DE1671932C3

DE1671932C3 - Brennstoffbatterie

Info

Publication number: DE1671932C3
Application number: DE19681671932
Authority: DE
Inventors: Bernard Paris; Verger Bernard Palaiseau; Warszawski (Frankreich)
Original assignee: Societe Generale De Constructions Electriques Et Mecaniques Alsthom S.A., Paris
Priority date: 1967-02-24
Filing date: 1968-02-22
Publication date: 1977-05-18

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffbatterie, bestehend aus einem Stapel von Zellen, die Elektrodenplatten, Separatoren und Zwischenrahmen aus isolierendem Material umfassen, wobei die Elektrodenplatten einen maschenförmigen oder porösen mittleren Teil besitzen, derart, daß ein Elektrolyt und ein geeignetes Reaktionsmittel parallel zur Plattenfläche von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand der Elektrode zu fließen vermögen, und wobei die Zwischenrahmen Zu- und Abflußöffnungen für den Elektrolyten und die ReaktionsmiUel bezüglich der Zellen besitzen und Löcher aufweisen, die in Flucht mit Löchern in benachbarten Zwischenrahmen Sammelkanäle bilden.

Bei der Herstellung derartiger Brennstoffbaiterien ist ein zusammenhängendes Ausschneiden des äußeren Umfangs der Elektrodenplatten bzw. Separatoren erforderlich. Dieses Ausschneiden ist besonders schwierig, wenn die Elektroden aus einem mit leitendem Material beaufschlagten Plastikmaterial und die Separatoren aus einer Ionenaustauschermembran bestehen. Außerdem verformen sich diese Membranen während der Zusammenpressung der Batterieanordnung und verstopfen teilweise die für den Durchgang des Elektrolyten vorgesehenen Zu- und Abflußöffnungen und Sammelkanäle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

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60 Brennstoffbatterie der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein sicheres Durchlaufen des Elektrolyten gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrodenplatten und gegebenenfalls die Separatoren in Rahmen aus isolierendem Material eingesetzt sind und daß die lichten Weiten der Zwischenrahmen geringer als die Abmessungen der Elektrodenplatten bzw. der Separatoren gewählt sind, wobei die Rahmen ebenfalls Löcher in Flucht mit den Löchern der Zwischenrahmen besitzen und zur Bildung der Sammelkanäle beitragen.

Der mittlere Teil der Elektrode oder des Separators hat so eine einfache, vorzugsweise quadratische oder rechteckige Form, und benötigt keine Speziaiausschneidungen. Solche sind demgegenüber in den Rahmen, die die Elektroden bzw. Separatoren umgeben, vorgesehen; da diese Rahmen aus isolierendem Material, z.B. Plastikmaterial bestehen, lassen sich derartige Schneidarbeiten besonders einfach durchführen. Außerdem sind die öffnungen und Sammelkanäle, die zum Durchleiten des Elektrolyten dienen, in einem Material gebildet, das sich nicht verformt. Aufgrund der Tatsache, daß die Zwischenrahmen größer als die Rahmen der Elektroden und Separatoren sind, ist das gleichzeitige Zusammendrücken der Zwischenrahmen und des Umfangbereichs der Elektroden bzw. der Separatoren möglich. Die Zwischenrahmen haben eine genügende mechanische Festigkeit, um den zusammengedrückten Teil der Separatoren zu umfassen und verringern so die Leitwege elektrischer Verluste längs der Elektroden bzw. Separatoren.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Unter »maschenförmigen oder porösen Elektrodenplatten« wird im Sinn dieser Anmeldung eine für den Elektrolyten durchlässige Oberflächenstruktur der Platten verstanden, derart, daß der Elektrolyt, wenn er an einer Stirnseite zugeführt wird, durch diese maschenförmige oder poröse Struktur parallel zur Plattenfläche zur gegenüberliegenden Stirnseite fließen kann. Hierzu kann die Elektrodenoberfläche beispielsweise eine poröse Schicht tragen, mit einem Netz oder Gewebe versehen sein oder auch in einer Prägepresse mit einer waffelähnlichen Struktur versehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe dreier Figuren näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 in perspektivischer Ansicht die verschiedenen Bauteile einer Zelle der Batterie,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Zelle nach F i g. 1 und F i g. 3 eine Batterie gemäß der Erfindung, bestehend aus einem Stapel mehrerer Zellen.

In F i g. 1 ist eine Reihe von Teilen einer Zelle dargestellt, deren wiederholte Stapelung eine Anordnung einer großen Anzahl von Zellen auf einem geringen Raum zu erhalten ermöglicht.

Eine Elektrode 1 besteht aus einem quadratisch geschnittenen mittleren Leiterteil 2 mit poröser oder Netzstruktur, d.h. einer Struktur wie die eines Metallgewebes, einer ausgewalzten Metallfolie, bei- «pielsweise gepreßter Struktur, und einem flachen Rand 3. Dieser mittlere Teil 2 liegt in einem Umfangsrahmen 4 aus isolierendem Material, der zwei Reihen von öffnungen 5 für das Durchführen des Elektrolyten in Längsrichtung in der Anordnung und Löcher 6 für den Durchgang der Stäbe zum Zusammendrücken der Anordnung aufweist

An dieser Elektrode liegt ein Rahmen 7 aus isolierendem Material an, der die gleichen Öffnungen 5 und Löcher 6 wie der Rahmen 4 aufweist, dessen innerer Umfang jedoch den inneren Umfang des Rahmens 4 überdeckt An diesem Rahmen 7 t^gt ein Rahmen 8 aus isolierendem Material an, der die gleichen Abmessungen und die gleichen Öffnungen und Löcher und außerdem Leitkanäle 9 aufweist, die die Mitteiaussparung des Rahmens 8 mit den geradzahligen Öffnungen der oberen Reihe und den ungeradzahligen Öffnungen der unteren Reihe verbinden und so das Durchfließen des Elektrolyten durch den mittleren Teil der Elektrode parallel zu deren Mittelebene ermöglichen.

