringen Anzahl unterschiedlicher allgemein folien- oder plattenförmiger Teile schematisch dargestellte

Die Elektrode 1,; die gleichzeitig die Rolle des hydraulischen Trenngliedes zwischen zwei aufeinander folgenden Elementarbatterien bildet, liegt zwischen den Rahmen 2, denen sich eine halbdurchlässige Wand 5 anschließt, die zwei Halb-Batterien einer Elementarbatterie trennt.

Die vorzugsweise quadratische oder rechteckige Elektrode hat einen mittleren Teil 4 mit Efetzstruktur, deren Maschen. oder Poren in ihren Abmessungen die gleiche Größenordnung

wie die Elektrodenstärke besitzen. Die Elektrode 1 kann ^

ein Metallgewebe, ein Gitter, eine ausgewalzte Metallfolie, eine in Einbuchtungen oder Ausbuchtungen gepreßte Folie, usw#ο ο sein· In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat man angenommen, daß es sich um eine gepreßte Folie handelt. Die Elektrode 1 besitzt an ihren Seiten einen ebenen Randteil 5, der gegen zwei isolierende Rahmen 2 aus beispielsweise Plaetikma1?erial gedrückt wird, deren Abmessungen denen des ebener* Ie 11 a 5 der Elektrode entsprechen und die insbesondere dienen^ die elektrolytischen Behälter festzulegen und

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zu umrahmen und ihre."/Dichtigkeit zu gewährleisten.. Die Stärke der Rahmen "2 ist derart gewählt, daß sich der ausgebuchtete. Teil jeder/Elektrode genau in Kontakt mit den anliegenden Scheidewänden 3 befindet»

Die isolierenden Rahmen 2 ₉ die ebenen Teile 5 der Elektroden 1 und die Ränder der halbdurchlässigen Scheidewände 3 sind auf einer ihrer Seiten (beispielsweise -auf der oberen Seite) von einer Reihe von Öffnungen 6 durchquert, die hier rechteckförmig dargestellt sind> jedoch auch quadratisch, kreisförmig sein können oder jede passende einfache. i¹ orm besitzen können, deren Zusammenwirken nach Stapelung die parallelen Kanäle festlegt, von denen die ungeradzahligen durch den eines der Reaktionsmittel tragenden Elektrolyten gespeist werden, während die geradzahligen Kanäle durch den das zweite Resktionsmittel tragenden Elektrolyten gespeist werden.. Die isolierenden Rahmsn 2 trennen jede Elektrode 1 von der anliegenden Scheidewand 3, d.h. legen die Umrahmung des.elektrolytischen Raumes fest und-weisen außerdem, eine Reihe dünner Spalte auf, die ^eie mittlere Aussparung mit jeder zweiten der in die Rahmen eingebrachten Öffnungen verbindet» Die Spaltaader die Einrahmung der beid-en elektrolytischen Räume-einer Elementarzelle beiderseits der Scheidewand 5 festlegenden Rahmen sind derart angeordnet, daß die eines Rahmens mit der Reihe der öffnungen verbunden sind, durch die der eines der Reaktionsmittel tragende Elektrolyt hindurchgeht, während die Spalte des anderen

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Rahmens mit der Reihe der Öffnungen verbünde«, sind, durch die der das andere Reaktionsmittel tragende Elektrolyt hindurch

Die im folgenden betrachtete Seite ist die .Einspeisungsseite. Auf der gegenüberliegenden Seite "(hier dxB untere Seite) sind die komponenten in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Öffnungen und Spalten versehen, die identisch oder symmetrisch zu denen sind, die in die erste (obere) Seite eingebracht Wurden» Es ist jedoch für verschiedene Anwendungsfälle möglich, auf der zweiten die Abflußseite darsteilenden Seite genau soviel Spalte in jeden Rahmen einzubringen, wie es Öffnungen in einer Reihe gibt. In einer Ausführungsform können die auf dies'er Abflußseite eingebrachten Öffnungen teilweise oder völlig miteinander verbunden sein., .-^{; :}. -■·" .. "■■"; -

Das Ende jeden in die große mittlere Rahmenaussparung

iaündenien Spaltes 7 befindet sich 'vor zugsweise etwa'.auf der Mittellinie zwischen" der Öffnung. ö, von wo der Spalt aucjeht, und,der unmittelbar folgenden Öffnung*

Vorzugsweise- sind die Spalte 7 so geformt, daß sie senkrecht zum Ptcnd des Rahmens 2 in die Rahmenaussparung mündenc

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.Der Eiaschenförniige Teil 4 und der ebene Randteil 5 jeder lilektrode 1 können Teil eines durch .Fressung eines dünnen λ. Leiterfolienteils erhaltenen Stückes sein»-. =....-.^:-^_ ". ;

Der maschenförmige Teil 4 kann ebenfalls an dem ebenen.. Randteil angebracht sein· - ■ ■"■..--■-.

