DE1935808A1

DE1935808A1 - Seewasserbatterie

Info

Publication number: DE1935808A1
Application number: DE19691935808
Authority: DE
Inventors: Jerome Goodman; Philip Krasnow
Original assignee: Nuclear Research Associates Inc
Current assignee: Nuclear Research Associates Inc
Priority date: 1969-07-07
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1971-02-18
Also published as: FR2053489A5

Description

DR. MDLLER-BORi DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ DR. DEUFEL PATENTANWÄLTE

Braunschweig, den 12. Juli 1969 Unser Zeichen: N 236 - Li/Lie

Nuclear Research Associates, INC. a corporation of the State of Delaware USA

Seewasserbatterie

Die Erfindung betrifft eine Seewasserbatterie mit Anode und Kathode aus verschiedenen Metallen bzw. Metallegierungen und von bestimmter Größe.

Solche Seewasserbatterien arbeiten nach dem Prinzip, daß bei Paarung ungleicher Metalle oder Metallegierungen, die von Seewasser als Elektrolyt umgeben sind, elektro-chemische Eigenschaften zeigen und einen wirksamen elektrischen Strom erzeugen können. Nach diesem Verfahren arbeiten eine Vielzahl verschiedener Seewasserbatterien. Als Elektroden sind Zink-Kupferoxid-Paarungen (US-Patent 2692215) bekannt, ferner Magnesium-Zinnchlorid-Paarungen (US-Patent 3005864) und dergleichen mehr. Die Wirksamkeit und Leistung der Batterie hängt von der Paarung der Elektroden ab, die als Energiequelle verwendet werden. Es sind bereits erhebliche Anstren-

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gungen unternommen worden, Elektrodenpaarungen herauszufinden, die ein großes Spannungspotential erzeugen. Ein solches Material ist beispielsweise Bleichlorid als Kathode, das in einer Zelle mit Magnesium als Anode dienen könnte, wobei mit Seewasser als Elektrolyt eine hohe Leistung und ein wirksames Arbeiten erzielbar wäre. Der Einsatz von Bleichlorid in einer Seewasserbatterie ist jedoch äußerst schwierig, da dieses Material sehr leicht zerbrechlich ist und nicht die nötige Festigkeit aufweist, um den Belastungen bei der normalen Benutzung einer Seewasserbatterie zu widerstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seewasserbatterie zu schaffen, die eine hohe elektro-chemische Leistung abgibt, wobei die Kathode Bleichlorid in einer Form aufweist, bei der sowohl die mechanischen als auch elektro-chemischen Eigenschaften ausreichen, um einen wirksamen Einsatz der Seewasserbatterie zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kathode einen absorptionsfähigen, porösen Körper aufweist, dessen Abmessungen denen der Kathode entsprechen und der aus Fasern mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen verhältnismäßig hohe Temperaturen besteht, daß die Fasern in dem Körper eine Anordnung aufweisen, bei der zwischen benachbarten Fasern Hohlräume in dem Körper gebildet sind, und daß in den Hohlräumen Bleichlorid enthalten ist, das von den Hohlräumen beim Eintauchen des porösen Körpers in ein Bad aus geschmolzenem Bleichlorid absorbiert ist.

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Bei der erfinduiigsgemäßen Seewasserbatterie ist die Kathode aus einer Kombination von Bleicb.loridteilcb.en und einem Netzwerk von Fasern des Körpers gebildet, der die Batteriekathode darstellt. Das fasrige Netzwerk bietet dabei eine Abstützung für das Bleichlorid und schützt dieses wirksam vor Vibrationen und Stoßen. Durch diesen Aufbau ist es möglich, daß das eine hohe Leistung abgebende Bleichlorid ■ für die Verwendung in Seewasserbatterien ausgenutzt werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Teiles einer Seewasserbatterie , aus der ein Abschnitt herausgebrochen ist, ua den inneren Aufbau darzustellen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Seewasserbatterie, teilweise im Schnitt»

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Paar der in Reihe hintereinandergeschalteten Elektroden der Batterie.

Fig. 4- zeigt in vergrößertem Maßstab in perspektivischer Darstellung einen Teil der Kathode in einer frühen Herstellungsstufe·

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Fig. 5 zeigt eine entsprechende Ansicht wie Fig. 4-, wobei die Kathode sich im fertigen Zustand befindet.

Fig. 6 zeigt in starker Vergrößerung einen Schnitt längs der Linie 6—6 aus Fig. 5» wobei der innere Aufbau der Kathode schematisch veranschaulicht ist.

