DE1915598A1 - Elektrochemisches Element - Google Patents

Elektrochemisches Element

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DE1915598A1
DE1915598A1 DE19691915598 DE1915598A DE1915598A1 DE 1915598 A1 DE1915598 A1 DE 1915598A1 DE 19691915598 DE19691915598 DE 19691915598 DE 1915598 A DE1915598 A DE 1915598A DE 1915598 A1 DE1915598 A1 DE 1915598A1
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONS WAS
REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE 10 Patentanwälte Begrich · Wasmeier, 8400 Regensburg 3, Postfach II
Telefon 09 41 / 310 55
An das Bayer. Staatsbank, Regensburg507
FeutSChe Patentamt Postscheckkonto:München89369
Telegramme: Begpatent Regensburg
8 München 2
L J
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E/p 6581
Ta9 26. März 1969
Energy Conversion limited,Britannic House, Moor Lane, Iondon,
E.C.2, England
Elektrochemisches Element.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrochemische Elemente, insbesondere auf Metall - / Sauerstoff - (Luft - ) Batterien, das heißt Batterien, bei welchen Metall-/ Sauerstoff - (Luft-) Elemente "zusammen angeordnet und miteinander verbunden sind und eine Stromquelle bei einer G-esamtspannung ergeben, welche ein Vielfaches von der eines einzelnen Elementes ist. Es ist allgemein wünschenswert, daß die Batterie so kleine Abmessungen wie nur möglich hat, und als Folge davon, daß die Elemente so dicht wie möglich in Übereinstimmung mit dem Erfordernis zusammengepackt sind, daß Oxydationsgas die Kathoden erreichen mußβ Bei Elementen mit einer dichten Zusammenstellung in Reihe ergibt sich eine Schwierigkeit beim Entfernen von innerhalb der Elemente erzeugter Hitze. Normalerweise wird die Oxydationsgaszuführung zum Zwecke der Kühlung benutzt, und die Zuführungsgeschwindigkeit des Oxydationsmittels über die Kathodenober-
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fläche muß erheblich größer als die sein, welche notwendig ist, um die erforderliehe Menge zu BepolarisieruBgszwecken zuzuführen. Infolgedessen besteht für das überschüssige Gas eine Neigung, ein Verdampfen des Elektrolyten durch die Kathoden und demgemäß einen Verlust an Elektrolyt aus den Elementen hervorzurufen«,
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Elektrodenaufbau für eine Metall- / Sauerstoff- (luft-) Batterie einschließlich Kühlmitteln zum Ableiten der erzeugten Hitze vorgesehen, und die Kühlmittel sind gesondert von der Qsyctationsgaszuführung vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung handelt es sich um ein elektrochemisches Element für eine Metall-/ Sauerstoff- (luft-) Batterie mit einer Anode und mindestens einer Kathode, wobei Mittel sum Kühlen der Anode im Betrieb vorgesehen und solche Kühlmittel getrennt von der Oxydationsgaszuführung zu dem Element angeordnet sind.
Die Anode oder der Elektrodenaufbau sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit mindestens einer Öffnung oder mindestens einem Kanal versehen, durch welchen ein Kühlmittel geschickt werden kann.
Die Anode oder der Elektrodenaufbau können mit Kühlrippen versehen sein.
Die Anode oder der Elektrodenaufbau sollen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit einem Behälter zum Aufbewahren eines Elektrolyten versehen sein, wobei eine Schicht oder ein Glied von guter thermischer Leitfähigkeit auf der der zugeordneten Kathode aufgekehrten Anodenoberfläche angeordnet ist und sich um die Außenfläche des Behälters herum erstreckt«
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Ein Behälter kann an jeden der beiden gegenüberliegenäen Enden der Anode angeordnet sein, und die Schicht oder das Glied erstreckt sich um die Außenflächen von beiden Behältern herum.
