DE1933027A1

DE1933027A1 - Verfahren zum Aufladen eines Elements

Info

Publication number: DE1933027A1
Application number: DE19691933027
Authority: DE
Inventors: Chapple Ronald George; John Stanley
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-06-28
Publication date: 1970-01-15
Also published as: FR2014473A1; GB1268759A; JPS5015056B1; CH482313A; DE1933027B2

Description

27. Juni 1969

JOSEPH LUCAS (INDUS(PR-IES) LIMITED Birmingham (Großbritannien)

Verfahren zum Aufladen eines Elements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines aufladbaren Elements mit einer matallischen Elektrode, von der während der Entladung des Elements Metall entfernt wird und an der zum Aufladen des Elements Metall abgelagert wird. Die Erfindung ist besonders für Zink-Luft-Batterien anwendbar, läßt sich aber auch für andere Elemente der genannten Art verwenden.

Die Erfindung beruht darin, daß während des Ablagerns des Metalls der Elektrolyt innerhalb des Elements so in Bewegung versetzt wird, daß er zum Fließen in Richtung auf die gesamte Oberfläche der metallischen Elektrode-gebracht wird, derart, daß die Gleichförmigkai t in der Ablagerung des Metalls verbessert wird.

Die Erfindung^ ist im nachfolgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein schematischer Teilschnitt durch einen Teil einer Batterie gemäß einem Ausfiihrungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Batterie,

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Fig. 3 und 4 Schaubilder eines Teils einer Batterie als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 5 ein der Fig. 4 entsprechendes Schaubild, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Gemäß Fig. 1 und 2 sind eine Anzahl Doppelelektroden 11 vorgesehen, die jeweils eine Flußeisen-Stützplatte 12 aufweisen, an deren einer Seite eine jpröse Nickel-Luft-Elektrode 13 befestigt ist und an deren anderer Seite eine Zinkschicht 14 abgelagert ist. Zwischen der Platte 12 und der Elektrode 13 sind Zwischenräume 12a vorgesehen, und durch diese Zwischenräume wird der Elektrode 13 Luft zugeleitet. Sie Elektroden 11 werden von einem Rahmen getragen, der einen unteren Teil 15 aufweist. Durch diesen unteren Teil führt ein Durchgang 16, durch den der Elektrolyt der Kammer 20 zwischen der jeweiligen Zinkschicht 14 und der Luftelektrode 13 zugeleitet wird, und ein Durchgang 18 zur Zuleitung von Luft zur jeweiligen Kammer 20. Der Rahmen umfaßt ferner einen oberen Teil 19 mit einem Durchgang 21, durch den die Luft und der Eletrolyt zu einer Elektrolyt-Speioherkammer zurückgeleitet werden. Die Batterie wird in der üblichen Weise verwendet, wobei der Elektrolyt durch die Kammern 20 umgewälzt und während der Entladung Zink von den Elektroden 11 entfernt wird. Um die Batterie wieder aufzuladen, können in Verbindung mit den Elektroden 11 Gegenelektroden eingesetzt werden, um Zink aus dem Elektolyten abzulagern, der durch die Kammern 20 umgewälzt wird.

Der Durchgang 16 öffnet durch Einlasse 17 in die Kammern 20, und während des Ladens wird Luft vom Durchgang 18 zu einer Seite jeder dieser Einlasse geleitet. Die Luft wird im Elektrolyten in der Form von Bläschen mitgeführt, die mit dem Elektrolyten über die Oberfläche der Elektrode 11 fließen, auf der die Zinkschicht 14 abgelagert wird. Obgleich es sich bei dem Gas zweckmäßigerweise

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um Luft handelt, ist jedes andere Gas geeignet, das an den Reaktionen nicht teilnimmt, die innerhalb der Kammer vonstatten gehen. Ein solches Gas wird hier als.inertes Gas bezeichnet.

