DE1771976A1 - Elektrochemische Erzeugung eines elektrischen Stromes - Google Patents

Description

DR. ERICH NEUGEBAUER PATENTANWALT MÜNCHEN Mi POSTFACH 31 ' ZWEIBBÜCKKN8THA88E 10

9. August 1968 IA-2136

Beschreibung zu der Patentanmeldung

1A-2136 ■

Anmelder: 1.) STAAT ISRAEL

vertreten durch das Prime Minister?s Office Jerusalem / Israel
2.) Firma DEAD SEA WORKS LTD. Potash House
Beersheva / Israel

betreffend '

Elektrochemische Erzeugung eines elektrischen Stromes.

Pie vorliegende Erfindung betrifft Verrichtungen zur elektrochemischen Erzeugung eines elektrischen Stromes. Die Erfindung ist insbesondere auf elektrische Zink-Brom Zellen anwendbar und soll,deshalb im folgenden anhand einer solchen Zelle beschrieben werden, jedoch wird daratif hingewiesen, daß die Erfindung oder verschiedene ihrer !Ierksale auch bei anderen Arten von Zellen ebenso gut verwandt werden können.

Es sind elektrische Zink-Brom Zellen bekannt, bei denen die Anode aus Zink, die Kathode aus Kohlenstoff (z.B. porösem Graphit) und der Elektrolyt aus einer wässrigen Zinkbromid lösung besteht, die Brom enthält. Die Spannung bei offenem Kreis einer solchen Zelle beträgt ungefähr 1,8 Volt, Solche

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Zellen sind wegen der hohen theoretischen Energie der reagierenden Stoffe sehr vielversprechend, jedoch haben sie bis heute noch keine weit verbreitete Anwendung gefunden, was hauptsächlich auf die Schwierigkeiten zurückzuführen ist, die darin bestehen: die Kohlenstoff (z.B. Graphit) -Oberfläche mit ausreichend elementarem Brom zu versorgen, wenn ein Strom entnommen wird; die Zink-Elektrode derart zu erneuern, ohne daß ein Auseinanderbauen von wesentlichen Zellteilen erforderlich istj das Brom daran zu hindern, zu der Zink-Elektrode hin zu diffundieren, ohne gleichzeitig den Widerstand für die Y/asser- und Ionenwanderung übermäßig zu erhöhen; und eine optimale Konzentration von gelösten Ionen und Brom in dem Elektrolyten und den elektrisch aktiven Flüssigkeiten aufrecht zu erhalten, ohne daß während der Stromerzeugung und im Ruhezustand Verluste durch Verlustströme oder unerwünschte chemische Reaktionen auftreten.

Einige oder alle der oben aufgezählten Schwierigkeiten treffen auch auf andere Arten von elektrischen Zellen, z.B. auf Zellen zu, bei denen die Anode aus Cadmium oder Magnesium an Stelle von Zink und die Kathode aus Jod, Chlor oder Sauerstoff (z.B. aus der Luft abgeleitet) an Stelle von Brom besteht·.

Die vorliegende Erfindung strebt deshalb Vorrichtungen,zur elektrochemischen Erzeugung eines elektrischen Stromes an,

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bei denen die oben "beschriebenen Schwierigkeiten verbessert " sind.

Die Erfindung bezweckt weiterhin, den Aufbau einer elektrischen Zelle anzugeben, mit der wirksame Brennstoffzellen aufgebaut werden können. Eine Brennstoffzelle ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen elektrischen Primär- oder Sekundärzelle eine solche Zelle, in der su einer beliebigen Zeit keine wesentlichen Kengen der elektrisch aktiven Stoffe enthalten sind, vielmehr v/erden diese Stoffe kontinuierlich von außen her in die Zelle eingeführt. Die Reaktionsprodukte, die das System verlassen, können regeneriert (d.h. wieder in das ursprüngliche Ausgangsmaterial zurückverwandelt) oder abgeführt werden,' je nach der Wirtschaftlichkeit dieser beiden Alternativen in dem besonderen Pail.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorrichtung zur elektrochemischen Erzeugung eines elektrischen Stromes ein Kathoden- und ein Anodensystem, die in einer Kammer nebeneinander angeordnet sind und diese Vorrichtung, zeichnet sich dadurch aus, daß in dieser Kammer eine Membran vorgesehen ist, die diese Kammer in einen das Kathodensystem enthaltenden Katholytraum und in einen das Anodensystem enthaltenden Ano^traum unterteilt, wobei der Katholytraum einen flüssigen Katholyten und eine Einrichtung zum kontinuierlichen Einführen, Durch-

