DE1671933A1 - Brennstoffbatterie - Google Patents

Description

DIpl.-Ing. Dipl. oec. pubL DIETRICH LEWINSKY PATENTANWALT -·««*;** Manchen 21 - Golthordstr. 8J 1671933

Telefon 561762

22.Februar 1968 4986-Il/Gd

Societe Generale do Constructions Slectriques et Mecaniquea iv,), Paris 16, Avenue Kleber 38 (Frankreich)

"Brennstoffbatterie"

Französische Priorität vom 24 ο Februar 1967 aus der französischen Patentanmeldung Hr. 2735 (Beifort)

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffbatterie mit einem ein gasförmiges oder flüssiges Reaktionsmittel in Emulsion enthaltenden Elektrolyten, mit mindestens einer aus einer dünnen Leiterfolie gebildeten Elektrode mit poröser oder lletzstruktur, deren Masc Im en- oder Porenabmessungen gleich ihrer Stärke in der Größenordnung von Zehntel Millimetern sind, und mit Flüssigkeitsbahnen für den Elektrolyten, die durch die Maschen oder Poren einer Elektrode von deren einem Rand zürn gegenüberliegenden Rand parallel zu ihrer Mittelebene verlaufen. Unter ITetzstruktur versteht man eine Struktur,-v/ie die eines Metallgewebes, eines Gitters, einer Folie gewalzten Metalles, einer in Einbuchtungen oder Ausbuchtungen gepreßten Folie, usw....

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Es ist weiterhin bekannt, derartige Zellen in uiner Batterie von Elementarzellen zusammenzufassen, die durch v/iederholte Stapelung von im allgemeinen dünnen plattenförmigen Teilen erhalten wird, die einerseits Öffnungen aufweisen, die nach der Stapelung senkrecht zu den Platten verlaufende Zufluß- und Abflußkanäle des Elektrolyten bilden, und andererseits Leitkanäle für den Durchgang eines Elektrolyten längs den Elektroden parallel zu deren Liittelebene besitzen.

Der Betrieb einer Brennstoffbatterie mit einem ein Reaktionsmittel in Emulsion enthaltenden Elektrolyten schließt die Bildung der Emulsion ein, die ir.it Hilfe einer Emulgiervorrichtung, von der es zahlreiche industrielle Arten für sehr verschiedene Verwendungen gibt, erreicht v/erden kann. Derartige Bmulgiervorrichtungen bilden ein von der Batterie verschiedenes Teil und weisen ein gewisses Volumen, ein gewisses Gewicht und einen gev/issen Umfang auf, der sich zu denen der Batterie hinzufügt. Es kann auch ein nicht vernachlässigbarer Energieverlust auftreten. Außerdem kann im Pail von kompakten Brennstoffbatterien, die für einen genauen Betrieb eine gewisse Gleichheit der Verteilung und der Struktur der Emulsion zwischen allen gleichartigen Elektroden erfordern, die Bildung der Emulsion außerhalb der Batterie gefolgt von ihrer Einführung und ihrer Verteilung zwischen den verschiedenen gleichartigen Halbbatterien

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BAD ORIGINAL

L.ittulG eines Kanalnetzes durch Entwicklung der Emulsion während ihres PlieSens erfolgen, vor allen wenn die Emulsion r.icjht stabilisiert ist β Die Entwicklung der Emulsion kann iu:'U i'Uhren, daß die HalbbaLterien, die am weitesten von dem Ort der Bildung der Emulsion entfernt sind, eine Emulsion cr.cf sn^en, deren Aufbau verschieden von dem der Emulsion ist, die durch die Halbbatterien fließt, welche am nächsten :iv. Ort uer Bildung der Smuloion liegen. Eine solche Streuung kann das elektrische und hydraulische Zusammenwirken einer freien Anzahl von Elementen verschieden oder schlecht machen auf jrund der zu starken Streuungen , die Lieh aus den einzelnen Uurl::nalen ioder Elektrode ergeben.

