DE1796080C3 - Verfahren zur Wartungsfreien und betriebsbereiten Stillsetzung von Brennstoffbatterien - Google Patents
Verfahren zur Wartungsfreien und betriebsbereiten Stillsetzung von BrennstoffbatterienInfo
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wartungsfreien und betriebsbereiten Stillsetzung von mit
gasförmigem Wasserstoff, einem gasförmigen Oxidationsmittel und einer alkalischen Elektrolytflüssigkeit
als Betriebsstoffen betriebenen Brennstoffbatterien durch Entfernen eines der gasförmigen Betriebsstoffe
mittels eines Gases.
Brennstoffbatterien können u. a. als Notstromaggregate eingesetzt werden. Dabei stehen die Batterien über
längere Zeiträume hinweg ohne Wartung, sie sollen aber bei der Inbetriebnahme dennoch in sehr kurzer
Zeit ihre temperaturbedingte Nennleistung abgeben. Im unbelasteten und betriebsbereiten Zustand findet
jedoch im allgemeinen ein mehr oder weniger großer Verbrauch an Reaktanten statt. Dieser Verbrauch ist in
Batterien mit elektrisch in Serie geschalteten Brennstoffelementen und von der Elektrolytflüssigkeit parallel
durchströmten Elektrolyträumen hauptsächlich durch interne elektrolytische Nebenschlüsse bestimmt.
Aber auch geringe Undichtigkeiten innerhalb der Batterie können einen Verlust an Reaktanten verursachen.
Auf diese Weise kann infolge von Oxidationsprozessen an den Anoden, d. h. den negativen Elektroden,
insbesondere solchen mit aktivem Nickel, ein weitgehend irreversibler Aktivitätsverlust auftreten. Dieser
Aktivitätsverlust läßt sich zwar durch periodische oder
ständige Nachlieferung der Reaktanten, beispielsweise Wasserstoff, in die Elektrodenräume vermeiden, jedoch
ist damit ein unnötiger Verbrauch an Reaktanten verbunden. Das hat weiterhin zur Folge, daß die
Batterieanlage mit zusätzlichen Regeleinrichtungen und Hilfsorganen, beispielsweise Elektrolysezellen und
Spannungsquellen, versehen werden muß.
Aus der US-Patentschrift 33 95 045 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung von H2/O2- Brennstoffelementen
bekannt. Dazu wird die Wasserstoffelektrode periodisch reaktiviert, wobei die H2-Zufuhr zu dieser
Elektrode unterbunden wird, während der Sauerstoffelektrode weiterhin O2 zugeführt wird. Zur Entfernung
des restlichen Wasserstoffes in der Wasserstoffelektrode kann die Wasserstoffelektrode mit der Sauerstoffelektrode
über einen äußeren Widerstand kurzgeschlossen werden. Der in der Wasserstoffelektrode vorhandene
Wasserstoff kann aber auch in der Weise entfernt werden, daß bei offenem Stromkreis unter Anwendung
eines ausreichenden Druckes Sauerstoff von der Sauerstoffelektrode durch den Elektrolyten zur Wasserstoffelektrode
übertritt. Dabei erfolgt dann an der Wasserstoffelektrode eine chemische Umsetzung, d. h.
die Verbrennung von Wasserstoff mittels Sauerstoff zu Wasser. Diese Methode ist jedoch praktisch nur bei
Brennstoffelementen mit saurem Elektrolyten anwendbar, wobei Platin und Palladium als Katalysatoren
Verwendung finden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur wartungsfreien und betriebsbereiten Stillsetzung von
Brennstoffbatterien der eingangs genannten Art zu finden, bei welchem die Batterien im Bedarsfall unter
Vermeidung der erwähnten Nachteile und ohne Zuhilfenahme äußerer Hilfsmittel in sehr kurzer Zeit
ihre temperaturbedingte Nennleistung abgeben können.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Verwendung von Wasserstoff speichernden Katalysatoren
das gasförmige Oxidationsmittel durch Spülung mit Wasserstoff aus den Oxidationsmittelräumen und den
positiven Elektroden entfernt wird, wobei das Einlaßventil für das gasförmige Oxidationsmittel geschlossen
wird, und daß die Brennstoffbatterie während des Entfernens des gasförmigen Oxidationsmittels an eine
äußere Last angeschlossen wird, wobei ein zur Abführung des gasförmigen Oxidationsmittels dienendes
Auslaßventil bis zu dessen Entfernen geöffnet bleibt.
In den Wasserstoffelektroden (Anoden) werden vorzugsweise Nickelkatalysatoren, wie Raney-Nickel,
eingesetzt. In den positiven Elektroden (Kathoden) findet vorzugsweise Raney-Silber Verwendung.
