DE1925861A1

DE1925861A1 - Elektrochemische Batterie

Info

Publication number: DE1925861A1
Application number: DE19691925861
Authority: DE
Inventors: Carl Dipl-Ing Heinz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-05-21
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1971-02-11
Also published as: US3664876A; FR2043571A7; GB1304885A; DE1925861B2

Description

Li centia Patent-Verwaltungs-G. m. b .fl. Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

F 69/37 Schub Elektrochemische Batterie

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Batterie mit elektrisch und elektrolytkreismäßig in Reihe geschalteten Zellen.

Es sind bereits elektrochemische Batterien mit einem Elektrolytkreislauf bekannt, für den im wesentlichen ein Elektrolyt-Vorratsbehälter, eine Pumpe, ein Wärmeaustauscher und Einrichtungen zur Entfernung von Reaktionsprodukten bzw. zum Zusetzen von notwendigen Betriebsstoffen und dergleichen vorgesehen ist (US-Patentschrift 3·359·136). Durch die elektrische und elektrolytkreismäßige Reihenschaltung der Zellen verbindet der Elektrolyt als Nebenschluß elektrisch Zelle mit Zelle und es entsteht ein Strom, der bei normalen Akkumulatoren eine Selbstentladung und bei Brennstoffzellen-Batterien einen Leistungsverlust verursacht. Es kann ferner zur Zersetzung des Elektrolyten kommen und auch zu unerwünschten Elektrodenreaktionen. Um diesem Mangel abzuhelfen,

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ist es durch die obengenannte Patentschrift bekannt, den Elektrolytquerschnitt kleinzuhalten und für den Elektrolyten lange Wege vorzusehen. Dadurch wird der Elektrolyt-Na.benweg zwar hochohmig, jedoch wird auch der Elektroiytfluß stark erschwert und die Pumpenleistung muß entsprechend groß sein.

Es ist auch bereits eine Brennstoffzellen-Batterie mit Elektrolytkreislauf bekannt, bei der eine Elektrolyt-Spülung mit P langen Ruhe- und kurzen Spülzeiten vorgesehen ist (Zeitschrift "Chemie-Ingenieur-Technik", 41. Jahrgang, Heft 4, 1969, S. 146-154). Ein solcher Elektrolytkreislauf ist nur bei kleinen Einheiten verwendbar, da der Temperaturausgleich bei großen Einheiten einen äußeren Wärmeaustauscher erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem durch den Elektrolyt-Nebenschluß hervorgerufenen Strom so klein zu halten, daß auch über lange Zeiten keine Zerstörung der P Zellen und/oder der Elektroden und auch hierfür kein merklicher Verbrauch an Brennstoffen auftritt. Um den Elektrolytkreislauf einfach zu gestalten, soll ein und derselbe Elektrolyt - wie bekannt - alle Zellen der Batterie durchströmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrolytkreislauf derart ausgebildet ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytverbindung zwischen den Zellen unterbrochen ist.

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Weitere zweckdienliche Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schoinatisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine prinzipielle Ausbildung des Erfinöungsgegenstandes,

Fig. 2 eine besonders zweckmäßige Ausführung des Erfindungsgegenstandes.

In der Figur 1 ist eine Brennstoffzellen-Batterie mit beispielsweise 6 Zeilen 1 bis 6 angenommen. Die Zellen sind über Leitungen 7 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Anschlüsse für einen äußeren Stromkreis sind mit 8 und 9 bezeichnet. Die Hilf saggregate für den ISiektrolytkreislauf, wie Elektrolyt-Vorratsbehälter, Pumpe, Wärmeaustauscher usw;, sind lediglich schematisch sit IO angedeutet, da deren Ausbildung grundsätzlich bekannt, ist (siehe obengenannte US-Patentschrift).

Gemüii der Erfindung sind den Zellen 1 bis 6 Elektrolyt-Speicher Ii bis 16 mit nicht weiter dargestellten Schaltmitteln für den Ein- bzw. Auslauf des Elektrolyten zugeordnet. Der Elektrolyt ist in den Zeilen 1 bis 6 und in den Speichern 12, IA-, 16 durch Strichelung angedeutet. Es sei angenommen, daß die Zirkulation des Elektrolyten im Uhrzeigersinn erfolgt, "ffie durch die ausgezogenen Doppellinien 18 bis 2$ angedeutet, die Leitungsrohre darsteilen, ist die Zeile 1 mit den Speichern 16, 11 verbindbar, die Zelle 3 mit den Speichern 12, 13 und die Zelle 5

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mit den Speichern 14, 15, wobei die Speicher 16, 12 und 14 . mit Elektrolyt gefüllt sind. In dieser Ausgangsstellung.".der Anlage haben die Zellen 2,4, 6 keinerlei Verbindung mit den Rohrleitungen 19/20, 21/22, 23/17 und dementsprechend kann sich auch kein elektrolytischer Nebenschluß von Zelle zu Zelle ausbilden.