Die ebenen Randteile 5 können aus isolierendem Material bestehen oder mit einer isolierendenSchicht bedeckt sein»

Die Kombination der Slementarbatterien wird durch wiederholteStape'lung. von umsomehr Elementarfolgen der Komponenten 1,2 5— in ihrer.Zuordnung zueinander - erhalten, als cian Elementarbätterien in einem einzigen Eodul zusamiaenfassenwill..-. Diese wiederholte Stapelung wird. bGispie.lavveise. durch nicht'dargestellte Bolzen zwischen zwei Endplatten 9 und 10 zusammengepreßtj auf denen ein Zufluß 11 und ein nicht dargestellter Abfluß des einen der Slektrolvten und ein Zufluß 12 und ein nicht dargestellter Abfluß des anderen-Elektrolyten angebracht sind. Jeder Zufluß- oder Abflußflansch ist mit nicht dargestellten Verteilerkanälen: verbunden» die Teil einer Anpreßplatte.9 oder 10 sind und mit einem Ende der Kanäle verbunden sind, die nach der Stapelung durch die Öffnungen 6 der Seiten der Komponenten 1, 2 und 3 gebildet werden.

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Eine vollständige Brennstoffbatterie besitzt unter -anderem eine gewisse-Anzahl von niolit dargestellten Elementen; Mittel, -uiii gin^Eeduktionsmittel in lasting oder in Emulsion In 'elnen Elektrolyten oder einen leil eines Elektrolyten zu geben,, iuittel, um ein Oxidationsmittel in Lösung oder in Emulsion in einen zweiten ElektrOljrten oder einen zweiten leil eines Elektrolyten zu geben, iiittel, um die die Heaktionsmitiel enthaltenden Elektrolyten durch kompakte Anordnungen fließen zu lassen, und Kanäle, die das Zufließen der.!!IeIc- * trolyten oder der !eile der Elektrolyten in die kompakte Anordnung ermöglichen. Außerdem kann eine AbsäugevQrriehtung, die es ermöglicht, Reaktionsprodukte herauszuziehen und . - ■ abzuführen, und ain Kühler vorgesehen sein, der es ermöglicht, die durch die Polarisationen der Batterien erzeugten v/ärmemengen zu beseitigen« Der Elektrolyt kann die Rolle der wärmetragenden Flüssigkeit⁷ spielen und die in der Anordnung erzeugten Kalorien nach außen tragen* .Der' Kreislauf des Elektrolyten kann offen" kein* Dabei-muß über eine I¹IUsε-iglreits- M reserve verfügt worden, uio den Elektrolyten bildon kann« Der Kreislauf dos Elektrolyten kann geschlossen sein. In dies er. Fall, v/er λ on die Elektrolyten oder die Seile der Elektrolyten nach dem Durchgang durch die Anordnung v,'iüc!er zurückgeführt»

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Claims (1)

1. DIETRICHLEWINSKV TRT-IC-,

   PATENTANWAiT Τ57Ί

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   München» - J

   telefon 561762

   rale a-; Constructions Jltccri^u

   Brei:niitüi"foatterie mit in ^leictrolyten erth::.ltonen oxydierenaen unci raduzierezL-sn IlecktioneriV&n wad mit _ vielfach gestapelten rollen aus jsv/eils einer f-;eriu_oen Anzahl ./unters cliieülioher all~o:r.ein i'c oder. platteniTörr.-i^er i-eile, die zu den ^-astaoo I-'latten oder F'olien senlcreckt verlauf ends jilelr^ zufluiS- und AöfluSkanäle bildende Zcllenaus3pDruii£-en lind von derer: ^luiidun^en an dan jilek-trodea in Όζνί, aus deren Ebene die Ulektrolytströsung urrilenlronde LeitkanOe aufweisen, dadurch gekennzeichnet , 'daß die? Aus spar un^en (6) auf zumindest einör Seite aller Seilen teile a-.rch eine ileilie voneiiiariae-¹ jetroni-ter etv;a r^rallel zu ^: ■'. dieser Seite £'r; yricL^ttr 2c\.r^n^en ^o .ildut aina, die nach-der 3t:,i^lung eine lieiiiü pi.,.-al"i eier ^än^u-iinLlle bilden, von denüi. Uie ;3raisau3i^en :.,it άϋΐ ats euiioaktiononiittel üiitha] xoridsn ^iI^i:trollten und -die un^eradzalili^en :_;.it du:.; cu-s ;..ndare itenlctionarittöl haltenden Kloktrolyten jeapeist is.t_e

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   2 β Brennstoff batterie iiaeia Anspruch 1_f dadurch gekeilte lehne t, -, dtj.Z die LaitfeinUle durch In die /ga^en jede Seite_ einer

   -iläiiiaOd.e (.T)- ^drückten Hahßien (2). .eingstraGhte Spalte -." (7) ^vi":xlaat sinir» die die Hamaeiiauacparmigen (3) mit .dan

   3ο ."■■irov.nstoif-bs't't-srie "iiacli- Änspruili 2, dadurch, gekennzsielinet., ύ,ι2 sicli" 4"-S-" in äie Sahmenaussparung (S) mündende 2nde

   jedes Söaltäa (^ri):eaz£ der' iLitt el linie zwischen zwei ^j

   auieinündör: folgeiiden öf"fö«a§en. (6) befinaet.- ...

   ;, Breniistöf'füat-teriä iiaela Aiispiuicii 2. oder-5, -dadurch ' .

   "-. " sokermsalehnet, daß die Spalte (7) S-eii^r-: ;1it 2um Rand des. Bai:assiis,\-(-2) in .die.Hahmenaussparmig..". [S) münden_:0

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