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laufenlassen und zum Austritt dieses flüssigen Katholyten aus dem Katholytraum besitzt, und v/obei der Anolytraum einen flüssigen Andlyten und eine Einrichtung zum kontinuierlichen Einführen, zum Durchlaufenlassen und zum Abführen dieses flüs- " sigen Anolyten aus dem Anolytraum besitzt.

Gemäß einer Ausführungsform, die besonders für die Verwendung als Brennstoffzelle geeignet ist, sind Brennstoffzuführung- tanks oder dgl. zur Zuführung der elektrisch aktiven Stoffe in die Vorrichtung vorgesehen und weiterhin sind Tanks zur Aufnahme der Reaktionsprodukte, die die Vorrichtung verlassen, angeordnet. Entsprechend einer anderen Ausführungsform besitzt die Vorrichtung eine Einrichtung, um den ICatholyten kontinuierlich von dem Auslaß des Xatholytenraum.es zurück zum Einlaß des Katholytenräums umlaufen ·zu lassen, eine Einrichtung, um den Anolyten kontinuierlich in einer zur Depolarisierung ausreichenden Menge vom Auslaß des Anolytenraumes zurück zu dem Einlaß des Anolytenraumes umlaufen zu lassen, und eine Hinrichtung, um die Zusammensetzung des Anolyten und des Katholyten innerhalb der Zelle zu regeln.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsforia der· Erfindung besteht die Membrane aus einer halbdurchlässigen Membran aus . einem Ionenaustauschermaterial. Die in der weiter unten beschriebenen Ausführungsform verv/andte Membrane besitzt Kationenaus tauschereigenschaften. Es wurde festgestellt, daß die Ver-

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wendung einer solchen Membrane insbesondere bei einer Zink-Brom. Zelle vorteilhaft ist und verhindert,- daß das 3ron in dem Katholyten zu der Zink-Elektrode diffundiert, ohne daß der "Widerstand für das V/asser und die Katinnenwanderung in dem ICatholyten gleichzeitig übermäßig erhöht wird.

Das Anodensystem kann dendritisches, granuliertes oder poröses He tall, z.B. Zink, enthalten, wobei dieses innerhalb der Zelle derart angeordnet ist, daß es in periodischen Zeitabständon bequem ersetzt werden kann»

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung enthält dieses Elektrodensystem jedoch eine Aufschlämmung aus Metallteilchen, die in einem flüssigen Elektrolyten dispergiert oder suspendiert sind. Bei dieser Ausführungsform sind Einrichtungen vorgesehen, um die Aufschlämmung aus den in dem flüssigen Elektrolyten dispergierten Metallteilehen in die Zelle einzuführen, wobei die Zelle einen Auslaß für den Elektrolyten besitzt. Die Zuführungseinrichtung besitzt in dieser Ausführungsform eine Leitung zur Zuführung des Elektrolyten zu der Zelle, einen Vorratsbehälter für die Metallteilchen und ein Ventil zur Steuerung des LIetallteilchenstromes aus dem Torratsbehälter in die leitung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der

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folgenden Beschreibung deutlich werden«

Ia folgenden soll die Erfindung anhand von beispielsweisen ■ Aus führung s forme η erläutert v/erden, die in der Zeichnung dargestellt sind, in der: ■ '

Pig. 1 eine Zink-Bron. Brennstoffzelle zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist;

Pig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Zink-Bron Brennstoffzelle, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;'und

Pig. 3 zeigt ein Elektrodensystem, das in dieser Zelle verwandt werden kann.