Durch die Entfernung des gasförmigen Oxidationsmittels, wie Sauerstoff, entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird das Auftreten von elektrolytischen Kurzschlußströmen in den Batterien während der
Stillstandszeit verhindert. Raney-Nickel beispielsweise wird deshalb nicht irreversibel oxidiert, so daß es bei
Wiederinbetriebnahme der Batterie seine ursprüngliche Aktivität aufweist. Bei elektrisch in Serie geschalteten
Brennstoffelementen wird außerdem Raney-Silber auf ein negativeres Potential gebracht und somit der beim
Ruhepotential eintretende Auflösungsprozeß des Silbers praktisch unterbunden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also sowohl die Aktivität der Anoden als auch die der
Kathoden in stillgesetzten Brennstoffbatterien auf einfache Weise über sehr lange Zeiträume hinweg
unverändert aufrechterhalten werden. Eine periodische oder ständige Nachlieferung der Reaktanten sowie eine
Wartung und Kontrolle der Batterien ist damit nicht mehr erforderlich.
Anhand von Ausführungsbeispielen und einer Figur soll die Erfindung noch näher erläutert werden.
In der Figur ist der zeitliche Verlauf der Batteriespannung
einer zehnzelligen Batterie mit Raney-Nickel enthaltenden Anoden und Raney-Silber enthaltenden
Kathoden bei Verdrängung des Sauerstoffs aus den Kathoden und den Gasräumen für das Oxidationsmittel
durch Wasserstoff und umgekehrt dargestellt. Die Kurven 1 und 2 geben jeweils die Spannungswerte einer
mit Wasserstoff gespülten Brennstoffbatterie wieder,
wobei gemäß Kurve 1 die Brennstoffbatterie unbelastet u;.d gemäß Kurve 2 beiastet war. Bei belasteter Batterie
war nach etwa 7'/2 Minuten die Spannung — gemäß Kurve 2 — bereits auf etwa 1 V abgesunken, so daß der
Spülvorgang, d. h. die Zufuhr von Wasserstoff, beendet und die Last abgeschaltet werden konnte. Die Batterie
wurde dann über 5 Stunden stehengelassen, dabei waren die Kathodenporen und Gasräume mit Wasserstoff
gefüllt. Zur Wiederinbetriebnahme der Batterie wurde das Einlaßventil für den Sauerstoff geöffnet und dadurch
der Wasserstoff herausgespült; gleichzeitig wurde die Last eingeschaltet. Die Batteriespannung stieg dabei
innerhalb von etwa 30 Sekunden auf ihren ursprünglichen Wert an.
Die Kurve 3 zeigt den Spannungsverlauf einer Batterie, die zunächst über meherere Tage bei 9 V mit
6 A belastet war. Nach Abschaltung der Sauerstoffzufuhr wu/de die Batterie 10'/2 Minuten unter Last mit
Wasserstoff gespült. Während dieser Zeit sank die Batteriespannung auf etwa 0,3 V ab und erreichte bei
Einschaltung der Sauerstoffzufuhr (0,4 atü Betriebsdruck) und der elektrischen Last ebenfalls innerhalb von
30 Sekunden den Ausgangswert.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren zu beobachtende kurze Einstellzeit der Betriebsdaten wird darauf
zurückgeführt, daß während der Periode der Sauerstoffentladung die Dreiphasengrenze in den Kathoden
erhalten bleibt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur wartungsfreien und betriebsbereiten Stillsetzung von mit gasförmigem Wasserstoff,
einem gasförmigen Oxidationsmittel und einer alkalischen Elektrolytflüssigkeit als Betriebsstoffen
betriebenen Brennstoffbatterien durch Entfernen eines der gasförmigen Betriebsstoffe mittels eines
Gases, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Wasserstoff speichernden Katalysatoren
das gasförmige Oxidationsmittel durch Spülung mit Wasserstoff aus den Oxidationsmittelräumen
und den positiven Elektroden entfernt wird, wobei das Einlaßventil für das gasförmige Oxidationsniittel
geschlossen wird, und Paß die Brennstoffbatterie während des Entfernens des gasförmigen
Oxidationsmittels an eine äußere Last angeschlossen wird, wobei ein zur Abführung des gasförmigen
Oxidationsmittels dienendes Auslaßventil bis zu dessen Entfernen geöffnet bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wasserstoffelektroden Nickelkatalysatoren
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den positiven
Elektroden Raney-Silber eingesetzt wird.
Priority Applications (8)
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DE1796080B2 DE1796080B2 (de) | 1977-05-05 |
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