Jjr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenn- ;:-.o..fbattürie ier ein^i-ngs genannten Art zu schaffen, bei der eine Er.ulcion a::: Eingang einer ^eIIe gebildet wird, o1:::l irgendeine außerhalb der Batterie liegende Emulgiervo.-'richtur.g ::u verwenden, und durch die eine Emulsion erlii.lten v.ird, die konstante und wieder herstellbare Eigenschaften bositzt, wodurch es möglich ist, zumindest ein in i'orrr. einer Emulsion eingeführtes Reaktionsmittel zu verwenden, indem jede Streuung der Verteilung und der Struktur der Emulsion zwischen allen gleichartigen Elektroden der Batterie vermieden wird. Diese Aufgabe ist bei der hier vorgeschlagenen Brennstoffbatterie vor allem dadurch gelöst, de α erfinduiv-sgemäß am Eingang der Elektrode Zuführungskanäle für den Elektrolyten einerseits und für das zu

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BAD ORIGlNAt.

emulgierende Reaktionsmittel andererseits und das UmflieSen des Elektrolyten und des Reaktionsmittels besorgende Armaturen vorgesehen sind.

Es hat sich herausgestellt, daß,wenn man, statt die Zuführungskanäle einer außerhalb gebildeten Emulsion in einen Elektrodenrand münden zu lassen, die Zuführungskanäle des Elektrolyten einerseits und die des unlöslichen gasförmigen oder flüssigen Reaktionsmittels andererseits einmünden läßt, wobei die Kanäle unterschiedlich oder kombiniert sein können, sich die Emulsion durch gleichzeitiges Einführen des Elektrolyten und des au emulgierenden Reaktionsmittels in die poröse oder iietzstruktur spontan bildet. Daraus ergibt sich, daß die poröse oder Iietzstruktur selbst die Verteilung der beiden Phasen bewirkt·

Für die Gleichmäßigkeit der Bildung und der Verteilung der Emulsion auf der Blektrodenfläche ist es besonders vorteilhaft, v/enn die Zuführungskanäle des Elektrolyten ■ und des Reaktionsmittels in einem jJetz mehrerer Kanäle am Eingang der Elektrode aufgeteilt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung8form der erfindungngemäßen Brennstoffbatterie besteht darin, daß der gesamte Querschnitt der Zuführungskanäle des Elektrolyten und des Reaktionsmittel .kleiner als der OuiOhflußquerschnitt der Emulsion in der Elektrode ist.

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•In diesem Fall ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeiten in den Kanälen sehr viel größer als die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Emulsionselektrode. Man kann so die ■wirkung der Geschwindigkeit benutzen, um die Bildung der Emulsion au begünstigen. ·

Man kann diese Bildung noch verbessern, wenn man die Zuführungskanäle des Elektrolyten und die Zuführungskanäle

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des zu emulglerenden gasförmigen oder flüssigen Reaktionsmittels dadurch kombiniert, daß die Zuführungskanäle des Elektrolyten und des Reaktionsmittels unmittelbar vor dem Einmünden in die Elektrode ineinander münden«

Weitere Merkmale und durch sie erzielte Vorteile gehen aus der sich auf die Zeichnung beziehenden Beschreibung hervor. In der Zeichnung, sind beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffbatterie schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig« 1 in perspektivischer Ansicht eine auseinander- ' genommene Einheit der Batterie, ■■-"""

Fig. 2, 3» 4 und 5 in Draufsieht zwei Rahmenarten der Batterie und

Fig. 6 die das Umfließen des Elektrolyten und des Reaktionsmittels gewährleistenden Mittel. ·

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BAD ORiGINAL-

In Pig β 1 ist eine erfindungsgemäße Brennstoffbatterie dargestellt, die aus folgenden Teilen besteht; Der Elektrode 1, die hydraulisch zwei aufeinanderfolgende Elementarbatterien trennt, dem-Rahmen 2 und der halbdurchlässigen Scheidewand 3, die zv/ei Halbbatterien einer Elementarbatterie trennte Die Elektrode 1 ist aus einem mittleren Teil 4, der aus einer gepreßten Folie besteht, und einem Randteil 5 gebildet, da2 zwischen zwei isolierende Rahmen 2 aus Plastikmaterial gepreßt ist, deren Stärke so groß ist, daß der mittlere Teil 4 sich in Kontakt mit den anliegenden Scheidewänden 3 befindet.