In Pig. 1 ist eine Zink-Brom Brennstoffzelle dargestellt, die wie folgt aufgebaut ist: In einem isolierten Gehäuse 1, das durch eine Deckplatte 1' verschlossen ist, ist eine rechteckige Platte 2 aus Kohlenstoff (z.B. Graphit) angeordnet, in die Löcher gebohrt sind, um mehrere senkrechte Kanäle 4· zu schaffen, die von der oberen Oberfläche der Platte aus verlaufen und kurz über der unteren Pläche enden, wobei die Kanäle mit mehreren horizontalen Abzweigungen 4¹ verbunden sind, die sich zur Oberfläche 2' der Platte hin erstrecken. Eine zweite Gruppe von. senkrechten Kanälen 6 ist in ähnlicher ^T«7eise ausgebildet, wobei diese sich von der unteren Pläche der Platte aus erstrecken und kurz unterhalb der oberen Oberfläche enden und

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diese Kanäle sind mit horizontalen Abzweigungen 6^T verbunden, die sich bis zur Oberfläche 2¹ der Platte hin erstrecken.

Im Abstand von der Oberfläche 2' der Kohlenstoffplatte 2 ist eine Scheidewand 8 angeordnet, die vorzugsweise aus einer halbdurchlässigen ilernbran besteht, die aus einem sulfonierten, fumbildenden Polyolefin, ζ.3. Polyäthylen, Kationenaustaiischermaterial hergestellt ist, wie es in der USA-Patentschrift Fr. 3 388 080
beschrieben ist.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Membrane S liegt die Sink-Anode 10, die aus einem Pilz aus Dendriten, aus einer Schicht von Körnern oder aus porösen Metallteilchen anderer Formen bestehen kann. ^T.7enn eine solche Anode verwandt wird, so kann diese leicht durch eine öffnung in der Deckplatte 1^T oder durch Entfernen der Deckplatte in die Zelle eingeführt werden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zink-Anode 10 ist eine Platte 12 aus einem edleren Metall als Zink, z.3. aus Kupfer, angebracht.

Die Kathodenklemme 14 ist nit der Kohlenstoffplatte 2 verbunden und die Anodenklemne 16 ist an die Platte 12 angeschlossen, wobei die äußere Belastung zwischen diesen beiden Klemmen schematisch durch den Widerstand 18 dargestej.lt ist.

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Die Membrane 8 unterteilt die Zelle in einen Katholytenraum, in dem die Kohlenstoffplatte 2 angeordnet ist, und in einen Anolytenraum, in dem die Zinkteilchen 10 und die Kupferplatte 12 angeordnet sind. Eine wässrige Lösung aus Zinkbromid wird in den Anolytenraum durch einen Einlaß' an einem Ende dieses Raumes eingeführt, worauf der Anolyt kontinuierlich durch die Zinkteilchen läuft und durch den Auslaß an dem entgegengesetzten Ende -austritt. Der Anolyt besteht vorzugsweise aus einer Lösung von 450 g Zinkbromid pro Liter.

In Pig. 1 kann der Zinkbromid Anolyt von einem Brennstoff- bzw. Betriebsstoffvorratstank 20 aus zugeführt werden, der mit dem Einlaßende des Anolytenraumes in Verbindung steht und ein v/eiterer Tank 22 ist an dem Auslaßende des Anolytenraumes vorgesehen, um die aus diesem Haum bzw. dieser Unterteilung austretenden Reaktionsprodukte aufzunehmen. Eine hiervon verschiedene Anordnung ist in Pig» 2 gezeigt.

Der Katholyt besteht vorzugsweise aus einer Lösung von 450 g Zinkbromid pro Liter,, zu der 400 g Brom pro Liter hinzuge-. geben sind. Diese Lösung wird in den Katholytraum durch den Einlaß an einem Ende eingeführt und sie fließt durch die vertikalen Kanäle 4 und die horizontalen Abzweigungen 4¹ der ffraphitplatte 2 zu der Oberfläche 2» der Platte. Von hier fließt die Lösung durch die Abzweigungen 6· und sodann durch

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vertikale Kanäle 6 zu dem Auslaß für diesen Raum. Ebenso wie bei dem Anolyten kann der Katholyt von Brennst off tanks 24 aus zugeführt werden, die mit dem Einlaßende des Katholytraumes verbunden sind, während ein v/eiterer !Dank 26 an dem Auslaßende vorgesehen ist, um die in der Zelle erzeugten Reaktionsprodukte aufzunehmen.