Eine Metall-/ Sauerstoff- (Luft-) Batterie mit einer Anzahl von den oben beschriebenen Elementen oder Elektroden soll ferner Mittel zum Vorsehen eines zwangsläufigen llusses an Kühlmedium durch die Öffnung bzw. Öffnungen oder den Kanal bzw. die Kanäle und bzw. oder an den Kühlrippen oder der Schicht oder dem Glied entlang enthalten.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Metall-/Sauerstoff- (Luft-) Batterie eine Mehrzahl von Elementen, wobei die Kathoden von Elementenparren in einem bestimmten Abstand einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß der Zwischenraum Zutritt von ausreichend Oxydationsgas zu . den Kathoden zur Aufrechterhaltung deren Polarisierung ermöglicht, und die Elemente zwischen benachbarten Anoden einen Abstand haben, um den Durchtritt von genügend Kühlmedium zum Entfernen des erforderlichen Betrages an Hitze aus den Elementen zu gestatten·
Die Kühlglieder können in Berührung mit den Außenflächen der Anoden angeordnet sein, und diese Kühlglieder können auf einer oder mehreren Elementenseiten nach außen verlängert sein, um Kühlrippen zu bilden0
Weiterhin soll jedes Element einer Mehrzahl von Elementen ein besonderes Paar zugeordneter Anoden- und Kathoaenelektroden enthalten, wobei die Kathoden der beiden Elektrodenpaare einander benachbart sind und solchen Abstand voneinander haben, daß genügend Oxydationsgas zur Aufrechterhaltung einer Depolarisation hindurchtreten kann, und die Anoden in inniger Berührung mit einem Batteriegehäuse stehen, aber elektrisch davon isoliert sind, welches aus einem Material von guter Aarme-
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leitfähigkeit hergestellt ist«
Das Äußere des Gehäuses kann mit Kühlrippen versehen sein.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.
Figur 1 zeigt in Draufsicht einen Teil einer Metall - /Sauerstoff- (Luft-) Batterie mit Anodenkühlräumen und Kühlrippen.
Figur 2 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Metall-/Sauerstoff- (Luft- ) Batterie mit Anodenkühlräumen·
Figur 3 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Batterie mit Kühlgliedern, welche sich über die Anoden und zugeordnete Elektrolytbehälter erstrecken.
Figur 4 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Batterie mit einem die Anoden berührenden, wärmeableitenden Gehäuse«
Figur 5 zeigt in Draufsicht einen Teil einer Batterie mit einer Anordnung zum zwangläufigen Durchführen eines Kühlmediums zwischen den Anoden der Elemente«
Figur 6 zeigt in Draufsicht einen Teil einer Batterie mit in den Anoden' selbst vorgesehenen Kühlführungen.
In Figur 1 ist ein Teil einer Metall- / Sauerstoff- (Luft-) Batterie mit Anoden 11 und entsprechend zugeordneten Kathoden 12 dargestellt. Die Kathoden 12 benachbarter Elemente bei einem Paar sind einander entgegengerichtet und mit einem Abstand 13 voneinander angeordnet, welcher von einer Größe ist, welche in erster Linie, wenn nicht nur durch die Überlegung bestimmt ist, daß der Abstand 13 den Zutritt von genügend Gas ■ zu den benachbarten Kathoden 12 ermöglicht, um deren Depolarisierung aufrechtzuerhalten.
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Jede Anode 11 ist nahe einer weiteren Anode des nächsten benachbarten Zellenpaares in einem Abstand H für den Durch-• tritt eines Kühlmediums angeordnet. Bei der Anordnung nach Figur 1 trägt jede der den zugeordneten Kathoden 12 abgekehrten Oberflächen der Anoden 11 ein Kühlglied 15, und diese Kühlglieder sind auf jeder Seite nach außen über die Elemente zur Bildung von Kühlrippen 15a verlängert.
Bei dieser Anordnung kann ä-er der Durchtritt an Kühlungsmedium an den Anodenkühlgliedern entlang vollkommen getrennt von der Zuführung an Depolarisationsgas aufrechterhalten werden, so daß das Kühlmedium keine Verdampfung des Elektrolyten herbeiführen kann. Die Anoden 11 sind porös und enthalten Elektrolyt, und die Kühlglieder sollten daher gegenüber dem Elektrolyten undurchlässig sein, um dessen Auslaufen oder Verdampfen zu verhindern. In Abänderung dazu kann der Elektrolyt als das Kühlmedium verwendet und über einen gemeinsamen Behälter und nicht dargestellten Wärmeaustauscher in Umlauf gesetzt werden. Dieses ist auch auf die in den Figuren 2, 3, 5 und 6 dargestellten Batterien anwendbar.