In der Zeichnung ist eine Seewasserbatterie 10 dargestellt, die die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist. Diese Merkmale der Batterie 10 beruh-en mehr in den Umständen, die für die Verwendung von Bleichlorid als hauptsächliches Material für die Kathode sprechen, als in den konstruktiven Merkmalen der Batterie selbst. Wie bekannt ist, ist beim Betrieb der Batterie eine Mehrzahl von Elektroden aus entsprechenden ungleichartigen Materialien in Reihe miteinander geschaltet, wobei nach den bekannten elektrochemischen Gesetzen elektrischer Strom gewonnen wird. Gemäß der Erfindung weist die Batterie 10 eine Anode aus Magnesium und eine Kathode aus Bleichlorid auf, und bei Anwesenheit von Seewasser als Elektrolyt läuft folgende chemische Reaktion ab: Pb Gl₂ + Mg Mg Cl₂ + Pb

Bei dieser chemischen Reaktion werden bekanntlich Elektronen freigesetzt, die ihrerseits den elektrischen Strom erzeugen. Insoweit entspricht die erfindungsgemäße Batterie 10 den bekannten Seewasserbatterien, die mit den Elektrodenpaarungen Zink-Kupferoxid oder Magnesium-Bleichlorid arbeiten.

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Um die elektro-chemischen Eigenschaften von Bleichlorid vorteilhaft in Seewasserbatterien anzuwenden, müssen bestimmte Nachteile, die dieses Material mitsichbringt, überwunden werden, wie zum Beispiel die leichte Zerbrechlichkeit, so daß dieses Material in der Form-einer Batterieelektrode der Vibration und den Stößen widerstehen kann, die beim Einsatz der Seewasserbatterie normalerweise auftreten. Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, wobei Bleichlorid direkt in eine geeignete Gestalt einer Kathode gebracht wird, welche die erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweist und insbesondere zum wirksamen Einsatz in einer Seewasserbatterie geeignet ist.

Zunächst soll der konstruktive Aufbau der Batterie betrachtet werden. Die Batterie 10 weist eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zellen 12 auf, die jeweils eine Anode 14 aus Magnesium und eine Kathode 16 aus Bleichlorid umfassen. Die Serienschaltung wird durch einen Leiter 18 erzielt, der an der Stelle 20 mit der Magnesiumanode 14 und an mehreren Stellen 22 entlang einer Kante der Bleichloridkathode 16 beispielsweise durch Lötung oder dergleichen mit der Bleichloridkathode 16 verbunden ist.

Nach Fig. 2 umfaßt die Batterie 10 in einer bevorzugten Ausführungsform einen rechteckigen Behälter 24 für jede der einzelnen Zellen 12, und die Bleichloridkathode 16 einer Zelle ist elektrisch mit der Magnesiumanode 14 der benachbarten Zelle über den Leiter 18 verbunden, der durch eine Deckplatte 26, die über den oberen Enden der Behälter 24

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liegt, hindurchgreift. An den unteren Enden der Behälter 24 ist eine Grundplatte 28 entsprechend befestigt. Die Magnesiumanode 14 und die Bleichloridkathode 16 jeder Zelle 12 sind durch einen zwischen diesen angeordneten Abstandhalter 30 getrennt. Eine Mehrzahl von Rohren 32 und 34, die in geeigneter Weise in der Deckplatte 26 und der Grundplatte 28 vorgesehen sind, dient zum anfänglichen Einlassen des Seewasserelektrolyten in die Batterie 10 und zum späteren Hinausspülen dieses mit chemischen Reaktions-Nebenprodukten versetzten Seewassers aus der Batterie. Zur Vervollständir gung der Batterie 10 sind die Hauptleitungsrohre 32 und 34 der Batterie mit einem entsprechenden Kreislauf verbunden.

In einer Seewasserbatterie, beispielsweise der in der Zeichnung dargestellten Batterie 10, kann eine Magnesium-Bleichlorid-Paarung effektiv verwendet werden, obgleich das Bleichlorid nicht die nötige Festigkeit aufweist, um den Anforderungen beim normalen Gebrauch einer Seewasserbatterie zu widerstehen. Der erfolgreiche Einsatz wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Bleichlorid mit einem fasrigen Körper 36 kombiniert wird, wie beispielsweise schematisch in Fig. 4 dargestellt. Ein besonders geeignetes Material für den fasrigen Körper 36 ist ein an sich bekanntes Handelsprodukt, welches aus Fasern aus Silikondioxid und Aluminiumoxid besteht. Diese Materialien sind ebenso wie Asbest und andere ähnliche Materialien für ihre Widerstandsfähigkeit gegen verhältnismäßig hohe Temperaturen bekannt. Außerdem weist der Körper 36 infolge seiner fasrigen Beschaffenheit aufgrund der Kapillarwirkung und der den Materialien innewohnenden Eigenschaften einen hohen Grad an Absorptionsfähigkeit für Flüssigkeiten auf, was vorteilhaft zur Erzielung der Kombination dieses Materials mit dem Bleichlorid ausgenutzt wird.