Die isolierenden Rahmen 2, die ebenen Teile 5 der Elektrode 1 und die Ränder der halbdurchlässigen Scheidewände 3 weisen ah ihren Rändern (beispielsweise an dem oberen Rand) eine Reihe von Öffnungen 6 und 7 auf _f deren Zusammenwirken nach der Stapelung parallele Kanäle festlegt. Die durch die Öffnungen 6 gebildeten ungeradzahligen Kanäle werden von dem eines der Reaktionsmittel enthaltenden Elektrolyten gespeist« Die durch die öffnungen 6 gebildeten geradzahligen Kanäle werden durch den Elektrolyten allein gespeist, während die Kanäle 7 durch das zweite Reaktionsmittel g<speist werden» Die isolierenden Rahmen 2, die jede Elektrode 1 von der anliegenden Scheidewand 3 trennen, d_oh_e die Einrahmung eines elektrolytischen Behälters festlegen, weisen außerdem eine Reihe schmaler Spalte 8 auf, die jede mittlere Aussparung mit jeder zweiten Öffnung der Reihe der vorhergehend beschriebenen Öffnungen verbindet. Die beiden Rahmen 2, die

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BAD ORlGfNWL

■lic Einrahmung der beiden elcktrolytischen Behälter einer äleirenfcarbUtterie beiderseits einer Scheidewand 3 festlegen, habt?· ihre upalten derart angeordnet, daß die eines Rahmens rrit de:.i "Teb:: der öffnungen verbunden sind, durch die der einen der Reduktionsmittel tnthaltende Elektrolyt hindurch— jjcl-t, v.iihrcnd die Spalte des anderen Rahmens mit dem Hetz der üv'JTnungen verbunden sind", durch das der Elektrolyt allein hincrax-chgeht. Jie isolierenden Rahmen 2, die rechts von oinur Jlüktx-ode angeordnet sind, weisen weiterhin eine Reihe Mi dünner Spalte 9 auf, die jeden Kanal 7"mit einem Spalt S vorbinden.

£ev 'avl bctracLtende Rand ist der 3inspeißüngGrand_e Auf dem ^ejor.l-brrlle.juiiäen Rc.nd (hier der -jntere Rand) ".veirjen die Konronenten äes dar./jestollten Beispiols Öffnungen und Spalte in i^jntii. Jiior "o-5-er symmetrischer Art gegenüber, denen, die auf ac:.! erute:: Εκηα eingebracht v.^ritrden, aiifeEs ist for gev/isse Anv;endungs:^pälle ^eciocl·. möglich, auf der. zweiten Rand, der den

Abflui3rand cildet, soviel Spalte in jeden Rahnen 2 einsu- ^

bringen, ..ie cö öffnungen in aerReihe gibt» In anderen Ausf "krr.ngsf orron können die in den Abflu2rand vorgesehenen l^!_'_"nnngen un^ er einander: teilweise oder vollständig verbunden

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sein c

Koribiiiution der Slenenl&rbattcrien v/ird durch wiederholte S tape rung einer großen Anzahl von Ele:aentarreihen von in ihrer Zuordnungsreihenfolge genommenen Komponenten 1,2,3

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BAD ORlGINAl,

gebildete Diese wiederholte Stapelung wird durch nicht dargestellte Bolzen zusammengepreßt, die durch Löcher 10 zwischen zwei Sndplatten 11 und 12 hindurchgehen, an denen ein Zuflußrohrstutzen 13 und ein nicht dargestellter Abflußrohrstutzen für einen der Elektrolyten und ein erstes Reaktionsmittel, ein Zuflußrohrstutzen 14 und ein nicht dargestellter Abflußrohrstutzen für den anderen Elektrolyten und ein Zuflußrohrstutzen 15 für.das zweite Reaktionsmittel befestigt sind» Jeder Rohrstutzen 13 und 14 ist durch nicht dargestellte Verteilungskanäle, die Teil der Endplatten 11 oder 12 sind oder zu diesen gehören, mit einem Ende der jeweils nach der Stapelimg durch das Zusammenwirken der geradzahligen oder ungeradzahligen Öffnungen 6 gebildeten Kanäle verbundene Ebenso ist der Rohrstutzen 15 mit durch die Öffnungen 7 gebildeten Kanälen verbunden,

In Pig. 2 und 3 ist jeweils ein Randteil 5 der Elektrode und ein üahmen 2 (rechts neben der Elektrode angeordnet) zum Einmünden des Elektrolyten und des zu emulgierenden Reaktionsmittels in den von der porösen oder ITetzstruktur der Elektrode ausgefüllten Raum dargestellt. Diese Rahmen 2 sind größer als die Randteile 5 und ermöglichen es, gleichzeitig den mittleren Teil 4 und den Randteil 5 der Elektroden zusammenzudrücken.