Die Elemente können in einem Gehäuse untergebracht oder durch Kiemmittel zusammengeklemmt werden, welche zum Austausch der Anoden 11 ausgelöst werden kÖnnene Dies Gehäuse oder diese Klemmanordnung ist schematisch durch gestrichelte Linien 16 dargestellte
Die benachbarten Anoden 11 und Kathoden können durch Abstandsstücke 17 (Fig. 2) in dem erforderlichen Abstand voneinander gehalten werden«, Die Anordnung auf'Figur 2 ist ähnlich der nach Figur 1 mit der Ausnahme, daß die Kühlglieder 15 und Kühlrippen 15a nicht vorgesehen sind.
In Figur 3 ist ein Teil einer Metall- / Sauerstoff- (Luft-) Batterie dargestellt, bei welcher Kühlmittel oder -Schichten 18 an den den entsprechend zugeordneten Kathoden 12 abge-
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kehrten Oberflächen der Anoden 11 vorgesehen sind, Die Behälter 19 sind an den Enden der Anoden 11 zum Halten eines flüssigen Elektrolyten vorgesehen* Die Kühlglieder oder -schichten 18 sind um die Außenflächen der Behälter 19 verlängert und vergrößern die zur Verfügung stehende Fläche für eine Ableitung der Hitze.
In Pigur 4 ist ein Seil einer Metall- /Sauerstoff- (Luft-) Batterie dargestellt, bei welcher die den entsprechend zugeordneten Kathoden 12 abgekehrten Oberflächen der Anoden 11 in enger Wärmeberührung mit inneren Querteilen eines G-'eliäuses 20 stehen, aber elektrisch davon isoliert sind, welches aus einem guten, thermischleitfähigen Material wie beispielsweise Metall hergestellt ist. In der Abänderung dazu können die Isolierteile 20 in dem G-ekäuse 20 vorgesehen sein9 um die Elemente elektrisch au trennen. Die Außenflächen des Gehäuses 20 sind mit Kühlrippen 20a versehen«,
In figur 5 ist ein !Teil einer Batterie äargestellt9 bei welcher eine Einlaßverteilerleitung 21 und eine Auslaßyerteilerleitung 22 für die Zwischenräume 14 zwischen benachbarten Anoden 11 vorgesehen sind. Es sind Druckmittel 23 mit der Einlaßverteilerleitung 22 verbunden, um ein Kühlmedium durch die Zwischenräume 14 hindurchzudrücken. Die Druckmittel 23 können einen Ventilator enthalten, um luft durch die Zwischenräume 14 hindurchzudrücken, in welchem fall die Auslaßverteilerleitung 22 wegfallen kann. In Abänderung dazu können die Druckmittel 23 aus einer Pumpe bestehen, um eine Flüssigkeit durch die Zwischenräume 14 hindurchzupumpen. Solch eine Anordnung könnte beispielsweise für Unterwasseranwendungen verwendet werden, wo das Wasser als Kühlmedium verwendet werden könnte. Bei solch einer Anordnung wurden die Anoden gegenüber dem Wasser isoliert werden. Weiterhin könnte bei solch einer Anordnung das Wasser .durch einen Wärmeaustauscher für eine Verwendung der abzuleitenden Hitze hindurchgesehiekt werden.