Der Anolyt-und der Katholytraum auf jeder Seite der Membran 8 werden im wesentlichen auf dem gleichen hydrostatischen Druck gehalten. Diese Membran, die aus einem Kationenaustauschermaterial hergestellt ist, ist für Wasser und Zinkionen durchlässig, während sie für Brom und Bromidionen im wesentlichen undurchlässig ist. Die Membrane verhindert somit, daß das Brom zu der Zinkelektrode hin diffundiert, ohne daß dadurch der Widerstand für die Wanderung des Wassers und der Ionen wesentlich erhöht wird.

Das Zink in dem Anolytraum kann periodisch in dem Maße erneuert werden, wie es verbraucht wird. Dies kann zv/eckmäßigerweise dadurch ausgeführt werden, daß das Zink in Form eines' dendritischen Filzes oder eines porösen Blockes durch eine Öffnung in der Deckplatte 1' eingeführt wird.

Vorzugsweise wird jedoch das Zink in Form einer Aufschlämmung von Zinkteilchen, die in dem Anolyten suspendiert oder disper-

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giert sind, in die Zelle eingeführt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform v/ird-diese Auf schlänmung von dem Brennstofftank 20 aus zugeführt. Das in der Aufschlämmung suspendierte oder dispergierte Zink kann in Form von feinem Pulver, granulierten Teilchen oder dendritischen Teilchen vorliegen»

Wenn man das Zinkelektrodenmaterial· in Form einer Aufschlämmung von Teilchen, die in dem Elektrolyten dispergiert sind, einführt, so erhält man mehrere, sehr wesentliche Vorteile. Als erstes wird hierdurch ein sehr einfacher und v/irksamer V/eg aufgezeigt, um das Elektrodenmaterial periodisch zu ersetzen," während die Zelle kontinuierlich arbeitet. Zusätzlich kann eine vergrößerte Elektrodenoberflache geschaffen werden und das Elektrodenmaterial und der Elektrolyt können kontinuierlich durch den Anolytraum laufen, wobei durch beide Llaßnahnen der innere Widerstand der Zelle erniedrigt, die Leitfähigkeit durch die Zelle verbessert und ganz allgemein die Wirksamkeit des Systems erhöht wird.

Anstatt periodisch nachfüllbare Brennstofftanks und periodisch auswechselbare EntIeerungstanks zu verwenden, kann man ein Umlaufsystem vorsehen, um kontinuierlich oder periodisch die elektrisch aktiven Stoffe einzuführen und die Reaktionsprodukte abzuziehen. Ein solches System ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Zelle 30 in Fig. 2 ist aus Binfachheitagründen mit zwei

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halbdurchlässigen LIembranen 32 gezeigt, durch die zwei Anodenräume bzw β Unterteilungen 34 und ein dazwischen liegender Kathodenraum 36 abgeteilt werden. i'atürlich kann beim Aufbau der Zelle eine größere Zahl von Hembranen verwandt werden, wodurch eine größere Zahl solcher Unterteilungen gebildet wird und die Kathodenräume jeweils mit den Anodenräumen abwechseln.

Der Kathodenraum wird von einem Leitungssystem 38 gespeist, durch das der Katholyt (eine wässrige lösung von Zinkbromid, die Brom enthält) von einen Vorratsbehälter 40 durch eine Pumpe 42 geleitet wird, wobei der Katholyt von unten in den Raum eingeführt und am«>oberen Ende wieder abgezogen wird. Das Brom kann kontinuierlich oder periodisch in den Katholyten eingeführt werden. Dies ist in !Fig. 2 schematisch dadurch gezeigt, daß ein Bromvorratsbehälter 44 vorgesehen ist, der durch ein Ventil 46 gesteuert wird. In der Praxis wird der Ilatholyt jedoch vorzugsweise in den das Brom enthaltenden Vorratsbehälter eingeblasen, so daß der Katholyt das 3ron aufnimmt, während er durch das System läuft. Das Katholytenumlaufsystem enthält ebenfalls in Form des Tankes 48 eine Zuführung für Wasser, das zur Steuerung der Zusammensetzung des Katholyten durch ein Ventil 50 fließt. Zusätzlich kann ein- Wärmeaustauscher 52 vorgesehen werden, um den umlaufenden Katholyten, vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 50° C, zu kühlen, wobei die in dem Wärmeaustauscher" aufgenommene Wärme nutzbringend für äußere Zwecke verwandt werde:

