DE1942111A1 - Brennstoffzelle - Google Patents

Description

Yardney International Corporation* $&w ϊογϊε IT* X*. 1oö13» 4ö->2 Leonard Street

Bifenns toi*f aslle

lilrf indus© betrifft eine nash dem Prinzip der Bift-Eepolarisation arbeitende Be&öttatoffseile» bei welcher in ViielsöleieKtroae asas einem miicra|i;öröseii einen öntitältendeä Fölienffiäter-ial ein flüssiger· eseiien ist in -äen eine GtegenelSiitrode j

und iiat eine besondeiä awaakmaSige AEia-gestal'd-tag- ana ilegenatändj ciui'eit weXaita die vraÄsaiae Bebensäauer wesentlicli efnolit

^d eine^skanKten Bresiistöffaelle dieaoi⁴ ktt ist eine taaelien»* oder napfföraige ",iie-celeiejitrQde iforgeselieni die aus einefiE liä^rdrapIiQ'"ben Kwns-tatöff ä*B* . Böl mit eine^ äiicropörösen Str^cttM- aad einem darin tea iCatal^satorätöff laätettt* JJer· Katalysator" besieht aras

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ^; Wickeleleictrode mit einem Abstand von einem miKroporösen Außenmantel umgeben ist, der von dein Elektrolyten weniger benetzbar ist, als die Wickeleleictrode und der von außen von der Luft beaufschlagt wird.

In vorteilhafter Weise kann das Kaliumcarbonat und ähnliche Reaktionsprodukte in dem Raum zwischen Außenmantel und Wickelelektrode ablagern, ohne den sonstigen Reaktionsablauf zu stören. Dieser Zwischenraum wird vorzugsweise durch einen mikroporösen Abstandshalter z.B. aus Gewebe, Filz oder aus einem synthetischen Fasererzeugnis, z.B. Pellon, hergestellt und'seine Breite beträgt ein bis mehrere Millimeter, Da die Außenfläche der Wickelelektrode hydrophil ist, erreicht der flüssige Elektrolyt diese Oberfläche und der eleictrolyti3che Film, oder die Tropfen in dem vorgenannten Zwischenraum nehmen das anKommende Kohlenstoffdioxyd aui und reagieren damit unter Bildung von Karbonat, welches sich innerhalb des miicroporösen Abstandshalter ablagert und 3omit den Eintritt von Luft-oauerstoif in die Poren der ',ViciceleleiCtrode nicht behindert. Die ,Vic.teleleivtrode Kann von einiieitliclier Susammensetzunu- über inre gan.oe Dic^e hergestellt werden, z.s. :nit. einem Verhältnis von 2o bis -\o Jewichtsteilen PoI₁-. te traf luoräthvlen auf loo Teile kohlenstoff. Der umliegende Außenmantel andererseits soll vollständig hydrophob sein und vorzu-s.veise aus loo .. Teflon Destehen.

Der legenstand der Erfindang ist in der Z.eichnung anhand mehrerer Ausiührungabeispiele näher dargestellt, und zwar"

Figur 1 einen leilschnitt durch eine Brennstoffzelle, Figur 2 eine teilweise durchbrochene Draufsicht auf eine Batterie mit mehreren Brennstoffzellen gemäß

'Figur 1,
:^iiar 3 den gegenstand der "jigur 2 in einem Längsschnitt nach Linie TIlI-IIj, " . -

_-~i:rar π- eine ab^eίβ:λdeIte Audfüj-run^ in ainem Längesclinitt

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Figur 5 eine teilweise durchbrochene.. Draufsicht-auf ein

weiteres Auafuhrungsbeispiel einer Brennstoffzelle.