2 Gute Ergebnisse sind mit Stromdishten von 200 mA pro cm über die

Von zwei Stunden in einem Kaliumzinkat-Elektrolyten erzielt worden, der 61,0 Gramm Zinkoxid pro Liter in 50 $igem Kaiiumhydroxid enthält, und zwar bei einer Temperatur von 65°C und mit einer Elektrolyt-Fließgeschwindigkeit von 6 Litern pro Minute. Die Fließgeschwindigkeit von Gas betrug dabei 500 ml pro Minute bei Normaltemperatur und Normaldruck, und der Gasdruck betrug 375 nun Wassersäule.

Beim Laden einer Zink-Luft-Batterie wird aus dem Elektrolyten Zink auf die Zinkelektrode abgelagert, und als Folge davon bildet sich über der Oberfläche der Zinkelektrode eine Elektrolytschicht, die zinkfrei ist. Diese Schicht verhindert dann die Ablagerung weiteren Zinks, weil das Zink durch die erschöpfte Schicht hindurch diffundieren muß. Die Luftbläschen rufen eine Bewegung des Elektrolyten innerhalb der Zelle hervor, so daß der Elektrolyt innerhalb der Zelle dazu gebracht wird, in Sichtung auf die gesamte Oberfläche der metallischen Elektrode zu fließen, um damit die erschöpfte Schicht aufzufüllen. Als Folge davon wird die Gleichförmigkeit in der Ablagerung des Metalls im Vergleich zu einer Anordnung erheblich verbessert, bei der kein Gas in Bläschenform über die Elektrode geführt wird. Es versteht sich, daß die Anordnung für Fälle verwendet werden kann, bei denen der Elektrolyt zwangsweise durch die Zelle fließt, oder aber auch für Fälle, bei denen kein Elektrolyt durch die Zelle fließt, wobei die Zelle lediglich im Bedarfsfall mit Elektrolyt aufgefüllt wird, wie das bei einer Säurebatterie normal ist.

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Die erforderliche Bewegung des Elektrolyten innerhalb der Zelle könnte dadurch erzeugt werden, daß dafür gesorgt wird, daß der Durchfluß des Elektrolyten durch die Zelle turbulent anstatt laminar erfolgt. In einer praktischen Anordnung ist es jedoch hochgradig unerwünscht, daß der Durchfluß turbulent ist, und zwar wegen der Größe der erforderlichen Pumpen, ferner kann niht für einen turbulenten Durchfluß gesorgt werden, wenn der Elektrolyt niht umgewälzt wird. Die beschriebene Anordnung überwindet das Problem, weil der Elektrolyt nur in Bewegung versetzt wird, wenn er sich in der Zelle befindet.

Das unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 beschriebene Beispiel ist für Batterien anwendbar, bei denen der Elektrolyt nicht durch die Zellen fließt. Es eignet sich jedoch in gleichem Maße für die üblichere Anordnung, bei der der Elektrolyt durch die Zellen umgewälzt wird. Venn der Elektrolyt durch die Zelle fließen soll, kann für die erforderliche Bewegung des Elektrolyten in Sichtung auf die Zink-Elektrode durch Leitplatten gesorgt werden, die sich innerhalb der Zelle befinden. In Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungebeispiel einer solchen Anordnung gezeigt. Dabei ist die Luftelektrode mit 31 und die Zinkelektrode mit 32 angezogen. Der Elektrolyt gelangt durch Öffnungen 33 in.die Zelle, ehe er jedoch zwischen den Elektroden fließt, passiert⁵ er Vorsprünge 34 in der Form dreieckiger Keile, die an den auf die Öffnungen 33 zugerichteten Enden eine größte Höhe und eine Breite von 0 haben an den gegenüberliegenden Enden dagegen eine Höhe von O und eine maximale Breite erreichen. Die Kanten der Torsprünge verleihen dem Elektrolyten eine Doppelwende lbewegung, die dem Elektrolyten die erforderliche Bewegung unter geringstem Widerstand gegen ein Fließen des Elektrolyten durch die Zelle gibt. In einem Beispiel unter Verwendung der im Zusammenhang