In einem ersten Arbeitsschritt wird nun der Elektrolyt der Speicher 16, 12, 14 in die Zellen 1, 3, 5 gebracht und die gleiche Menge von Elektrolyt gelangt aus diesen Zellen in die Speicher 11, 13»15· Die Elektrolytmenge in den Zellen 1»3> 5 bleibt dabei unverändert.

In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Speicher 11, 12 mit der bisher vom Elektrolytkreislauf getrennten Zelle 2 verbunden, wie durch die gestrichelten Doppellinien 19⁹IiSO⁸ angedeutet ist, wodurch die Zelle 1 nunmehr vom Elektrolyt= kreislauf vollkommen getrennt wird. Auch die Zellen 4 und 6 werden mit den Speichern 13, 14 (21·, 22') und 15, 16 (23 \ verbunden und die Zellen 3 und 5 von den Speichern 12, 13 und 14, 15 abgetrennt, so daß die Zellen 1, 3 und 5 nicht mehr im Elektrolytkreislauf liegen.

Die Leitungen 18 bis 23 liegen also im ersten Arbeitsschritt an den Zellen 1, 3» 5 und im zweiten Arbeitsschritt an den Zellen 2,4,6.

Da im ersten Arbeitsschritt die vorher leeren Speicher 11_s 131 15 gefüllt wurden, erfolgt im zweiten Arbeitsschritt der

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Transport des Elektrolyten dieser Speicher in die an diese angeschlossenen Zellen 2,4 und 6 und aus diesen Zellen strömt der Elektrolyt in die im ersten Arbeitsschritt geleerten Speicher 12, 14 und 16. Damit ist die Ausgangsstellung der Anlage wieder erreicht, und es folgen nun laufend aufeinander die Arbeitsschritte 1 und 2 wie vorstehend beschrieben.

Wie ersichtlich, kann- durch den Elektrolyten zwischen den Zellen 1 bis 6 nunmehr keine elektrisch leitende Verbindung auftreten.

Die' Figur 2 zeigt eine besonders zweckmäßige Ausbildung der Speicher 11 bis 16 und zweckmäßige Verbindungsmittel zwischen den Zellen 1 bis 6 und den zugeordneten Speichern 11 bis

Die Speicher 11 bis 16 sind Teil eines Mehrkolben-Pumpensystems 24_s das durch einen Motor 25 angetrieben wird. In den Verbindungsleitungen 18 bis 23 und 18' bis 23' zwischen den Zellen 1 bis 6 und den als Kolbenpumpen ausgebildeten Speichern 11 bis 16 sind elektrisch isolierende Schalter 26 bis 37 angeordnet. Die Schalter können beispielsweise wie Rückschlag ν «ist lie aufgebaut sein*

Jede Pump© 11 bis 16 besteht im wesentlichen aus .einem Kolbenraum 38 Ms 4J und sugeordnetea Kolben 44 bis 49· Die im ersten Arbeitsschritt auftretende Hubrichtung der Kolben 44 Ms 49 ist AiIE¹Sh. ausgeaegeae Pfeile, die. im zweiten Arbeiteesehritt auftretende Hubriehtung durch gestrichelte Pfeile angedeutet.

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Die Ventile 28/29» 32/33 und 36/37 sind in der Ausgangsstellung der Anlage (bei Beginn des ersten Arbeitsschrittes) geschlossen, während die Ventile 26/2?, 30/31 und 34/35 geöffnet sind.

Um den Elektrolyten elektrisch zu unterbrechen, sind die Ventile aus Isolierstoff ausgebildet. Bei einem Rückschlag-Kugel- oder Kegelventil kann die bewegbare Kugel oder der bewegbare Kegel beispielsweise aus Quarzglas bestehen, P während das feststehende Lochteil, gegen das die Kugel oder der Kegel bewegt wird, beispielsweise aus Plexiglas bestehen kann. Untersuchungen haben ergeben, daß bei einem solchen in den Elektrolytkreislauf eingeschalteten Ventil sich zwischen zwei Meßpunkten bei geöffnetem Ventil "beispielsweise ein Widerstand des Elektrolyten von ca. 25i? und bei geschlossenem Ventil ein Widerstand von ca. 25 ki2 ergibt. Der in diesem Fall dann doch noch durch den Elektrolyten auftretende Fehlstrom liegt in der Größenordnung uA. Daiait ist aber eine Zersetzung des Elektrolyten und eine Oxydation der Elektroden so klein gehalten, daß ein ungestörter Betrieb der Batterie über Jahre erzielt ist.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Anlage nach der Figur 2 kurz erläutert.