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kann, wie ζ «Β. zur Destillation von 3ron und Wasser in ihre Vorratsbehälter zur Wiedereinführung in. das Umlaufsystem»

Das Umlaufsystem für den Anolyten enthält einen Vorratsbehälter' 54 für den Anolyten (eine wässrige Lösung aus Zinkbromid), einen zweiten Vorratsbehälter 56 für die Zinkteilchen und eine Pumpe 58ο Die Zelle 30 besitzt eine Röhre 60, die mit einem Einlafi- ^ ■ ende (dem oberen Ende) eines jeden Anodenraumes 34 verbunden ist, wobei durch eine Leitung 62 eine Verbindung des Zinkvorratsbehälters 56 mit jeder der Röhren 60 hergestellt ist. Ein Ventil 63 steuert den Strom der Zinkteilchen aus ihrem Vorratsbehälter 56 in die Leitung 62. Der Auslaß jedes Anodenraumes ist durch eine Leitung·64 mit dem Anolytenvorratsbehälter 54 verbunden. Eine zweite Einlaßleitung 66 ist an dem unteren Ende vorgesehen, um lediglich den Katholyten (d.h. ohne die Zinkteilchen) in jede Anodenkammer einzuführen, wobei diese Leitung mit dem Anolyten aus dem Vorratsbehälter 54 durch' eine Pumpe ' . und ein Steuerventil 68 gespeist wird. Zusätzlich ist eine Tebenleitung 70, die durch ein Ventil 72 gesteuert wird, vorgesehen, um den Anolyten von der pumpe 58 anstatt in die Seile in den Vorratsbehälter 54 zurückzuleiten. Ein weiteres -Ventil ist in der Leitung 76 vorgesehen, die die Pumpe 58 mit der Leitung 62 verbindet, durch die -die Zinkteilchen in die Anodenräume eingeführt werden.

/ Die Arbeitsweise des Katholytenumlaufsystems ist'aus der obigen

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Beschreibung bereits ersichtlich. Die. Pumpe 42 führt den Satholyten (der Brom enthält) in den Eathodenraum 36 ein, und der abgegebene Katholyt wird'durch die-Leitung 38 wieder in den Vorratsbehälter zurückgeführt-. Wasser aus dem Tank 48 kann periodisch oder kontinuierlich über das Ventil 50 angesetzt werden, um die Zusammensetzung des Katholyten zu steuern, und ähnlich kann Brom periodisch oder kontinuierlich aus dem Tank 44 über das Ventil 46 zugesetzt werden.

Die Arbeitsweise.des Anolytenumlaufsystems ist ein wenig komplizierter ο Während· der Anlaufzeit werden keine Zinkteilchen aus dem Vorratsbehälter 56 in die Anodenräume 34 eingeführt. Das Ventil 68 ist geöffnet und die Ventile 74, ?2 und 63 sind alle geschlossen, wodurch der Anolyt allein von der Pumpe 58 ' aus dem Vorratsbehälter 54 durch die -Leitung 66 in die Anodenräume eingeführt und sodann durch die leitungen 64 zu dem Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Wenn Zinkteilohen zugeführt werden sollen, wird das Ventil 68· geschlossen und die Ventile-63 und 74 werden beide geöffnet, während das Ventil 72 geschlossen bleibt. Der Anolyt wird nunmehr von der Pumpe 58 durch die "Leitungen 76 und 62 zum oberen Ende jedes Anodenraumes 34 geführt«. Der in die Anodenräume eintretende üLnolyt enthält Zinkteilchen aus dem Vorratsbehälter 56, die durch das geöffnete Ventil 63 fließen·'Wenn die Anödenräume genügend Zinkpartikel enthalten,

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wird das Ventil 63 geschlossen, wodurch der Zinkteilchenstron in den Anolyten unterbunden wird. TJm die Aufschlämmung in den Säumen bzw. Unterteilungen periodisch umzurühren, können die Ventile wie. während der Anlaufzeit des Systems eingestellt werden, so daß der Anolyt von der Pumpe 58 über die Leitung 66 anstatt durch die Leitung 62 in die-Anodenräume eingeführt wird«