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mit dem ersten Ausführungsbeispiel angegebenen Größen beträgt der Abstand zwischen den Elektrolyten 1,5 mm, und die Vorsprünge 34 springen im 0,75 mm in die Elektrolytkammer vor. Die Höhe der VorSprünge beträgt 6,3 mm, und der eingeschlossene Winkel beträgt 30°. -.'■··

Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, bei der die Elektroden wiederum mit 31 und 32 angezogen sind. Bei 33 sind die Einlaßöffnungen vorgesehen. In diesem Falle wird dem Elektrolyten die erforderliche Bewegung durch ein ausgedehntes Polypropylengitter verliehen, das die Vorsprünge 34 ersetzt, unter Verwendung der im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel angegebenen Größen betrug der innere Elektrodenabstand 2,125 n™» und das Gitter war 1,875 mm stark und hatte 0,625 mm große Öffnungen.

In einem anderen Ausführungsbeispiel(nicht dargestellt) wird das Gitter 35 durch zwei Reihen von Stäben ersetzt, die sich quer durch die Zelle erstrecken. Sie Stäbe wirken in ähnlicher Weise wie das Gitter, um dem Elektrolyten die erforderliche Bewegung zu verleihen.

In den mit Umleitungen arbeitenden Ausführungsbeispielen versteht es sich, daß die gleiche Bewegung dem Elektrolyten während des Ladens wie während des Entladens verliehen wird.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Aufladen eines Elements mit einer metallischen Elektrode, von der während der Entladung des Elements Metall entfernt wird und an der zum Aufladen des Elements Metall abgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ablagerns des Metalls der Elektrolyt innerhalb des Elements so in Bewegung versetzt wird, daß er zum Fließen in Eichtung auf die gesamte Oberfläche der metallischen Elektrode gebracht vird, derart, ψ daß die Gleichförmigkeit in der Ablagerung des Metalls verbessert wird.

- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt während des Ladens durch das Element fließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt während des Ladens nicht durch das Element fließt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt dadurch in Bewegung versetzt vird, daß ein inertes Gas über die Oberfläche der metallischen Elektrode bläschenförmig hinweggeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Bewegung des Elektrolyten durch Umleitungen innerhalb des Elementes gesorgt wird.

6. Verfahren zum Betrieb eines Elementes mit einer metallischen Elektrode, von der während der Entladung des Elements Metall entfernt wird und an der zum Auf laden des Elements Metall abgelagert wird, unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 5» dadurch gekennzeichnet, daß man dafür sorgt,

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daß der Elektrolyt in Richtung auf die metallische Elektrode sowohl während des Aufladens als auch während des Entladens fließt.

7· Aufladbares Element, daß nach dem Verfahren in einem der Ansprüche 1-6 arbeitet, mit einer metallischen Elektrode, von der während der Entladung des Elements Metall entfernt und an der zum Aufladen des Elements Metall abgelagert wird, mit einer Gegenelektrode zur Verwendung in Verbindung mit der metallischen Elektrode zum Aufladen des Elementes und mit einer Anordnung zum Umwälzen von Elektrolyt zwischen den Elektroden, gekennzeichnet durch Umleitungen innerhalb des Elementes, die so angeordnet sind, daß dem Elektrolyten eine Bewegungskomponente verliehen wird, derart, daß der Elektrolyt in"Sichtung auf die gesamte Oberfläche der metallischen Elektrode fließt.

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Umleitungen in der Form von VorSprüngen (34) vorgesehen sind, über die der Elektrolyt fließt, wobei die Vorsprünge (34) so ausgebildet sind, daß sie dem Elektrolyten eine wendeiförmige Bewegung in Strömungsrichtung des Elektrolyten verleihen.

9· Element nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitungen durch ein ausgedehntes Gitter (35) innerhalb des Elementes gebildet sind.

10. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitungen durch Stäbchen innerhalb des Elements gebildet sind.

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L e e r s e i t e