DE1933027B2

DE1933027B2 - Verfahren zum aufladen einer galvanischen zelle

Info

Publication number: DE1933027B2
Application number: DE19691933027
Authority: DE
Inventors: John Birmingham; Chappie Ronald George Hampton Magna Warwick; Stanley (Großbritannien)
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-06-28
Publication date: 1976-12-09
Also published as: GB1268759A; DE1933027A1; JPS5015056B1; FR2014473A1; CH482313A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen einer galvanischen Zelle mit einer Metallelektrode, von der bei der Entladung der Zelle Metall abgetragen und auf der bei der Aufladung der Zelle unter Umwälzung des Elektrolyten durch Einleiten von Luft oder Inertgas Metall abgeschieden wird.

Beim Laden beispielsweise einer Zink-Luft-Batterie wird an der Zinkelektrode aus dem Elektrolyten Zink abgeschieden, das sich auf der Elektrode niederschlägt. Als Folge davon entsteht in der Nähe der Zink-Elektrodenoberfläche eine Elektrolytschicht, die zinkfrei ist und die Abscheidung weiteren Zinks behindert, weil das 3" Zink aus dem übrigen Elektrolyten erst durch diese an Zink verarmte Elektrolytschicht hindurchdiffundieren muß.

Um diesen Nachteil zu beseligen, ist schon vorgeschlagen worden, den Elektrolyten mit Hilfe einer Pumpe derart umzuwälzen, daß im Innern der Zelle eine turbulente Strömung statt der normalerweise vorkommenden laminaren Strömung entsteht. Diese turbulente Strömung soll die an Zink verarmte Elektrolytschicht an der Zinkelektrode aufreißen. Diese Maßnahme hat sich in der Praxis jedoch als unzweckmäßig erwiesen, weil dafür zu große Pumpen benötigt werden. Auch Rührer sind schon empfohlen worden, doch ist der Kraftverbrauch dieser mechanischen Umwälzvorrichtungen zu hoch.

Aus der US-PS 25 84 117 ist ferner bekannt, daß man auch schon verhältnismäßig große Mengen Luft unter hohem Druck durch den Elektrolyten geblasen hat, um den Elektrolyten beim Aufladen umzuwälzen. Das Verfahren ist funktionell wirksam, aber wegen der benötigten großen Luftmengen und des erforderlichen hohen Druckes ebenfalls mit einem großen Energieverbrauch verbunden. In der Patentschrift wird deshalb vorgeschlagen, Luft durch ein Steigerohr an der Seitenwand der Zelle einzuleiten, wodurch in dem Rohr nach dem Prinzip einer Mammutpumpe eine aufwärts gerichtete Strömung entsteht, durch die der Elektrolyt umgewälzt wird.

Eine Umwälzung des Elektrolyten beim Aufladen der Zelle allein genügt jedoch nicht, um die an Metall verarmte Elektrolyt-Grenzschicht an der Metallelektrode abzulösen oder aufzubrechen. Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das eine zuverlässige Ablösung oder Durchbrechung dieser Grenzschicht an der Metallelektrode beim Aufladen der Zelle mit möglichst geringem Energieaufwand ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem

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Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beim Aufladen der Zelle der Elektrolyt durch Leiten des Gasstromes in Form von Bläschen parallel zur Oberfläche der Metallelektrode in eine Strömungsbewegung versetzt wird, die auf die Oberfläche der Metallelektrode gerichtet ist

Durch diese Maßnahme wird der Elektrolyt an der Grenzfläche der Metallelektrode in eine turbulente Bewegung versetzt, die die Grenzschicht entfernt. Hierfür wird nur eine verhältnismäßig geringe Gasmenge benötigt, und der Gasdruck braucht nur einige hundert Millimeter Wassersäule zu betragen. Der Energieaufwand zur Entfernung der metallarmen Grenzschicht ist somit verhältnismäßig gering. Durch das Leiten des Inertgasstromes — z. B. Luft bei einer Zink-Luft-Batterie — in Form von Bläschen über die Metallelektrode wird ferner der Elektrolyt in der Zelle umgewälzt, wobei die Strömungsbewegung auf die Metallelektrode gerichtet ist, so daß dort die durch die Turbulenz aufgerissene an Metallionen verarmte Elektrolytschicht fortlaufend verdrängt und durch frischen Elektrolyt ersetzt wird. Dadurch wird nicht nur die Metallabscheidung und damit die Aufladung der Zelle beschleunigt, sondern es wird auch eine gleichmäßigere Verteilung des Metallniederschlages auf der Elektrodenfläche im Vergleich 7ur Metallabscheidung ohne Gasblasenüberleitung über der Elektrode erzielt.

Selbstverständlich kann das Verfahren auch in Fällen angewendet werden, bei denen der Elektrolyt zwangsweise in der Zelle umgewälzt wird, und auch bei Batterien, bei denen die Zellen erst im Bedarfsfall mit Elektrolyt aufgefüllt werden.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

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

F i g. 2 eine Perspektivansicht eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Batterie.

Gemäß Fi g. 1 und 2 sind in der Batterie eine Anzahl Doppelelektroden 11 vorgesehen, die jeweils eine Flußeisen-Stützplatte 12 aufweisen, an deren einer Seite eine poröse 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. Die 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 Elektrolyt zu einer Elektrolyt-Speicherkammer 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 Elektrolyten 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 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.
Gute Ergebnisse sind mit Stromdichten von 200 mA pro cm² über die Dauer von zwei Stunden in einem Kaliumzinkat-Elektrolyten erzielt worden, der 61,0 Gramm Zinkoxid pro Liter in 3O°/oigem Kaliumhydroxid enthält, und zwar bei einer Temperatur von 65^LC und mit einer Elektrolyt-Fließgeschwindigkeic von 6 Litern pro Minute. Die Fließgeschwindigkeit von Gas betrug dabei 500 ml pro Minute bei Normaltemperatur und Normaldruck, und der Gasdruck betrug 375 mm Wassersäule.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

1933

Verfahren zum Aufladen einer galvanischen Zelle mit einer Metallelektrode, von der bei der Entladung der Zelle Metall abgetragen und auf der bei der Aufladung der Zelle unter Umwälzung des Elektrolyten durch Einleiten von Luft oder Inertgas Metall abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufladen der Zelle der Elektrolyt durch Leiten des Gasstromes in Form von Bläschen parallel zur Oberfläche der Metallelektrode in eine Strömungsbewegung versetzt wird, die auf die Oberfläche der Metallelektrode gerichtet ist.

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