Die Leitung 70 und das Ventil 72 bilden eine Eebenleitung für den Anolyten, so daß der Anolyt, wenn die Anodenräume genügend Anolyten und Zink enthalten, von der Pumpe 58 in den Vorratsbehälter 54 zurückfließen kann, wenn die Ventile 63 und 63 geschlossen werden und die Ventile 74 und 72 geöffnet sind«

Durch die Höhren 60 am oberen Dinlaßende jedes Anodenraumes 34 wird eine genaue Eegelung des Zinktei-lchenstromes aus dem Vorratsbehälter 56 überflüssig, da diese Höhren, wenn Zinkteilchen in einer größeren Menge eingeführt v/erden als 'sie in der Zelle verbraucht werden, die überschüssigen Teilchen speichern, bis sie in der Zelle benötigt werdeno

Die Kohlenstoffelektrode in dem Kathodenraum 36 kann genauso wie die in Pig. 1 gezeigte Kohlenstoffelektrode aufgebaut sein, jedoch mit der Ausnahme, daß beide Flächen der Elektrode aktiv sind und daß deshalb-beide flächen mit den horizontalen Abzwei-

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gungen 4' und 6' in Verbindung stellen, die sich zu den aktiven Flächen Mn erstrecken» Natürlich, kann eine beliebige andere Elektrode, z.B. eine poröse Graphitelektrode, verwandt weräen< >

Die Anoäenelektrode in den Anodenräumen 34 können denseIben Aufbau wie die in 3¹Xg. 1 gezeigte Anodenelektrode, haben-Vorzugsweise ist die Anode in der in Figo 2 gezeigten Ausführungsform jedoch entsprechend der Darstellung in Fig« 3 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Metallgitter oder -netz 80 neben der halbdurchlassigen Membran 32 angeordnet und eine Hückenplatte 82 wird durch mehrere Stäbe 84 im. Abstand von dem Gitter bzw. dem Sieb 80 gehaltene Die Elemente SO, 82 und 84 sind alle aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Kupfer,· hergestellte Der Abstand zwischen dem Gitter 80 und der Rückenplatte 82 ist mit großen leitenden Körnern 86 gefüllt, die z.B. einen Durchmesser von 4 bis 5 mm besitzen und die aus Zink, oder irgendeinem anderen leitenden Material wie e~i?a Kupfer, oder Graphit bestehen können. Die Körner 86 sind groß im Vergleich zu der Größe der Zinkteilcheno

Die Sinkaufschlämmung 88 tritt am oberen Ende in die Anodenräuine ein, und die Zinkteilchen werden durch die großen leitenden Körner eingefangen, wobei diese, letzteren als eine Art Filter wirken, während der Anolyt selbst zu dem Anolytenvorratsbehälter 54 weiterfließ'-fc« Es wurde festgestellt, daß das

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Kupfergitter 80 während des Betriebes mit einer Plattierung aus Zink überzogen wird, so daß das Kupfer kaum chemisch angegriffen wird ο Die .untere Grenze der Sinkteilchengröße wird durch die Feinheit des Kupfergitters bestimmt, während die obe-' re Grenze von der leistung der verwandten Pumpe abhängt. Seilchengrößen bis zu 1,65 mm lichte Kaschenweite (.10 mesh) wurden ohne Schwierigkeiten verwandt. Das Verhältnis der Metallteilcheu zu dem-flüssigen Anolyten ist nicht besonders bedeutsam, da der Anodenraum automatisch die Metallteilchen, aus dem Elektrolytenstrom ausfiltert, wenn dies Verhältnis niedrig ist. Wenn das Verhältnis sehr hoch ist, so füllen sich die Einlaßröhren 60, wie es oben beschriebenwurde, mit den Metallteilchen auf, wobei'die Teilchen in dem Maße in die Zelle nachrücken, wie Zink in der Zelle gelöst wird»

Wenn eine Batterie aus Zellen verwandt wird, bei der ^ed Anodenraum durch einen Kathodenraum abgetrennt ist, so kernen natürlich beide^Seiten der Anodenelektrode aktiv gemacht werden, indem ein zweites Gitter oder Sieb 80 an Stelle der Eükkenplatte 82 verwandt und eine halbdurchlässige Membrane 32 auf der Rückseite dieses letzteren Gitters angeordnet wird ο

den Dauerbetrieb geeignete Stromstärken liegen in der Größenordnung von bis zu 150 mA/cm der Anode bei 1 Volt. Der durch die Pumpen bewirkte Umlauf wird natürlich unter-

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brechen, wenn kein Strom erforderlich ist.