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Ε/ρ 6581 -7- 26.3.69 B/«e
Bei Figur 6 ist eine Batterie dargestellt, bei welcher die Anoden 11 mit zwei Kataoden 12 versehen sind, wobei je eine Kathode an einer der größeren Oberflächen der Anoden angeordnet sind. Bei dieser Anordnung werden die Anoden durch Hindurchführen eines Kühlmediums durch Öffnungen, Kanäle oder !Führungen 24 in den Anoden gekühlte
Es sind verschiedene Abänderungen im Rahmen der Erfindung möglich· Beispielsweise können saugfähige Abstandsstücke zwischen den Anoden und Kathoden der Anordnung nach Figur 3 vorgesehen werden, welche sich in die Behälter 19 erstrecken, oder die Kühlglieder können so angeordnet werden, daß sie die notwendige Abstützung für die einzelnen Elemente vorsehen und die Elemente in dem erforderlichen Abstand halten·
90984 6/0

Claims (9)

  1. 6581 -8- 26ο3.69 B/We
    Patentansprü ehe
    Λ
    1./ Elektrochemisches Element für eine Metall- /Sauerstoff— (luft- ) Batterie mit einer Anode und mindestens einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel für die Anode (11) im Betrieb vorgesehen und von der Oxydationsgaszuführung zu dem Element getrennt sind»
  2. 2. Elektrochemisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (11) mit mindestens einer Öffnung oder einem Kanal (24) versehen ist, durch den
    k ein Kühlmittel hindurchgeschickt werden kanno
  3. 3. Elektrochemisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (11) mit Kühlrippen (15a) versehen ist.
  4. 4· Elektrochemisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (11) mit einem Behälter 09) zum Halten von Elektrolyt versehen ist, und eine Schicht oder ein Glied von guter Wärmeleitfähigkeit (18) auf der der zugeordneten Kathode (12) abgekehrten Anodenoberfläche angeordnet ist und sich um die Außenfläche des Behälters (19) herum erstreckt.
  5. 5. Elektrochemisches Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (19) an jedem der zwei gegenüberliegenden Enden der Anode (11) vorgesehen ist, und sich die Schicht oder das Glied (18) um die Außenfläche von beiden Behältern (19) herum erstreckte
    Ε/Ρ 6581 - . -9- 26.3.69 B/We
  6. 6. Elektrochemisches Element nach den Ansprüchen 2, 3,
    4· oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Metall-/Sauerstoff-(Luft-) Batterie mit einer Mehrzahl solcher Elemente Antriebsmittel (23) für einen zwangläufigen. Kühlmediumfluß durch mindestens einen Kanal (24) und bzw. oder entlang den Kühlrippen (15a) oder entlang der Schicht oder dem Glied (.18) vorgesehen sind, ,
  7. 7. Elektrochemisches Element nach den Ansprüchen 1» 2 oder
    - 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Metall- /Sauerstoff- (luft- ) Batterie mit einer Mehrzahl solcher Elemente die Kathoden (12) von Elementpaareri in einem bestimmten Abstand einander gegenüber angeordnet sind, so daß der Zwischenraum (13) Zutritt von ausreichend Oxydationsgas zu den Kathoden (12) zur Aufrechterhaltung deren Depolarisierung ermöglicht, und die Elemente zwischen benachbarten Anoden (11) einen Abstand (H) haben, um den Durchtritt von genügend Kühlmedium zum Entfernen des erforderlichen Betrages an Hitze, von den Elementen zu gestatten. . .
  8. 8. Elektrochemisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,, .daß die Kühlglieder (15) in Berührung mit den Außenflächen der Anoden (11) stehen.
  9. 9. Elektrochemisches Element nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Metall- /Sauerstoff-(Luft—) Batterie mit einer Mehrzahl solcher Elemente jedes Element ein£ besonderes Paar an zugeordneten Anoden- (11).
    und Kathoden- (12) Elektroden enthält, und: die Kathoden (12) von den beiden Elektrodenpaaren einander benachbart und in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß der Durchtritt von genügend Oxydationsgas zum Auf-' rechterhalten eines Depolarisierens ermöglicht wird, und die Anoden (11) in enger Berührung mit einem Gehäuse (20) für die Batterie stehen, aber elektrisch davon isoliert sind, welches aus einem Material von guter Leitfähigkeit hergestellt ist.
    909ÖA6/0SJÖ
    Ε/ρ 6581 -10- 26ο3ο69
    10ο Elektrochemisches Element nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Äußere des Gehäuses (20) mit Kühlrippen (20a) versehen ist.
    909846/00.ib
    ν-
    L e e r s e i t e
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