Die Kanäle 7 münden durch die Spalte 9 in die Spalte 8 und ermöglichen so die Mischung des Elektrolyten mit den

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BAD ORIGINAL

SU emulgierenden Gas oder der Flüssigkeit vor dem Eintritt in die Elektrode. Durch diesen Aufbau wird eine ausgezeichnete Verteilung des Healrcionsmittels in dem Elektrolyten erreicht.

In Fig, 4 und !Pig. 5 ist jeweils ein Randteil 5 und ein Rahmen 2 dargestellt« Zwischen den Öffnungen 7 gelegene Öffnungen 16 ermöglichen die Einspeisung des zu emulgierenden Gases oder der !Flüssigkeit in die andere Elektrode jeder Elementarbatterie der Anordnung. \

In Mg. 6 ist der Fluß des Elektrolyten für eine Brennstoffbatterie nach Fig. 1 dargestellt. In einen Elektrolyten» der den Rohrstutzen 17 der !Batterie verläßt, wird bei 18 ein Reaktionsmittel eingeführt, das durch Schwerkraft aus einem Behälter 19 abfließt. Daraufhin fährt der Elektrolyt zur Batterie zurück, wo er nach dem Durchgang durch eine Pumpe 20 über den Stutzen 13 eintritt. Ein anderer die Batterie über'einen Stutzen 21. verlassender Elektrolyt wird durch eine Pumpe 22 befördert und kehrt»zur Batterie durch den Zufuhrungsstutzen 14 zurück. Ein Reservoir 25 speist den Stutzen 15 mit einem Reaktionsmittel, das im Innern der Batterie wie vorhergehsn-d beschrieben emulgiert werden soll. Das Umfließen des Elektrolyten und des Reaktionsmittels gevTährleistende Mittel können in verschiedenen Arten vorgesehen werden.

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BAD ORfGiNAL

Claims (1)

1. 22.Februar 1968 4-986-Il/Gd

   SociSte Grinerale de Constructions Eleetriques et Me"canic|ues (ALSTHOM), Paris 16, Avenue KlIber 38 (Prankreich)

   Patentansprüche:

   te Brennstoffbatterie mit einem ein gasförmiges oder flüssiges Reaktionsmittel in Emulsion enthaltenden Elektrolyten, mit mindestens einer aus einer dünnen Leiterfolie gebildeten Elektrode mit poröser oder ITotzstruktur, deren Maschen- oder Porenabmessungen gleich ihrer Stärke in der Größenordnung von Zehntel Millimetern sind,und mit Flüssigkeitsbahnen für den Elektrolyten, die durch die Maschen oder Poren einer Elektrode von deren einem. Rand zum gegenüberliegenden Rand parallel zu ihrer Hittelebene. verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Elektrode Zuführungskanäle (6,7) für den Elektrolyten einerseits und für das zu emulgierende Reaktionsmittel andererseits und das Umfließen des Elektrolyten und des Reaktionsmituels besorgende Armaturen (13 bis 23) vorgesehen sind.

   2, Brennstoffbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanäle des Elektrolyten und des Reaktionsmittels in einem Uetz mehrerer Kanäle (6,7) am Eingang der Elektrode aufgeteilt sind.

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   3«. 3rex"mstoffbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ^kennzeichnet, daß der gesagte Querschnitt der Zuführun^skanäle (6,7) des Elektrolyten und des Reaktions nittels kleiner als der Durchflußquerschnitt der Emulsion in der Elektrode ist.

   4e Brennstoffbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanäle (6,7) des Elektrolyten und des Reaktionsmittels unmittelbar vor dem Einmünden in die Elektrode ineinander,münden.

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