Die obere Reihe der geradzahligen Öffnungen 5 entspricht beispielsweise dem Zufluß des Elektrolyten und die untere Reihe der ungeradzahligen Öffnungen dem Abfluß desselben Elektrolyten, während der andere Elektrolyt bei den ungeradzahligen Öffnungen der oberen Reihe zufließt und bei den geradzahligen Öffnungen der unteren Reihe abfließt Die Aussparung des Rahmens 7 hat vorzugsweise die gleichen Abmessungen wie der Teil 2 mit poröser oder Netzstruktur der Elektrode.

Ein Rahmen 10, der eine der des Rahmens 7 identische Form besitzt, ist zwischen dem Rahmen 8 und einem Separator angeordnet, der aus einem quadratischen mittleren Teil 11 besteht, dessen Seite die gleiche Größe wie der Teil 1 besitzt und von einer Ionenaustauschermembran gebildet ist die in einem Umfangsrahmen 12 liegt welche eine der des Rahmens 4 identische Form aufweist Um die Zeichnung übersichtlicher zu gestalten, wurde dieser Rahmen 12 und die folgenden Teile in gleicher Reihenfolge auf der linken Seite der Zeichnung unterhalb der vorgehend beschriebenen Teile dargestellt Dabei ist der Rahmen 13 identisch dem Rahmen 10, der Rahmen 14 identisch dem Rahmen 8, jedoch gegenüber diesem um 180" gedreht und der Rahmen 15 identisch dem Rahmen 7. Der Umfangsrahmen 16, der dem Rahmen 4 identisch ist und der mittlere Teil 17, der dem Teil 1 identisch ist bilden die folgende Elektrode.

Die Stärke der verschiedenen Rahmen ist so gehalten, daß der Teil 11 an dem Teil 2 anliegt Die Stärke des Rahmens 4 ist gleich der Stärke des flachen Randes 3. Ebenso ist die Stärke des Rahmens 12 gleich der Stärke

to des Teils 11. Dadurch, daß dem Teil 11 die gleichen Abmessungen wie dem Teil 1 gegeben werden, wird die Zahl der verschiedenen zu schneidenden Rahmen verringert

In Fig.2 ist eine Schnittansicht einer Zelle dargestellt bei der die Stärke der Komponenten stark vergrößert wurde, um die Zeichnung deutlicher zu machen.

In F i g. 3 ist der Aufbau einer Anordnung derartiger Zellen 18 in einer Batterie dargestellt Die Komponenten der verschiedenen Zellen sind gegeneinander zwischen zwei Endplatten 19 und 20 durch Bolzen 21 gedrückt, die durch die Löcher 6 der Komponenten (F i g. 1) hindurchgehen. Zur Vereinfachung sind nur drei Bolzen dargestellt Zuführungen 22 und 23 ermöglichen das Zuführen eines Elektrolyten jeweils in die von den geradzahligen und den ungeradzahligen Öffnungen 5 gebildeten Zuführungsleitungen. Von der Platte 13 gehen in der Zeichnung nicht sichtbare analoge Abflußleitungen für das Ablaufen des Elektrolyten aus.

Die Rolle, die die Rahmen 7, 10, 13 und 15 in elektrischer Hinsicht spielen, ist deutlich ersichtlich. Die Leitkanäle 9 sind auf ihrer gesamten Länge von isolierenden Rahmen umgeben. Der Leitweg für elektrische Verluste längs dieser Leitkanäle besitzt einen großen Widerstand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffbatterie, bestehend aus einem Stapel von Zellen, die Elektrodenplatten, Separatoren und Zwischenrahmen aus isolierendem Material umfassen, wobei die Elektrodenplatten einen maschenförmigen oder porösen mittleren Teil besitzen, derart, daß ein Elektrolyt und ein geeignetes Reaktionsmittel parallel zur Plattenfläche von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand der Elektrode zu fließen vermögen, und wobei die Zwischenrahmen Zu- und Abflußöffnungen für den Elektrolyten und die Reaktionsmittel bezüglich der Zellen besitzen und Löcher aufweisen, die in Flucht mit Löchern in benachbarten Zwischenrahmen Sammelkaj;äle bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (2, 17) und gegebenenfalls die Separatoren (11) in Rahmen (4, !6, 12) aus isolierendem Material eingesetzt sind, und daß die lichten Weiten der Zwischenrahmer. (7,8,10,13,14, 15) geringer als die Abmessungen der Elektrodenplatten (2, 17) bzw. der Separatoren (11) gewählt sind, wobei die Rahmen ebenfalls Löcher (5) in Flucht mit den Löchern der Zwischenrahmen besitzen und zur Bildung der Sammelkanäle beitragen.

2. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Elektrode (1) und einem Separator (11) jeweils drei Zwischenrahmen (7, 8, 10; 13, 14, 15) eingefügt sind, von denen nur der mittlere (8; 1.01 mit den Zu- und Abflußöffnungen (9) versehen ist.

3. Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung der Zwischenrahmen die gleichen Abmessungen wie der poröse oder maschenförmige, mittlere Teil (2) der Elektrode hat.