Aus der Beschreibung der'Ausführungsf ormen gemäß der lirfindung; geht hervor, daß der'-Kohlenstoff-Elektrode kontinuierlich Brom zugeführt wird, und daß das Zink~31ektrodenmaterial derart ersetzt werden kann, daß nicht die ganze Seile aus e inar.de r-■ gebaut zu werden braucht» Weiterhin wird durch das Vorhandensein der l'Iembrane verhindert, daß Brom zu der Zink-Elektrode hin diffundiert. Weiterhin können durch die beschriebenen Anordnungen optimale Konzentrationen an gelösten Ionen und Bros aufrecht erhalten'werden. Durch den kontinuierlichen Stro>:i der elektrisch aktiven Stoffe durch die Zelle werden die Elektroden kontinuierlich gespült und depolaris-iert, wodurch die maxinale Spannung (ungefähr 1,8 Volt für eine einzelne Zelle) im wesentlichen dauernd aufrecht erhalten wird. Diese hohe Spannung zusammen mit der hohen otromausbeute machen 'diese Zellen insbesondere für den Antrieb von selbstbeweglichen Fahrzeugen oder für ähnliche Anwendungen geeignet, Die Tatsache, daß die -Zellen gleichfalls als Brennstoffzellen ausgebildet sein können, bei denen die elektrisch aktiven Stoffe periodisch oder kontinuierlich in geeigneter Yfeise ersetzbar sind, erhöht noch die. Verwendungsfähigkeit solcher Zellen,

Die vorliegende Erfindung wurde oben vorzugsweise an einer Zink-Brom Zelle beschrieben, jedoch können die erfinderischen

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Merkmale ebensogut bei anderen Arten von Zellen verv/andt '.verden. Eierfür erwähnte Beispiele sind Zellen, bei .denen die
Anode aus Cadmium, oder Uajnesium besteht und/oder bei denen das elektrisch aktive llaterial in dem Katholyten Jod, Chlor oder luft (Sauerstoff) ist. Die in den Pig.' 2 und 3 beschriebene Zink-ilufschlärnnvorrichtung kann insbesondere bei Zink-Luft Brennstoffzellen verv/andt ',verden.

Die in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale und Angaben werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht«

- Ansprüche -

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Claims (1)

1. — . I 2» — - ■

   P a te η t a a s ρ r ti ehe _:

   UJ Vorrichtung zur elektrochemischen Erzeugung eines elektrischen Stromes iiit einem in -einer liamner nebeneinander angeordneten KathodensysteE und Anodensystem, dadurch gekennzeichnet, daS in der Zamnier eine llen^rane (S) angeordnet ist, die diese in einen das Kathodensystem enthaltenden ICatholytraum (34) und einen das Anodensysten enthaltenden Anoljrtraun \'$S) unterteilt, daß der Katholytraum einen ■ flüssigen iCatliolyten und eine Einrichtung enthält, um den flüssigen Zatholyten kontinuierlich in den EathoIytraun einzuführen, durch diesen dxirchlaufen und aus diesem austreten zu lassen, und daß der Änolytraum einen flüssigen Anolyten und eine Einrichtung enthält, us den flüssigen Anolyten kontinuierlich in den Anolytenraun einzuführen, durch diesen durchlaufen und aus diesem austreten zu lassen»

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Betriebsstoff zuführungstanks (20, 24) zur. .Speisung der Vorrichtung' mit den elektrisch aktiven Stoffen, und durch weitere -Tanks (22, 26) zur■Aufnähme der die Vorrichtung verlassenden Reaktionsprodukte ο·

   ο Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch; Einrich- ': tungen (40,-42) zum kontinuierlichen Umlauf des Katholyten

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   vom Auslaß des Katholytraumes zurück zu dem Sinlaß des Katholytraumes, durch. Einrichtungen (54, 58) für den kontinuierlichen Umlauf des Anolyten entsprechend einer Sepolarisierungsgeschwindigkeit vom Auslaß des Anolytenraumes zurück zu dem Dinlaß des Anolytenraumes, und durch 3inrichtungen zur Steuerung der Zusammensetzung des Anolyten tind des Katholyten in. der Zelle.

   w 4. "Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (δ) eine für Kationen oder Anionen halbdurchlässige Membran ist»

   5· Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem sulfonierten, filmbildenden Polyolefin mit Kationenaustauschereigenschaften besteht.