Im ersten Arbeitsschritt gehen die Kolben 44 _? 46^-48 nach unten, während: die Kolben 4-5» 4-7»4-9 nach oben gehen. Me- ■■ Ventile 28/29» 32/33 und 36/37 sind geschlossen, die ^:

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Ventile 26/27, 30/31 und 34/35 sind geöffnet. Die Pumpe 11 saugt damit aus der Zelle 1 den Elektrolyten heraus, während durch die Pumpe 16 über das geöffnete Ventil 26 Elektrolyt in die Zelle 1 gepreßt wird. Der Kolben 45 der Pumpe 12 bewegt sich nach oben und der im Kolbenraum 39 vorhandene Elektrolyt kann nur über das offene Auslaßventil 30 in die Zelle 3 strömen, während die Zelle 2 elektrisch sowohl von der Pumpe 11, als auch 12 wegen der geschlossenen Ventile . ~ 28,29, die elektrisch isolierend ausgebildet sind, abgeschaltet ist* Der Elektrolyt des Kolbenraumes 39 wird also in die Zelle 3 gepumpt und gleichseitig geht der Kolben 46 der Pumpe 13 nach unten,und da das Einlaßventil 31 geöffnet ist, fließt eine entsprechende Measg® des Elektrolyten in den KoXbenraum 40 der Pumpe 15· Sie Zeil© 4 ist wieder elektrisch durch die geschlossenen Ventile 32,35 von den Pumpen 13, 14 abgssefe&ltet· Die in Kolbearaiim 41 der Pumpe 14. vorhandene Menge des Elektrolyten kann bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 47 dieser Pumpe nur über das geöffnete Auslaßventil 34 in die Zelle 5 gelangen, aus der wegen des geöffneten Einlaßventiles 35 die gleiche Menge Elektrolyt in den Kolbenraum42 der Pumpe 15 strömen kann, deren Kolben 48 eine Abwärtsbewegung macht. Auch die Zelle 6 ist elektrisch wegen der geschlossenen Ventile 36 ,37 vom Elektrölytkreislauf abgetrennt.

Ueber den geschlossenen Ventilen, die sich also "im hochohmigen Zustand" befinden, wird die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten also unterbrochen, so daß die sonst

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auftretende elektrisch leitende Verbindung der Zellen durch den Elektrolyten verhindert ist.

Im zweiten Arbeitsschritt werden die bisher geschlossenen Ventile 28/29, 52/53 und 56/37 geöffnet und die Ventile 26/27, • 30/31 und 54/55 geschlossen. Die Kolben der Pumpen 11 bis 16 bewegen sich in der durch den gestrichelten Pfeil angegebenen Richtung, so daß-der in den Kolbenräumen 58, 40 und 42 stehende Elektrolyt in die nunmehr in den Elektrolytkreislauf ge- Ψ schalteten Zellen 2,4 und 6 gedrückt wird, aus denen die gleiche Menge Elektrolyt in die Kolbenräume 59» 41 und 45 gesogen wird. Da die Ventile 26/27, 50/31 und 34/35 in diesem Schritt geschlossen sind, sind die Zellen 1,3 und 5 vom Elektrolytkreislauf durch die elektrisch isolierend ausgebildeten Ventile abgetrennt.

Auf den zweiten Arbeitsschritt folgt wieder der erste Arbeitsschritt mit einem entsprechenden Schaltwechsel der Ventile und Bewegung der Kolben der Pumpen. Darauf folgt dann wieder " der zweite Arbeitsschritt und so fort.

Der Elektrolytkreislauf ist also stets geschlossen und alle Zellen mit Elektrolyt gefüllt. Die Zirkulation des Elektrolyten wird zellengruppenweise durch die Bewegung der Kolben der Pumpen erreicht.

8 Seiten Beschreibung
4 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1 F 69/57 Schub Patentansprüche

1. Elektrochemische Batterie mit elektrisch und elektrolytkreismäßig in Reihe geschalteten Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolytkreislauf derart ausgebildet ist, daß die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytverbindung zwischen den Zellen unterbrochen ist.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Zellen Elektrolyt-Transportspeicher zugeordnet sind, die an die Zellen an- oder von diesen abschaltbar sind.

3. Batterie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß elektrolytmäßig nicht benachbarte Zellen in wechselnder Folge vom Elektrolyten durchströmt werden.

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Batterie nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher Pumpen sind und benachbarten Zellen je eine Pumpe zugeordnet ist und in den Verbindungsleitungen von Pumpe und zugeordneten Zellen elektrisch isolierende Schalter angeordnet sind.

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