Figur 1 zeigt einen Teil einer Brennstoffzelle. Die Zelle besteht aus eine-r Wickelelei-ctrode 11 mit einem eingebetteten Metallgitter 12. Die dieses Gitter einfassenden Elektrodenanlagen 11*," "11*'· itönnen aus verschiedenen Mischungen aus Kohlenstoff und Teflon bestehen, wdtei der Teflon-Anteil in der inneren Lage 11» geringer ist als der in der äußeren Schicht 11". Ein alkalischer Elektrolyt 13, z.B. eine wässerige Kaliumhydroxydlösung,.berührt die innere Lage 11' sowie eine in Figur 1 nicht dargestellte metallische Gegenelek- , || trode. Einige der kanalartigen Poren der mikroporösen Elektrode 11 sind schematisch mit 14 angedeutet.

Sobald Luft aus der umgebenden Atmosphäre durch diese Zwischenräume bzw. Poren 14 tritt, wie.es durch den Pfeil 15 angedeutet ist, reagiert deren Sauerstoff mit dem Elektrolyten in den Poren 14, ebenso das Kohlendioxyd. Die letzte Reaktion führt zu einem unlöslichen Karbonat, welches die Poren 14 verstopft. Erfindungsgemäß ist deshalb ein Außenmantel 16 aus mikroporösem^eflon mit Zwischenräumen vorge-" sehen, die schematisch bei 17 anged.eutä; sind; ein mikroporöser Abstandshalter l8, vorzugsweise ein faserartiges ■ Material, legt den schmalen Abstand zwischen Außenmantel 16 und Elektrode 11 fest.

Der in Richtung des Pfeiles 19 auf treffende Luftstrom durch-r strömt zuerst die Zwischenräume 17 des Außenmantels 16,.» ehe er auf die Wicitelelektrode 11 trifft, und wenn der Teflon-Anteil in der Lage; 11·· genügend niedrig ist (z.B. nicht mehr ,als 4o Gewichtsteile auf loo Teile Kohlenstoff), um eine Benetzung der äußeren Elektrodenfläche durch den Elek-. trolyten 13 zu ermöglichen, wird innerhalb der relativ breiten Zwischenräume im Abstandshalter 18 Karbonat ausgeschieden, so daß dieses nicht mehr die Poren 14 der Wickelelektrode 11 verstopft. Die Figuren 2. und 3 zeigen eine Batterie loo, welche mit mehreren Brennstoffzellen Io a, Io b und Io c

■ entsprechend der Ausführung nach Figur 1 versehen ist, wobei

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jede dieser Zellen ebenfalls eine innere Elektrode oder Anode 2o a, 2o b, 2o ο (z.B. aus Zink) enthält.

An die·(Jitter 12 a Ms 12 c der entsprechenden Wic>£eleleictroden 11 a, 11 b Lind U c dieser Zelle sind Stromleiter 21 angeschlossen. Die Wickelelektroden sind von einem gemeinsamen Außenmantel 116 umgeben, wobei ein faserartiger Abstandshalter 118 awischenliegt. Die Stromleiter 21 und 22 sind den verschiedenen Kathoden und Anoden parallel geschaltet und führen durch einen.isolierenden Deckel 23, welcher auf dem gehäuse 116 aufliegt* Der Abstandshalter 118 hat weiterhin Wände 118» und 118»♦ zwischen den Wickelelektroden 11 a, 11 b una 11 c der benachbarten Zellen, um zwischen diesen den Eintritt von Luft zu verbessern. Jede der Inneneleictroden 2o a, 2o b und 2o c ist von einem geeigneten Separator 24 a, 24 b vaiä 24 c umgeben, der aus ein oder mehreren Schichten eines .durchlässigen oder semipermeablen Folienmaterials, z. B. Cellophan, besteht.

Figur 4 zeigt eine Batterie mit zwei Zellen Io A und Io B, ähnlich den Zellen der Figuren 3 und 4, aber mit je einem eigenen miKroporö'sen Außenmantel 16 A, 16 B versehen. Die beiden 3-ehäuse sind durch einen festen Abstandshalter, z.B. einer gewellten Kunststoffolie,, der Luffeanäle bildet, voneinander getrennt. Die Zellen sind über die einzelnen Stromleitungen 23 A, 23 B. in Serie geschaltet und werden mit einem geeigneten Druck durch einen Spannbolzen 26 zusammengehalten.