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Wenn von «inern fasrigen Körper 36 ausgegangen wird, der einer verhältnismäßig hohen Temperatur widersteht, ohne sich aufzulösen, und einen relativ hohen Grad an Absorptionsfähigkeit aufweist, wird die mechanische Kombination dieses Materials mit Bleichlorid zur Herstellung einer geeigneten Ausführungsform einer Kathode für eine Seewasserbatterie , wie beispielsweise die dargestellte Bleichloridelektrode 16, dadurch erzielt, daß der fasrige Körper 16 durch Eintauchen oder auf andere Art in Kontakt mit geschmolzenem Bleichlorid gebracht wird, welches sich in geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur von etwa 538 C (1000° F) befindet. Infolge der Widerstandsfähigkeit der Konstruktionsmaterialien des fasrigen Körpers 36 gegen solche hohen Temperaturen tritt kein negativer Effekt auf. Bei der Berührung des fasrigen Körpers 36 mit dem geschmolzenen Bleichlorid wird das Bleichlorid von dem Körper 36 absorbiert und insbesondere in den zwischen den Fasern gebildeten Bäumen 38 aufgenommen (siehe Fig. 6)· Dadurch wird der fasrige Körper 36 in eine feste Stange oder einen festen Block 36a, wie in Fig. 5 dargestellt, übergeführt, der eine genügend hohe Festigkeit aufweist, um einer robusten Handhabung und den Belastungen zu widerstehen, die beim normalen Gebrauch einer solchen Seewasserbatterie auftreten.

Wie in Fig. 6-schematisch dargestellt, umfaßt der erzeugte Körper 36a, wenn er bei starker Vergrößerung betrachtet wird, ein umfangreiches Netzwerk aus Fasern, welches mit der Positionszahl 36b bezeichnet ist, und eine Vielzahl verfestigter Teilchen oder Körperbaus Bleichlorid, die mit der Positionszahl 36c bezeichnet sind und Bereiche ausfüllen, die vorher die Zwischenräume 38b waren. Diese entstandene Struktur der Fasern. 36b und der Bleichloridteilchen 36c resultiert ihrer-

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seits in dem Netzwerk der Fasern 36b, die eine Lagerung für die verfestigten Bleichloridteilchen 36c bilden. Die Anordnung der Bleichloridteilchen 36c auf der Innenseite der Oberflächen des entstandenen Körpers 36a schafft einen ausreichenden Schutz gegen Brechen des Körpers und andere Erscheinungen der zerbrechlichen Natur dieses Materials, so daß sich der geformte Körper 36a gut bei der Verwendung in einer Seewasserbatterie bewährt.

Aus bekannten Gründen ist es wünschenswert, die chemische Reaktion an der Kathode mit reinem Blei zu beginnen. Gemäß der Erfindung wird dieses vorzugsweise dadurch ausgeführt, daß auf den gebildeten Körper 36a eine Oberflächenschicht aus Blei 40 aufgebracht wird. Ein geeigneter Weg zur Aufbringung des Bleis ist das Bestreichen des gebildeten Körpers 36a mit einer herkömmlichen Farbe, die einen hohen Bleigehalt aufweist.

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Claims

Pat ent ansprüche

Seewasserbatterie mit Anode und Kathode aus verschiedenen Metallen bzw. Metallegierungen und von bestimmter Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einen absorptionsfähigen, porösen Körper aufweist, dessen Abmessungen denen der Kathode entsprechen und der aus Fasern mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen verhältnismäßig hohe Temperaturen besteht, daß die Fasern in dem Körper eine Anordnung aufweisen, bei der zwischen benachbarten Fasern Hohlräume in dem Körper gebildet sind, und daß in den Hohlräumen Bleichlorid enthalten ist, das von den Hohlräumen beim Eintauchen des porösen Körpers in ein Bad aus geschmolzenem Bleichlorid absorbiert ist.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode zur Erleichterung des Anlaufens der chemischen Reaktion an dieser Elektrode eine leitende Oberflächenschicht aus Blei aufweist.
3· Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus einem Material bestehen, das ohne nachteilige Nebenwirkung einer Temperatur von 538⁰O widersteht.
4-. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des fasrigen Körpers zur Erleichterung des Einlagerns des Bleichlorids so ausgelegt ist, daß der Körper ' einen hohen Grad an Absorptionsfähigkeit aufweist.

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- ίο -
5· Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Silikondioxid und Aluminiumoxid hergestellt sind.
6. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode vorwiegend aus Bleichlorid besteht. .

7· Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bleichlorid die Form kleiner zusammenhängender Teilchen aufweist, die in den Hohlräumen zwischen den Fasern eingelagert sind.

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