   . 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das . Anodens3^rstem einen MetalIf ilz_f-polster ™ oder -ilock (10) besitzt, der in, dem Anolytraum enthalten

   ist* .

   ,7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodensystem Iletallteilchen enthält, die in dem Anolyten verteilt sind und hiermit eine Dispersion bilden«

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   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodensystem Zink enthält oder aus Zink besteht. "

   9ο Vorrichtung nach einem de'r-Ansprüche 1-8, dadiirch gekennzeichnet, daß-das Kathodensystem eine Kohlenstoff-" Elektrode (2) enthält, und daß dem Katholyten vor seiner ' Einführung in den Katholytraum Brom zugesetzt ist.

   10ö Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß • sowohl der Anolyt als auch der Katholyt eine wässrigelösung aus Zinkbromid enthält. ·

   11» Vorrichtung-nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet., daß die Kohlenstoff-Elektrode darin ausgebildete Kanäle (4, 4^f) besitzt, durch die der Katholyt und das Brom von dem Einlaß das Eatholytraumes -zu der Oberfläche (2'.) der liathodenalektrode geführt werden, die dem Anodensystem zugewandt ist, und daß weitere Kanäle (6, 6') vorgesehen sind, die den Katholytenvon dieser Oberfläche zu dem Ausgang des Katholytraumes führen.

   12. Vorrichtung zur elektrochemischen Erzeugung eines /elektrischen Stromes mit einer -Kohlenstoffkathode, einer 'Zinkanode mit einem eine wässrige Lösung aus Zinkbromid enthaltenden

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   Elektrolyten und mit Brom, dadurch gekennzeichnet, daß eine halbdurchlässige LIe mb reine aus Ionenaustauschematerial in dem Elektrolyten zv/ischen der Kathode und der Anode angeordnet ist«

   13» Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, da3 die Membran aus einem sulfonierten, filmbildenden Polyolefin besteht.

   Η« Vorrichtung nach einen der Ansprüche 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß die'Anode eine Aufschlämmung von Zink-, teilchen enthält, die in dem Elektrolyten dispergiert sind ο

   ο Vorrichtung zur elektrochemischen Srzeugung eines elektrischen Stromes mit zwei Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß eine dieser Elektroden in einer von der anderen Elektrode getrennten Kammer angeordnet ist und eine Aufschlämmung von Metallteilchen enthält, die in einem flüssigen Elektrolyten dispergiert sind.

   16o Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur.Einführung der Aufschlämmung in die Kammer vorgesehen sind und daß die Kammer einen Auslaß für den verbrauchten Elektrolyten dieser Aufschlemmung besitzt.

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   17o Tor richtung nach'Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet;, daß die Zuführungseinrichtung-, eine leitung (62) zur Einführung des Elektrolyten in die Vorrichtung, 'einen Vorratsbehälter (56) .für die Iletallteilchen und ein Ventil (63) zur Steuerung des Iletallteilchenstromes' aus dem Vorratsbehälter in die Leitung besitzt» · ·

   16« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 *- 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenkanmer gleichfalls Körner (86) aus einen leitenden llaterial enthält, die im wesentlichen größer als die Lietallteilchen (88) sind.

   19· Vorrichtung nach Anspruch T8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenkainiser ein leicht herausnehmbares lietallgitter (80) und eine Metallplatte (82) oder ein zweites Metallgitter, das im Abstand hiervon angeordnet ist, enthält und daß die Körner in diesem Zwischenraum angeordnet sind.

   2Oo Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteiichen aus Zink bestehen..

   21.0 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter und die Platte oder das zweite Gitter beide aus Kupfer und die Körner aus Zink, Kupfer oder Kohlenstoff bestehen»

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   22o Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine halbdurchlässige Membrane aus Ionenaustauschermaterial auf der Seite des Metallgitters, gegenüber den Körnern, angeordnet isto

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   L e e r s e 11 e

   ^0R'G'NAL INSPECTED