Figur 5 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Brennstoffzelle mit Koaxialem Zylinder. Eine zentrische Zinkelektrode 2o* ist innerhalb einer Wickel— elestrode 11 von einem flüssigen Elektrolyten.13* umgeben . Die Wieitelele^trode ist Koaxial von einem mikropOrösen Auöenmantel 16 eingefaßt, wobei ein kleiner Abstand durch einen ringförmigen Abstandshalter 18* erhalten wird. Ein aufliegender Deckel ist durch 23-^T gekennzeichnet. Die Elektrode 2o« kann erforderlichenfalls von einem Separator umgeben sein. Bei dieser Ausführung beträgt der radiale

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BADORlGfNAL

' Abstand zwischen der ringförmigen Wickelelektrode 11' und dem Außenmantel 16 etwa o,5 mm bis 2 oder 3 mm. ■

Selbstverständlich, können'beliebig viele-Brennstoffzellen der vorbeschriebenen Art zu einer Batterie zusammengefaßt sein und mit ihrem StromanSchlüssen entweder parallel (wie in Figur 3) oder in Serie (wie in Figur 4) geschaltet werden, und zwar entweder mit einem gemeinsamen oder mit einzelnen Außenmänteln. Die Erfindung ist für alle ähnlichen chemischen Stromerzeuger geeignet, bei denen ein Depblarisationsgas zugegeben wird, dessen Begleitstoffe unerwünschte Heaktionsprodukte bilden.

Obwohl bei dem beschriebenen Brennstoffsystem Kohlenstoff ein bevorzugter Eatalyt igt, körnen auch andere Katalytisch aktive Stoffe-wie. Silber (eventuell mit Quecksilber legiert), pickel oder Kupfer verwendet werden/Schließlich : Kann die. Gegenelektrode bzw. Anode anstelle aus oxydierbarem Metall auch als OrasdepolarisationseleiCtrode ausgebildet sein.- .

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BAOORIGiMAL

Claims (9)

1. Patentansprüche;

   Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff-DiffusionseleK-trode, wobei in einer Wickelelektrode aus einem mikroporösen, einen Katalysatorstoff enthaltenden Folienmaterial ein flüssiger Elektrolyt vorgesehen ist, in dem eine Gegenelektrode eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelelektrode (11) mit einem Abstand von einem mikroporösen Außenmantel (16, 116, 16 A, 16 B) umgeben ist, der von dem Elektrolyten weniger benetzbar ist als die Nickelelektrode und von außen von der Luft beaufschlagt wird.
2. 2. Brennstoffzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorstoff der Wickelelektrode aus einer Mischung aus Kohlenstoff und einem hydrophoben Kunststoff und der mikroporöse Außenmantel (11) fast ausschließlich aus dem hydrophoben Kunststoff besteht.
3. 3· Brennstoffzelle nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hydrophobe Kunststoff aus PoIyte. traf luorä thy len besteht.
4. 4. Brennstoffzelle nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des Katalysatorstoffes aus 2o bis 4o Grewichtsteilen Poly te traf luoräthylen und loo Gewichtsteilen Kohlenstoif besteht.
5. 5. Brennstoffaelle nach Ansprüchen 1 bi3 4, dadurch gekennzeichnet, dai der Elektrolyt, aus einer alkalischen Lösung besteht.
6. 6. Brennstoffselle nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen V/icieelelektrode (11) und Außenmantel (16, 115, 16 A , 16 B) durch einen mikroporösen Abstandshalter (Ιζϊ ausgefüllt ist.

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   haben.
7. 7. Brennstoffzelle nach. Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß. der Abstandshalter (18) eine faserförmige Struktur hat.;. -
8. ö. Brennstoffseile nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Wickelelektrode (11) und Äußenmantel (16, 116, 16 A, 16 B) etwa ein bis mehrere Millimeter beträgt.
9. 9. Brennstoffzelle nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge-Kennzeichnet, daß mehrere Brennstoffzellen nebeneinander angeordnet sind und jede Zelle einen eigenen Außenmantel besitzt oder alle Zellen einen gemeinsamen Außenmantel

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